Bestemmelse af friktionskoefficienten (adhæsion/glidende friktion)

Friktionskoefficienten er et grundlæggende begreb i fysik, der måler, hvor meget to overflader modstår at glide mod hinanden. Det er et dimensionsløst tal, der repræsenterer forholdet mellem friktionskraften og normalkraften, der presser overfladerne sammen.

Der er to hovedtyper af friktionskoefficienter:

• Statisk friktionskoefficient: Dette gælder, når overflader ikke bevæger sig i forhold til hinanden (i hvile). Den er generelt højere end den kinetiske værdi. Den statiske friktionskraft er ikke konstant; den er justeret til en maksimal værdi. Derfor kræves der mere kraft for at begynde at bevæge en tung kasse end for at holde den i bevægelse.
• Kinetisk (eller glidende) friktionskoefficient: Dette gælder, når overflader allerede glider i forhold til hinanden. Friktionskraften er omtrent konstant. Typisk er den kinetiske (eller glidende) friktionskoefficient lavere end den statiske friktionskoefficient (normalt med 10-30 procent), så objekter har en tendens til at accelerere lidt lettere, når bevægelsen er begyndt.

Koefficienterne varierer afhængigt af overfladeruhed, renlighed, smøring, temperatur og hastighed. Værdierne er omtrentlige og kan variere betydeligt under faktiske forhold. Her er typiske intervaller (tørre overflader, medmindre andet er angivet):

• Is på is eller teflon på teflon: Friktionskoefficient 0,04-0,1 (meget glat)
• Stål på stål (tør): Statisk friktionskoefficient 0,7-0,8, kinetisk friktionskoefficient 0,4-0,6
• Tør beton på gummi (som bildæk): Statisk friktionskoefficient 0,8-1,0, kinetisk friktionskoefficient 0,6-0,8
• Træ mod træ: Statisk friktionskoefficient 0,4-0,6, kinetisk friktionskoefficient 0,2-0,4
• Metal-mod-metal (smurt): Kinetisk friktionskoefficient kan reduceres til 0,05-0,15.

Friktion er overraskende kompleks på mikroskopisk niveau (involverer overfladeruhed, vedhæftning og undertiden smørefilm), så virkelige værdier kræver ofte eksperimentel måling i stedet for udelukkende at stole på tabeller.

Friktionskoefficienten forklarer hverdagsfænomener, lige fra hvordan sko griber fat i jorden og hvordan bremser fungerer, til hvordan smøremidler reducerer slid i motorer, og hvorfor nogle materialer skaber gode skridsikre overflader.

Friktionskoefficienten måles ved hjælp af forskellige eksperimentelle metoder i præcise, standardiserede laboratorieprocedurer. Valget afhænger af materialet (f.eks. plast, metaller, papir, gulvbelægning, gummi), om der er behov for statiske eller kinetiske værdier, og den nødvendige nøjagtighed.

• Skråplanmetoden (almindelig i laboratorier): Denne metode er en af ​​de enkleste og mest klassiske måder at måle den statiske friktionskoefficient på. En blok eller et objekt placeres på et fladt plan (f.eks. træ, metal eller det pågældende materiale). Planets vinkel øges gradvist, indtil objektet begynder at glide. I det øjeblik glidningen begynder, er tyngdekraftskomponenten parallelt med planet lig med den maksimale statiske friktionskraft. Ved kinetisk friktion kan vinklen justeres, så objektet glider med en konstant hastighed (kræver omhyggelig kontrol eller let vibration for at overvinde stick-slip).
• Horisontal slæde-/trækmetode (den mest almindelige industrielle metode): Denne metode danner grundlag for mange standarder og bruger en vægtet slæde (eller blok), der trækkes hen over en overflade. Det ene materiale er fastgjort til et fast vandret plan, og det andet til en slæde med kendt vægt. Ved hjælp af en kraftmåler, vejecelle eller universel testmaskine trækkes slæden vandret med en konstant hastighed. Den maksimale kraft, der kræves for at starte bevægelsen (statisk friktion), og den konstante kraft under glidning (kinetisk friktion) måles. Hastigheden styres normalt (f.eks. 150 mm/min i mange standarder). Friktionskoefficienttestmaskiner, friktionstestanordninger eller universelle testmaskiner med friktionskoefficientfiksturer anvendes i testene. Denne metode bruges i to af de mest almindeligt refererede internationale standarder:
• Standarden "ASTM D1894 Standard testmetode for statiske og kinetiske friktionskoefficienter for plastfilm og -ark" bruges almindeligvis til emballagefilm, laminater og ark. Slæden trækkes langs et fast plan eller i den modsatte retning. Denne standard blev senere ophævet, men der henvises fortsat til den.
• Standarden “ISO 8295 Plast - Film og ark - Bestemmelse af friktionskoefficienter” svarer til ASTM D1894-standarden, men der er nogle forskelle i prøvestørrelse, fjederbrug og procedure. Resultaterne er ikke direkte sammenlignelige mellem de to.
• Standarden “TAPPI T 549 Bestemmelse af statiske og kinetiske friktionskoefficienter for ubestrøget skrive- og trykpapir ved hjælp af den horisontale planmetode” beskriver en procedure, der anvendes i et horisontalt plan til at bestemme de statiske og kinetiske friktionskoefficienter, der måles, når papiret glider over sig selv.
• Fjederbalance/kraftmålermetode: Dette er en praktisk variant af vandret træk. En fjederbalance eller digital kraftmåler fastgøres til objektet. Det trækkes med en konstant hastighed parallelt med overfladen. Kraften aflæses lige før bevægelsen begynder (statisk) og under den konstante glidning (kinetisk). Dette divideres med normalkraften (normalt vægt) for at få friktionskoefficienten. Denne metode er almindelig ved feltinspektioner.
• Tribometerbaserede metoder (avancerede/tilpassede): Moderne tribometre giver høj nøjagtighed, kontrol over belastning, hastighed, medium (tør, olieagtig, temperatur) og nogle gange flere passager. De har pin-disk, kugleplan eller lineært frem- og tilbagegående mekanismer (f.eks. til metaller, belægninger, polymerer). Bærbare tribometre bruges til jord-/vejoverflader. For forskydningsmodstand følges standarden "ASTM E303 Standard testmetode til måling af overfladefriktionsegenskaber ved hjælp af en engelsk pendultester". For våd/tør forskydning følges standarden "ASTM C1679 Standard praksis for måling af hydreringskinetikken af ​​hydrauliske cementblandinger ved hjælp af en isothermal kalorimeter".

Til industrielle anvendelser følges ASTM D1894- eller ISO 8295-standarderne ved hjælp af en specialiseret enhed til test af friktionskoefficient for at opnå pålidelige og repeterbare data.

I mange år har vores organisation, med sit kompetente og erfarne personale, forstået sine kunders behov, leveret de avancerede testtjenester, de har brug for, og hjulpet med etablering, implementering og forbedring af ledelsessystemer. Inden for denne ramme leverer vi også tjenester til bestemmelse af friktionskoefficienten (adhæsion/glidefriktion) til virksomheder.