专利名称：确定摩擦系数的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于连续确定材料摩擦系数(COF)，特别是膜料或板材的COF的装置。 本发明还涉及连续确定材料特别是膜料和板材的COF和牵引力。
背景技术：
对于膜料供应商和膜料转产商来说，关键的需要是膜料和板材在膜料和板材的整个表面上具有一致的COF。
目前，膜料工业中还没有合适的方案用于在线或旁路COF测量。目前通用的流程是利用单独的离线程序在膜料的不同区域测量C0F。
目前用于确定摩擦系数的一种方法是标准方法ASTM D-1894。该方法确定膜料或板材在另一种膜料表面或金属表面上的局部静态和动态(也称为运动)摩擦系数。这种测试方法不提供整个膜料卷的COF或者滑移行为。为了完全表征膜料卷或板材卷的COF和滑移行为，需要能以连续方式测量COF的测试方法。这种COF方法应该允许在膜料卷或者板材卷在连续的在线加工中开卷时，表征膜料卷或板材卷的滑移性能。
进而，还需要一种能在制造过程中非破坏性地确定膜料的动态COF的“旁路测试仪”，并且这种测试仪使用COF信息来区别利用不同滑移公式制成的膜料。滑移行为是通过测量摩擦系数来表征的表面现象。这里感兴趣的是两种系数。第一种称为静态摩擦系数。 静态摩擦系数定义为法向力与在给定表面上开始移动物体所需的作用力的比率。第二种是动态摩擦系数，也称为运动摩擦系数，并且定义为法向力与保持在给定表面上滑动的物体的稳态运动所需的作用力的比率。确定这些摩擦系数可以通过许多几何方式来实现，但是常用的方式是确定开始并保持物体在表面上滑动所需的力。
参考文献Frictionof Polymer Films,by D. K. Owens, J. App 1. Polym. ScL, Vol. 8, PP. 1465-1475(1964)公开了一种利用旋转毂的装置，在所述旋转毂上悬挂预张力的膜料条或纤维条。悬挂的膜料或纤维利用已知的配重或作用力在一条支路上预张紧，而另一条支路连接到应变计或者载荷传感器。在预张紧的膜料条或纤维被旋转的拾取毂牵引时，利用应变计或载荷传感器测量摩擦作用力。这是实验室级别的方法，并不适用于“在线”测量。
此外，这种设计显示了大于等于180°的包角，这样的包角不适合采用膜料料幅的连续“在线”或“旁路”工艺，因为较大的包角将产生较高的料幅张力，这种张力可能导致膜料卷或者板材卷产生缺陷，诸如静电载荷和堆块效应。例如，膜料或板材可能褶皱， 并在膜料或板材紧实缠绕时，导致料卷塌缩。另参见〃 Boundary Friction of Textile Yarns, " by F. Tomlinson, Jr. and J. S. Olsen, Textile Research J. ,31,1007-1011, (1961)。
参考文献〃 Adsorption and Boundary Friction of Polymer Surfaces, " byF.Tomlinson, Jr. , J. Phys. Chem.，Vol. 66，1136-1143 (1962)公开了一种用于确定膜料摩擦的滑动设备。该设备由速度可变的回转台和连接到应变计的枢转杠杆臂构成。随着回转台转动，利用应变计记录膜料和杠杆臂之间的滑动摩擦力。所述这种方法并不适合连续“在线”确定C0F。
日本专利公开文件NO.P2001-66205A公开了一种“在线”板材张力检测器，该检测器利用自由旋转的带纹理的辊子，所述辊子利用载荷测量设备支撑。带纹理的辊子定制为相对于膜料表面具有大于0. 8的摩擦系数。随着料幅挤压在带纹理的辊子上，测量法向力， 并将其转化成料幅张力。为了测量与膜料料幅接触的带纹理的辊子的C0F，描述了另一种方法，这种方法要求将该装置离线。确定COF利用预悬挂的配重。这种设备不适合连续的 “在线”或“旁路”测量C0F。
美国专利5，319，578公开了一种纱线形貌分析仪，其中纱线在基本上恒定的张力下经过成像区域，包括光源和间隔开的光感知阵列。该专利公开了一种包含三个辊子的张力测量设备，中间的辊子连接到机械弹簧，用于检测纱线的张力。这种设备不用于测量摩擦系数，并且在大多数情况下，不提供足够高的精度以用于测量摩擦系数。另参见美国专利 5，420, 802。
