專利名稱：確定摩擦系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連續(xù)確定材料摩擦系數(shù)(COF)，特別是膜料或板材的COF的裝置。 本發(fā)明還涉及連續(xù)確定材料特別是膜料和板材的COF和牽引力。
背景技術(shù)：
對于膜料供應(yīng)商和膜料轉(zhuǎn)產(chǎn)商來說，關(guān)鍵的需要是膜料和板材在膜料和板材的整個表面上具有一致的COF。
目前，膜料工業(yè)中還沒有合適的方案用于在線或旁路COF測量。目前通用的流程是利用單獨的離線程序在膜料的不同區(qū)域測量C0F。
目前用于確定摩擦系數(shù)的一種方法是標準方法ASTM D-1894。該方法確定膜料或板材在另一種膜料表面或金屬表面上的局部靜態(tài)和動態(tài)(也稱為運動)摩擦系數(shù)。這種測試方法不提供整個膜料卷的COF或者滑移行為。為了完全表征膜料卷或板材卷的COF和滑移行為，需要能以連續(xù)方式測量COF的測試方法。這種COF方法應(yīng)該允許在膜料卷或者板材卷在連續(xù)的在線加工中開卷時，表征膜料卷或板材卷的滑移性能。
進而，還需要一種能在制造過程中非破壞性地確定膜料的動態(tài)COF的“旁路測試儀”，并且這種測試儀使用COF信息來區(qū)別利用不同滑移公式制成的膜料?；菩袨槭峭ㄟ^測量摩擦系數(shù)來表征的表面現(xiàn)象。這里感興趣的是兩種系數(shù)。第一種稱為靜態(tài)摩擦系數(shù)。 靜態(tài)摩擦系數(shù)定義為法向力與在給定表面上開始移動物體所需的作用力的比率。第二種是動態(tài)摩擦系數(shù)，也稱為運動摩擦系數(shù)，并且定義為法向力與保持在給定表面上滑動的物體的穩(wěn)態(tài)運動所需的作用力的比率。確定這些摩擦系數(shù)可以通過許多幾何方式來實現(xiàn)，但是常用的方式是確定開始并保持物體在表面上滑動所需的力。
參考文獻Frictionof Polymer Films,by D. K. Owens, J. App 1. Polym. ScL, Vol. 8, PP. 1465-1475(1964)公開了一種利用旋轉(zhuǎn)轂的裝置，在所述旋轉(zhuǎn)轂上懸掛預(yù)張力的膜料條或纖維條。懸掛的膜料或纖維利用已知的配重或作用力在一條支路上預(yù)張緊，而另一條支路連接到應(yīng)變計或者載荷傳感器。在預(yù)張緊的膜料條或纖維被旋轉(zhuǎn)的拾取轂牽引時，利用應(yīng)變計或載荷傳感器測量摩擦作用力。這是實驗室級別的方法，并不適用于“在線”測量。
此外，這種設(shè)計顯示了大于等于180°的包角，這樣的包角不適合采用膜料料幅的連續(xù)“在線”或“旁路”工藝，因為較大的包角將產(chǎn)生較高的料幅張力，這種張力可能導(dǎo)致膜料卷或者板材卷產(chǎn)生缺陷，諸如靜電載荷和堆塊效應(yīng)。例如，膜料或板材可能褶皺， 并在膜料或板材緊實纏繞時，導(dǎo)致料卷塌縮。另參見〃 Boundary Friction of Textile Yarns, " by F. Tomlinson, Jr. and J. S. Olsen, Textile Research J. ,31,1007-1011, (1961)。
參考文獻〃 Adsorption and Boundary Friction of Polymer Surfaces, " byF.Tomlinson, Jr. , J. Phys. Chem.，Vol. 66，1136-1143 (1962)公開了一種用于確定膜料摩擦的滑動設(shè)備。該設(shè)備由速度可變的回轉(zhuǎn)臺和連接到應(yīng)變計的樞轉(zhuǎn)杠桿臂構(gòu)成。隨著回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，利用應(yīng)變計記錄膜料和杠桿臂之間的滑動摩擦力。所述這種方法并不適合連續(xù)“在線”確定C0F。
日本專利公開文件NO.P2001-66205A公開了一種“在線”板材張力檢測器，該檢測器利用自由旋轉(zhuǎn)的帶紋理的輥子，所述輥子利用載荷測量設(shè)備支撐。帶紋理的輥子定制為相對于膜料表面具有大于0. 8的摩擦系數(shù)。隨著料幅擠壓在帶紋理的輥子上，測量法向力， 并將其轉(zhuǎn)化成料幅張力。為了測量與膜料料幅接觸的帶紋理的輥子的C0F，描述了另一種方法，這種方法要求將該裝置離線。確定COF利用預(yù)懸掛的配重。這種設(shè)備不適合連續(xù)的 “在線”或“旁路”測量C0F。
美國專利5，319，578公開了一種紗線形貌分析儀，其中紗線在基本上恒定的張力下經(jīng)過成像區(qū)域，包括光源和間隔開的光感知陣列。該專利公開了一種包含三個輥子的張力測量設(shè)備，中間的輥子連接到機械彈簧，用于檢測紗線的張力。這種設(shè)備不用于測量摩擦系數(shù)，并且在大多數(shù)情況下，不提供足夠高的精度以用于測量摩擦系數(shù)。另參見美國專利 5，420, 802。
