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

　　目（mù）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（zhuāng），伴隨效能大幅提高的（de）同時，質量（liàng）問題愈加凸顯。包裝（zhuāng）薄膜拉斷、打滑，進而導（dǎo）致包裝線斷流的事件時有發（fā）生，給包裝生（shēng）產、印（yìn）刷企業造成了巨額經（jīng）濟損失。其主要原因在於企（qǐ）業對塑料薄膜的摩擦係數沒有做（zuò）到合理的控（kòng）製。

1 塑料薄膜的摩擦（cā）係數

　　 摩擦係數是對兩個接觸表麵摩擦力的一種量度。在微觀世界中（zhōng），材（cái）料表麵是凹凸不平的，當兩種材料（liào）相互接觸時，真正接觸的隻有凸處，凸處原（yuán）子緊密接觸，形成很強的相互作用力。當接觸麵發生（shēng）相對移動時，這種作（zuò）用力將被硬性剪切，兩接觸（chù）麵凸處相互（hù）碰撞而發生（shēng）斷裂、磨損，形成對物體（tǐ）運（yùn）動的阻礙，而平行於接觸麵、破壞凸處的剪切力，即為摩擦力。摩擦力包括靜摩擦力和動摩擦力。靜摩擦力（lì）是兩接觸表麵在相對移動開始時的最大阻力，其與垂直於物體（tǐ）接觸麵的力之比就是靜摩擦係數；動摩擦力是兩接觸表（biǎo）麵以一定（dìng）速度相對移動（dòng）時的阻力，其與垂直於（yú）物體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（cháng）常既是拖動力又是阻力，因此必須有效地控製摩擦係數的（de）大小，使它在（zài）適（shì）當（dāng）的（de）範圍內。包（bāo）裝機運轉過程中，一般要求（qiú）薄膜內層摩擦係數比較小，但不能過小，否則可能引起製袋（dài）成型時疊料（liào）不穩（wěn）定而產生錯邊（biān）；而薄膜外（wài）層與包裝機拖動金屬麵摩擦係（xì）數需（xū）適中，太大會引起包裝過程（chéng）中阻（zǔ）力過大致（zhì）使材料拉伸變形，太小可能又會引起拖動（dòng）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（jì）為（wéi）有機物，作（zuò）用是在塑料薄膜（mó）表麵“鋪”上一層潤滑油，使其表（biǎo）麵的摩擦係數下降到需要的程度或數值，包括內爽滑劑和外爽滑劑兩類（lèi）。內爽滑劑能促進（jìn）聚合物（wù）大分子鏈（liàn）或鏈段相對運動，從而改（gǎi）善物（wù）料流動性；外爽滑（huá）劑則是與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（xiē）分子遷移到薄膜表（biǎo）麵形成一層油性表麵，從而（ér）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（tōng）常所有的潤滑（huá）劑都兼具有兩方麵的（de）功能^[2]。

　　當（dāng）包裝製成後（hòu），軟包（bāo）生產企業經常遇到下遊（yóu）使用單位關於包裝袋開口性差的反饋：製好的包裝袋開口發生粘連，當填充內容物時，包裝袋（dài）開口難以“在規定的時間內開啟（qǐ）到需要的程度”，影（yǐng）響裝填工序的正常運轉。這裏不僅涉及到摩擦（cā）係數，還涉及薄膜粘連性的問題。粘連（lián），是塑料薄（báo）膜接觸層（céng）之間的一種粘著現象，通常是由兩種情況引起的（de）：極端光滑（huá）的（de）薄膜表麵緊密接觸且幾乎完全隔絕空氣；壓力溫度引（yǐn）起（qǐ）的薄膜接觸表（biǎo）麵粘融。針對該問題，抗粘連（lián）劑被研發出來並作為添加劑投入薄膜生（shēng）產中，作用是將薄膜的表麵從原來的極端光滑的狀態轉變成凹凸不平的狀態，當兩片薄膜靠近時，實際接觸麵積被大大降低，從而消（xiāo）除了彼此粘連的可能性，表麵的（de）摩擦係數也相應變化。