英国专利说明书GB1286112公开了一种利用在倾斜表面上的滑动来测量膜料或板材摩擦系数的装置。当所述倾斜表面倾斜时，板材或膜料滑动，并且倾斜角度与摩擦系数相关。这种方法不容易适配“在线”或“旁路”过程。
芬兰专利申请FI981198(发明内容或摘要)公开了一种用来确定地板或地毯衬层的摩擦系数的装置。该装置由施加法向载荷的杆、传动件和摩擦检测器或换能器构成。虽然描述为现场设备，但是这种设计对于连续的膜料料幅工艺无效。
一种确定纱线摩擦系数的装置也在参考文献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，该装置要求形成180°的包角的接触轮。这种大包角无法用在“在线”或“旁路”装置中，因为会在膜料料幅中形成褶皱，并且在卷绕膜料时，大包角还可能导致过大的张力。
参考文献 Amonton' s Law and Fibre Friction, by H.G.Howell and J. Mazur, J. Textile Inst.，44，T59-T69 (1953)描述了一种利用Amonton定律确定纤维摩擦系数的装置。如其所述，该装置不容易适配到连续的生产环境中。
参考文献 Some Measurements of the Friction of Wool and Mohair, by AJ. PMartin and R. Mittelmann, J. Textile Inst. ，T269-T280, December (1946) ffii^I — 种确定羊毛和马海毛纤维的摩擦系数的独立装置。如其所述，该装置是独立单元，并且这种设计用在连续的生产环境中也不切实际。
参考文献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)描述了利用围绕摩擦点的张力的比率确定纤维摩擦系数的理论方面。该文献没有提供任何具体的装置设计。
其他有关摩擦的设备、磨损设备和/或与摩擦有关的理论架构在下面的文献中进行描述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。还存在商用“离线设备”来测量纤维的COF(例如，可以从LAWS0N-HEMPHILL买到的 Elastomeric Yarn Tester, Model CIT-E LH 450)。
如上所述，需要一种能连续地以非破坏性的方式测量平坦基材卷诸如膜料卷或板材卷的(动态和/或静态)COF的设备。还需要一种能包含在膜料线上，诸如吹塑线、流延膜或铸塑板线、膜料或板材层压线或者膜料或板材涂覆线中的COF设备。还需要一种能在膜料或板材卷绕成卷时或者与其他设备诸如纵切机复卷机和成型充填封口(FR5)设备用于在线或旁路过程时，立即测量膜料或板材的COF的设备。这些需求和其他需求已经通过本发明来满足。发明内容
本发明提供一种用于连续测量材料动态摩擦系数和/或静态摩擦系数的装置，所述装置至少包括以下
A)两个自由旋转的辊子Rl和R2 ；
B) 一个辊子 Sl ；
C)可选地，一个静态辊子S2 ；
D)两组作用力检测器，Fl和F2 ；和
其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(θ )，并且所述包角(Θ)小于90°，并且 Fl连接到R1，F2连接到R2。
本发明还提供一种用于连续测量材料的(动态和/或静态)摩擦系数以及牵引力的装置，所述装置至少包括
A)两个自由旋转的辊子Rl和R2 ；
B)三个辊子 R3、R4 和 R5 ；
C) 一个辊子 Sl ；
D)可选地，一个静态辊子S2 ；
E)三组作用力检测器Fl、F2和F3 ；和
其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(θ )，并且Rl与R2之间的所述包角(θ ) 小于90°，并且
R3、R4和R5分别位于R2的上游，并且
Fl连接到Rl, F2连接到R2，F3连接到R3。
图1描绘了本发明装置的辊子元件，包括包角(θ )。
图2是用于连续确定膜料或板材的(动态和/或静态)COF和/或牵引力的“旁路 (at-line) ”装置的示意图。标注有“A_A”的顶部剖面图是图2所示的装置的侧视图中标注有“圈A-圈A”的锚定板的截面图。在附图中，“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。
