軟性材料摩擦磨損測試

軟接觸摩擦學是我們感知潮濕，光滑和舒適的感覺的核心。盡管沒有標準定義，但對低模量材料的摩擦行為的研究可以視為軟接觸摩擦學。最近，有幾項研究強調了軟接觸摩擦學的好處，通過對我們接觸的材料進行加工，改善我們對感覺的感知。

摩擦（或剪切應力）將諸如觸摸之類的機械動作與諸如光滑感之類的心理反應聯(lián)系起來。圖1給出了軟接觸的代表性摩擦曲線。

該曲線的幾個重要特征是靜摩擦和動摩擦。靜摩擦與動摩擦的比率用于定義舒適感。摩擦受接觸處的附著力和變形的影響，如該代表性曲線所示（圖2）。

在實驗室中使用摩擦磨損試驗機對這種摩擦進行研究

圖1.軟接觸的典型摩擦曲線

 圖2.軟接觸應用中摩擦系數(shù)與法向載荷之間的關系

什么摩擦試驗機適合測試軟接觸摩擦？

適合用于測試軟接觸摩擦的試驗機需具備以下幾個特性：分辨率，噪聲水平，精度。但是，一個重要的區(qū)別是在摩擦試驗機中獲得的摩擦數(shù)據(jù)的“純度”：只有當摩擦力的測量獨立于法向力時才可能，它們之間的串擾應該最少或沒有。

Ducom生產的獲得相關專利的MicroForce微力摩擦試驗機系統(tǒng)（圖3），MicroForce可通過步進電機和壓電驅動器分別施加10 mN至10 N的法向力，分別用于粗運動和精細運動。

所施加的力是通過兩個水平的彈簧片來測量的，它們的變形（通過電容傳感器測量）與法向載荷成正比。同樣，切向力或摩擦力由兩個垂直彈簧片測量。它測量的摩擦系數(shù)低至0.001，速率為每秒2000個數(shù)據(jù)點。這個專利系統(tǒng)可以獲得彼此獨立的法向力和摩擦力。

圖3. Ducom MicroForce（左）和獲得專利的傳感系統(tǒng)示意圖（右）。

使用Ducom MicroForce的軟接觸摩擦學應用示例

導管的選擇

兩個Foley導管（圖4）在浸入水中，通過往復運動的疏水硅橡膠（PDMS）進行測試。導管B有一層親水涂層。

導管B產生的摩擦力比導管A低得多，因此插入導管所需的能量也更低，因此導管B為患者提供了更舒適的解決方案。

 圖4.測試裝置的視圖（左）和導管A和導管B（右）的摩擦環(huán)表示

消費產品的觸感測量

化妝品等消費品主要由主觀參數(shù)（濕度，油脂，厚度，滑爽度等）來描述。Ducom MicroForce可以根據(jù)其摩擦特性來區(qū)分不同的消費產品，如圖5所示。

兩種商業(yè)銷售的保濕霜的稠度不同，霜B比霜A厚得多。這種差異是通過三名不同受試者在一塊干凈的玻璃上進行的摩擦試驗（夾有一層薄薄的乳霜）精確測量的。

圖5.手指測試的示意圖（左）和三個受試者（P1，P2，P3）在裸玻璃和乳霜上獲得的平均摩擦系數(shù)。

剃須刀刀片涂層評估

在剝離試驗中，摩擦測量的分辨率對于量化涂層在失效前所能承受的應力至關重要。如圖6所示，施加了階梯載荷，以極高的精度確定往復運動下不同涂層的失效。

圖6.法向載荷（頂部），失效涂層的摩擦系數(shù)（中）和成功涂層的摩擦系數(shù)的代表性圖

圖6.施加載荷（上），失效涂層的摩擦系數(shù)（中）和成功涂層的摩擦系數(shù)（下）的代表圖。

結論

摩擦是影響軟接觸摩擦性能的主要因素。有效的摩擦測量必須極其精確，并且必須獨立于噪音和串擾，例如法向力測量。Ducom MicroForce可提供此類應用所需的精細測量結果，以及在與軟接觸摩擦學相關的不同測試設置中測量摩擦所必需的多功能性。