英國專利說明書GB1286112公開了一種利用在傾斜表面上的滑動來測量膜料或板材摩擦系數(shù)的裝置。當所述傾斜表面傾斜時，板材或膜料滑動，并且傾斜角度與摩擦系數(shù)相關(guān)。這種方法不容易適配“在線”或“旁路”過程。
芬蘭專利申請FI981198(發(fā)明內(nèi)容或摘要)公開了一種用來確定地板或地毯襯層的摩擦系數(shù)的裝置。該裝置由施加法向載荷的桿、傳動件和摩擦檢測器或換能器構(gòu)成。雖然描述為現(xiàn)場設(shè)備，但是這種設(shè)計對于連續(xù)的膜料料幅工藝無效。
一種確定紗線摩擦系數(shù)的裝置也在參考文獻Apparatus for Determiningthe Coefficient of Friction of Running Yarn, by F. Breazeale, Textile Research J., No. 4，Vol. XVII，pp. 27-31 (1947)中描述。如其所述，該裝置要求形成180°的包角的接觸輪。這種大包角無法用在“在線”或“旁路”裝置中，因為會在膜料料幅中形成褶皺，并且在卷繞膜料時，大包角還可能導(dǎo)致過大的張力。
參考文獻 Amonton' s Law and Fibre Friction, by H.G.Howell and J. Mazur, J. Textile Inst.，44，T59-T69 (1953)描述了一種利用Amonton定律確定纖維摩擦系數(shù)的裝置。如其所述，該裝置不容易適配到連續(xù)的生產(chǎn)環(huán)境中。
參考文獻 Some Measurements of the Friction of Wool and Mohair, by AJ. PMartin and R. Mittelmann, J. Textile Inst. ，T269-T280, December (1946) ffii^I — 種確定羊毛和馬海毛纖維的摩擦系數(shù)的獨立裝置。如其所述，該裝置是獨立單元，并且這種設(shè)計用在連續(xù)的生產(chǎn)環(huán)境中也不切實際。
參考文獻The General Case of Friction of a String Round a Cylinder,byH.G.Howell, Journal of the Textile Institute，No. 8/9，pp. 359-362 (1953)描述了利用圍繞摩擦點的張力的比率確定纖維摩擦系數(shù)的理論方面。該文獻沒有提供任何具體的裝置設(shè)計。
其他有關(guān)摩擦的設(shè)備、磨損設(shè)備和/或與摩擦有關(guān)的理論架構(gòu)在下面的文獻中進行描述a) S. Bahadur, Dependence of Polymer Sliding Friction onNormal Load and Contact Pressure,Wear,29,323-336, (1974) ；b)K. G. Budinski, An Inclined Plane Test for the Breakway Coefficient of RollingFriction of Rolling Elements Bearings, Wear,259,1443-1447(2005) ；c)B.Olofasson, Measurement of Friction Between Single Fibers VI. Theoretical Studyof Fiber Friction, Textile Research Journal, 476-480 (1950) ；d)V. E. Gonnsalves, Theoretical Considerations and Measurements with Regard to the LongitudinalAbrasion of Rayon Filaments, Textile Research Journal,28-42(1950) ；e)German Patent Application DE 102006028020A1 禾口 f)ASTM D 3108-07。還存在商用“離線設(shè)備”來測量纖維的COF(例如，可以從LAWS0N-HEMPHILL買到的 Elastomeric Yarn Tester, Model CIT-E LH 450)。
如上所述，需要一種能連續(xù)地以非破壞性的方式測量平坦基材卷諸如膜料卷或板材卷的(動態(tài)和/或靜態(tài))COF的設(shè)備。還需要一種能包含在膜料線上，諸如吹塑線、流延膜或鑄塑板線、膜料或板材層壓線或者膜料或板材涂覆線中的COF設(shè)備。還需要一種能在膜料或板材卷繞成卷時或者與其他設(shè)備諸如縱切機復(fù)卷機和成型充填封口(FR5)設(shè)備用于在線或旁路過程時，立即測量膜料或板材的COF的設(shè)備。這些需求和其他需求已經(jīng)通過本發(fā)明來滿足。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于連續(xù)測量材料動態(tài)摩擦系數(shù)和/或靜態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，所述裝置至少包括以下
