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(duì)于膜料供應(yīng)商和膜料轉(zhuǎn)產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵的需要是膜料和板材在膜料和板材的整個(gè)表面上具有一致的COF。
目前，膜料工業(yè)中還沒(méi)有合適的方案用于在線或旁路COF測(cè)量。目前通用的流程是利用單獨(dú)的離線程序在膜料的不同區(qū)域測(cè)量C0F。
目前用于確定摩擦系數(shù)的一種方法是標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)(也稱為運(yùn)動(dòng))摩擦系數(shù)。這種測(cè)試方法不提供整個(gè)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(cè)量COF的測(cè)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(kāi)卷時(shí)，表征膜料卷或板材卷的滑移性能。
進(jìn)而，還需要一種能在制造過(guò)程中非破壞性地確定膜料的動(dòng)態(tài)COF的“旁路測(cè)試儀”，并且這種測(cè)試儀使用COF信息來(lái)區(qū)別利用不同滑移公式制成的膜料。滑移行為是通過(guò)測(cè)量摩擦系數(shù)來(lái)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(kāi)始移動(dòng)物體所需的作用力的比率。第二種是動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)，也稱為運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù)，并且定義為法向力與保持在給定表面上滑動(dòng)的物體的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)所需的作用力的比率。確定這些摩擦系數(shù)可以通過(guò)許多幾何方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是常用的方式是確定開(kāi)始并保持物體在表面上滑動(dòng)所需的力。
參考文獻(xiàn)Frictionof Polymer Films,by D. K. Owens, J. App 1. Polym. ScL, Vol. 8, PP. 1465-1475(1964)公開(kāi)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(jì)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(shí)，利用應(yīng)變計(jì)或載荷傳感器測(cè)量摩擦作用力。這是實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的方法，并不適用于“在線”測(cè)量。
此外，這種設(shè)計(jì)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?yàn)檩^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(shí)纏繞時(shí)，導(dǎo)致料卷塌縮。另參見(jiàn)〃 Boundary Friction of Textile Yarns, " by F. Tomlinson, Jr. and J. S. Olsen, Textile Research J. ,31,1007-1011, (1961)。
參考文獻(xiàn)〃 Adsorption and Boundary Friction of Polymer Surfaces, " byF.Tomlinson, Jr. , J. Phys. Chem.，Vol. 66，1136-1143 (1962)公開(kāi)了一種用于確定膜料摩擦的滑動(dòng)設(shè)備。該設(shè)備由速度可變的回轉(zhuǎn)臺(tái)和連接到應(yīng)變計(jì)的樞轉(zhuǎn)杠桿臂構(gòu)成。隨著回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用應(yīng)變計(jì)記錄膜料和杠桿臂之間的滑動(dòng)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(kāi)文件NO.P2001-66205A公開(kāi)了一種“在線”板材張力檢測(cè)器，該檢測(cè)器利用自由旋轉(zhuǎn)的帶紋理的輥?zhàn)?，所述輥?zhàn)永幂d荷測(cè)量設(shè)備支撐。帶紋理的輥?zhàn)佣ㄖ茷橄鄬?duì)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?zhàn)由?，測(cè)量法向力， 并將其轉(zhuǎn)化成料幅張力。為了測(cè)量與膜料料幅接觸的帶紋理的輥?zhàn)拥腃0F，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(cè)量C0F。
美國(guó)專利5，319，578公開(kāi)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(guò)成像區(qū)域，包括光源和間隔開(kāi)的光感知陣列。該專利公開(kāi)了一種包含三個(gè)輥?zhàn)拥膹埩y(cè)量設(shè)備，中間的輥?zhàn)舆B接到機(jī)械彈簧，用于檢測(cè)紗線的張力。這種設(shè)備不用于測(cè)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(cè)量摩擦系數(shù)。另參見(jiàn)美國(guó)專利 5，420, 802。
英國(guó)專利說(shuō)明書(shū)GB1286112公開(kāi)了一種利用在傾斜表面上的滑動(dòng)來(lái)測(cè)量膜料或板材摩擦系數(shù)的裝置。當(dāng)所述傾斜表面傾斜時(shí)，板材或膜料滑動(dòng)，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(guò)程。
芬蘭專利申請(qǐng)F(tuán)I981198(發(fā)明內(nèi)容或摘要)公開(kāi)了一種用來(lái)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(dòng)件和摩擦檢測(cè)器或換能器構(gòu)成。雖然描述為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但是這種設(shè)計(jì)對(duì)于連續(xù)的膜料料幅工藝無(wú)效。