图3是一对载荷检测设备、辊子和轴承壳体的示意图。
图4描绘了膜料卷的动态COF曲线^OF针对时间)。
具体实施方式
本发明提供一种连续确定材料(动态和/或静态)摩擦系数的方法。具体来说， 在膜料或板材应用于制造过程时，整个膜料卷或板材卷的摩擦系数可以确定。所述装置还用于确定膜料卷或板材卷的开卷力(或牵引力)。此外，所述装置可以用于在多孔膜工艺、 流延膜或铸塑板工艺、挤压涂覆、层压工艺或成形充填封口(FR5)工艺过程中“在线”或“旁路”测量膜料C0F。
所述装置特别适合“在线”或“旁路”多孔膜工艺以及纵切机复卷工艺。所述装置也足够敏感以检测膜料中的缺陷。所述装置特别适合参与现有膜料或板材线的操作，这些线具有外部驱动单元。可选地，卷绕或开卷膜料的驱动单元可以包含在所述装置中，用作独立的设备。
所述装置也设计用于直接在“在线”涂覆工艺中和/或在进一步的转换步骤比如层压或复卷工艺中，确定涂层的摩擦系数。在用在膜料、板材或涂层工艺中时，产生的数据可以用作终端产品的控制措施，并且利用控制反馈环路，可以自动调节膜料、板材、涂层成分，或者基材。在膜料卷或板材卷在线开卷时，本发明的装置将允许表征膜料卷或板材卷的滑移性能。
(动态和/或静态)摩擦系数是通常用于柔性包装工业中表征薄吹塑膜或流延膜或吹塑板或铸塑板的性能的关键参数。COF是用于层压或非层压膜料或板材的重要属性， 这些膜料或板材将利用立式成型充填封口(VFR5)或水平成型充填封口(HFR5)机进一步转化成成品包装。膜料或板材的COF通常利用“离线”测试仪对从更大的膜料卷或板材卷上提取的非常小的样本进行测量。如此获得的结果可能无法表示转换机诸如胶合层压机或者 VFFS/HFFS设备上的膜料或板材卷的真实性能。如上所述，连续膜料和/或板材装置，(例如，“旁路COF测试仪”)设计并开发用于理解整个膜料卷的动态COF曲线。本发明的COF 测试仪允许以各种线速度并抵靠各种表面包括金属或橡胶来测量C0F。此外，由本发明的装置测量的膜料动态COF可以与VFFS线上的性能关联起来。这为预测柔性包装价值链上各个步骤，包括膜料转换、胶合层压以及VFFS/HFFS包装料生产中与COF相关的膜料卷性能提供了有价值的工具。如上所述，本发明提供一种用于连续测量材料动态摩擦系数和/或静态摩擦系数的装置，所述装置至少包括以下
A)两个自由旋转的辊子，Rl和R2 ；
B) 一个辊子 Sl ；
C)可选地，一个静态辊子S2 ；
D)两组作用力检测器，Fl和F2 ；和
其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90° (1.57 弧度)，并且Rl连接到Fl, R2连接到F2。
将辊子连接到作用力检测器的连接方式包括但不限于，处于水平或垂直位置的轴台。本领域技术人员还知悉其他连接方式，例如轴座，通常用于径向载荷传感器。
在一种实施例中，测量动态摩擦系数。
在一种实施例中，测量静态摩擦系数。
在一种实施例中，测量动态摩擦系数和静态摩擦系数。
在一种实施例中，所述材料是膜料、板材或纤维。
在一种实施例中，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--种实施例中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--种实施例中，所述材料是纤维。
在--种实施例中，所述装置是制造或生产线的一部分。
在--种实施例中，所述装置是“在线”装置。
在--种实施例中，所述装置是“旁路”装置。
在--种实施例中，所述两个作用力检测器(Fl和分别是载荷传感器。
在--种实施例中，所述两个辊子Rl和R2具有相同直径。
在--种实施例中，所述包角小于等于60° (1. 05弧度)。
在--种实施例中，所述包角小于等于45° (0.785弧度)，优选小于等于40°。
在--种实施例中，所述包角小于等于30° (0.52弧度)，优选小于等于20°。
在--种实施例中，所述包角小于等于20° (0.35弧度)，优选小于等于10°。
在--种实施例中，辊子Sl是旋转式的或静止的(静态)。
在--种实施例中，辊子Sl是静止的。
在--种实施例中，辊子Sl是旋转式的。
在--种实施例中，Sl的直径从0. 5英寸到6英寸，优选从0. 75英寸到4. 5英寸。