A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子Rl和R2 ；
B) 一個輥子 Sl ；
C)可選地，一個靜態(tài)輥子S2 ；
D)兩組作用力檢測器，F(xiàn)l和F2 ；和
其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(θ )，并且所述包角(Θ)小于90°，并且 Fl連接到R1，F(xiàn)2連接到R2。
本發(fā)明還提供一種用于連續(xù)測量材料的(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)以及牽引力的裝置，所述裝置至少包括
A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子Rl和R2 ；
B)三個輥子 R3、R4 和 R5 ；
C) 一個輥子 Sl ；
D)可選地，一個靜態(tài)輥子S2 ；
E)三組作用力檢測器Fl、F2和F3 ；和
其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(θ )，并且Rl與R2之間的所述包角(θ ) 小于90°，并且
R3、R4和R5分別位于R2的上游，并且
Fl連接到Rl, F2連接到R2，F(xiàn)3連接到R3。


圖1描繪了本發(fā)明裝置的輥子元件，包括包角(θ )。
圖2是用于連續(xù)確定膜料或板材的(動態(tài)和/或靜態(tài))COF和/或牽引力的“旁路 (at-line) ”裝置的示意圖。標注有“A_A”的頂部剖面圖是圖2所示的裝置的側(cè)視圖中標注有“圈A-圈A”的錨定板的截面圖。在附圖中，“上游”指代朝向料幅入口的方向，而“下游”指代朝向料幅出口的方向。
圖3是一對載荷檢測設(shè)備、輥子和軸承殼體的示意圖。
圖4描繪了膜料卷的動態(tài)COF曲線^OF針對時間)。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種連續(xù)確定材料(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)的方法。具體來說， 在膜料或板材應(yīng)用于制造過程時，整個膜料卷或板材卷的摩擦系數(shù)可以確定。所述裝置還用于確定膜料卷或板材卷的開卷力(或牽引力)。此外，所述裝置可以用于在多孔膜工藝、 流延膜或鑄塑板工藝、擠壓涂覆、層壓工藝或成形充填封口(FR5)工藝過程中“在線”或“旁路”測量膜料C0F。
所述裝置特別適合“在線”或“旁路”多孔膜工藝以及縱切機復(fù)卷工藝。所述裝置也足夠敏感以檢測膜料中的缺陷。所述裝置特別適合參與現(xiàn)有膜料或板材線的操作，這些線具有外部驅(qū)動單元。可選地，卷繞或開卷膜料的驅(qū)動單元可以包含在所述裝置中，用作獨立的設(shè)備。
所述裝置也設(shè)計用于直接在“在線”涂覆工藝中和/或在進一步的轉(zhuǎn)換步驟比如層壓或復(fù)卷工藝中，確定涂層的摩擦系數(shù)。在用在膜料、板材或涂層工藝中時，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以用作終端產(chǎn)品的控制措施，并且利用控制反饋環(huán)路，可以自動調(diào)節(jié)膜料、板材、涂層成分，或者基材。在膜料卷或板材卷在線開卷時，本發(fā)明的裝置將允許表征膜料卷或板材卷的滑移性能。
(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)是通常用于柔性包裝工業(yè)中表征薄吹塑膜或流延膜或吹塑板或鑄塑板的性能的關(guān)鍵參數(shù)。COF是用于層壓或非層壓膜料或板材的重要屬性， 這些膜料或板材將利用立式成型充填封口(VFR5)或水平成型充填封口(HFR5)機進一步轉(zhuǎn)化成成品包裝。膜料或板材的COF通常利用“離線”測試儀對從更大的膜料卷或板材卷上提取的非常小的樣本進行測量。如此獲得的結(jié)果可能無法表示轉(zhuǎn)換機諸如膠合層壓機或者 VFFS/HFFS設(shè)備上的膜料或板材卷的真實性能。如上所述，連續(xù)膜料和/或板材裝置，(例如，“旁路COF測試儀”)設(shè)計并開發(fā)用于理解整個膜料卷的動態(tài)COF曲線。本發(fā)明的COF 測試儀允許以各種線速度并抵靠各種表面包括金屬或橡膠來測量C0F。此外，由本發(fā)明的裝置測量的膜料動態(tài)COF可以與VFFS線上的性能關(guān)聯(lián)起來。這為預(yù)測柔性包裝價值鏈上各個步驟，包括膜料轉(zhuǎn)換、膠合層壓以及VFFS/HFFS包裝料生產(chǎn)中與COF相關(guān)的膜料卷性能提供了有價值的工具。如上所述，本發(fā)明提供一種用于連續(xù)測量材料動態(tài)摩擦系數(shù)和/或靜態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，所述裝置至少包括以下
