一、摩擦系數

物體放置在水平面上，以水平力F拉它，如圖1所示，只要F的大小不超過一定值，物體仍保持靜止，這個與F大小相同，方向相反的力就是摩擦力f。它隨F的增大而增大，當物體處于將動未動的臨界狀態時，靜摩擦力最大，如圖2所示。如果F再增大，物體開始滑動，此時阻礙滑動的力就是動摩擦力。摩擦系數是指兩表面間的摩擦力和垂直于兩接觸面的力P（法向力）之比值。

 圖1 物體受力示意圖                  圖2 摩擦狀態示意圖

摩擦系數是各種材料的基本性質之一，低速包裝的摩擦系數影響小，通常采用經驗判定法，即隨機抽取的樣品裁成合適大小，正面對正面，正面對背面，用大拇指與中指輕輕夾住并搓動，感覺兩表面相互移動時的滑爽程度，生產與檢測人員憑借經驗進行判定。隨著紙機不斷提速，摩擦系數影響也越來越大，在生產過程出現拉斷、打滑，導致包裝線斷流的事件時有發生，給包裝生產、印刷企業造成嚴重的經濟損失。摩擦系數已經成為影響上機質量的一個重要因素。材料的摩擦性能可以通過材料的動、靜摩擦系數來表征。紙張在紙機的走紙，最底部的一張包裝紙在分離時，是印刷面與反面進行摩擦，此時產生的摩擦是靜摩擦；紙張在紙機運行時，產生的摩擦是動摩擦。靜摩擦系數反映一疊紙中單張紙離開整體力的大小，動摩擦系數反映單張紙在傳送帶上良好的滑動性能。

二、參考方法標準

T/CAB 0174-2022、T/CAB 0122—2021、GB/T 10006、ISO 8295

三、檢測原理

靜摩擦系數：兩試驗表面平放在一起，在一定的接觸壓力下，使兩表面相對移動，記錄所需的力，并計算靜摩擦系數。

動摩擦系數：兩試驗表面平放在一起，在一定的接觸壓力下，使兩表面相對勻速移動，記錄所需的力，并計算動摩擦系數。

四、檢測設備

試驗裝置由水平試驗臺、滑塊、硬件電路、傳感器、顯示屏及WiFi聯網模塊部件組成。摩擦系數測定儀（以PN-COF智能機型為例）外形結構如圖3所示。

1－打印機 2－鎖緊螺釘 3－滑塊 4－試驗臺 5－鎖緊螺母 6－顯示屏

圖3 PN-COF 摩擦系數測定儀

水平試驗臺的表面應平滑，由非磁性金屬材料制成。

法向力由滑塊產生，滑塊應具有40cm²面積的正方形底面（邊長63mm)，為使壓力均勻分布?；瑝K底部應覆蓋毛氈等彈性材料，彈性材料不得使試樣產生“壓紋”?；瑝K的總質量應為200g士2g，以產生1.96N士0.02N的法向力。

驅動機構無振動，兩試驗表面以100mm/min±10mm/min 的速度相對移動。牽引方向應與摩擦平面保持平行并在一條直線上。

對于測量靜摩擦力，測力系統的彈性系數應通過適當的彈簧調節到2N/cm±1N/cm。在滑粘情況下測量動摩擦力時，由剛性連接替代彈簧。

五、測試過程

（一）測試環境

溫度應為（23±1）℃，相對濕度應為（50±2）%。

（二）試樣制備

將被檢測樣品裁切成：63mm×63mm，80mm×200mm。

應在樣品面積中均勻裁取試樣。通常試樣的試驗方向應與樣品在包裝設備的運動方向相同。如果樣品正反面或不同方向的摩擦性質不同，應分別進行試驗。裁取的試樣表而應平整、無皺紋、無傷痕和可能改變表而性質的外來物質，試樣邊緣應光滑。

（三）測試

將尺寸為80mm×200mm的待檢測樣品固定在試驗臺上，測試面朝上。

將尺寸為63mm×63mm的待檢測樣品用雙面膠帶固定到滑塊上，測試面朝下。將固定有試樣的滑塊無沖擊地放在水平試驗臺的測試位置，試樣的試驗方向應與滑動方向平行且測力系不受力。

按“測試”鍵，啟動15s倒計時，然后開始測試，當兩接觸面間相對移動6cm時停止測試。測定此過程中靜摩擦力和動摩擦力，并計算靜摩擦系數和動摩擦系數。

圖4 摩擦系數測試設備

六、結果計算及分析

（一）結果計算

?靜摩擦系數

按式（1）計算靜摩擦系數：

式中：

? 動摩擦系數

按式（2）計算動摩擦系數：

式中：

（二）結果分析

從測試曲線可以看出，最大靜摩擦力大于動摩擦力。對于自動包裝用卷材一般要求有較小的內摩擦系數和合適的外層摩擦系數。外層摩擦系數若太大，會引起包裝過程中阻力過大，引起材料拉伸變形；若太小，可能又會引起拖動機構打滑，造成定位不準。但內層摩擦系數有時也不能太小，有些包裝機在內層摩擦系數太小時，會造成制袋成型時材料不穩定，產生錯位。

摩擦系數的影響因素：①與材料本身的粗糙度有關；②與基材接觸面有關，在進紙、包裝過程中，所接觸的基材面是不同的，進紙時，接觸的基材面是同類基材的反面；在包裝時，接觸的基材面是鐵塊。③環境的溫濕度條件，因為紙張纖維具有吸水潤脹、失水收縮的特性，當環境溫濕度改變時，紙張就會發生細小的改變，特別是濕度的影響，隨著濕度的增大摩擦系數也增大；④生產工藝的影響等。

七、可能的錯誤操作及誤差來源

（一） 可能的錯誤操作

（1）開機直接測

本儀器屬于電子儀器，測量前要預熱30min以上。

（2）放上試樣直接測試

國標規定，靜止15s再啟動測試。

（3）試樣的測試面放置有誤

同種材料，正反面或不同方向，摩擦系數是不同的，所以試樣的測試面放置有誤將影響測試結果。

（二） 主要誤差來源

（1）測量系統校準不準確

本儀器高精密電子產品，使用一段時間后，因為電子元器件及傳感器的性能會發生變化，從而影響測試結果，所以要定期進行校準。

（2）紙張本身的粗糙度

紙張材料本身的粗糙度直接影響摩擦系數。

（3）滑塊質量的準確性

 滑塊的質量直接參與摩擦系數的計算，它的準確性直接影響測試結果。

（4）接觸時間

靜摩擦力通常會隨表面接觸時間延長而升高，所以國標規定試樣放置好，靜置15s啟動測試。

本文2024年8月，發表于《紙箱世界》雜志