Упаковка, устойчиво стоящая в штабеле, всё же должна плавно перемещаться по оборудованию для обработки. Эти требования могут предъявлять противоречивые условия к выбору материала: слишком низкое трение способствует скольжению, а слишком высокое может мешать подаче или позиционированию. Прибор для определения коэффициента трения на наклонной плоскости помогает оценить этот баланс, измеряя момент, когда одна поверхность начинает скользить относительно другой.

Результат характеризует сопротивление началу скольжения в заданных условиях. Он позволяет сравнивать упаковочные плёнки, картон, покрытия и обработанные поверхности, но сам по себе не позволяет предсказать, сохранит ли готовая паллета устойчивость при транспортировке. Результат полезен, если испытать правильную пару поверхностей и связать его с движением, которое требуется контролировать.

Что на самом деле показывает угол скольжения

При испытании на наклонной плоскости образец закрепляют на платформе, а ползун или испытательное тело образует противоположную контактную поверхность. Платформу постепенно наклоняют, пока верхнее тело не начинает скользить. Прибор фиксирует угол, при котором начинается это движение.

По мере увеличения наклона составляющая силы тяжести, тянущая тело вниз по склону, возрастает относительно силы, прижимающей поверхности друг к другу. В момент начала скольжения по углу можно рассчитать статический коэффициент трения:

Статический COF = tan(θ)

Здесь θ — угол наклона в момент начала скольжения. Эта зависимость предполагает, что тело свободно скользит, а начало движения определяется трением, а не ограничителем, зацеплением или опрокидыванием.

Более высокий угол скольжения указывает на большее сопротивление началу скольжения данной пары поверхностей в условиях испытания. При меньшем угле скольжение начинается легче. Коэффициент не имеет единиц измерения.

Такое измерение даёт полезную основу для сравнения, но не определяет универсальное значение трения, присущее конкретному материалу. Печатная плёнка, соприкасающаяся сама с собой, та же плёнка в контакте с нержавеющей сталью и эта плёнка в контакте с гофрокартоном — разные пары поверхностей. Результаты для каждой из них могут различаться.

Начните с поверхностей, которые соприкасаются при эксплуатации

Наиболее полезное испытание начинается с практического вопроса:какие две поверхности скользят друг относительно друга? Испытание комбинации, которую легко подготовить, малоценно, если она не соответствует контакту, вызывающему проблему.

Для гибкой упаковки в штабеле важной может быть пара наружных поверхностей соседних упаковок. Для вложенной или сложенной упаковки может иметь значение контакт внутренней поверхности с наружной. На оборудовании для обработки противоположной поверхностью может быть лента, направляющая или металлическая пластина.

Недостаточно указать поверхность как «плёнку» или «картон» — необходимо описать её точнее. Печать, лак, тиснение, открытые слои ламината и обработка поверхности могут изменить условия контакта. Зафиксируйте, какая сторона обращена вверх, какая соприкасается с ползуном и как ориентирован образец. Иначе сравнение может непреднамеренно проводиться для разных поверхностей.

Почему более высокое трение не всегда лучше

Если проблема связана с перемещением упаковки в штабеле, более высокий статический COF может оказаться полезным, поскольку он повышает сопротивление начальному скольжению. Поэтому испытание на трение помогает сравнивать противоскользящие обработки или исследовать изменения упаковки.

Однако упаковку также нужно отделять, подавать, выравнивать и перемещать по оборудованию. Повышенное трение на некоторых контактных поверхностях может затруднить эти действия. Изменение поверхности, призванное повысить устойчивость в штабеле, может вызвать замедление там, где упаковка должна двигаться относительно направляющей или другой упаковки.

Поэтому подходящий результат зависит от применения. Материал с относительно низким трением может подойти для контакта, где требуется лёгкое разделение, тогда как для другой поверхности необходимо большее сцепление. В некоторых структурах внутренние и наружные поверхности могут иметь разные свойства.

Важно также отличать трение от блокирования. Блокирование — это нежелательное сцепление контактирующих слоёв или поверхностей. Если образец прилипает, а затем резко освобождается, причиной могут быть как адгезия, так и трение скольжения. Одно лишь испытание на наклонной плоскости не всегда позволяет разделить эти эффекты.

При выборе материала обычно следует ориентироваться надопустимый рабочий диапазон, подтверждённый наблюдениями за обработкой. Выбор максимального доступного значения COF может быть столь же ошибочным, как и выбор минимального.

Что испытание не может предсказать само по себе

Испытание COF на наклонной плоскости в первую очередь характеризует начало скольжения. Оно не описывает автоматически сопротивление после того, как скольжение началось. Это различие важно, если упаковка начинает двигаться без проблем, но затем при непрерывном перемещении волочится, дёргается или движется неравномерно.

Статическое трение характеризует переход от покоя к движению. Кинетическое трение возникает, когда поверхности уже скользят относительно друг друга. Если основной вопрос касается непрерывного скольжения, более подходящим будет метод, измеряющий трение при контролируемом движении. Результаты разных методов нельзя считать взаимозаменяемыми только потому, что оба обозначены как COF.

Устойчивость при транспортировке зависит и от других факторов. На перемещение упаковок влияют вибрация, ускорение, геометрия штабеля, деформация упаковки, распределение нагрузки и средства фиксации. Стретч-плёнка и другие меры стабилизации также изменяют поведение всего груза.

Плоский образец не может воспроизвести все особенности заполненного пакета, выгнутой коробки или неровного шва упаковки. Упаковка может качаться, деформироваться или опрокидываться до того, как контактная поверхность начнёт скользить. Испытание на наклонной плоскости помогает выделить свойство поверхности; испытание готовой упаковки или груза оценивает систему в сборе.