A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子，Rl和R2 ；
B) 一個輥子 Sl ；
C)可選地，一個靜態(tài)輥子S2 ；
D)兩組作用力檢測器，F(xiàn)l和F2 ；和
其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90° (1.57 弧度)，并且Rl連接到Fl, R2連接到F2。
將輥子連接到作用力檢測器的連接方式包括但不限于，處于水平或垂直位置的軸臺。本領(lǐng)域技術(shù)人員還知悉其他連接方式，例如軸座，通常用于徑向載荷傳感器。
在一種實施例中，測量動態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實施例中，測量靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實施例中，測量動態(tài)摩擦系數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實施例中，所述材料是膜料、板材或纖維。
在一種實施例中，所述材料是膜料。膜料通常厚度小于等于12密耳(mil) (lmil =1/1000 英寸(inch) = 0. 0254 毫米(mm))。
在--種實施例中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--種實施例中，所述材料是纖維。
在--種實施例中，所述裝置是制造或生產(chǎn)線的一部分。
在--種實施例中，所述裝置是“在線”裝置。
在--種實施例中，所述裝置是“旁路”裝置。
在--種實施例中，所述兩個作用力檢測器(Fl和分別是載荷傳感器。
在--種實施例中，所述兩個輥子Rl和R2具有相同直徑。
在--種實施例中，所述包角小于等于60° (1. 05弧度)。
在--種實施例中，所述包角小于等于45° (0.785弧度)，優(yōu)選小于等于40°。
在--種實施例中，所述包角小于等于30° (0.52弧度)，優(yōu)選小于等于20°。
在--種實施例中，所述包角小于等于20° (0.35弧度)，優(yōu)選小于等于10°。
在--種實施例中，輥子Sl是旋轉(zhuǎn)式的或靜止的(靜態(tài))。
在--種實施例中，輥子Sl是靜止的。
在--種實施例中，輥子Sl是旋轉(zhuǎn)式的。
在--種實施例中，Sl的直徑從0. 5英寸到6英寸，優(yōu)選從0. 75英寸到4. 5英寸。
在--種實施例中，每個輥子Rl、R2和Sl具有相同直徑。
在--種實施例中，每個輥子Rl、R2和Sl具有相同長度。
在--種實施例中，每個載荷傳感器(張力)的數(shù)據(jù)獲取率為每“10微秒以上” 1個數(shù)據(jù)點。
在--種實施例中，在經(jīng)過所述裝置時，材料(例如，膜料)速度從“10英尺每分鐘”到“1000英尺每分鐘”。
在一種實施例中，在經(jīng)過所述裝置時，材料(例如，膜料)的速度從“20英尺每分鐘”到“500英尺每分鐘”。
本發(fā)明的裝置可以包括文中所述的兩個或更多個實施例的組合。
本發(fā)明還提供了一種用于連續(xù)測量材料動態(tài)摩擦系數(shù)和/或靜態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，所述裝置至少包括以下
A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子，Rl和R2 ；
B) 一個輥子 Sl ；
C)可選地，一個靜態(tài)輥子S2 ；
D)兩個作用力檢測器，F(xiàn)a和1 ；和
其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90° (1.57 弧度)，并且Rl連接到i^a，R2連接到冊。上述以及本申請全文中所述的連接方式和實施例也適用于該裝置。優(yōu)選，測量動態(tài)摩擦系數(shù)。本發(fā)明的裝置可以包括文中所述兩個或更多個實施例的組合。
本發(fā)明還提供一種用于連續(xù)測量材料的(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)以及牽引力的裝置，所述裝置至少包括
A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子，Rl和R2 ；