在--种实施例中，每个辊子Rl、R2和Sl具有相同直径。
在--种实施例中，每个辊子Rl、R2和Sl具有相同长度。
在--种实施例中，每个载荷传感器(张力)的数据获取率为每“10微秒以上” 1个数据点。
在--种实施例中，在经过所述装置时，材料(例如，膜料)速度从“10英尺每分钟”到“1000英尺每分钟”。
在一种实施例中，在经过所述装置时，材料(例如，膜料)的速度从“20英尺每分钟”到“500英尺每分钟”。
本发明的装置可以包括文中所述的两个或更多个实施例的组合。
本发明还提供了一种用于连续测量材料动态摩擦系数和/或静态摩擦系数的装置，所述装置至少包括以下
A)两个自由旋转的辊子，Rl和R2 ；
B) 一个辊子 Sl ；
C)可选地，一个静态辊子S2 ；
D)两个作用力检测器，Fa和1 ；和
其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90° (1.57 弧度)，并且Rl连接到i^a，R2连接到冊。上述以及本申请全文中所述的连接方式和实施例也适用于该装置。优选，测量动态摩擦系数。本发明的装置可以包括文中所述两个或更多个实施例的组合。
本发明还提供一种用于连续测量材料的(动态和/或静态)摩擦系数以及牵引力的装置，所述装置至少包括
A)两个自由旋转的辊子，Rl和R2 ；
B)三个辊子 R3、R4 和 R5 ；
C) 一个辊子 Sl ；
D)可选地，一个静态辊子S2 ；
E)三组作用力检测器Fl、F2和F3 ；和
其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(θ )，并且Rl与R2之间的所述包角(θ ) 小于90°，并且R3、R4和R5分别位于R2的上游，并且Fl连接到R1，F2连接到R2，F3连接到R3。
将辊子连接到作用力检测器的连接方式包括但不限于，处于水平或垂直位置的轴台。本领域技术人员还知悉其他连接方式，例如轴座，通常用于径向载荷传感器。
在--种实施列中，同时测量摩擦系数和牵引力。
在--种实施列中，交替测量摩擦系数和牵引力。
在--种实施列中，测量动态摩擦系数。
在--种实施列中，测量静态摩擦系数。
在--种实施列中，测量动态摩擦系数和静态摩擦系数。
在--种实施列中，所述材料是膜料、板材或纤维。
在--种实施列中，所述材料是膜料。膜料通常厚度小于等于12mil。
在--种实施列中，所述材料是板材。板材通常厚度大于12mil。
在--种实施列中，所述材料是纤维。
在--种实施列中，所述装置是制造线的一部分。
在--种实施列中，所述装置是“在线”装置。
在--种实施列中，所述装置是“旁路”装置。
在--种实施列中，所述两个作用力检测器(Fl和分别是载荷传感器。
在--种实施列中，所述两个辊子Rl和R2具有相同直径。
在--种实施列中，所述包角小于等于60° (1.05弧度)。
在--种实施列中，所述包角小于等于45° (0.785弧度)，优选小于等于40°。
在--种实施列中，所述包角小于等于30° (0.52弧度)，优选小于等于20°。
在--种实施列中，所述包角小于等于20° (0.35弧度)，优选小于等于10°。
在--种实施列中，辊子Sl是旋转式的或静止的(静态)。
在--种实施列中，辊子Sl是静止的。
在--种实施列中，辊子Sl是旋转式的。
在--种实施列中，Sl的直径从0. 5英寸到6英寸，优选从0. 75英寸到4. 5英寸
在一种实施例中，每个辊子R1、R2和Sl具有相同直径。
在一种实施例中，每个辊子Rl、R2和Sl具有相同长度。
在一种实施例中，每个载荷传感器(张力)的数据获取率为每“10微秒以上” 1个数据点。
在一种实施例中，在经过所述装置时，材料(例如，膜料)速度从“10英尺每分钟” 到“1000英尺每分钟”。
在一种实施例中，在经过所述装置时，材料(例如，膜料)的速度从“20英尺每分钟”到“500英尺每分钟”。
本发明的装置可以包括文中所述的两个或更多个实施例的组合。
本发明装置的理论分析
本发明的装置的辊子元件在图1中示出。
根据Amonton定律，输出支路张力Tl与输入支路张力T2的比值与围绕静态(非旋转)辊子Si的两个接触表面的摩擦系数直接相关，如方程1所示
(方程 1)