　　除了人（rén）為的加入（rù）添加（jiā）劑調節（jiē）薄膜的摩擦係數，薄膜的加工（gōng）、包裝、應（yīng）用（yòng）過程的環境（jìng）溫度也會造成薄膜表麵（miàn）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50℃，在這種高溫環境下，部分薄膜的摩擦係數會表現出上升的（de）趨勢，一（yī）方麵由薄膜自身的特性所（suǒ）決定，另一方麵是添加的爽滑劑（jì）接近熔點而變的粘結的緣故（gù）。

2 塑料薄膜的摩擦係數測定方法

　　摩擦係數（shù）的合適與否不僅會影響薄膜的生產與加工，也（yě）會對包裝的開口性產生影響，因此是塑料薄膜的基礎檢測項目之一。目前，對於薄膜摩擦係數的檢測方法以（yǐ）GB 10006-1988與ASTM D 1894為主，二（èr）者均采用“兩試驗表麵（miàn）平放在一起，在一定的接觸壓力下，根據促使（shǐ）兩表麵相對移動（dòng）的力值測算摩（mó）擦係數”的原理，同（tóng）時又因標準製定的背景不同，部（bù）分檢測事（shì）項的具有一定的差異，下麵將從試驗裝置、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（dǐ）麵，避（bì）免（miǎn）粘貼試樣使其產（chǎn）生壓紋。對於滑塊尺寸和重（chóng）量，兩項標準分別作了不同的（de）規定：GB 10006要求滑塊底麵邊長63mm，麵積40cm²，包（bāo）括試樣在內的滑塊總質量為200±2g；而ASTM D 1894的規定略加詳細，底邊邊長延長了0.5mm，對厚（hòu）度也做了基本的描述（shù），約6mm。

2.1.2水平試驗台

　　水平試驗台是承載試樣與滑塊的平台。由於滑塊為金屬材（cái）質，當其與磁場有相（xiàng）對運動或處在變化磁場中，會發生磁阻尼現象，滑塊在非鐵磁質良導體上運動時受的阻（zǔ）力除動摩擦力外，還有磁阻（zǔ）力。因此為了保證測試（shì）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（miàn）平滑。ASTM D 1894除了此要求外，提出（chū）了一種高於23℃試驗條（tiáo）件下的摩擦係數（shù）測定水平（píng）試驗台裝置（zhì）的要（yào）求：水平試驗台需要安裝加熱元件，並有（yǒu）覆蓋裝置使平麵（miàn）在滑塊運動過程中始終保持在所需溫度的±2℃的範圍（wéi）內。

2.1.3 驅動機構

　　驅動機構是促使兩試驗表麵發生相對（duì）移動的裝置，依據兩標準提供（gòng）的兩種相對移動形式：滑（huá）塊（kuài）靜止、水平試驗台移（yí）動和（hé）水（shuǐ）平試驗台靜止、滑塊移動，驅動機構的（de）設計可任選其一。圖1為GB 10006和ASTM D 1894就水平試驗台運動裝置的示意圖，展（zhǎn）示了多種動力驅動形式：鏈（liàn）條驅動、滾軸驅動（dòng）、電機驅動等。設計（jì）中，驅動機構應無振動，同時在（zài）整個移（yí）動過程中需保持勻速，GB 10006要求速度為（wéi）100±10mm/min，ASTM D 1894則為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（shì）意圖

2.1.4 測力係統

　　測力係統，即（jí）摩擦力的測定器，一般采用負（fù）荷傳感器。GB 10006要求整個測力係統的總誤差應小於±2%，而且在測力係統（tǒng）一側安裝調（diào）節彈性係數的彈簧，用（yòng）於動靜摩擦力測試時將測力係統的（de）彈性係數（shù）調節到2±1N/cm。若滑粘情況下測試（shì）動摩（mó）擦力時，則應取下彈簧。而在ASTM D 1894中沒有關於彈簧的規定。

