GB 10006與(yu) ASTM D 1894塑料薄膜摩擦係數測定方法的比較

目前，薄膜、複合膜在機械技術的飛速發展下實現了自動化包裝，伴隨效能大幅提高的同時，質量問題愈加凸顯。包裝薄膜拉斷、打滑，進而導致包裝線斷流的事件時有發生，給包裝生產(chan) 、印刷企業(ye) 造成了巨額經濟損失。其主要原因在於(yu) 企業(ye) 對塑料薄膜的摩擦係數沒有做到合理的控製。

1 塑料薄膜的摩擦係數

　　 摩擦係數是對兩(liang) 個(ge) 接觸表麵摩擦力的一種量度。在微觀世界中，材料表麵是凹凸不平的，當兩(liang) 種材料相互接觸時，真正接觸的隻有凸處，凸處原子緊密接觸，形成很強的相互作用力。當接觸麵發生相對移動時，這種作用力將被硬性剪切，兩(liang) 接觸麵凸處相互碰撞而發生斷裂、磨損，形成對物體(ti) 運動的阻礙，而平行於(yu) 接觸麵、破壞凸處的剪切力，即為(wei) 摩擦力。摩擦力包括靜摩擦力和動摩擦力。靜摩擦力是兩(liang) 接觸表麵在相對移動開始時的阻力，其與(yu) 垂直於(yu) 物體(ti) 接觸麵的力之比就是靜摩擦係數；動摩擦力是兩(liang) 接觸表麵以一定速度相對移動時的阻力，其與(yu) 垂直於(yu) 物體(ti) 接觸麵的力之比就是動摩擦係數。

　　在實際包裝中的摩擦力常常既是拖動力又是阻力，因此必須有效地控製摩擦係數的大小，使它在適當的範圍內(nei) 。包裝機運轉過程中，一般要求薄膜內(nei) 層摩擦係數比較小，但不能過小，否則可能引起製袋成型時疊料不穩定而產(chan) 生錯邊；而薄膜外層與(yu) 包裝機拖動金屬麵摩擦係數需適中，太大會(hui) 引起包裝過程中阻力過大致使材料拉伸變形，太小可能又會(hui) 引起拖動機構打滑造成電眼跟蹤和切斷定位不準。

　　對此，通常在薄膜中加入爽滑劑控製薄膜表麵的摩擦係數[1]。爽滑劑為(wei) 有機物，作用是在塑料薄膜表麵“鋪”上一層潤滑油，使其表麵的摩擦係數下降到需要的程度或數值，包括內(nei) 爽滑劑和外爽滑劑兩(liang) 類。內(nei) 爽滑劑能促進聚合物大分子鏈或鏈段相對運動，從(cong) 而改善物料流動性；外爽滑劑則是與(yu) 聚合物基團相容性差的極性有機化學品，在聚合物鏈的布朗運動作用下，這些分子遷移到薄膜表麵形成一層油性表麵，從(cong) 而起到改善薄膜表麵性能的爽滑作用並降低材料表麵的摩擦係數。通常所有的潤滑劑都兼具有兩(liang) 方麵的功能[2]。

　　當包裝製成後，軟包生產(chan) 企業(ye) 經常遇到下遊使用單位關(guan) 於(yu) 包裝袋開口性差的反饋：製好的包裝袋開口發生粘連，當填充內(nei) 容物時，包裝袋開口難以“在規定的時間內(nei) 開啟到需要的程度”，影響裝填工序的正常運轉。這裏不僅(jin) 涉及到摩擦係數，還涉及薄膜粘連性的問題。粘連，是塑料薄膜接觸層之間的一種粘著現象，通常是由兩(liang) 種情況引起的：光滑的薄膜表麵緊密接觸且幾乎*隔絕空氣；壓力溫度引起的薄膜接觸表麵粘融。針對該問題，抗粘連劑被研發出來並作為(wei) 添加劑投入薄膜生產(chan) 中，作用是將薄膜的表麵從(cong) 原來的光滑的狀態轉變成凹凸不平的狀態，當兩(liang) 片薄膜靠近時，實際接觸麵積被大大降低，從(cong) 而消除了彼此粘連的可能性，表麵的摩擦係數也相應變化。

