تعیین ضریب اصطکاک (اصطکاک چسبندگی/لغزشی)
ضریب اصطکاک یک مفهوم اساسی در فیزیک است که میزان مقاومت دو سطح در برابر لغزش روی یکدیگر را اندازه‌گیری می‌کند. این یک عدد بدون بعد (بی‌بعد) است که نسبت نیروی اصطکاک به نیروی عمودی که سطوح را به هم فشار می‌دهد، نشان می‌دهد.
دو نوع اصلی ضریب اصطکاک وجود دارد:
- ضریب اصطکاک ایستایی: این ضریب زمانی اعمال می‌شود که سطوح نسبت به یکدیگر حرکت نمی‌کنند (در حالت سکون). این ضریب عموماً بیشتر از مقدار جنبشی است. نیروی اصطکاک ایستایی ثابت نیست؛ بلکه روی یک مقدار حداکثر تنظیم می‌شود. بنابراین، برای شروع حرکت یک جعبه سنگین، نیروی بیشتری نسبت به نیروی لازم برای ادامه حرکت آن مورد نیاز است.
- ضریب اصطکاک جنبشی (یا لغزشی): این ضریب زمانی اعمال می‌شود که سطوح از قبل نسبت به یکدیگر در حال لغزش باشند. نیروی اصطکاک تقریباً ثابت است. معمولاً ضریب اصطکاک جنبشی (یا لغزشی) کمتر از ضریب اصطکاک استاتیک است (معمولاً 10 تا 30 درصد)، بنابراین اجسام پس از شروع حرکت، کمی راحت‌تر شتاب می‌گیرند.
ضرایب بسته به زبری سطح، تمیزی، روانکاری، دما و سرعت متفاوت هستند. مقادیر تقریبی هستند و می‌توانند در شرایط واقعی به طور قابل توجهی متفاوت باشند. در اینجا محدوده‌های معمول (سطوح خشک، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد) آمده است:
- یخ روی یخ یا تفلون روی تفلون: ضریب اصطکاک ۰.۰۴-۰.۱ (بسیار لغزنده)
- فولاد روی فولاد (خشک): ضریب اصطکاک استاتیکی ۰.۷-۰.۸، ضریب اصطکاک جنبشی ۰.۴-۰.۶
- بتن خشک روی لاستیک (مانند لاستیک ماشین): ضریب اصطکاک استاتیکی ۰.۸-۱.۰، ضریب اصطکاک جنبشی ۰.۶-۰.۸
- چوب روی چوب: ضریب اصطکاک استاتیک ۰.۴-۰.۶، ضریب اصطکاک جنبشی ۰.۲-۰.۴
- فلز روی فلز (روانکاری شده): ضریب اصطکاک جنبشی را می‌توان به 0,05-0,15 کاهش داد.
اصطکاک در سطح میکروسکوپی به طرز شگفت‌آوری پیچیده است (شامل زبری سطح، چسبندگی و گاهی اوقات لایه‌های روان‌کننده)، بنابراین مقادیر واقعی اغلب به جای تکیه صرف بر جداول، نیاز به اندازه‌گیری تجربی دارند.
ضریب اصطکاک پدیده‌های روزمره را توضیح می‌دهد، از چگونگی چسبیدن کفش‌ها به زمین و نحوه عملکرد ترمزها گرفته تا چگونگی کاهش سایش موتورها توسط روان‌کننده‌ها و اینکه چرا برخی مواد سطوح ضد لغزش خوبی ایجاد می‌کنند.
ضریب اصطکاک با استفاده از روش‌های تجربی مختلف در رویه‌های آزمایشگاهی دقیق و استاندارد اندازه‌گیری می‌شود. انتخاب نوع آن به جنس ماده (مثلاً پلاستیک، فلزات، کاغذ، کفپوش، لاستیک)، مقادیر استاتیک یا سینتیکی مورد نیاز و دقت مورد نیاز بستگی دارد.
- روش صفحه شیب‌دار (رایج در آزمایشگاه‌ها): این روش یکی از ساده‌ترین و کلاسیک‌ترین روش‌های اندازه‌گیری ضریب اصطکاک ایستایی است. یک بلوک یا جسم روی یک صفحه صاف (مثلاً چوب، فلز یا ماده مورد نظر) قرار می‌گیرد. زاویه صفحه به تدریج افزایش می‌یابد تا جسم شروع به لغزش کند. در لحظه شروع لغزش، مؤلفه گرانشی موازی با صفحه برابر با حداکثر نیروی اصطکاک ایستایی است. برای اصطکاک جنبشی، زاویه را می‌توان طوری تنظیم کرد که جسم با سرعت ثابتی بلغزد (برای غلبه بر لغزش چسبنده، به کنترل دقیق یا لرزش جزئی نیاز است).