一種確定紗線摩擦系數(shù)的裝置也在參考文獻(xiàn)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(wú)法用在“在線”或“旁路”裝置中，因?yàn)闀?huì)在膜料料幅中形成褶皺，并且在卷繞膜料時(shí)，大包角還可能導(dǎo)致過(guò)大的張力。
參考文獻(xiàn) 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(xiàn) 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(dú)立裝置。如其所述，該裝置是獨(dú)立單元，并且這種設(shè)計(jì)用在連續(xù)的生產(chǎn)環(huán)境中也不切實(shí)際。
參考文獻(xiàn)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(diǎn)的張力的比率確定纖維摩擦系數(shù)的理論方面。該文獻(xiàn)沒(méi)有提供任何具體的裝置設(shè)計(jì)。
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(xiàn)中進(jìn)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(lái)測(cè)量纖維的COF(例如，可以從LAWS0N-HEMPHILL買(mǎi)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(cè)量平坦基材卷諸如膜料卷或板材卷的(動(dòng)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(shí)或者與其他設(shè)備諸如縱切機(jī)復(fù)卷機(jī)和成型充填封口(FR5)設(shè)備用于在線或旁路過(guò)程時(shí)，立即測(cè)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(guò)本發(fā)明來(lái)滿足。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于連續(xù)測(cè)量材料動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)覴l和R2 ；
B) 一個(gè)輥?zhàn)?Sl ；
C)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2 ；
D)兩組作用力檢測(cè)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(cè)量材料的(動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)覴l和R2 ；
B)三個(gè)輥?zhàn)?R3、R4 和 R5 ；
C) 一個(gè)輥?zhàn)?Sl ；
D)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2 ；
E)三組作用力檢測(cè)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?zhàn)釉?，包括包?θ )。
圖2是用于連續(xù)確定膜料或板材的(動(dòng)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(biāo)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(biāo)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(duì)載荷檢測(cè)設(shè)備、輥?zhàn)雍洼S承殼體的示意圖。
圖4描繪了膜料卷的動(dòng)態(tài)COF曲線^OF針對(duì)時(shí)間)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種連續(xù)確定材料(動(dòng)態(tài)和/或靜態(tài))摩擦系數(shù)的方法。具體來(lái)說(shuō)， 在膜料或板材應(yīng)用于制造過(guò)程時(shí)，整個(gè)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(kāi)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(guò)程中“在線”或“旁路”測(cè)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(jī)復(fù)卷工藝。所述裝置也足夠敏感以檢測(cè)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(dòng)單元。可選地，卷繞或開(kāi)卷膜料的驅(qū)動(dòng)單元可以包含在所述裝置中，用作獨(dú)立的設(shè)備。
所述裝置也設(shè)計(jì)用于直接在“在線”涂覆工藝中和/或在進(jìn)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(shí)，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(dòng)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(kāi)卷時(shí)，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(dòng)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(jī)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成成品包裝。膜料或板材的COF通常利用“離線”測(cè)試儀對(duì)從更大的膜料卷或板材卷上提取的非常小的樣本進(jìn)行測(cè)量。如此獲得的結(jié)果可能無(wú)法表示轉(zhuǎn)換機(jī)諸如膠合層壓機(jī)或者 VFFS/HFFS設(shè)備上的膜料或板材卷的真實(shí)性能。如上所述，連續(xù)膜料和/或板材裝置，(例如，“旁路COF測(cè)試儀”)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)用于理解整個(gè)膜料卷的動(dòng)態(tài)COF曲線。本發(fā)明的COF 測(cè)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(lái)測(cè)量C0F。此外，由本發(fā)明的裝置測(cè)量的膜料動(dòng)態(tài)COF可以與VFFS線上的性能關(guān)聯(lián)起來(lái)。這為預(yù)測(cè)柔性包裝價(jià)值鏈上各個(gè)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(jià)值的工具。如上所述，本發(fā)明提供一種用于連續(xù)測(cè)量材料動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?，Rl和R2 ；