B)三個輥子 R3、R4 和 R5 ；
C) 一個輥子 Sl ；
D)可選地，一個靜態(tài)輥子S2 ；
E)三組作用力檢測器Fl、F2和F3 ；和
其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(θ )，并且Rl與R2之間的所述包角(θ ) 小于90°，并且R3、R4和R5分別位于R2的上游，并且Fl連接到R1，F(xiàn)2連接到R2，F(xiàn)3連接到R3。
將輥子連接到作用力檢測器的連接方式包括但不限于，處于水平或垂直位置的軸臺。本領(lǐng)域技術(shù)人員還知悉其他連接方式，例如軸座，通常用于徑向載荷傳感器。
在--種實施列中，同時測量摩擦系數(shù)和牽引力。
在--種實施列中，交替測量摩擦系數(shù)和牽引力。
在--種實施列中，測量動態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實施列中，測量靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實施列中，測量動態(tài)摩擦系數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實施列中，所述材料是膜料、板材或纖維。
在--種實施列中，所述材料是膜料。膜料通常厚度小于等于12mil。
在--種實施列中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--種實施列中，所述材料是纖維。
在--種實施列中，所述裝置是制造線的一部分。
在--種實施列中，所述裝置是“在線”裝置。
在--種實施列中，所述裝置是“旁路”裝置。
在--種實施列中，所述兩個作用力檢測器(Fl和分別是載荷傳感器。
在--種實施列中，所述兩個輥子Rl和R2具有相同直徑。
在--種實施列中，所述包角小于等于60° (1.05弧度)。
在--種實施列中，所述包角小于等于45° (0.785弧度)，優(yōu)選小于等于40°。
在--種實施列中，所述包角小于等于30° (0.52弧度)，優(yōu)選小于等于20°。
在--種實施列中，所述包角小于等于20° (0.35弧度)，優(yōu)選小于等于10°。
在--種實施列中，輥子Sl是旋轉(zhuǎn)式的或靜止的(靜態(tài))。
在--種實施列中，輥子Sl是靜止的。
在--種實施列中，輥子Sl是旋轉(zhuǎn)式的。
在--種實施列中，Sl的直徑從0. 5英寸到6英寸，優(yōu)選從0. 75英寸到4. 5英寸
在一種實施例中，每個輥子R1、R2和Sl具有相同直徑。
在一種實施例中，每個輥子Rl、R2和Sl具有相同長度。
在一種實施例中，每個載荷傳感器(張力)的數(shù)據(jù)獲取率為每“10微秒以上” 1個數(shù)據(jù)點。
在一種實施例中，在經(jīng)過所述裝置時，材料(例如，膜料)速度從“10英尺每分鐘” 到“1000英尺每分鐘”。
在一種實施例中，在經(jīng)過所述裝置時，材料(例如，膜料)的速度從“20英尺每分鐘”到“500英尺每分鐘”。
本發(fā)明的裝置可以包括文中所述的兩個或更多個實施例的組合。
本發(fā)明裝置的理論分析
本發(fā)明的裝置的輥子元件在圖1中示出。
根據(jù)Amonton定律，輸出支路張力Tl與輸入支路張力T2的比值與圍繞靜態(tài)(非旋轉(zhuǎn))輥子Si的兩個接觸表面的摩擦系數(shù)直接相關(guān)，如方程1所示
(方程 1)
方程1可以用于確定動態(tài)摩擦系數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)。這里，μ是(靜態(tài)或動態(tài)) 摩擦系數(shù)，而θ是圍繞靜態(tài)輥子的包角。在一種實施例中，支路張力Tl利用一對載荷傳感器I(Fl)來測量，而支路張力Τ2利用一對載荷傳感器2(^)來測量。靜態(tài)輥子Sl的位置可以調(diào)節(jié)，以使包角θ可以調(diào)節(jié)，例如包角從0到180°，更優(yōu)選從0到90°，最優(yōu)選動0 到 45°。
此外，輥子材料或涂層可以改變，以便為COF測量提供期望的材料類型，和/或提供適當?shù)募y理。通常的輥子表面包括金屬和聚合物(例如，橡膠、聚烯烴、聚酰胺和聚酯)。 輥子表面可以具有紋理。
這種材料或涂層的示例可以是鋁、硬質(zhì)陽極化鋁、不銹鋼、彈性體或橡膠以及其他塑料。輥子紋理可以用標準粗糙度等級諸如“Ra等級”來表征。
從摩擦點/輥子(非旋轉(zhuǎn))而來的兩條支路的張力可以利用張力、壓力或扭矩載荷傳感器來測量，并且這些張力的比率用于確定材料諸如聚合物膜料的摩擦系數(shù)?？蛇x地， 靜態(tài)輥子也可以轉(zhuǎn)動，并且可以使用制動系統(tǒng)來停止或降低用于COF測量的輥子速度。此外，靜態(tài)輥子的表面溫度可以利用各種類型的溫度控制設(shè)備諸如加熱卡盒、冷卻孔或者通道等來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的旁路COF測試儀的示例