- روش کشش/سورتمه افقی (رایج‌ترین روش صنعتی): این روش اساس بسیاری از استانداردها را تشکیل می‌دهد و از یک سورتمه (یا بلوک) وزنه‌دار که روی یک سطح کشیده می‌شود، استفاده می‌کند. یکی از مواد به یک صفحه افقی ثابت و دیگری به سورتمه‌ای با وزن مشخص متصل است. با استفاده از یک نیروسنج، لودسل یا دستگاه تست یونیورسال، سورتمه با سرعت ثابت به صورت افقی کشیده می‌شود. حداکثر نیروی مورد نیاز برای شروع حرکت (اصطکاک استاتیک) و نیروی ثابت در حین لغزش (اصطکاک جنبشی) اندازه‌گیری می‌شوند. سرعت معمولاً کنترل می‌شود (مثلاً ۱۵۰ میلی‌متر در دقیقه در بسیاری از استانداردها). دستگاه‌های تست ضریب اصطکاک، دستگاه‌های تست اصطکاک یا دستگاه‌های تست یونیورسال با وسایل اندازه‌گیری ضریب اصطکاک در آزمایش‌ها استفاده می‌شوند. این روش در دو مورد از رایج‌ترین استانداردهای بین‌المللی مورد استفاده قرار می‌گیرد:
- استاندارد «روش آزمون استاندارد ASTM D1894 برای ضرایب اصطکاک استاتیک و جنبشی فیلم‌ها و ورق‌های پلاستیکی» معمولاً برای فیلم‌ها، لمینت‌ها و ورق‌های بسته‌بندی استفاده می‌شود. اسلاید در امتداد یک صفحه ثابت یا در جهت مخالف کشیده می‌شود. این استاندارد بعداً لغو شد اما همچنان به آن ارجاع داده می‌شود.
- استاندارد «ISO 8295 پلاستیک‌ها - فیلم‌ها و ورق‌ها - تعیین ضرایب اصطکاک» مشابه استاندارد ASTM D1894 است، اما تفاوت‌هایی در اندازه نمونه، کاربرد فنر و روش کار وجود دارد. نتایج بین این دو به طور مستقیم قابل مقایسه نیست.
- استاندارد «TAPPI T 549 تعیین ضرایب اصطکاک استاتیک و جنبشی کاغذهای تحریر و چاپ بدون پوشش با استفاده از روش صفحه افقی» روشی را توصیف می‌کند که در یک صفحه افقی برای تعیین ضرایب اصطکاک استاتیک و جنبشی اندازه‌گیری شده هنگام لغزش کاغذ روی خود، اعمال می‌شود.
- روش تعادل فنری/نیروسنج: این یک نوع عملی از کشش افقی است. یک تعادل فنری یا نیروسنج دیجیتال به جسم متصل می‌شود. جسم با سرعت ثابت موازی با سطح کشیده می‌شود. نیرو درست قبل از شروع حرکت (استاتیک) و در حین لغزش ثابت (جنبشی) خوانده می‌شود. این نیرو بر نیروی عمودی (معمولاً وزن) تقسیم می‌شود تا مقدار ضریب اصطکاک به دست آید. این روش در بازرسی‌های میدانی رایج است.
- روش‌های مبتنی بر تریبومتر (پیشرفته/سفارشی): تریبومترهای مدرن دقت بالا، کنترل بار، سرعت، متوسط (خشک، روغنی، دما) و گاهی اوقات چندین پاس را ارائه می‌دهند. آنها دارای مکانیزم‌های پین-دیسک، گوی-صفحه یا رفت و برگشتی خطی (مثلاً برای فلزات، پوشش‌ها، پلیمرها) هستند. تریبومترهای قابل حمل برای سطوح زمین/جاده استفاده می‌شوند. برای مقاومت برشی، از استاندارد "روش آزمون استاندارد ASTM E303 برای اندازه‌گیری خواص اصطکاک سطح با استفاده از دستگاه آونگ انگلیسی" پیروی می‌شود. برای برش مرطوب/خشک، از استاندارد "روش آزمون استاندارد ASTM C1679 برای اندازه‌گیری سینتیک هیدراتاسیون مخلوط‌های سیمان هیدرولیکی با استفاده از یک گرماسنج ایزوترمال" پیروی می‌شود.
برای کاربردهای صنعتی، استانداردهای ASTM D1894 یا ISO 8295 با استفاده از یک دستگاه تست ضریب اصطکاک تخصصی برای به دست آوردن داده‌های قابل اعتماد و تکرارپذیر رعایت می‌شوند.
سال‌هاست که سازمان ما با کادری متخصص و باتجربه، نیازهای مشتریان خود را درک کرده، خدمات تست پیشرفته مورد نیاز آنها را ارائه می‌دهد و در ایجاد، پیاده‌سازی و بهبود سیستم‌های مدیریتی یاری می‌رساند. در این چارچوب، ما همچنین خدماتی برای تعیین ضریب اصطکاک (اصطکاک چسبندگی/لغزشی) به مشاغل ارائه می‌دهیم.