B) 一個(gè)輥?zhàn)?Sl ；
C)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2 ；
D)兩組作用力檢測(cè)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?zhàn)舆B接到作用力檢測(cè)器的連接方式包括但不限于，處于水平或垂直位置的軸臺(tái)。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(shí)施例中，測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實(shí)施例中，測(cè)量靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實(shí)施例中，測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在一種實(shí)施例中，所述材料是膜料、板材或纖維。
在一種實(shí)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(shí)施例中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--種實(shí)施例中，所述材料是纖維。
在--種實(shí)施例中，所述裝置是制造或生產(chǎn)線的一部分。
在--種實(shí)施例中，所述裝置是“在線”裝置。
在--種實(shí)施例中，所述裝置是“旁路”裝置。
在--種實(shí)施例中，所述兩個(gè)作用力檢測(cè)器(Fl和分別是載荷傳感器。
在--種實(shí)施例中，所述兩個(gè)輥?zhàn)覴l和R2具有相同直徑。
在--種實(shí)施例中，所述包角小于等于60° (1. 05弧度)。
在--種實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例中，輥?zhàn)覵l是旋轉(zhuǎn)式的或靜止的(靜態(tài))。
在--種實(shí)施例中，輥?zhàn)覵l是靜止的。
在--種實(shí)施例中，輥?zhàn)覵l是旋轉(zhuǎn)式的。
在--種實(shí)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(shí)施例中，每個(gè)輥?zhàn)覴l、R2和Sl具有相同直徑。
在--種實(shí)施例中，每個(gè)輥?zhàn)覴l、R2和Sl具有相同長(zhǎng)度。
在--種實(shí)施例中，每個(gè)載荷傳感器(張力)的數(shù)據(jù)獲取率為每“10微秒以上” 1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
在--種實(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)所述裝置時(shí)，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(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)所述裝置時(shí)，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(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的組合。
本發(fā)明還提供了一種用于連續(xù)測(cè)量材料動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?，Rl和R2 ；
B) 一個(gè)輥?zhàn)?Sl ；
C)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2 ；
D)兩個(gè)作用力檢測(cè)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(cè)。上述以及本申請(qǐng)全文中所述的連接方式和實(shí)施例也適用于該裝置。優(yōu)選，測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)。本發(fā)明的裝置可以包括文中所述兩個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的組合。
本發(fā)明還提供一種用于連續(xù)測(cè)量材料的(動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)樱琑l和R2 ；
B)三個(gè)輥?zhàn)?R3、R4 和 R5 ；
C) 一個(gè)輥?zhàn)?Sl ；
D)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2 ；
E)三組作用力檢測(cè)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?zhàn)舆B接到作用力檢測(cè)器的連接方式包括但不限于，處于水平或垂直位置的軸臺(tái)。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(shí)施列中，同時(shí)測(cè)量摩擦系數(shù)和牽引力。
在--種實(shí)施列中，交替測(cè)量摩擦系數(shù)和牽引力。
在--種實(shí)施列中，測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實(shí)施列中，測(cè)量靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實(shí)施列中，測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)。
在--種實(shí)施列中，所述材料是膜料、板材或纖維。
在--種實(shí)施列中，所述材料是膜料。膜料通常厚度小于等于12mil。
在--種實(shí)施列中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--種實(shí)施列中，所述材料是纖維。
在--種實(shí)施列中，所述裝置是制造線的一部分。
在--種實(shí)施列中，所述裝置是“在線”裝置。
在--種實(shí)施列中，所述裝置是“旁路”裝置。
在--種實(shí)施列中，所述兩個(gè)作用力檢測(cè)器(Fl和分別是載荷傳感器。
在--種實(shí)施列中，所述兩個(gè)輥?zhàn)覴l和R2具有相同直徑。
