Sürtünme Katsayısının Belirlenmesi (Yapışma / Kayma Sürtünmesi)

Sürtünme katsayısı, iki yüzeyin birbirine karşı kaymaya ne kadar direndiğini ölçen fizikte temel bir kavramdır. Sürtünme kuvvetinin, yüzeyleri birbirine bastıran normal kuvvete oranını temsil eden, boyutsuz (birimi olmayan) bir sayıdır.

Sürtünme katsayısının iki ana tür vardır:

Statik sürtünme katsayısı: Yüzeyler birbirine göre hareket etmediğinde (durağan halde) geçerlidir. Genellikle kinetik değerden daha yüksektir. Statik sürtünme kuvveti sabit değildir, maksimum bir değere kadar ayarlanır. Bu nedenle, ağır bir kutuyu hareket ettirmeye başlamak için, onu hareket halinde tutmaktan daha fazla kuvvete ihtiyaç bulunmaktadır.
Kinetik (veya kayma) sürtünme katsayısı: Yüzeyler zaten birbirine göre kaydığında geçerlidir. Sürtünme kuvveti yaklaşık olarak sabittir. Tipik olarak kinetik (veya kayma) sürtünme katsayısı statik sürtünme katsayısından düşüktür (genellikle yüzde 10-30 oranında), bu nedenle nesneler hareket başladıktan sonra biraz daha kolay ivmelenme eğilimindedir.

Katsayılar yüzey pürüzlülüğüne, temizliğe, yağlamaya, sıcaklığa ve hıza bağlı olarak değişir. Değerler yaklaşık değerlerdir ve gerçek koşullarda önemli ölçüde değişebilir. İşte tipik aralıklar (aksi belirtilmedikçe kuru yüzeyler):

Buz üzerinde buz veya teflon üzerinde teflon: Sürtünme katsayısı 0,04-0,1 (çok kaygan)
Çelik üzerinde çelik (kuru): Statik sürtünme katsayısı 0,7-0,8, kinetik sürtünme katsayısı 0,4-0,6
Kauçuk üzerinde kuru beton (araba lastikleri gibi): Statik sürtünme katsayısı 0,8-1,0, kinetik sürtünme katsayısı 0,6-0,8
Ahşap üzerinde ahşap: Statik sürtünme katsayısı 0,4-0,6, kinetik sürtünme katsayısı 0,2-0,4
Metal üzerinde metal (yağlanmış): Kinetik sürtünme katsayısı 0,05-0,15’e kadar düşebilir

Sürtünme, mikroskobik düzeyde şaşırtıcı derecede karmaşıktır (yüzey pürüzleri, yapışma ve bazen yağlama filmlerini içerir), bu nedenle gerçek dünya değerleri genellikle sadece tablolara güvenmek yerine deneysel ölçüm gerektirir.

Sürtünme katsayısı, ayakkabıların zemine nasıl tutunduğundan, frenlerin nasıl çalıştığına, yağlayıcıların motorlardaki aşınmayı nasıl azalttığına ve bazı malzemelerin neden iyi kaymaz yüzeyler oluşturduğuna kadar günlük hayattaki olayları açıklar.

Sürtünme katsayısı, hassas standartlaştırılmış laboratuvar prosedürlerinde çeşitli deneysel yöntemler kullanılarak ölçülür. Seçim, malzemeye (örneğin plastikler, metaller, kağıt, döşeme, kauçuk), statik veya kinetik değerlere ihtiyaç duyulup duyulmadığına ve gerekli doğruluğa bağlıdır.

