ASTM D1894 Reibungskoeffizient Kunststofffolien
Die ASTM D1894 beschreibt ein Standard-Prüfverfahren zur Bestimmung der statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten (Anfangs- und Gleitreibungskoeffizienten) von Kunststoff-Folien und Tafeln beim Gleiten über sich selbst oder andere Stoffe unter festgelegten Prüfbedingungen.
Die Reibungskoeffizienten geben Auskunft über die Gleiteigenschaften von Kunststoff-Folien und spielen insbesondere in der Verpackungsindustrie eine wichtige Rolle und sind sowohl in der Qualitätskontrolle bei der Folienherstellung als auch in der Entwicklung von Folienmaterial für die technische Auslegung relevant. Darüber hinaus spielen sie auch in Form von Separatorfolien in der EV-Batterieprüfung eine wichtige Rolle.
Die ASTM D1894 ist technisch nicht äquivalent zu ihrem ISO Pendant der ISO 8295, so dass die Ergebnisse der beiden Verfahren nicht direkt miteinander verglichen werden können.
Ziel & Einsatzbereich Reibungskoeffizient Separatorfolien Probekörper & Abmessungen Versuchsdurchführung & Prüfmittel Downloads FAQ Beratung anfordern
ASTM D1894 Ziel & Einsatzbereiche
Die Bestimmung des Reibungskoeffizienten nach ASTM D1894 ist besonders relevant für Folienwerkstoffe, die in Verpackungs- und Druckmaschinen weiterverarbeitet werden. Insbesondere der Haft- und Gleitreibungskoeffizient von Kunststofffolien liefert wichtige Informationen zur Verarbeitbarkeit und zur Oberflächenstruktur, was wiederum für die Bedruckbarkeit von Bedeutung ist. Kunststofffolien finden breite Anwendung in der Verpackungsindustrie wie Lebensmittel- und Non-Food-Verpackungen. Außerdem sind sie auch wichtige Bestandteile von komplexeren Produkten wie Batterien für Elektrofahrzeuge.
Kennwerte / Prüfergebnisse nach ASTM D1894
Bei der Prüfung nach ASTM D1894 ist der Reibungskoeffizient (μ) das Hauptergebnis. Er gibt an, wie gut sich zwei Materialien gegeneinander bewegen oder wie leicht sie aneinander haften. Der Reibungskoeffizient wird sowohl als Gleitreibungskoeffizient als auch als Haftreibungskoeffizient beschrieben. Je höher der Reibungskoeffizient, desto rauer die Oberfläche.
Reibungskoeffizient μ = Fs/FD
| Kurzeichen | Einheit | Name | Kurzbeschreibung |
| μs | Haftreibungszahl Statischer Reibungskoeffizient |
| |
| Fs | N | Haftreibungskraft Statische Reibungskraft | Fs ist die statische Reibungskraft, ausgedrückt in Newton |
| µk | Gleitreibungszahl Dynamischer Reibungskoeffizient |
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| Fk | N | Gleitreibungskraft Dynamische Reibungskraft | FD ist die von der Masse des Schlittens ausgeübte Normalkraft in Newton |
ASTM D1894 Probekörper & Abmessungen
Nach ASTM D1894 ist der Probekörper, der an der Ebene befestigt wird, mit den Maßen 250 mm x 130 mm (10 inch x 5 inch) definiert. Der Folien-Probekörper, der auf dem Schlitten befestigt wird, soll auf ca. 120 mm (4,5 in.) im Quadrat zugeschnitten sein und die Probendicke von 0,254 mm (gemäß Terminologie für Folien lt. ASTM D883) nicht überschreiten.
ASTM D1894 Versuchsdurchführung & Prüfmittel
COF-Prüfmaschine und Prüfvorrichtung:
- Die Bestimmung des Reibungskoeffizienten gemäß ASTM D1894 kann auf einfache Weise auf einer statischen Prüfmaschine zwickiLine unter Verwendung einer zusätzlichen Prüfvorrichtung von ZwickRoell durchgeführt werden.
- Die Prüfvorrichtung besteht aus einem ebenen Auflagetisch und einem Schlitten mit bekannter Masse. Mit dieser Vorrichtung kann das Reibungsverhalten zwischen Folie und Folie ermittelt werden.
Versuchsdurchführung:
- Eine Folie wird am Schlitten geklemmt. Eine zweite Folie kann an den Edelstahl-Prüftisch oder auf die beinhaltete Glasplatte, die auf den Edelstahltisch aufgelegt wird, geklemmt werden. Zwischen Tisch und Schlitten wird die Folienpaarung so angebracht, dass eine vollflächige Auflage mit gleicher Druckverteilung auf bekannter Fläche vorliegt. Dies wird durch den Einsatz einer weichen Filzschicht erreicht.