在--種實(shí)施列中，所述包角小于等于60° (1.05弧度)。
在--種實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施列中，輥?zhàn)覵l是旋轉(zhuǎn)式的或靜止的(靜態(tài))。
在--種實(shí)施列中，輥?zhàn)覵l是靜止的。
在--種實(shí)施列中，輥?zhàn)覵l是旋轉(zhuǎn)式的。
在--種實(shí)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(shí)施例中，每個(gè)輥?zhàn)覴1、R2和Sl具有相同直徑。
在一種實(shí)施例中，每個(gè)輥?zhàn)覴l、R2和Sl具有相同長(zhǎng)度。
在一種實(shí)施例中，每個(gè)載荷傳感器(張力)的數(shù)據(jù)獲取率為每“10微秒以上” 1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
在一種實(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)所述裝置時(shí)，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(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)所述裝置時(shí)，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(gè)或更多個(gè)實(shí)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?zhàn)釉趫D1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?zhàn)覵i的兩個(gè)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(dòng)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(dòng)態(tài)) 摩擦系數(shù)，而θ是圍繞靜態(tài)輥?zhàn)拥陌?。在一種實(shí)施例中，支路張力Tl利用一對(duì)載荷傳感器I(Fl)來(lái)測(cè)量，而支路張力Τ2利用一對(duì)載荷傳感器2(^)來(lái)測(cè)量。靜態(tài)輥?zhàn)覵l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(dòng)0 到 45°。
此外，輥?zhàn)硬牧匣蛲繉涌梢愿淖?，以便為COF測(cè)量提供期望的材料類(lèi)型，和/或提供適當(dāng)?shù)募y理。通常的輥?zhàn)颖砻姘ń饘俸途酆衔?例如，橡膠、聚烯烴、聚酰胺和聚酯)。 輥?zhàn)颖砻婵梢跃哂屑y理。
這種材料或涂層的示例可以是鋁、硬質(zhì)陽(yáng)極化鋁、不銹鋼、彈性體或橡膠以及其他塑料。輥?zhàn)蛹y理可以用標(biāo)準(zhǔn)粗糙度等級(jí)諸如“Ra等級(jí)”來(lái)表征。
從摩擦點(diǎn)/輥?zhàn)?非旋轉(zhuǎn))而來(lái)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(lái)測(cè)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?zhàn)右部梢赞D(zhuǎn)動(dòng)，并且可以使用制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)停止或降低用于COF測(cè)量的輥?zhàn)铀俣取４送?，靜態(tài)輥?zhàn)拥谋砻鏈囟瓤梢岳酶鞣N類(lèi)型的溫度控制設(shè)備諸如加熱卡盒、冷卻孔或者通道等來(lái)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的旁路COF測(cè)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?zhàn)?(Si)接觸之前和之后的料幅張力確定膜料(料幅)的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)(COF)。
圖2示出了與這種設(shè)計(jì)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?zhàn)邮俏恢每烧{(diào)的輥?zhàn)?，所以包角可調(diào)。
如上所述，可以在該輥?zhàn)由习惭b制動(dòng)系統(tǒng)以便在希望確定(動(dòng)態(tài)和/或靜態(tài))C0F 時(shí)停止該輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)。在正常條件下，該輥?zhàn)幼杂赊D(zhuǎn)動(dòng)，因此用于該輥?zhàn)拥妮S承必須具有非常低的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。通過(guò)允許摩擦輥?zhàn)油耆D(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)訙囟瓤梢栽谝欢〞r(shí)間周期內(nèi)保持等溫。 因此，必須使用阻力最小的軸承來(lái)減小或消除來(lái)自這種來(lái)源的摩擦。
如圖所示，每個(gè)旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)?Rl和似)連接到一對(duì)載荷傳感器，并優(yōu)選連接到載荷傳感器的輥?zhàn)討?yīng)該盡可能?chē)@靜態(tài)輥?zhàn)?Si)對(duì)稱。可以利用該裝置確定摩擦系數(shù)的速度可以利用外部設(shè)備諸如縱切機(jī)/復(fù)卷機(jī)來(lái)控制。
輥?zhàn)覴l和R2連接到摩擦力較低的軸承單元。該軸承組件(包括輥?zhàn)虞S、軸承和軸承殼體)然后分別連接到載荷檢測(cè)設(shè)備Fl和F2。軸承組件可以根據(jù)所用的類(lèi)型，利用各種方法連接到載荷檢測(cè)設(shè)備。一種示例可以是將軸承組件連接到載荷檢測(cè)設(shè)備頂部，諸如在垂直軸臺(tái)中。軸承組件也可以在水平方向連接到載荷檢測(cè)設(shè)備，也稱為水平軸臺(tái)。在另一種示例中，輥?zhàn)影惭b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(mǎi)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(cè)量從縱切機(jī)/復(fù)卷機(jī)的主軸牽拉料幅所需的作用力。這種測(cè)得的作用力代表料幅卷的開(kāi)卷力，并且在料幅卷開(kāi)卷并且經(jīng)過(guò)“旁路COF裝置”時(shí)，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(cè)量靜態(tài)(非旋轉(zhuǎn))輥?zhàn)?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(cè)量靜態(tài)輥?zhàn)又蟮牧戏返牧戏鶑埩?Tl。根據(jù)方程1，摩擦系數(shù)μ可以經(jīng)由比率Τ1/Τ2來(lái)確定。