　　除了人為(wei) 的加入添加劑調節薄膜的摩擦係數，薄膜的加工、包裝、應用過程的環境溫度也會(hui) 造成薄膜表麵摩擦係數的上下波動。通常情況下，自動包裝機成型裝置的表麵溫度高於(yu) 50℃，在這種高溫環境下，部分薄膜的摩擦係數會(hui) 表現出上升的趨勢，一方麵由薄膜自身的特性所決(jue) 定，另一方麵是添加的爽滑劑接近熔點而變的粘結的緣故。

2 塑料薄膜的摩擦係數測定方法

　　摩擦係數的合適與(yu) 否不僅(jin) 會(hui) 影響薄膜的生產(chan) 與(yu) 加工，也會(hui) 對包裝的開口性產(chan) 生影響，因此是塑料薄膜的基礎檢測項目之一。目前，對於(yu) 薄膜摩擦係數的檢測方法以GB 10006-1988與(yu) ASTM D 1894為(wei) 主，二者均采用“兩(liang) 試驗表麵平放在一起，在一定的接觸壓力下，根據促使兩(liang) 表麵相對移動的力值測算摩擦係數”的原理，同時又因標準製定的背景不同，部分檢測事項的具有一定的差異，下麵將從(cong) 試驗裝置、試樣製備、摩擦係數測定三方麵進行對比介紹。

2.1試驗裝置

2.1.1 滑塊

　　一種金屬塊，應具有覆蓋橡膠、泡沫等彈性材料的正方形底麵，避免粘貼試樣使其產(chan) 生壓紋。對於(yu) 滑塊尺寸和重量，兩(liang) 項標準分別作了不同的規定：GB 10006要求滑塊底麵邊長63mm，麵積40cm2，包括試樣在內(nei) 的滑塊總質量為(wei) 200±2g；而ASTM D 1894的規定略加詳細，底邊邊長延長了0.5mm，對厚度也做了基本的描述，約6mm。

2.1.2水平試驗台

　　水平試驗台是承載試樣與(yu) 滑塊的平台。由於(yu) 滑塊為(wei) 金屬材質，當其與(yu) 磁場有相對運動或處在變化磁場中，會(hui) 發生磁阻尼現象，滑塊在非鐵磁質良導體(ti) 上運動時受的阻力除動摩擦力外，還有磁阻力。因此為(wei) 了保證測試結果的準確性，GB 10006要求水平試驗台由非磁性材料構成，且表麵平滑。ASTM D 1894除了此要求外，提出了一種高於(yu) 23℃試驗條件下的摩擦係數測定水平試驗台裝置的要求：水平試驗台需要安裝加熱元件，並有覆蓋裝置使平麵在滑塊運動過程中始終保持在所需溫度的±2℃的範圍內(nei) 。

2.1.3 驅動機構

　　驅動機構是促使兩(liang) 試驗表麵發生相對移動的裝置，依據兩(liang) 標準提供的兩(liang) 種相對移動形式：滑塊靜止、水平試驗台移動和水平試驗台靜止、滑塊移動，驅動機構的設計可任選其一。圖1為(wei) GB 10006和ASTM D 1894就水平試驗台運動裝置的示意圖，展示了多種動力驅動形式：鏈條驅動、滾軸驅動、電機驅動等。設計中，驅動機構應無振動，同時在整個(ge) 移動過程中需保持勻速，GB 10006要求速度為(wei) 100±10mm/min，ASTM D 1894則為(wei) 150±30mm/min，這是測試時需要注意的一點。

圖1 GB 10006和ASTM D 1894水平試驗台運動裝置示意圖

2.1.4 測力係統

　　測力係統，即摩擦力的測定器，一般采用負荷傳(chuan) 感器。GB 10006要求整個(ge) 測力係統的總誤差應小於(yu) ±2%，而且在測力係統一側(ce) 安裝調節彈性係數的彈簧，用於(yu) 動靜摩擦力測試時將測力係統的彈性係數調節到2±1N/cm。若滑粘情況下測試動摩擦力時，則應取下彈簧。而在ASTM D 1894中沒有關(guan) 於(yu) 彈簧的規定。

