Stanovenie koeficientu trenia (adhézie/klzného trenia)

Koeficient trenia je základný pojem vo fyzike, ktorý meria, ako veľmi dva povrchy kladú odpor kĺzaniu po sebe. Je to bezrozmerné (bezrozmerné) číslo, ktoré predstavuje pomer trecej sily k normálovej sile tlačiacej povrchy k sebe.

Existujú dva hlavné typy koeficientov trenia:

• Statický koeficient trenia: Platí, keď sa povrchy navzájom nepohybujú (v pokoji). Vo všeobecnosti je vyšší ako kinetická hodnota. Statická trecia sila nie je konštantná; je nastavená na maximálnu hodnotu. Preto na to, aby sa ťažká krabica začala pohybovať, je potrebná väčšia sila, ako na jej udržanie v pohybe.
• Kinetický (alebo klzný) koeficient trenia: Toto platí, keď sa povrchy už navzájom kĺžu. Trecia sila je približne konštantná. Kinetický (alebo klzný) koeficient trenia je typicky nižší ako statický koeficient trenia (zvyčajne o 10 – 30 percent), takže objekty majú tendenciu zrýchľovať o niečo ľahšie, keď sa pohyb začne.

Koeficienty sa líšia v závislosti od drsnosti povrchu, čistoty, mazania, teploty a rýchlosti. Hodnoty sú približné a v skutočných podmienkach sa môžu výrazne líšiť. Tu sú typické rozsahy (suché povrchy, pokiaľ nie je uvedené inak):

• Ľad na ľade alebo teflón na teflóne: Koeficient trenia 0,04 – 0,1 (veľmi klzký povrch)
• Oceľ na oceli (za sucha): Statický koeficient trenia 0,7 – 0,8, kinetický koeficient trenia 0,4 – 0,6
• Suchý betón na gume (ako napríklad pneumatiky automobilov): Statický koeficient trenia 0,8 – 1,0, kinetický koeficient trenia 0,6 – 0,8
• Drevo na drevo: Statický koeficient trenia 0,4 – 0,6, kinetický koeficient trenia 0,2 – 0,4
• Kov na kov (mazaný): Koeficient kinetického trenia je možné znížiť na 0,05 – 0,15.

Trenie je na mikroskopickej úrovni prekvapivo zložité (zahŕňa drsnosť povrchu, adhéziu a niekedy aj mazacie filmy), takže hodnoty z reálneho sveta si často vyžadujú experimentálne meranie, a nie spoliehanie sa výlučne na tabuľky.

Koeficient trenia vysvetľuje každodenné javy, od toho, ako topánky priľnú k zemi a ako fungujú brzdy, až po to, ako mazivá znižujú opotrebovanie motorov a prečo niektoré materiály vytvárajú dobré protišmykové povrchy.

Koeficient trenia sa meria rôznymi experimentálnymi metódami v presných, štandardizovaných laboratórnych postupoch. Výber závisí od materiálu (napr. plasty, kovy, papier, podlahy, guma), od toho, či sú potrebné statické alebo kinetické hodnoty, a od požadovanej presnosti.