施加在聚乙烯和聚丙烯膜料上的常見(jiàn)張力大約為0. 251b/in/mil (lb/寬度/厚度，Imil是1/1000英寸)。所以，對(duì)于“^iil厚”的膜料來(lái)說(shuō)，張力應(yīng)該大約為“ lib/in”每膜料寬度。對(duì)于“36inch寬”的膜料來(lái)說(shuō)，這是為“旁路” COF裝置指定的常見(jiàn)膜料寬度，用于^iil厚的膜料的常見(jiàn)張力大約為361b。增加輥?zhàn)拥闹亓?，“旁路COF裝置”會(huì)遇到的常見(jiàn)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(dá)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?zhàn)涌梢栽O(shè)計(jì)成在不需要測(cè)量與輥?zhàn)颖砻娼佑|的料幅的摩擦?xí)r， 能夠滾動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)可以用于停止該輥?zhàn)樱糜跍y(cè)量C0F。在COF測(cè)量循環(huán)過(guò)程中，可以通過(guò)施加工廠用壓縮空氣或者通過(guò)機(jī)械裝置來(lái)施加制動(dòng)，以防止輥?zhàn)釉诹戏?jīng)過(guò)時(shí)滾動(dòng)。
在一種實(shí)施例中，用于靜態(tài)輥?zhàn)拥闹苿?dòng)系統(tǒng)是可以從MontalvoCorporation買(mǎi)到的M0NTALV0 C系列制動(dòng)系統(tǒng)，它設(shè)計(jì)成安裝在靜態(tài)輥?zhàn)拥囊欢恕?br>
此外，由于輥?zhàn)訉?duì)準(zhǔn)，可以使用自對(duì)準(zhǔn)軸承殼體?？梢詮腟KF USA Inc.，買(mǎi)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(qiáng)無(wú)摩擦屬性，軸承潤(rùn)滑脂可以吹出，并且可以用醇類(lèi)(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(rùn)滑劑。無(wú)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(cè)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(dòng)態(tài)或靜態(tài))摩擦系數(shù)”以及“牽引力”，來(lái)自這三組載荷傳感器的作用力信號(hào)可以利用單獨(dú)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄。來(lái)自用于檢測(cè)來(lái)自縱切機(jī)/復(fù)卷機(jī)上的主軸上的膜料釋放的載荷的載荷傳感器(F!3)的信號(hào)，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(lái)自載荷傳感器的信號(hào)輸出并將其從模擬型轉(zhuǎn)化為數(shù)字型。來(lái)自這些傳感器的信號(hào)然后發(fā)送到具備數(shù)據(jù)獲取設(shè)備和軟件的單獨(dú)的計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)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(yǔ)“摩擦系數(shù)”指代比例無(wú)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(gè)表面接觸的所述物體的表面的滑動(dòng)行為。動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù) (也稱為運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù))描述表面在另一個(gè)表面上滑動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)條件下的滑動(dòng)行為。靜態(tài)摩擦系數(shù)描述滑動(dòng)動(dòng)作剛開(kāi)始時(shí)的條件。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“包角”指代由浸潤(rùn)(接觸)輥?zhàn)颖砻娴牟牧?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?zhàn)又行狞c(diǎn)延伸的兩條半徑形成夾角，每一條半徑延伸到料幅接觸輥?zhàn)拥母髑邢虮砻妗?br>
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“料幅”或“樣本料幅”指代通過(guò)一系列旋轉(zhuǎn)軸諸如輥?zhàn)羽佀偷倪B續(xù)樣本(例如，板材、膜料或纖維)。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“膜料料幅”指代通過(guò)一系列旋轉(zhuǎn)軸諸如輥?zhàn)羽佀偷倪B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(yǔ)“縱切機(jī)”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(jī)”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(yǔ)“縱切機(jī)/復(fù)卷機(jī)”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(yǔ)“牽引力”指代從其輥?zhàn)俞尫呕驙恳ち匣虬宀乃璧淖饔昧蜉d荷。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“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(yǔ)“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(yǔ)“離線”指代線的一部分，該部分獨(dú)立于制造線或者完整的功能線。