一、摩擦系数
物体放置在水平面上，以水平力F拉它，如图1所示，只要F的大小不超过一定值，物体仍保持静止，这个与F大小相同，方向相反的力就是摩擦力f。它随F的增大而增大，当物体处于将动未动的临界状态时，静摩擦力最大，如图2所示。如果F再增大，物体开始滑动，此时阻碍滑动的力就是动摩擦力。摩擦系数是指两表面间的摩擦力和垂直于两接触面的力P（法向力）之比值。
图1 物体受力示意图 图2 摩擦状态示意图
摩擦系数是各种材料的基本性质之一，低速包装的摩擦系数影响小，通常采用经验判定法，即随机抽取的样品裁成合适大小，正面对正面，正面对背面，用大拇指与中指轻轻夹住并搓动，感觉两表面相互移动时的滑爽程度，生产与检测人员凭借经验进行判定。随着纸机不断提速，摩擦系数影响也越来越大，在生产过程出现拉断、打滑，导致包装线断流的事件时有发生，给包装生产、印刷企业造成严重的经济损失。摩擦系数已经成为影响上机质量的一个重要因素。材料的摩擦性能可以通过材料的动、静摩擦系数来表征。纸张在纸机的走纸，最底部的一张包装纸在分离时，是印刷面与反面进行摩擦，此时产生的摩擦是静摩擦；纸张在纸机运行时，产生的摩擦是动摩擦。静摩擦系数反映一叠纸中单张纸离开整体力的大小，动摩擦系数反映单张纸在传送带上良好的滑动性能。
二、参考方法标准
T/CAB 0174-2022、T/CAB 0122—2021、GB/T 10006、ISO 8295
三、检测原理
静摩擦系数：两试验表面平放在一起，在一定的接触压力下，使两表面相对移动，记录所需的力，并计算静摩擦系数。
动摩擦系数：两试验表面平放在一起，在一定的接触压力下，使两表面相对匀速移动，记录所需的力，并计算动摩擦系数。
四、检测设备
试验装置由水平试验台、滑块、硬件电路、传感器、显示屏及WiFi联网模块部件组成。摩擦系数测定仪（以PN-COF智能机型为例）外形结构如图3所示。
1－打印机 2－锁紧螺钉 3－滑块 4－试验台 5－锁紧螺母 6－显示屏
图3 PN-COF 摩擦系数测定仪
水平试验台的表面应平滑，由非磁性金属材料制成。
法向力由滑块产生，滑块应具有40cm2面积的正方形底面（边长63mm)，为使压力均匀分布。滑块底部应覆盖毛毡等弹性材料，弹性材料不得使试样产生“压纹”。滑块的总质量应为200g士2g，以产生1.96N士0.02N的法向力。
驱动机构无振动，两试验表面以100mm/min±10mm/min 的速度相对移动。牵引方向应与摩擦平面保持平行并在一条直线上。
对于测量静摩擦力，测力系统的弹性系数应通过适当的弹簧调节到2N/cm±1N/cm。在滑粘情况下测量动摩擦力时，由刚性连接替代弹簧。
五、测试过程
（一）测试环境
温度应为（23±1）℃，相对湿度应为（50±2）%。
（二）试样制备
将被检测样品裁切成：63mm×63mm，80mm×200mm。
应在样品面积中均匀裁取试样。通常试样的试验方向应与样品在包装设备的运动方向相同。如果样品正反面或不同方向的摩擦性质不同，应分别进行试验。裁取的试样表而应平整、无皱纹、无伤痕和可能改变表而性质的外来物质，试样边缘应光滑。
（三）测试
将尺寸为80mm×200mm的待检测样品固定在试验台上，测试面朝上。
将尺寸为63mm×63mm的待检测样品用双面胶带固定到滑块上，测试面朝下。将固定有试样的滑块无冲击地放在水平试验台的测试位置，试样的试验方向应与滑动方向平行且测力系不受力。
按“测试”键，启动15s倒计时，然后开始测试，当两接触面间相对移动6cm时停止测试。测定此过程中静摩擦力和动摩擦力，并计算静摩擦系数和动摩擦系数。
图4 摩擦系数测试设备
六、结果计算及分析
（一）结果计算
Ø静摩擦系数
按式（1）计算静摩擦系数：
式中：
Ø 动摩擦系数
按式（2）计算动摩擦系数：
式中：
（二）结果分析
从测试曲线可以看出，最大静摩擦力大于动摩擦力。对于自动包装用卷材一般要求有较小的内摩擦系数和合适的外层摩擦系数。外层摩擦系数若太大，会引起包装过程中阻力过大，引起材料拉伸变形；若太小，可能又会引起拖动机构打滑，造成定位不准。但内层摩擦系数有时也不能太小，有些包装机在内层摩擦系数太小时，会造成制袋成型时材料不稳定，产生错位。
摩擦系数的影响因素：①与材料本身的粗糙度有关；②与基材接触面有关，在进纸、包装过程中，所接触的基材面是不同的，进纸时，接触的基材面是同类基材的反面；在包装时，接触的基材面是铁块。③环境的温湿度条件，因为纸张纤维具有吸水润胀、失水收缩的特性，当环境温湿度改变时，纸张就会发生细小的改变，特别是湿度的影响，随着湿度的增大摩擦系数也增大；④生产工艺的影响等。
七、可能的错误操作及误差来源
（一） 可能的错误操作
（1）开机直接测
本仪器属于电子仪器，测量前要预热30min以上。
（2）放上试样直接测试
国标规定，静止15s再启动测试。
（3）试样的测试面放置有误
同种材料，正反面或不同方向，摩擦系数是不同的，所以试样的测试面放置有误将影响测试结果。
（二） 主要误差来源
（1）测量系统校准不准确
本仪器高精密电子产品，使用一段时间后，因为电子元器件及传感器的性能会发生变化，从而影响测试结果，所以要定期进行校准。
（2）纸张本身的粗糙度
纸张材料本身的粗糙度直接影响摩擦系数。
（3）滑块质量的准确性
滑块的质量直接参与摩擦系数的计算，它的准确性直接影响测试结果。
（4）接触时间
静摩擦力通常会随表面接触时间延长而升高，所以国标规定试样放置好，静置15s启动测试。
本文2024年8月，发表于《纸箱世界》杂志
