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    解读药用塑料薄膜/薄片的摩擦系数测试中的“粘滑”现象

    作者:范珺来源:《医药&包装》 日期:18.05.15

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    解读药用塑料薄膜/薄片的摩擦系数测试中的“粘滑”现象

    Analysis on Causes of Stick-slips in Coefficient of Friction Testing of Plastic Film/Sheet for Medical Use

    摘要:“粘滑”,是摩擦的一种特殊现象,与摩擦副材料的粘性、负荷等因素有关。当材料的摩擦系数测试中出现这一现象,建议采用取下摩擦系数测试仪器的牵引弹簧,或者更换牵引线的材质等措施,重新测试。

    关键词:药用薄膜、摩擦系数、粘滑

    Abstract:Stick-slips is one special phenomenon that occurs in process of friction,which may be influenced by the viscosity and load characteristic,which may be influenced by the viscosity and load characteristic of the material,over  which the test material slides.In case of such stick-slips in coefficient of friction(COF)testing,it is suggested to remove the spring in driving system of the COF testing instrument or replace the filament of another type of material and then repeat the testing.

    Keywords:Plastic Film for Medical Use ,Cofficient of Friction,Stick-slips

     

    从高速药品包装线的膜材打滑,到导尿管的插拔困难……种种类似现象都归因于同一个问题摩擦系数。当药包膜材与包装机械金属的摩擦系数过小,或者当导尿管与机体组织的摩擦系数过大,就会导致上述后果。摩擦系数,在药品接触材料和医疗器械领域,并非强检指标。但是,从药包以及实际临床应用的需求来看,材料的摩擦系数性能的重要性不容忽视。

    摩擦系数测试过程中,粘滑是如何形成的?

    在塑料薄膜或片材的摩擦系数测试中,试验结果的“摩擦力-位移”曲线常常呈现近似锯齿状的波动,这种现象叫做“粘滑”是摩擦的一种特殊现象。这种现象的形成原理,还需要从摩擦系数测试原理说起。

    摩擦系数的检测是基于“两试验表面平放在一起,在一定的接触压力下,根据促使两表面相对移动的力值测试其摩擦系数”的原理,借助摩擦系数仪完成的测试。其实验装置如图2.

                             2 摩擦系数测试试验装置示意图

                        

        图中,A:滑块;B:水平试验台;C:支撑基座;E:弹性测量器;F:匀速的链条驱动装置;I:尼龙牵引绳

    测试过程中,通过驱支装置使弹簧牵引的滑块与水平试验台相对移动。初期,滑块保持相对静止,随着弹簧的牵引力越来越大,当达到一定程度时,即牵引力大于滑块与试验台的静摩擦力时,滑块与试验台相对运动。弹簧牵引力降低,正??赡Σ潦匝橄窒笪榛嵩诟昧χ档那R?,与试验台始终保持匀速相对运动。然而在某些特殊情况下,降低后的牵引力小于滑块与试验台间的摩擦力,并不能够使两者相对运动,因而回到最初的相对静止状态。驱动装置的匀速运转,驱动滑块与试验台重复出现相对静止-想去运动-相对静止的粘滑现象。总而言之,摩擦系数测试过程出现粘滑现象,可以看作动摩擦测试演变为多段静摩擦测试的过程。

    粘滑发生时,摩擦系数呈现哪些特征?

    1. 摩擦系数测试结果曲线呈锯齿状

    当摩擦力呀者滑动速度随着滑行距离或者时间出现一种波动状态,这就发生了粘滑现象。在此过程中,测试力值会出现逐渐增大,滑块发生相对运动后降低,再逐渐增大的现象,即所测得“摩擦力-时间”或者“摩擦系数-时间”关系曲线呈现锯齿状,波动起伏很大。

    2. 动、静摩擦系数差距大

    我们曾经利用Labthink FPT-F1摩擦系数/剥离试验机,在室温~90.0℃条件下做过PC膜和铝箔复合膜摩擦系数试验,结果见表1

     

    1 摩擦系数测试结果

    PC膜摩擦试验数据

    铝箔复合膜摩擦试验数据

    试验温度

    静摩擦系数

    动摩擦系数

    试验温度

    静摩擦系数

    动摩擦系数

    32.1

    0.285

    0.244

    29.6

    0.314

    0.239

    45.5

    0.336

    0.212

    46.2

    0.355

    0.277

    74.1

    0.435*

    0.322*

    74.3

    0.343*

    0.253*

    87.5

    0.433*

    0.300*

    89.5

    0.429*

    0.241*

    表中带*”记号的数据,代表着试验过程出现了粘滑现象。通过数据比较发现,粘滑现象发生时,没得的静摩擦系数和动摩擦系数的差距明显大于非粘滑测试状况下的数据。

    粘滑现象出现的原因?

    根据前人的研究,大多认为动静摩擦系数的不同是引起粘滑现象的根本原因。除此之外,系统的刚性、负荷、运动质量、膜接触表面的粘性、粗糙度与波纹度、摩擦副的材料配对的粘着性等因素的综合作用,也是造成“粘滑现象的原因。

    当测试中出现粘滑现象应该怎么处理?

    当前,摩擦系数主要依据两项试验标准进行测试,一是国标GB/T 1006-1988,参照其研发的测试装置,另外就是ASTM D1894-06,参照其研发的测试装置。

    当测试中出现粘滑现象时,GB/T10006要求取下传感器连接的弹簧,直接将滑块与传感器连接。

    对于同一个问题,ASTM D1894建议在动摩擦测试时用金属牵引线代替尼龙线。这意味着,动静摩擦系数测试需要分开进行。这种方法的目的是为了避免在静摩擦过程中力值上升太快而超过传感器的反应速度。这样记录仪有充分的时间将尼龙牵引绳在静摩擦中增加的静摩擦力什和烫脚块摆脱静摩擦力瞬间的加速力区分开。动摩擦过程中使用金属牵引绳的目的是为了避免重复性的粘滑状态,保持稳定的运动状态。

    根据Labthink包装安全检测中心测试工程师的经验,当金属牵引绳仍无法有效避免粘滑现象时,可以尝试在滑块与传感器之间采取硬连接的方式,观察效果。

     

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