应用介绍

软性材料摩擦磨损测试

软接触摩擦学是我们感知潮湿，光滑和舒适的感觉的核心。尽管没有标准定义，但对低模量材料的摩擦行为的研究可以视为软接触摩擦学。最近，有几项研究强调了软接触摩擦学的好处，通过对我们接触的材料进行加工，改善我们对感觉的感知。

摩擦（或剪切应力）将诸如触摸之类的机械动作与诸如光滑感之类的心理反应联系起来。图1给出了软接触的代表性摩擦曲线。

该曲线的几个重要特征是静摩擦和动摩擦。静摩擦与动摩擦的比率用于定义舒适感。摩擦受接触处的附着力和变形的影响，如该代表性曲线所示（图2）。

在实验室中使用摩擦磨损试验机对这种摩擦进行研究

图1.软接触的典型摩擦曲线

 图2.软接触应用中摩擦系数与法向载荷之间的关系

什么摩擦试验机适合测试软接触摩擦？

适合用于测试软接触摩擦的试验机需具备以下几个特性：分辨率，噪声水平，精度。但是，一个重要的区别是在摩擦试验机中获得的摩擦数据的“纯度”：只有当摩擦力的测量独立于法向力时才可能，它们之间的串扰应该最少或没有。

Ducom生产的获得相关专利的MicroForce微力摩擦试验机系统（图3），MicroForce可通过步进电机和压电驱动器分别施加10 mN至10 N的法向力，分别用于粗运动和精细运动。

所施加的力是通过两个水平的弹簧片来测量的，它们的变形（通过电容传感器测量）与法向载荷成正比。同样，切向力或摩擦力由两个垂直弹簧片测量。它测量的摩擦系数低至0.001，速率为每秒2000个数据点。这个专利系统可以获得彼此独立的法向力和摩擦力。

图3. Ducom MicroForce（左）和获得专利的传感系统示意图（右）。

使用Ducom MicroForce的软接触摩擦学应用示例

导管的选择

两个Foley导管（图4）在浸入水中，通过往复运动的疏水硅橡胶（PDMS）进行测试。导管B有一层亲水涂层。

导管B产生的摩擦力比导管A低得多，因此插入导管所需的能量也更低，因此导管B为患者提供了更舒适的解决方案。

 图4.测试装置的视图（左）和导管A和导管B（右）的摩擦环表示

消费产品的触感测量

化妆品等消费品主要由主观参数（湿度，油脂，厚度，滑爽度等）来描述。Ducom MicroForce可以根据其摩擦特性来区分不同的消费产品，如图5所示。

两种商业销售的保湿霜的稠度不同，霜B比霜A厚得多。这种差异是通过三名不同受试者在一块干净的玻璃上进行的摩擦试验（夹有一层薄薄的乳霜）精确测量的。

图5.手指测试的示意图（左）和三个受试者（P1，P2，P3）在裸玻璃和乳霜上获得的平均摩擦系数。

剃须刀刀片涂层评估

在剥离试验中，摩擦测量的分辨率对于量化涂层在失效前所能承受的应力至关重要。如图6所示，施加了阶梯载荷，以极高的精度确定往复运动下不同涂层的失效。

图6.法向载荷（顶部），失效涂层的摩擦系数（中）和成功涂层的摩擦系数的代表性图

图6.施加载荷（上），失效涂层的摩擦系数（中）和成功涂层的摩擦系数（下）的代表图。

结论

摩擦是影响软接触摩擦性能的主要因素。有效的摩擦测量必须极其精确，并且必须独立于噪音和串扰，例如法向力测量。Ducom MicroForce可提供此类应用所需的精细测量结果，以及在与软接触摩擦学相关的不同测试设置中测量摩擦所必需的多功能性。