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“靜態(tài)輥?zhàn)印?、“靜止輥?zhàn)印焙汀澳Σ凛佔(zhàn)印敝复晦D(zhuǎn)動(dòng)(不圍繞柱體(長(zhǎng)度)軸線轉(zhuǎn)動(dòng))的輥?zhàn)踊蛘咻S(柱體)。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“靜態(tài)”、“靜止”和“摩擦”意味著不轉(zhuǎn)動(dòng)。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“作用力檢測(cè)器”指代用來(lái)測(cè)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(yǔ)“一組作用力檢測(cè)器”指代至少兩個(gè)作用力檢測(cè)器，或者包含它的裝置。作用力檢測(cè)器通常位于輥?zhàn)拥南鄬?duì)端。通常，輥?zhàn)影卜旁谳S承殼體中，軸承殼體連接到位于輥?zhàn)用總€(gè)端部的作用力檢測(cè)器，如圖3所示。兩組作用力檢測(cè)器指代至少4個(gè)作用力檢測(cè)器。三組作用力檢測(cè)器指代至少6個(gè)作用力檢測(cè)器。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“料幅驅(qū)動(dòng)單元”指的是樣本料幅的驅(qū)動(dòng)單元(包括馬達(dá)、變速器和控制器)。
正如文中所用，術(shù)語(yǔ)“自由轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)印敝傅氖强梢試@其軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)?(旋轉(zhuǎn)軸)，并且由位于輥?zhàn)佣瞬康妮S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(yǔ)“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(duì)于如圖2所示的本發(fā)明的裝置，纜繩穿過(guò)全部輥?zhàn)樱遂o態(tài)輥?zhàn)覵2。纜繩一端捆扎到輥?zhàn)覴5，并且已知配重懸掛在料幅出口的另一端。在這種測(cè)量中，靜態(tài)輥?zhàn)覵l設(shè)置成自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述測(cè)量對(duì)于至少兩個(gè)已知配重來(lái)實(shí)施，并且可以對(duì)每一對(duì)載荷傳感器在施加的載荷和測(cè)量載荷之間進(jìn)行線性相關(guān)。摩擦載荷損耗可以用每一對(duì)載荷傳感器Fl、F2和F3的施加的載荷與測(cè)量載荷之間的線性相關(guān)的斜率來(lái)表征。對(duì)于低摩擦軸承，優(yōu)選該斜率不應(yīng)該偏離“斜率1 (無(wú)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(yè)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(cè)試方法以配合其他的裝置設(shè)計(jì)。
表權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)測(cè)量材料動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)覴l和R2；B)一個(gè)輥?zhàn)覵l ；C)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2；D)兩組作用力檢測(cè)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(cè)量動(dòng)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(xiàng)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(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)輥?zhàn)覴l和R2具有相同直徑。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)所述的裝置，其特征在于，每個(gè)輥?zhàn)覴l、R2和Sl具有相同直徑。
11.一種用于連續(xù)測(cè)量材料的(動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)覴l和R2；B)三個(gè)輥?zhàn)覴3、R4和R5；C)一個(gè)輥?zhàn)覵l ；D)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2；E)三組檢測(cè)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(cè)量動(dòng)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(shí)測(cè)量摩擦系數(shù)和牽引力。
14.如權(quán)利要求11至13任一項(xiàng)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(xiàng)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(cè)量材料動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)樱琑1和R2；B)一個(gè)輥?zhàn)覵1；C)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2；D)兩組作用力檢測(cè)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(cè)量材料的(動(dòng)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(gè)自由旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)覴1和R2；B)三個(gè)輥?zhàn)覴3、R4和R5；C)一個(gè)輥?zhàn)覵1；D)可選地，一個(gè)靜態(tài)輥?zhàn)覵2；E)三組作用力檢測(cè)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(hào)G01N33/36GK102498382SQ201080040785
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司