方程1可以用于确定动态摩擦系数和静态摩擦系数。这里，μ是(静态或动态) 摩擦系数，而θ是围绕静态辊子的包角。在一种实施例中，支路张力Tl利用一对载荷传感器I(Fl)来测量，而支路张力Τ2利用一对载荷传感器2(^)来测量。静态辊子Sl的位置可以调节，以使包角θ可以调节，例如包角从0到180°，更优选从0到90°，最优选动0 到 45°。
此外，辊子材料或涂层可以改变，以便为COF测量提供期望的材料类型，和/或提供适当的纹理。通常的辊子表面包括金属和聚合物(例如，橡胶、聚烯烃、聚酰胺和聚酯)。 辊子表面可以具有纹理。
这种材料或涂层的示例可以是铝、硬质阳极化铝、不锈钢、弹性体或橡胶以及其他塑料。辊子纹理可以用标准粗糙度等级诸如“Ra等级”来表征。
从摩擦点/辊子(非旋转)而来的两条支路的张力可以利用张力、压力或扭矩载荷传感器来测量，并且这些张力的比率用于确定材料诸如聚合物膜料的摩擦系数。可选地， 静态辊子也可以转动，并且可以使用制动系统来停止或降低用于COF测量的辊子速度。此外，静态辊子的表面温度可以利用各种类型的温度控制设备诸如加热卡盒、冷却孔或者通道等来调节。
本发明的旁路COF测试仪的示例
本发明的“旁路COF装置”的概念性示例在图2显示。这里，可以从与静态辊子 (Si)接触之前和之后的料幅张力确定膜料(料幅)的动态摩擦系数(COF)。
图2示出了与这种设计相关的膜料料幅路径和关键元件。单位宽度可以是任何尺寸。图2中的静态(Si)辊子是位置可调的辊子，所以包角可调。
如上所述，可以在该辊子上安装制动系统以便在希望确定(动态和/或静态)C0F 时停止该辊子的转动。在正常条件下，该辊子自由转动，因此用于该辊子的轴承必须具有非常低的转动阻力。通过允许摩擦辊子完全转动，辊子温度可以在一定时间周期内保持等温。 因此，必须使用阻力最小的轴承来减小或消除来自这种来源的摩擦。
如图所示，每个旋转辊子(Rl和似)连接到一对载荷传感器，并优选连接到载荷传感器的辊子应该尽可能围绕静态辊子(Si)对称。可以利用该装置确定摩擦系数的速度可以利用外部设备诸如纵切机/复卷机来控制。
辊子Rl和R2连接到摩擦力较低的轴承单元。该轴承组件(包括辊子轴、轴承和轴承壳体)然后分别连接到载荷检测设备Fl和F2。轴承组件可以根据所用的类型，利用各种方法连接到载荷检测设备。一种示例可以是将轴承组件连接到载荷检测设备顶部，诸如在垂直轴台中。轴承组件也可以在水平方向连接到载荷检测设备，也称为水平轴台。在另一种示例中，辊子安装到低摩擦轴承，低摩擦轴承直接安装到径向张力载荷传感器，诸如 ABBPRT张力载荷传感器，可以从ABB Automation Technologies买到。这些以及其他连接器件在本领域是熟知的。
在图2中，示出了三组载荷传感器(Fl、F2和F3)。一组载荷传感器(F3)用于测量从纵切机/复卷机的主轴牵拉料幅所需的作用力。这种测得的作用力代表料幅卷的开卷力，并且在料幅卷开卷并且经过“旁路COF装置”时，可以用于监控可能发生在主轴上的阻挡力。第二组载荷传感器(^)测量静态(非旋转)辊子(Si)之前的料幅支路的张力T2。 第三组载荷传感器(Fl)位于框架顶部，并用于测量静态辊子之后的料幅支路的料幅张力 Tl。根据方程1，摩擦系数μ可以经由比率Τ1/Τ2来确定。
施加在聚乙烯和聚丙烯膜料上的常见张力大约为0. 251b/in/mil (lb/宽度/厚度，Imil是1/1000英寸)。所以，对于“^iil厚”的膜料来说，张力应该大约为“ lib/in”每膜料宽度。对于“36inch宽”的膜料来说，这是为“旁路” COF装置指定的常见膜料宽度，用于^iil厚的膜料的常见张力大约为361b。增加辊子的重量，“旁路COF装置”会遇到的常见载荷从大约381b到551b。假设载荷均勻分布在料幅的宽度上，分辨率良好的载荷传感器具有高达501b的容量。基于这种分析，0. 2kN压缩/张力载荷传感器适合用于这种系统。
如上所述，静态辊子可以设计成在不需要测量与辊子表面接触的料幅的摩擦时， 能够滚动。制动系统可以用于停止该辊子，用于测量C0F。在COF测量循环过程中，可以通过施加工厂用压缩空气或者通过机械装置来施加制动，以防止辊子在料幅经过时滚动。
在一种实施例中，用于静态辊子的制动系统是可以从MontalvoCorporation买到的M0NTALV0 C系列制动系统，它设计成安装在静态辊子的一端。