2.2 試樣製備

　　首先，試樣應具備良好的狀態。平整，無皺紋、翹曲，以及無任何可能改變摩擦性質的傷(shang) 痕，邊緣圓滑是試樣的基本要求，同時表麵應無灰塵、指紋等外來物質。其次，試樣裁取的時候應注意正反麵和方向。一般試樣的長度方向（即試驗方向）與(yu) 樣品的機械方向平行。第三，試樣的尺寸需根據參考標準和樣品厚度而定。GB 10006適用於(yu) 厚度在0.2mm以下的塑料薄膜和薄片，在這一前提下，每次試驗至少需要3對試樣，每對試樣長20cm，寬8cm，若樣品較厚或剛性較大，需用雙麵膠將其中一個(ge) 試樣固定到滑塊底麵，此時該試樣尺寸應與(yu) 滑塊底麵尺寸一致。ASTM D 1894規定每對試樣中，粘附在水平試驗台上的試樣長250cm，寬13cm。粘附在滑塊上的試樣，若試樣厚度不超過0.254mm，應裁切為(wei) 12cm長的正方形試樣；若試樣厚度厚於(yu) 0.254mm，應裁切為(wei) 6.35cm長的正方形試樣。

2.3 摩擦係數測定

2.3.1 試樣固定

　　將一個(ge) 試樣的試驗表麵朝上，平整的固定在試驗台上，並與(yu) 試驗台的長度方向平行。另一試樣的試驗表麵朝下，用膠帶在滑塊前沿和上表麵固定試樣使之包住滑塊。若試樣較厚，取的為(wei) 方形試樣，則需用雙麵膠固定滑塊底麵和試樣非試驗麵。

2.3.2 兩(liang) 試樣相對移動

　　將粘附試樣的滑塊用鋼絲(si) 與(yu) 傳(chuan) 感器連接（ASTM D 1894使用尼龍絲(si) 代替鋼絲(si) ），將滑塊無衝(chong) 擊的放在另一個(ge) 試樣中央，並使兩(liang) 試樣的試驗方向與(yu) 滑動方向平行且測力係統恰好不受力。兩(liang) 試樣接觸後保持15s。啟動儀(yi) 器使兩(liang) 試樣以標準規定的速度相對移動。力的個(ge) 峰值為(wei) 靜摩擦力Fs，兩(liang) 試樣相對移動6 cm（ASTM D 1894規定為(wei) 13cm）內(nei) 的力的平均值(不包括靜摩擦力)為(wei) 動摩擦力Fd。

2.3.3 公式計算

　　根據公式（1）和（2）測算出試樣的動靜摩擦係數。

注：μs ——靜摩擦係數；μd——動摩擦係數；Fs——靜摩擦力，N；Fd——動摩擦力，N；Fp——法向力，即垂直於(yu) 接觸麵的力，N；

2.3.4 各材料摩擦係數測定結果

　　根據上述方法，針對各類薄膜的內(nei) 表麵與(yu) 外表麵的動靜摩擦係數進行了測試，結果見表1。可為(wei) 讀者提供一定的參考。

表1 各類薄膜試樣內(nei) 表麵-外表麵動靜摩擦係數測試結果

3 薄膜摩擦係數測定儀(yi) 器的選擇

　　隨著測量儀(yi) 器的機械化發展，如今薄膜的摩擦係數測試主要采用自動化的電子儀(yi) 器完成。根據上述分析，由於(yu) 不同標準所規定的測試參數具有一定的差異，因此選擇測試儀(yi) 器的時候需要注意以下三點：（1）水平試驗台必須采用非磁性材料製作，並且保證水平及光滑；（2）試驗速度等參數應能滿足所參考標準要求，宜選擇符合GB、ISO、ASTM多種標準的試驗儀(yi) 器；（3）應能實現加溫試驗功能，對於(yu) 解決(jue) 包裝線高溫環境下薄膜摩擦係數的實際問題具有指導意義(yi) 。在此基礎上，包裝加工企業(ye) 應建立一套依托成熟檢測儀(yi) 器的薄膜來料檢驗、生產(chan) 線實時監測和成品質量抽檢質量控製體(ti) 係，實現現代化的包裝薄膜質量監控。