本發(fā)明的“旁路COF裝置”的概念性示例在圖2顯示。這里，可以從與靜態(tài)輥子 (Si)接觸之前和之后的料幅張力確定膜料(料幅)的動態(tài)摩擦系數(shù)(COF)。
圖2示出了與這種設(shè)計相關(guān)的膜料料幅路徑和關(guān)鍵元件。單位寬度可以是任何尺寸。圖2中的靜態(tài)(Si)輥子是位置可調(diào)的輥子，所以包角可調(diào)。
如上所述，可以在該輥子上安裝制動系統(tǒng)以便在希望確定(動態(tài)和/或靜態(tài))C0F 時停止該輥子的轉(zhuǎn)動。在正常條件下，該輥子自由轉(zhuǎn)動，因此用于該輥子的軸承必須具有非常低的轉(zhuǎn)動阻力。通過允許摩擦輥子完全轉(zhuǎn)動，輥子溫度可以在一定時間周期內(nèi)保持等溫。 因此，必須使用阻力最小的軸承來減小或消除來自這種來源的摩擦。
如圖所示，每個旋轉(zhuǎn)輥子(Rl和似)連接到一對載荷傳感器，并優(yōu)選連接到載荷傳感器的輥子應(yīng)該盡可能圍繞靜態(tài)輥子(Si)對稱?？梢岳迷撗b置確定摩擦系數(shù)的速度可以利用外部設(shè)備諸如縱切機/復(fù)卷機來控制。
輥子Rl和R2連接到摩擦力較低的軸承單元。該軸承組件(包括輥子軸、軸承和軸承殼體)然后分別連接到載荷檢測設(shè)備Fl和F2。軸承組件可以根據(jù)所用的類型，利用各種方法連接到載荷檢測設(shè)備。一種示例可以是將軸承組件連接到載荷檢測設(shè)備頂部，諸如在垂直軸臺中。軸承組件也可以在水平方向連接到載荷檢測設(shè)備，也稱為水平軸臺。在另一種示例中，輥子安裝到低摩擦軸承，低摩擦軸承直接安裝到徑向張力載荷傳感器，諸如 ABBPRT張力載荷傳感器，可以從ABB Automation Technologies買到。這些以及其他連接器件在本領(lǐng)域是熟知的。
在圖2中，示出了三組載荷傳感器(Fl、F2和F3)。一組載荷傳感器(F3)用于測量從縱切機/復(fù)卷機的主軸牽拉料幅所需的作用力。這種測得的作用力代表料幅卷的開卷力，并且在料幅卷開卷并且經(jīng)過“旁路COF裝置”時，可以用于監(jiān)控可能發(fā)生在主軸上的阻擋力。第二組載荷傳感器(^)測量靜態(tài)(非旋轉(zhuǎn))輥子(Si)之前的料幅支路的張力T2。 第三組載荷傳感器(Fl)位于框架頂部，并用于測量靜態(tài)輥子之后的料幅支路的料幅張力 Tl。根據(jù)方程1，摩擦系數(shù)μ可以經(jīng)由比率Τ1/Τ2來確定。
施加在聚乙烯和聚丙烯膜料上的常見張力大約為0. 251b/in/mil (lb/寬度/厚度，Imil是1/1000英寸)。所以，對于“^iil厚”的膜料來說，張力應(yīng)該大約為“ lib/in”每膜料寬度。對于“36inch寬”的膜料來說，這是為“旁路” COF裝置指定的常見膜料寬度，用于^iil厚的膜料的常見張力大約為361b。增加輥子的重量，“旁路COF裝置”會遇到的常見載荷從大約381b到551b。假設(shè)載荷均勻分布在料幅的寬度上，分辨率良好的載荷傳感器具有高達501b的容量?；谶@種分析，0. 2kN壓縮/張力載荷傳感器適合用于這種系統(tǒng)。
如上所述，靜態(tài)輥子可以設(shè)計成在不需要測量與輥子表面接觸的料幅的摩擦?xí)r， 能夠滾動。制動系統(tǒng)可以用于停止該輥子，用于測量C0F。在COF測量循環(huán)過程中，可以通過施加工廠用壓縮空氣或者通過機械裝置來施加制動，以防止輥子在料幅經(jīng)過時滾動。
在一種實施例中，用于靜態(tài)輥子的制動系統(tǒng)是可以從MontalvoCorporation買到的M0NTALV0 C系列制動系統(tǒng)，它設(shè)計成安裝在靜態(tài)輥子的一端。
此外，由于輥子對準，可以使用自對準軸承殼體?？梢詮腟KF USA Inc.，買到的 "SY3/4 TF”滾珠軸承單元可以用于本發(fā)明的裝置。為了增強無摩擦屬性，軸承潤滑脂可以吹出，并且可以用醇類(例如，乙醇)清洗軸承單元并干燥。在干燥后，可以將低粘度油料 (大約1滴)諸如“WD-40”油料引入軸承殼體作為潤滑劑。無摩擦軸承系統(tǒng)不影響或者非常小地影響用于COF的載荷測量。優(yōu)選軸承系統(tǒng)為低成本的。
數(shù)據(jù)獲取
為了確定“(動態(tài)或靜態(tài))摩擦系數(shù)”以及“牽引力”，來自這三組載荷傳感器的作用力信號可以利用單獨的計算機進行記錄。來自用于檢測來自縱切機/復(fù)卷機上的主軸上的膜料釋放的載荷的載荷傳感器(F!3)的信號，發(fā)送到數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器/控制器，并且利用數(shù)據(jù)獲取調(diào)節(jié)器/控制器收集另外兩組載荷傳感器的輸出(Fl和F2)。這些調(diào)節(jié)器/控制器設(shè)備用于放大來自載荷傳感器的信號輸出并將其從模擬型轉(zhuǎn)化為數(shù)字型。來自這些傳感器的信號然后發(fā)送到具備數(shù)據(jù)獲取設(shè)備和軟件的單獨的計算機。該計算機軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為COF和/或“牽引力”值。
