ISO 8295: Reibungskoeffizient
Der Reibungskoeffizient COF (coefficient of friction) gibt u.a. Hinweise auf Oberflächenstruktur und Bedruckbarkeit von Folien aus Kunststoff. Damit ist der Haft- und Gleitreibungskoeffizient besonders für Folienwerkstoffe interessant, die auf Verpackungs- und Druckmaschinen weiterverarbeitet werden. Darüber hinaus spielt er auch in Form von Separatorfolien in der EV-Batterieprüfung eine wichtige Rolle.
Die Bestimmung des Reibungskoeffizienten von Kunststoff-Folien wird in den Normen ISO 8295, ASTM D1894, JIS K7125 und DIN 53375 (zurückgezogen) beschrieben.
Ziel & Einsatzbereich Prüfergebnisse Probekörper & Abmessungen Versuchsdurchführung & Prüfmittel Reibungskoeffizient Separatorfolien Downloads FAQ Beratung anfordern
Ziel & Einsatzbereiche der ISO 8295
Den Reibungskoeffizienten gemäß ISO 8295 zu bestimmen, ist besonders für Folienwerkstoffe interessant, die auf Verpackungs- und Druckmaschinen weiterverarbeitet werden. Der Reibungskoeffizient von Kunststoff-Folien, im besonderen der Haft- und Gleitreibungskoeffizient, gibt Hinweise auf die Verarbeitbarkeit sowie auf die Oberflächenstruktur, die wiederum für die Bedruckbarkeit von Bedeutung ist. Außerdem sind sie auch wichtige Bestandteile von komplexeren Produkten wie Batterien für Elektrofahrzeuge.
In der ISO 8295 können neben den üblichen Paarungen Folie gegen Folie andere Paarungen wie zum Beispiel Folie gegen Metall, Folie gegen Glas, oder zwei Folien unterschiedlicher Natur mit der gleichen Prüfmethodik bewertet werden. In der Regel handelt es sich jedoch um identische Folien, so dass z.B. Abgleitvorgänge eines Folienstapels oder einer Folienrolle bewertet werden können.
Kennwerte / Prüfergebnisse nach ISO 8295
Der Reibungskoeffizient (μ) ist das Hauptergebnis der Prüfung nach ISO 8295. Er gibt an, wie gut sich zwei Materialien gegeneinander bewegen oder wie leicht sie aneinander haften. Der Reibungskoeffizient wird sowohl als Gleitreibungkoeffizient als auch als Haftreibungskoeffizient beschrieben. Je höher der Reibungskoeffizient, desto rauer die Oberfläche.
Statischer Reibungskoeffizient μS = Fs/FP
Dynamischer Reibungskoeffizient μD = FD/FP
| Kurzzeichen | Einheit | Name | Kurzbeschreibung |
| μs | Haftreibungszahl Statischer Reibungskoeffizient |
| |
| Fs | N | Haftreibungskraft Statische Reibungskraft | Fs ist die statische Reibungskraft, ausgedrückt in Newton |
| FP | N | Normalkraft | FP ist die Normalkraft, die von der Masse des Schlittens ausgeübt wird, ausgedrückt in Newton (= 1,96 N) |
| µD | Gleitreibungszahl Dynamischer Reibungskoeffizient |
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| FD | N | Gleitreibungskraft Dynamische Reibungskraft | FD ist die dynamische Reibungskraft, ausgedrückt in Newton |
Probekörper & Abmessungen nach ISO 8295
- Für jede Prüfung Folie gegen Folie nach ISO 8295 werden zwei Probekörper mit den Abmessungen von etwa 80 mm x 200 mm benötigt. Mindestens drei derartige Probenpaare sollten geprüft werden.
ISO 8295 Versuchsdurchführung & Prüfmittel
COF-Prüfmaschine und Prüfvorrichtung:
- Die Versuchsdurchführung zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten nach ISO 8295 ist auf einfache Weise auf einer statischen Prüfmaschine zwickiLine mit einer ZwickRoell Zusatz-Prüfvorrichtung durchführbar.
- Die Prüfvorrichtung besteht aus einem ebenen Auflagetisch und einem Schlitten mit bekannter Masse. Mit der Vorrichtung kann das Reibungsverhalten zwischen Folie und Folie sowie zwischen Folie und Plattenmaterial aus Edelstahl oder Glas 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.
- Für die Prüfung ist es unerheblich, ob der Schlitten über den Tisch bewegt wird, oder ob die Bewegung vom Tisch ausgeführt wird.
- Zur Bestimmung der statischen Reibung wird der Schlitten über eine genormte Zugfeder mit festgelegter Federrate und einen Faden mit dem Kraftsensor verbunden. So kann die Zugkraft am Schlitten während der Bewegung exakt gemessen werden. Bei der Messung der dynamischen Reibung sollten keine stick-slip Effekte auftreten, weshalb auf den Einsatz der Zugfeder verzichtet wird.
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.
ISO 8295 Reibungseigenschaften von Separatorfolien in der Batterieprüfung
In einer Lithium-Ionen-Batterie trennen Separatorfolien Anode und Kathode voneinander, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Der Separator erlaubt gleichzeitig 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 Bestimmung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung gibt Rückschlüsse über die Integrität der Separatorfolie unter betriebsbedingter mechanischer Belastung. Stärkere Separatorfolien verhindern den Kontakt zwischen Anode und Kathode effizient und sicher, während dünnere Folien es ermöglichen, das Gewicht der Batterie zu reduzieren und die Energiedichte zu verbessern.
Das Verhalten des Separators hinsichtlich des Reibungskoeffizienten zwischen Elektrodenbeschichtung und Separator ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt. Diese Kennwerte haben Einfluss auf die Performance der Zelle und sind besonders wichtig für die Einstellung der Produktionsparameter in den Wickelprozessen. ZwickRoell ermöglicht Prüfungen bei Raumtemperatur und mithilfe der ZwickRoell Temperierkammern auch Prüfungen bei betriebsnahen Temperaturen im Bereich von -20 °C bis +50 °C. Dadurch wird eine umfassende Charakterisierung der Separatorfolien unter verschiedenen Bedingungen sichergestellt.
Die ISO 8295 und die ASTM D1894 werden häufig als Ersatznorm für die Charakterisierung ihrer Reibungseigenschaften verwendet, da es noch keine speziellen Prüfnormen für EV-Batterien gibt. Die Prüfungen 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 ISO 8295
Je rauer eine Oberfläche, desto höher ist ihr Reibungskoeffizient. 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 (μ) ist das Hauptergebnis der Prüfung nach ISO 8295.
Der Reibungskoeffizient wird als Quotient der am Schlitten gemessenen Zugkraft und der Auflagekraft des Schlittens aufgrund seines Eigengewichts berechnet. Die Formel zur Berechnung lautet:
- Statischer Reibungskoeffizient: μS = Fs/FP
- Dynamischer Reibungskoeffizient: μD = FD/FP
wobei FS und FD die statische bzw. dynamische Reibungskraft (in Newton) ist und FP die Normalkraft, die von der Masse des Schlittens ausgeübt wird, ausgedrückt in Newton (= 1,96 N).
Die ISO 8295 und ASTM D1894 sind 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. Die ISO 8295 schreibt im Gegensatz zur ASTM D1894 bei der Prüfung die Verwendung einer Feder vor.