此外，由于辊子对准，可以使用自对准轴承壳体。可以从SKF USA Inc.，买到的 "SY3/4 TF”滚珠轴承单元可以用于本发明的装置。为了增强无摩擦属性，轴承润滑脂可以吹出，并且可以用醇类(例如，乙醇)清洗轴承单元并干燥。在干燥后，可以将低粘度油料 (大约1滴)诸如“WD-40”油料引入轴承壳体作为润滑剂。无摩擦轴承系统不影响或者非常小地影响用于COF的载荷测量。优选轴承系统为低成本的。
数据获取
为了确定“(动态或静态)摩擦系数”以及“牵引力”，来自这三组载荷传感器的作用力信号可以利用单独的计算机进行记录。来自用于检测来自纵切机/复卷机上的主轴上的膜料释放的载荷的载荷传感器(F!3)的信号，发送到数据调节器/控制器，并且利用数据获取调节器/控制器收集另外两组载荷传感器的输出(Fl和F2)。这些调节器/控制器设备用于放大来自载荷传感器的信号输出并将其从模拟型转化为数字型。来自这些传感器的信号然后发送到具备数据获取设备和软件的单独的计算机。该计算机软件将数据转化为COF和/或“牵引力”值。
定义
正如文中所用，术语“摩擦系数”指代比例无量纲值，它将摩擦力与物体上的法向作用力相关联，并且描述与另一个表面接触的所述物体的表面的滑动行为。动态摩擦系数 (也称为运动摩擦系数)描述表面在另一个表面上滑动的稳定状态条件下的滑动行为。静态摩擦系数描述滑动动作刚开始时的条件。
正如文中所用，术语“包角”指代由浸润(接触)辊子表面的材料(例如，料幅)表面所形成的角度。该角度在图1中示为θ。角度θ是由从辊子中心点延伸的两条半径形成夹角，每一条半径延伸到料幅接触辊子的各切向表面。
正如文中所用，术语“料幅”或“样本料幅”指代通过一系列旋转轴诸如辊子馈送的连续样本(例如，板材、膜料或纤维)。
正如文中所用，术语“膜料料幅”指代通过一系列旋转轴诸如辊子馈送的连续膜料。膜料料幅的示例在图2示出。
正如文中所用，术语“纵切机”指代用于切分膜料或板材的装置或设备。
正如文中所用，“复卷机”指代用于再次卷绕膜料或板材滚卷的装置或设备。
正如文中所用，术语“纵切机/复卷机”指代具有切分和复卷两种功能的装置或设备。
正如文中所用，术语“牵引力”指代从其辊子释放或牵引膜料或板材所需的作用力或载荷。
正如文中所用，术语“旁路”指代制造线的一部分或者完整的功能线，但是它并不是该线整体的一部分。线是组合成产生功能的设备或装置的组件。
正如文中所用，术语“在线”指代制造线的一部分或者完整的功能线，而且它是该线整体的一部分。如上所述，线是组合成产生至少一种功能的设备或装置的组件。
正如文中所用，术语“离线”指代线的一部分，该部分独立于制造线或者完整的功能线。
正如文中所用，术语“静态辊子”、“静止辊子”和“摩擦辊子”指代不转动(不围绕柱体(长度)轴线转动)的辊子或者轴(柱体)。
正如文中所用，术语“静态”、“静止”和“摩擦”意味着不转动。
正如文中所用，术语“作用力检测器”指代用来测量物体上的作用力、载荷、应变或扭矩的装置或单元或设备。
正如文中所用，术语“一组作用力检测器”指代至少两个作用力检测器，或者包含它的装置。作用力检测器通常位于辊子的相对端。通常，辊子安放在轴承壳体中，轴承壳体连接到位于辊子每个端部的作用力检测器，如图3所示。两组作用力检测器指代至少4个作用力检测器。三组作用力检测器指代至少6个作用力检测器。
正如文中所用，术语“料幅驱动单元”指的是样本料幅的驱动单元(包括马达、变速器和控制器)。
正如文中所用，术语“自由转动的辊子”指的是可以围绕其轴线自由转动的辊子 (旋转轴)，并且由位于辊子端部的轴承(或低摩擦轴承)施加非常低的摩擦力。正如文中所用，术语“低摩擦轴承”指的是利用下述方法确定的摩擦损耗可忽略的轴承。作为示例，对于如图2所示的本发明的装置，缆绳穿过全部辊子，除了静态辊子S2。缆绳一端捆扎到辊子R5，并且已知配重悬挂在料幅出口的另一端。在这种测量中，静态辊子Sl设置成自由转动。所述测量对于至少两个已知配重来实施，并且可以对每一对载荷传感器在施加的载荷和测量载荷之间进行线性相关。摩擦载荷损耗可以用每一对载荷传感器Fl、F2和F3的施加的载荷与测量载荷之间的线性相关的斜率来表征。对于低摩擦轴承，优选该斜率不应该偏离“斜率1 (无损耗条件)”多于士5%，更优选，不应该偏离多于士3%，最优选不应该偏离多于士2%。例如，利用图2所示的装置，以及第14页第6至13行所述的轴承单元，获得了如表1所示的下述数据。本领域技术人员可以方便地改变测试方法以配合其他的装置设计。
