آزمون ضریب اصطکاک

اندازه‌گیری ضریب اصطکاک در پلیمر‌ها (Coefficient of friction) (بخش دوم)

آزمون ضریب اصطکاک (Coefficient of friction testing)

تست ضریب اصطکاک، راحتی لغزش دو صفحه که در تماس با یکدیگر هستند را اندازه‌گیری می کند. بدینگونه که با استانداردها و ابزار مختلف می توان ضریب اصطکاک بین دو سطح (با جنس یکسان یا متفاوت) را بدست آورد. در ادامه روش‌های مختلف انجام تست و کاربرد آن توضیح داده خواهد شد.

روش‌های انجام تست ضریب اصطکاک (COF)

روش‌های استاندارد و غیر استاندارد بسیاری برای اندازه‌گیری ضریب اصطکاک وجود دارد:

لئوناردو داوینچی وزنه ای را با نخ و قرقره به جعبه‌ها متصل کرد و مقدار وزنه‌ای را که جعبه ها شروع به حرکت کردند را برای اندازه‌گیری اصطکاک ایستایی به کار برد.

شکل 1. طرح لئوناردو داوینچی برای اندازه‌گیری اصطکاک.

جعبه را می توان روی صفحه شیبدار قرار داد تا زمانی که شروع به حرکت کند. از زاویه شیب می توان برای تعیین نیروها برای محاسبه ضریب اصطکاک جنبشی و ایستایی استفاده کرد.
ASTM D3702: از جمله رایج ترین تست‌ها برای نرخ سایش و اصطکاک در سطح تماس روغن کاری شده است. این آزمایش از نمونه‌ای استفاد می‌کند که در برابر یک صفحه دوار با فشار تماس ثابت (P) و با سرعت لغزش ثابت (V) نگه داشته می‌شود تا هم ضریب اصطکاک جنبشی و هم خواص سایش نمونه را اندازه‌گیری کند.
ASTM D1894: این تست رایج ترین تست برای اندازه‌گیری اصطکاک ایستایی و جنبشی فیلم‌ها و ورق‌های پلیمری می‌باشد.

دستگاه تست COF مطابق با استاندارد ASTM D 1894

شکل 2. دستگاه تست COF جهت اندازه گیری ضریب اصطکاک مطابق با استاندارد ASTM D 1894 ا[5].

از جمله دیگر استانداردها برای می توان به موارد زیر اشاره نمود:

ISO 8295 (مطابق با استاندارد ملی 17647)
TAPPI T816
GB 10006

مانند هر آزمایش دیگری، عاقلانه نیست که سعی شود یک ماده را به طورکامل تنها با یک پارامتر و تحت یک شرایط بررسی کرد و این در مورد اندازه‌گیری اصطکاکی که در آن تست ها فقط برای شرایط خاص آزمایش معتبر هستند، بسیار صادق است. موثرترین روش برای ارزیابی عملکرد نسبی یک ماده برای اندازه‌گیری ضریب اصطکاک در ترکیبات مختلف فشار(P) و سرعت (V) است. سپس می توان از این مقادیر برای تولید یک نمودار PV استفاده کرد که پوشش عملیاتی مواد را مطابق شکل 3 نشان می دهد [1].

شکل 3. سطح PV بدست آمده توسط انجام تست در شرایط مختلف فشار و دما [1].

آزمون ضریب اصطکاک (COF) در پلاستیک‌ها

استاندارد ISO 8295 برای تعیین اصطکاک فیلم‌ها و ورق‌های پلیمری استفاده می شود. این استاندارد همچنین برای تعیین خواص اصطکاکی پلاستیک‌ها در حرکت نسبی با سایر مواد به کار برده می‌شود. از جمله ویژگی‌های مهم این تست قابلیت انجام آن در دماهایی متفاوت از دمای اتاق است. جیمز و نیوول دستگاهی را طراحی کردند که یک ماشین کششی درون یک کابین دمایی قرار داشت و بدین ترتیب می توانستند آزمایش را در دماهای مختلف انجام دهند (شکل های 4 و 5) [2 و 6].

شکل4 . نمایی از ابزار تست COF ا[2].

شکل5 . نمای کلی دستگاه تست COF ا[2].

روش استاندارد تست:

تثبیت دما
اعمال فشار برای بدست آوردن همانندسازی سطحی
خنک کردن تا رسیدن به دمای آزمایش
انجام تست اصطکاک در سرعت انتخابی متقاطع

زمان هر سیکل جهت انجام کامل هر تست اصطکاک معمولا بین 15-20 دقیقه است. استاندارد ملی 17647 بر مبنای این تست ایجاد شده و عمدتا برای کنترل کیفیت کاربرد دارد [2].

شکل 6. دستگاه تستCOF مطابق با استاندارد ملی 17647 ا[7].

کاربردهای تست ضریب اصطکاک( COF )

خواص اصطکاکی جفت مواد معمولا با ضریب اصطکاک نشان داده می‌شود. بدین ترتیب برای تعیین خواص اصطکاکی مواد از تست COF استفاده می‌شود. از تست COF برای تعیین اصطکاک ایستایی و جنبشی فیلم‌های پلاستیکی، کاغذی، لاستیک، ورق‌ها، کیسه‎‌های بافت پلاستیک، فلزات پوش داده شده، بسترهای بسته‌بندی، منسوجات پلاستیکی، نوارها، تسمه‌های مرکب فلزی، تسمه نقاله، چوب و لوازم آرایشی بهداشتی استفاده می‌شود.

همانطور که گفته شد لیزکننده‌ها برای کاهش ضریب اصطکاک پلیمرها به کارمی‌روند، بنابراین از جمله کاربردهای مهم تست اصطکاک (COF)، اندازه‌گیری میزان لیزکنندگی (کاهش ضریب اصطکاک) لیزکننده‌ها می‌باشد.