То же ограничение относится к барьерной упаковке. Результаты испытания на трение характеризуют взаимодействие поверхностей, а не проницаемость для кислорода, барьерные свойства по отношению к влаге или прочность шва. Ламинат может соответствовать одному требованию и плохо справляться с другим, поэтому эти свойства необходимо оценивать отдельно.

Условия, которые могут повлиять на результат

Небольшие различия в подготовке могут привести к разному поведению материалов, которые номинально идентичны. Контроль этих различий необходим, чтобы определить, повлияли ли на скольжение упаковки смена поставщика, корректировка покрытия или производственная партия.

Кондиционирование и время после изготовления

Температура и влажность могут влиять на свойства поверхности, особенно у чувствительных к влаге материалов, таких как бумага и картон. Некоторые плёнки также меняются со временем, поскольку добавки, снижающие трение, перераспределяются и выходят на поверхность. Поэтому образцы разного возраста могут дать разные результаты даже при сходном составе.

Сравнивайте образцы после заданного периода кондиционирования и, если это важно, фиксируйте их возраст. Если упаковка будет находиться в определённых условиях хранения, включите эти условия в оценку, а не полагайтесь только на удобные лабораторные условия.

Контактное давление, время выдержки и закрепление образца

В идеальной модели трения коэффициент не зависит от нагрузки. Реальные упаковочные поверхности могут вести себя иначе, поскольку покрытия, мягкие слои и текстура реагируют на давление. Поэтому масса ползуна и геометрия контакта должны оставаться неизменными при сравнении.

На взаимодействие поверхностей также может влиять время контакта до начала наклона. Используйте одинаковое время выдержки. Закрепляйте образцы ровно, без складок и непреднамеренного натяжения; материалы для фиксации не должны попадать в контактную зону.

Состояние поверхности и движение при испытании

Пыль, отпечатки пальцев, масло и перенесённое покрытие могут изменить контакт. Берите образцы за пределами контактной зоны, а для многоразовых противоположных поверхностей применяйте установленную процедуру очистки. Способ очистки должен соответствовать задаче: удаление обработки или остатков, обычно присутствующих при эксплуатации, изменит измеряемые свойства.

Необходимо контролировать скорость наклона платформы и способ, которым прибор определяет начало движения. Резкое движение может сместить ползун, а непоследовательное обнаружение движения — изменить зафиксированный момент начала скольжения. Повторное скольжение по одной и той же дорожке также может отполировать или повредить образец, поэтому могут потребоваться новые контактные участки.

Как интерпретировать набор результатов COF

Одно измерение мало что говорит о стабильности свойств материала. Испытайте несколько образцов по одной процедуре и оцените как типичное значение, так и разброс. Материал с приемлемым средним значением, но значительными колебаниями может вести себя менее предсказуемо, чем материал с более стабильным трением.

Если результаты сильно различаются, проверьте подготовку и идентификацию поверхностей, прежде чем считать материал дефектным. Различия в печати на отдельных участках, складки, загрязнение и разная ориентация образцов могут стать причиной вариации. После контроля этих факторов оставшийся разброс позволит точнее судить о материале.

Наиболее надёжные сравнения получаются при использовании эталонного материала с известными характеристиками при обработке. Например, если существующая плёнка подаётся без проблем, испытайте её вместе с предлагаемой заменой в одинаковых условиях. Это придаёт результату нового материала контекст применения, которого лишено отдельное значение COF.

Разницу между материалами также следует оценивать с учётом погрешности измерений. Небольшое изменение, укладывающееся в обычный разброс результатов испытания, — менее убедительное свидетельство, чем значительное и воспроизводимое отличие. Не принимайте решение о материале по единственному благоприятному результату.

В полезном отчёте указывают контактную пару, ориентацию образца, условия кондиционирования, конфигурацию ползуна, время выдержки, параметры наклона и результаты для каждого образца. Эти сведения позволяют проводить содержательные последующие сравнения и помогают объяснить расхождения между лабораториями.

Как выбрать прибор с учётом задачи

Для базового сравнения материалов отдавайте предпочтение контролируемому наклону, надёжному измерению угла, воспроизводимому определению начала скольжения и надёжному закреплению образца. Прибор должен подходить для фактических материалов и контактных комбинаций, которые требуется оценить.

При закреплении гибкой плёнки необходимо избегать складок. При испытании текстурированного картона следует учитывать плоскостность и геометрию контакта. Для мягких или липких поверхностей может потребоваться процедура, учитывающая деформацию или адгезию, прежде чем рассчитанный COF можно будет уверенно интерпретировать.

Если испытания должны соответствовать спецификации заказчика или установленному методу, приведите оборудование и процедуру в соответствие с этим требованием. Общего названия прибора недостаточно, чтобы подтвердить эквивалентность. На сопоставимость могут влиять конфигурация ползуна, подготовка поверхности, движение и правила представления результатов.

Paratronix Instruments Co., Ltd. производит приборы для испытания упаковки для таких применений, как фармацевтическая упаковка, пластиковая упаковка и материалы с высокими барьерными свойствами. Обсуждая с поставщиком конфигурацию испытания на наклонной плоскости, укажите структуру материала, две контактирующие поверхности и исследуемую проблему при обработке. Эти сведения помогут определить, достаточно ли испытания на статическое скольжение или его следует дополнить другими измерениями.

Перед испытанием определите, на какое решение должен повлиять результат: утверждение заменяющей плёнки, исследование изменений покрытия или проверка устойчивости штабеля. Затем используйте измеренное поведение при скольжении, чтобы принять это решение, и проверьте его в соответствующих условиях обработки. Угол приобретает практическую ценность, когда характеризует конкретный контакт и помогает определить дальнейшие действия.