2.2 試（shì）樣製備

　　首先，試樣應具（jù）備良好的狀態。平整，無皺紋（wén）、翹曲，以及無任何可能（néng）改變摩擦性質的傷痕，邊緣圓滑是試樣的基本要求，同時表（biǎo）麵應無灰塵、指紋等外來（lái）物質。其次，試樣裁取的時候（hòu）應注意正反麵和方（fāng）向（xiàng）。一般試樣的長度方向（即試驗方向）與樣品的機械方向平行。第三，試樣的尺（chǐ）寸（cùn）需根據參考標準和樣品厚度而（ér）定。GB 10006適用於厚度在0.2mm以（yǐ）下的塑料薄膜和薄片，在這一（yī）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（dà），需用雙麵膠將其中一個試樣固定到滑塊底麵，此時該試樣尺寸（cùn）應與滑塊底麵尺寸一致。ASTM D 1894規定每對試樣中，粘附在水平試驗（yàn）台上的試樣長250cm，寬13cm。粘附（fù）在滑塊上的試樣，若試樣厚度不超過0.254mm，應裁切為12cm長的正方形試樣；若試樣厚度厚於0.254mm，應裁切為6.35cm長的正方形試樣（yàng）。

2.3 摩擦係數測定

2.3.1 試樣固定

　　將一個試樣的試（shì）驗表麵朝上，平整的固定在試驗台上，並與試驗台的長度（dù）方向平行。另一試樣的試驗表麵朝下，用膠帶在滑（huá）塊前沿和上表麵固定試樣使之包住滑塊。若試樣（yàng）較厚，取的為方形試樣，則（zé）需用雙（shuāng）麵膠固定（dìng）滑塊底麵和試樣非試驗（yàn）麵。

2.3.2 兩試樣相對移動

　　將粘附試樣的滑（huá）塊用鋼絲與傳感器連接（ASTM D 1894使用尼龍絲代（dài）替鋼絲（sī）），將（jiāng）滑塊無衝擊的放在另一個試樣中央，並使兩試樣的試驗方向與滑動（dòng）方向平行且測力係統恰好不受力。兩試樣（yàng）接觸後保持15s。啟動（dòng）儀器使兩試樣以標準規定（dìng）的速度相對（duì）移動。力（lì）的第一個（gè）峰值為靜摩擦力（lì）F_s，兩（liǎng）試樣（yàng）相對移動（dòng）6 cm（ASTM D 1894規定為（wéi）13cm）內的力（lì）的平均值(不包括靜摩擦力)為動摩擦力F_d。

2.3.3 公式計算

　　根（gēn）據公式（1）和（2）測算（suàn）出試（shì）樣的動靜摩擦係數（shù）。

注：μ_s ——靜摩擦（cā）係數；μ_d——動摩擦係數（shù）；F_s——靜摩擦力，N；F_d——動（dòng）摩（mó）擦力，N；F_p——法向力，即垂直於接觸麵的力，N；

2.3.4 各材料摩擦係數測定結果

　　根（gēn）據上述方法，針對各類薄膜的（de）內（nèi）表麵與（yǔ）外（wài）表麵的動靜（jìng）摩擦係數進行了（le）測試，結果見表（biǎo）1。可為讀者提供（gòng）一定的（de）參考。

表1 各類薄膜試樣內表麵-外表麵動靜摩擦係數測試（shì）結（jié）果

3 薄膜摩擦係數測定儀器的選擇

　　隨著測量儀器的機械（xiè）化發展，如今薄膜的摩擦（cā）係數測試主要（yào）采用自動化的電（diàn）子（zǐ）儀器（qì）完（wán）成。根據（jù）上述分析，由於不同標準所規定的測試參（cān）數具有一定的差（chà）異，因此選（xuǎn）擇測試儀器的（de）時候（hòu）需要注意以下三點：（1）水（shuǐ）平試（shì）驗台必須采用非（fēi）磁性材料製作，並且保證水（shuǐ）平及光滑（huá）；（2）試驗速度（dù）等參數應能滿足所參考（kǎo）標準要求，宜選擇符合GB、ISO、ASTM多種標準的（de）試驗儀（yí）器；（3）應能實現加（jiā）溫試驗功（gōng）能（néng），對於解決包裝線高（gāo）溫環境下薄膜摩擦係數的實際問題具有指導意義（yì）。在此基礎上，包裝加工企業應建立一套依托成熟檢測儀器（qì）的薄膜來料（liào）檢驗（yàn）、生產線實時監測和成（chéng）品質量抽檢全方位質量控製體係，實現現代（dài）化的包裝薄膜質量監控。

參考文獻

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