表权利要求
1.一种用于连续测量材料动态摩擦系数和/或静态摩擦系数的装置，所述装置至少包括以下A)两个自由旋转的辊子Rl和R2；B)一个辊子Sl ；C)可选地，一个静态辊子S2；D)两组作用力检测器，Fl和F2；和其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(Θ)，并且所述包角(Θ)小于90°，并且Fl 连接到R1，F2连接到R2。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，测量动态摩擦系数。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述材料是膜料、板材或纤维。
4.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述装置是制造线的一部分。
5.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述两个辊子Rl和R2具有相同直径。
6.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述包角小于等于60°。
7.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述包角小于等于45°。
8.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述包角小于等于30°。
9.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，Sl是旋转式的或静止的。
10.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，每个辊子Rl、R2和Sl具有相同直径。
11.一种用于连续测量材料的(动态和/或静态)摩擦系数以及牵引力的装置，所述装置至少包括A)两个自由旋转的辊子Rl和R2；B)三个辊子R3、R4和R5；C)一个辊子Sl ；D)可选地，一个静态辊子S2；E)三组检测器F1、F2和F3；和其中Sl位于Rl和R2之间，以形成包角(Θ)，并且Rl与R2之间的所述包角(Θ)小于90° (1. 57弧度)，并且R3、R4和R5分别位于R2的上游，并且Fl连接到Rl，F2连接到 R2, F3连接到R3。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，测量动态摩擦系数。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，同时测量摩擦系数和牵引力。
14.如权利要求11至13任一项所述的装置，其特征在于，所述材料是膜料、板材或纤维。
15.如权利要求11至14任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置是制造线的一部分。
全文摘要
本发明提供一种用于连续测量材料动态摩擦系数和/或静态摩擦系数的装置，所述装置至少包括以下A)两个自由旋转的辊子，R1和R2；B)一个辊子S1；C)可选地，一个静态辊子S2；D)两组作用力检测器，F1和F2；和其中S1位于R1和R2之间，以形成包角(θ)，并且所述包角(θ)小于90°，并且F1连接到R1，F2连接到R2。本发明还提供一种用于连续测量材料的(动态和/或静态)摩擦系数以及牵引力的装置，所述装置至少包括A)两个自由旋转的辊子R1和R2；B)三个辊子R3、R4和R5；C)一个辊子S1；D)可选地，一个静态辊子S2；E)三组作用力检测器F1、F2和F3；和其中S1位于R1和R2之间，以形成包角(θ)，并且R1与R2之间的所述包角(θ)小于90°，并且R3、R4和R5分别位于R2的上游，并且F1连接到R1，F2连接到R2，F3连接到R3。
文档编号G01N33/36GK102498382SQ201080040785
公开日2012年6月13日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月12日
发明者H.T.法姆, R.B.巴思洛姆 申请人:陶氏环球技术有限责任公司