定義
正如文中所用，術(shù)語“摩擦系數(shù)”指代比例無量綱值，它將摩擦力與物體上的法向作用力相關(guān)聯(lián)，并且描述與另一個表面接觸的所述物體的表面的滑動行為。動態(tài)摩擦系數(shù) (也稱為運動摩擦系數(shù))描述表面在另一個表面上滑動的穩(wěn)定狀態(tài)條件下的滑動行為。靜態(tài)摩擦系數(shù)描述滑動動作剛開始時的條件。
正如文中所用，術(shù)語“包角”指代由浸潤(接觸)輥子表面的材料(例如，料幅)表面所形成的角度。該角度在圖1中示為θ。角度θ是由從輥子中心點延伸的兩條半徑形成夾角，每一條半徑延伸到料幅接觸輥子的各切向表面。
正如文中所用，術(shù)語“料幅”或“樣本料幅”指代通過一系列旋轉(zhuǎn)軸諸如輥子饋送的連續(xù)樣本(例如，板材、膜料或纖維)。
正如文中所用，術(shù)語“膜料料幅”指代通過一系列旋轉(zhuǎn)軸諸如輥子饋送的連續(xù)膜料。膜料料幅的示例在圖2示出。
正如文中所用，術(shù)語“縱切機”指代用于切分膜料或板材的裝置或設(shè)備。
正如文中所用，“復(fù)卷機”指代用于再次卷繞膜料或板材滾卷的裝置或設(shè)備。
正如文中所用，術(shù)語“縱切機/復(fù)卷機”指代具有切分和復(fù)卷兩種功能的裝置或設(shè)備。
正如文中所用，術(shù)語“牽引力”指代從其輥子釋放或牽引膜料或板材所需的作用力或載荷。
正如文中所用，術(shù)語“旁路”指代制造線的一部分或者完整的功能線，但是它并不是該線整體的一部分。線是組合成產(chǎn)生功能的設(shè)備或裝置的組件。
正如文中所用，術(shù)語“在線”指代制造線的一部分或者完整的功能線，而且它是該線整體的一部分。如上所述，線是組合成產(chǎn)生至少一種功能的設(shè)備或裝置的組件。
正如文中所用，術(shù)語“離線”指代線的一部分，該部分獨立于制造線或者完整的功能線。
正如文中所用，術(shù)語“靜態(tài)輥子”、“靜止輥子”和“摩擦輥子”指代不轉(zhuǎn)動(不圍繞柱體(長度)軸線轉(zhuǎn)動)的輥子或者軸(柱體)。
正如文中所用，術(shù)語“靜態(tài)”、“靜止”和“摩擦”意味著不轉(zhuǎn)動。
正如文中所用，術(shù)語“作用力檢測器”指代用來測量物體上的作用力、載荷、應(yīng)變或扭矩的裝置或單元或設(shè)備。
正如文中所用，術(shù)語“一組作用力檢測器”指代至少兩個作用力檢測器，或者包含它的裝置。作用力檢測器通常位于輥子的相對端。通常，輥子安放在軸承殼體中，軸承殼體連接到位于輥子每個端部的作用力檢測器，如圖3所示。兩組作用力檢測器指代至少4個作用力檢測器。三組作用力檢測器指代至少6個作用力檢測器。
正如文中所用，術(shù)語“料幅驅(qū)動單元”指的是樣本料幅的驅(qū)動單元(包括馬達、變速器和控制器)。
正如文中所用，術(shù)語“自由轉(zhuǎn)動的輥子”指的是可以圍繞其軸線自由轉(zhuǎn)動的輥子 (旋轉(zhuǎn)軸)，并且由位于輥子端部的軸承(或低摩擦軸承)施加非常低的摩擦力。正如文中所用，術(shù)語“低摩擦軸承”指的是利用下述方法確定的摩擦損耗可忽略的軸承。作為示例，對于如圖2所示的本發(fā)明的裝置，纜繩穿過全部輥子，除了靜態(tài)輥子S2。纜繩一端捆扎到輥子R5，并且已知配重懸掛在料幅出口的另一端。在這種測量中，靜態(tài)輥子Sl設(shè)置成自由轉(zhuǎn)動。所述測量對于至少兩個已知配重來實施，并且可以對每一對載荷傳感器在施加的載荷和測量載荷之間進行線性相關(guān)。摩擦載荷損耗可以用每一對載荷傳感器Fl、F2和F3的施加的載荷與測量載荷之間的線性相關(guān)的斜率來表征。對于低摩擦軸承，優(yōu)選該斜率不應(yīng)該偏離“斜率1 (無損耗條件)”多于士5%，更優(yōu)選，不應(yīng)該偏離多于士3%，最優(yōu)選不應(yīng)該偏離多于士2%。例如，利用圖2所示的裝置，以及第14頁第6至13行所述的軸承單元，獲得了如表1所示的下述數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以方便地改變測試方法以配合其他的裝置設(shè)計。