- Ob der Schlitten über den Tisch bewegt wird oder die Bewegung vom Tisch ausgeführt wird, ist für die Prüfung unerheblich, .
Berechnung des Reibungskoeffizienten:
- Der Reibungskoeffizient wird als Quotient der am Schlitten gemessenen Zugkraft und der Auflagekraft des Schlittens aufgrund seines Eigengewichts dargestellt: Reibungskoeffizient μ = Fs/FD
- Der statische Reibungskoeffizient (Haftreibung) wird anhand des ersten Spitzenwertes der Zugkraft am Schlitten berechnet, während der dynamische Reibungskoeffizient (Gleitreibung) aus dem Mittelwert der Zugkraft am Schlitten während eines definierten Gleitwegs berechnet wird.
Reibungseigenschaften von Separatorfolien in der Batterieprüfung nach ASTM D1894
Separatorfolien in einer Lithium-Ionen-Batterie trennen Anode und Kathode voneinander, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Gleichzeitig erlaubt der Separator den Durchfluss ionisierter Ladungsträger, die zum Schließen des Stromkreises in einer elektrochemischen Zelle benötigt werden.
Neben keramischen Separatoren und Glasfaservliesstoffen werden primär Polymer-Membranen eingesetzt. Die Ermittlung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung gibt Rückschlüsse über die Integrität der Separatorfolie unter betriebsbedingter mechanischer Belastung. Während stärkere Separatorfolien den Kontakt zwischen Anode und Kathode effizient und sicher verhindern, ermöglichen dünnere Folien das Gewicht der Batterie zu reduzieren und die Energiedichte zu verbessern.
Ein weiterer relevanter Aspekt ist das Verhalten des Separators in Bezug auf den Reibungskoeffizienten zwischen Elektrodenbeschichtung und Separator. Diese Kennwerte haben Einfluss auf die Performance der Zelle und sind besonders wichtig für die Einstellung der Produktionsparameter in den Wickelprozessen. ZwickRoell ermöglicht nicht nur Prüfungen bei Raumtemperatur, sondern auch bei betriebsnahen Temperaturen im Bereich von -20 °C bis +50 °C mithilfe der ZwickRoell Temperierkammern. Dies gewährleistet eine umfassende Charakterisierung der Separatorfolien unter verschiedenen Bedingungen.
Da es noch keine speziellen Prüfnormen für EV-Batterien gibt, wird die ASTM D1894 üblicherweise als Ersatznorm für die Charakterisierung ihrer Reibungseigenschaften verwendet. Diese Tests werden auch im elektrolytbenetzten Zustand durchgeführt, um realitätsnahe mechanische Kennwerte zu erzielen. Durch die aktive Mitarbeit bei der Weiterentwicklung dieser Normen, speziell für Batteriematerialien, wird sichergestellt, dass die ZwickRoell Prüfverfahren auch zukünftig allen Anforderungen entsprechen.
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Häufig gestellte Fragen zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten nach ASTM D1894
Die ISO 8295 und ASTM D1894 sind zwei internationale Normen zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten von Kunststoff-Folien. Die Normen unterscheiden u.a. die Größe und das Gewicht des Schlittens sowie das Material mit dem der Schlitten belegt bzw. ummantelt sein muss. Außerdem unterscheidet sich die Größe der Probekörper. Im Gegensatz zur ASTM D1894 schreibt die ISO 8295 bei der Prüfung die Verwendung einer Feder vor.
Der Reibungskoeffizient wird als Quotient der am Schlitten gemessenen Zugkraft und der Auflagekraft des Schlittens aufgrund seines Eigengewichts berechnet. Die Formel zur Berechnung des Reibungskoeffizienten lautet t μ = Fs/FD.
Der Reibungskoeffizient (μ) ist das Hauptergebnis der Prüfung nach ASTM D1894. Er gibt an, wie gut sich zwei Materialien gegeneinander bewegen (Gleitreibungskoeffizient) oder wie leicht sie aneinander haften (Haftreibungskoeffizient). Der Haftreibungskoeffizient gibt an, wieviel Kraft erforderlich ist, um 2 Materialien in Bewegung zu bringen, der Gleitreibungskoeffizient beschreibt die Kraft die notwendig ist, sie in Bewegung zu halten.
Der Reibungskoeffizient sagt aus, dass eine Oberfläche umso rauer ist, je höher ihr Reibungskoeffizient ist.