Eğimli düzlem yöntemi (laboratuvarlarda yaygın): Bu yöntem, statik sürtünme katsayısını ölçmenin en basit ve en klasik yollarından biridir. Bir blok veya nesne düz bir düzleme (örneğin ahşap, metal veya ilgilenilen malzeme) yerleştirilir. Nesne kaymaya başlayana kadar düzlemin açısı kademeli olarak artırılır. Kayma başladığı anda, düzleme paralel yerçekimi bileşeni maksimum statik sürtünme kuvvetine eşittir. Kinetik sürtünme için, nesnenin sabit hızda kayması için açı ayarlanabilir (yapışma-kaymayı aşmak için dikkatli kontrol veya hafif titreşim gerektirir).
Yatay çekme / kızak yöntemi (en yaygın endüstriyel yöntemi): Bu yöntem, birçok standardın temelini oluşturur ve bir yüzey üzerinde çekilen ağırlıklı bir kızak (veya blok) kullanır. Bir malzeme sabit bir yatay düzleme, diğeri ise bilinen ağırlıkta bir kızağa bağlanır. Bir kuvvet ölçer, yük hücresi veya üniversal test makinesi kullanılarak kızak sabit hızda yatay olarak çekilir. Hareket başlatmak için gereken tepe kuvveti (statik sürtünme) ve kayma sırasında sabit kuvvet (kinetik sürtünme) ölçülür. Hız genellikle kontrol edilir (örneğin birçok standartta 150 mm/dak). Testlerde sürtünme katsayısı test cihazı, sürtünme test cihazı veya sürtünme katsayısı fikstürlü üniversal test makinesi kullanılır. Bu yöntem, en yaygın olarak referans alınan iki uluslararası standartta kullanılmaktadır:
“ASTM D1894 Plastik film ve levhaların statik ve kinetik sürtünme katsayıları için standart test yöntemi“ standardı, ambalaj filmleri, laminatlar, levhalar için yaygın olarak kullanılır. Sabit bir düzlem üzerinde veya tam tersi yönde kızak çekilir. Bu standart daha sonra yürürlükten kaldırılmıştır ancak referans alınmaya devam etmektedir.
“ISO 8295 Plastikler - Film ve levhalar - Sürtünme katsayılarının belirlenmesi“ standardı, ASTM D1894 standardına benzer ancak numune boyutu, yay kullanımı ve prosedürde bazı farklılıklar vardır. Sonuçlar ikisi arasında doğrudan karşılaştırılabilir değildir.
“TAPPI T 549 Kaplamasız yazı ve baskı kağıtlarının statik ve kinetik sürtünme katsayılarının yatay düzlem yöntemi kullanılarak belirlenmesi“ standardında, kağıdın kendi üzerinde kayması sırasında ölçülen statik ve kinetik sürtünme katsayısının belirlenmesi için yatay düzlemde uygulanan bir prosedür açıklanmaktadır.
Yaylı terazi / kuvvet ölçer yöntemi: Yatay çekmenin pratik bir varyantıdır. Nesneye bir yaylı terazi veya dijital kuvvet ölçer takılır. Yüzeye paralel olarak sabit hızda çekilir. Hareket başlamadan hemen önce (statik) ve sabit kayma sırasında (kinetik) kuvvet okunur. Sürtünme katsayısı değerini elde etmek için normal kuvvete (genellikle ağırlığa) bölünür. Bu yöntem, saha kontrollerinde yaygındır.
Tribometre tabanlı yöntemler (gelişmiş / özel): Modern tribometreler yüksek hassasiyet, yük, hız, ortam (kuru, yağlı, sıcaklık) üzerinde kontrol ve bazen çoklu geçişler sağlar. Pim-disk, bilye-düzlem veya doğrusal karşılıklı hareket eden düzeneklere sahiptir (örneğin metaller, kaplamalar, polimerler için). Zemin / yol yüzeyleri için taşınabilir tribometreler kullanılır. Kayma direnci için “ASTM E303 İngiliz sarkaç test cihazı kullanılarak yüzey sürtünme özelliklerinin ölçülmesi için standart test yöntemi“ standardına uyulur. Islak / kuru kayma içinse “ASTM C1679 İzotermal kalorimetre kullanarak hidrolik çimento karışımlarının hidrasyon kinetiğinin ölçülmesine ilişkin standart uygulama“ standardına uyulur.

Endüstriyel uygulamalar için, güvenilir ve tekrarlanabilir veriler elde etmek için özel bir sürtünme katsayısı test cihazı kullanarak ASTM D1894 veya ISO 8295 standartları izlenir.

Kuruluşumuz, yıllardır yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere sürtünme katsayısının belirlenmesi (yapışma / kayma sürtünmesi) hizmetleri de verilmektedir.