表權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)測量材料動態(tài)摩擦系數(shù)和/或靜態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，所述裝置至少包括以下A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子Rl和R2；B)一個輥子Sl ；C)可選地，一個靜態(tài)輥子S2；D)兩組作用力檢測器，F(xiàn)l和F2；和其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90°，并且Fl 連接到R1，F(xiàn)2連接到R2。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，測量動態(tài)摩擦系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述材料是膜料、板材或纖維。
4.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置是制造線的一部分。
5.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述兩個輥子Rl和R2具有相同直徑。
6.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述包角小于等于60°。
7.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述包角小于等于45°。
8.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，所述包角小于等于30°。
9.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，Sl是旋轉(zhuǎn)式的或靜止的。
10.如前述權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于，每個輥子Rl、R2和Sl具有相同直徑。
11.一種用于連續(xù)測量材料的(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)以及牽引力的裝置，所述裝置至少包括A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子Rl和R2；B)三個輥子R3、R4和R5；C)一個輥子Sl ；D)可選地，一個靜態(tài)輥子S2；E)三組檢測器F1、F2和F3；和其中Sl位于Rl和R2之間，以形成包角(Θ)，并且Rl與R2之間的所述包角(Θ)小于90° (1. 57弧度)，并且R3、R4和R5分別位于R2的上游，并且Fl連接到Rl，F(xiàn)2連接到 R2, F3連接到R3。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，測量動態(tài)摩擦系數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，同時測量摩擦系數(shù)和牽引力。
14.如權(quán)利要求11至13任一項所述的裝置，其特征在于，所述材料是膜料、板材或纖維。
15.如權(quán)利要求11至14任一項所述的裝置，其特征在于， 所述裝置是制造線的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于連續(xù)測量材料動態(tài)摩擦系數(shù)和/或靜態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，所述裝置至少包括以下A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子，R1和R2；B)一個輥子S1；C)可選地，一個靜態(tài)輥子S2；D)兩組作用力檢測器，F(xiàn)1和F2；和其中S1位于R1和R2之間，以形成包角(θ)，并且所述包角(θ)小于90°，并且F1連接到R1，F(xiàn)2連接到R2。本發(fā)明還提供一種用于連續(xù)測量材料的(動態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)以及牽引力的裝置，所述裝置至少包括A)兩個自由旋轉(zhuǎn)的輥子R1和R2；B)三個輥子R3、R4和R5；C)一個輥子S1；D)可選地，一個靜態(tài)輥子S2；E)三組作用力檢測器F1、F2和F3；和其中S1位于R1和R2之間，以形成包角(θ)，并且R1與R2之間的所述包角(θ)小于90°，并且R3、R4和R5分別位于R2的上游，并且F1連接到R1，F(xiàn)2連接到R2，F(xiàn)3連接到R3。
文檔編號G01N33/36GK102498382SQ201080040785
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者H.T.法姆, R.B.巴思洛姆 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司