• Metóda naklonenej roviny (bežná v laboratóriách): Táto metóda je jedným z najjednoduchších a najklasickejších spôsobov merania koeficientu statického trenia. Blok alebo predmet sa umiestni na rovnú rovinu (napr. drevo, kov alebo sledovaný materiál). Uhol roviny sa postupne zvyšuje, kým sa predmet nezačne kĺzať. V momente, keď sa začne kĺzanie, sa gravitačná zložka rovnobežná s rovinou rovná maximálnej sile statického trenia. Pri kinetickom trení je možné uhol nastaviť tak, aby sa predmet kĺzal konštantnou rýchlosťou (vyžaduje sa starostlivá kontrola alebo mierne vibrácie na prekonanie trhavého kĺzania).
• Metóda horizontálneho ťahania/sánkovania (najbežnejšia priemyselná metóda): Táto metóda tvorí základ mnohých noriem a používa zaťažené sane (alebo blok) ťahané po povrchu. Jeden materiál je pripevnený k pevnej horizontálnej rovine a druhý k saniam so známou hmotnosťou. Pomocou silomera, snímača zaťaženia alebo univerzálneho testovacieho stroja sa sane ťahajú horizontálne konštantnou rýchlosťou. Meria sa maximálna sila potrebná na spustenie pohybu (statické trenie) a konštantná sila počas kĺzania (kinetické trenie). Rýchlosť je zvyčajne riadená (napr. 150 mm/min v mnohých normách). Pri testoch sa používajú stroje na testovanie koeficientu trenia, zariadenia na testovanie trenia alebo univerzálne testovacie stroje s upínacími prípravkami na meranie koeficientu trenia. Táto metóda sa používa v dvoch najčastejšie uvádzaných medzinárodných normách:
• Pre baliace fólie, lamináty a fólie sa bežne používa norma „ASTM D1894 Štandardná skúšobná metóda pre statické a kinetické koeficienty trenia plastových fólií a dosiek“. Posúvač sa ťahá pozdĺž pevnej roviny alebo v opačnom smere. Táto norma bola neskôr zrušená, ale naďalej sa na ňu odkazuje.
• Norma „ISO 8295 Plasty – Fólie a dosky – Stanovenie koeficientov trenia“ je podobná norme ASTM D1894, ale existujú určité rozdiely vo veľkosti vzorky, použití pružín a postupe. Výsledky medzi týmito dvoma normami nie sú priamo porovnateľné.
• Norma „TAPPI T 549 Stanovenie statických a kinetických koeficientov trenia nenatieraných písacích a tlačiarenských papierov metódou horizontálnej roviny“ opisuje postup aplikovaný v horizontálnej rovine na určenie statických a kinetických koeficientov trenia meraných pri kĺzaní papiera po sebe.
• Metóda pružinového vyvažovania/merania sily: Toto je praktický variant horizontálneho ťahania. K predmetu sa pripevní pružinové vyvažovanie alebo digitálny merač sily. Ťahá sa konštantnou rýchlosťou rovnobežne s povrchom. Sila sa odčítava tesne pred začiatkom pohybu (statické) a počas konštantného kĺzania (kinetické). Táto hodnota sa vydelí normálovou silou (zvyčajne hmotnosťou), aby sa získala hodnota koeficientu trenia. Táto metóda je bežná pri terénnych kontrolách.
• Metódy založené na tribometroch (pokročilé/prispôsobené): Moderné tribometre poskytujú vysokú presnosť, kontrolu nad zaťažením, rýchlosťou, médiom (suché, olejové, teplota) a niekedy aj viacnásobnými prechodmi. Sú vybavené mechanizmami s kolíkovým diskom, guľôčkovou rovinou alebo lineárne vratným pohybom (napr. pre kovy, nátery, polyméry). Prenosné tribometre sa používajú pre pozemné/cestné povrchy. Pre odolnosť voči šmyku sa dodržiava norma „ASTM E303 Štandardná skúšobná metóda na meranie vlastností povrchového trenia pomocou anglického kyvadlového testera“. Pre šmyk za mokra/za sucha sa dodržiava norma „ASTM C1679 Štandardný postup na meranie kinetiky hydratácie hydraulických cementových zmesí pomocou izotermického kalorimetra“.

Pre priemyselné aplikácie sa dodržiavajú normy ASTM D1894 alebo ISO 8295 s použitím špecializovaného zariadenia na testovanie koeficientu trenia, aby sa získali spoľahlivé a opakovateľné údaje.

Naša organizácia s kompetentnými a skúsenými zamestnancami už mnoho rokov rozumie potrebám svojich klientov, poskytuje im pokročilé testovacie služby a pomáha im pri zavádzaní, implementácii a zlepšovaní systémov riadenia. V tomto rámci poskytujeme podnikom aj služby na stanovenie koeficientu trenia (adhézie/klzného trenia).