ISO 8295: 摩擦係數
摩擦係數(COF)除了其他資訊外,還提供塑膠薄膜的表面紋理和適印性資訊。對於在包裝和印刷機上做進一步加工的薄膜,靜態及動態摩擦係數特別值得關注。電動車 EV 電池測試中的隔膜形式也深受摩擦係數影響。
塑膠薄膜的摩擦係數測定方法可詳見標準 ISO 8295、ASTM D1894、JIS K7125 以及已撤銷的 DIN 53375 標準。
符合 ISO 8295 標準的特徵值 / 測試結果
根據 ISO 8295 進行測試時,摩擦係數 (μ) 是主要結果。 這項結果指出兩種材料相互移動的程度,或彼此之間有多麼容易黏附。 摩擦係數描述為滑動係數(動摩擦)和起始摩擦(靜摩擦)。 摩擦係數越高,材料的表面越粗糙。
靜摩擦係數 μS = Fs/FP
動摩擦係數 μD = FD/FP
縮寫: | 單位 | 名稱 | 概略說明 |
μs | 靜摩擦係數 |
| |
Fs | N | 靜摩擦力 | Fs為靜摩擦力,以牛頓為單位 |
FP | N | 標準負載 | FP 為滑架質量施加的標準力,以牛頓(= 1.96 N)表示 |
µD | 動摩擦係數 |
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FD | N | 動摩擦力 | FD為動摩擦力,以牛頓為單位 |
依據 ISO 8295 測試性能及測試設備
COF 試驗機與測試治具:
- 依據 ISO 8295 標準執行的摩擦係數測定,可透過一台 zwickiLine 試驗機 及其附加的 ZwickRoell 測試治具輕鬆完成。
- 測試治具由水平測試台和已知質量的托架組成。此測試治具可用於測定薄膜與薄膜之間、以及薄膜與不鏽鋼或玻璃片材之間的摩擦行為。
進行測試:
- 將薄膜夾在托架上。 另一個薄膜可以夾在不銹鋼測試台上,或放置於不銹鋼測試台上的玻璃板。 薄膜對安裝在工作台和托架之間,以便在整個已知表面區域上提供全表面支撐和均勻分佈的壓力。 這是透過使用一層毛氈來實現的。
- 對測試而言,托架是否移動橫越測試台,或者移動是否從測試台開始,都無關緊要。
- 為了測定靜摩擦,托架透過具有固定彈簧係數和螺紋的標準化拉伸彈簧連接至力感測器。 透過這種方式,可在移動期間精確測量作用在托架上的拉伸力。 在動摩擦測量過程中不可發生黏滑效應,而這就是為什麼不使用拉伸彈簧的原因。
計算摩擦係數:
- 摩擦係數為托架上測得的拉伸力與托架自身重量所產生的接觸力之商數: 摩擦係數 μ = Fs/FD
- 靜摩擦係數(靜摩擦)根據托架上拉伸力的初始峰值計算而得,動摩擦係數(滑動摩擦)是在經過一段指定的滑動距離後,根據托架上拉伸力的平均值計算而得。
ISO 8295 電池測試中隔離薄膜的摩擦性能
在鋰離子電池中,隔膜將陽極和陰極彼此分隔,以防止電氣短路。 同時,隔膜又可讓電化學電池中閉合電路所需的電離電荷載體流動。
除了陶磁隔膜及玻璃纖維無紡布,主要多使用聚合物薄膜。 測定拉伸強度及斷裂應變為隔膜在正常機械應力下提供了完整的相關資訊。 較厚的隔薄膜能有效且安全地防止正負極之間的接觸,而較薄的薄膜能減輕電池的重量進而提高能量密度。
隔膜在電極塗層和隔膜之間摩擦係數方面的行為也是一個重要的考量因素。 這些特徵值會影響電池的性能,對於設定捲繞過程中的生產參數尤為重要。 ZwickRoell 可在室溫下進行測試,同時也可搭配 ZwickRoell 溫箱,在 -20 °C 至 +50 °C 接近工作溫度範圍內進行測試。這確保可在各種條件下對隔膜進行全面的特徵評估。
由於目前尚未針對電動車電池專門制定測試標準,ISO 8295 和 ASTM D1894 通常作為替代標準來表徵其摩擦特性。 這些測試也在電解質潤濕的狀態下進行,以獲得真實的機械特性。 積極參與這些標準的後續制定,特別是電池材料的標準,確保 ZwickRoell 測試方法能持續滿足未來的所有要求。
有關依據 ISO 8295 測定摩擦係數的常見問題
表面越粗糙,摩擦係數就越高。 這項結果指出兩種材料相互移動的程度(動或動態摩擦),或彼此之間有多麼容易黏附(靜摩擦)。 靜摩擦係數指出需要多大的力才能移動兩種材料,而動或動態摩擦係數說明讓這兩種材料保持移動所需的力。 根據 ISO 8295 進行測試時,摩擦係數 (μ) 是主要結果。
摩擦係數的計算方法為托架上測得的拉伸負載與托架自身重量所產生的接觸力之商數, 計算公式為:
- 靜摩擦係數:μS = Fs/FP
- 動摩擦係數:μD = FD/FP
其中,FS 和 FD 分別為靜摩擦力和動摩擦力(單位為牛頓),FP 為滑動質量所施加的標準力,以牛頓表示 (= 1.96 N)。
ISO 8295 和 ASTM D1894 是用於測定塑膠薄膜摩擦係數的國際標準。其中這些標準會區分托架尺寸和重量,以及必須覆蓋或包覆托架的材料。試樣的尺寸也有所不同。與 ASTM D1894 不同,ISO 8295 規定測試時需使用彈簧。