Сравнение коэффициентов трения различных пластиков.

Подписаться на 3Dtoday
shusy
Идет загрузка
Загрузка
07.09.17
1655
22
печатает на Wanhao Duplicator i3 Plus
Расходные материалы
17
Статья относится к принтерам:
Wanhao Duplicator i3 Plus
Коэффициент трения скольжения величина безразмерная, которая в общем случае зависит от множества параметров: качества поверхностей трущихся тел, присутствия на них грязи, скорости движения тел друг относительно друга, материалов и т.д. В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики. Поэтому нет точной формулы для коэффициента трения. Обычно коэффициент трения определяют опытным путем. Коэффициент трения, который соответствует максимальной силе трения покоя в большинстве случаев больше, чем коэффициент трения скольжения. В общем случае коэффициент трения зависит от скорости движения тел относительно друг друга, однако обычно этот факт не принимается во внимание и коэффициент трения скольжения считают постоянным. На значение коэффициента трения любой пары тел, между которыми рассматривается сила трения, оказывает влияние давление, степень загрязненности, площади поверхности тел, скорость движение и много другое, что однако обычно не учитывается. Поэтому те значения коэффициентов сил трения, которые указаны в справочных таблицах, полностью совпадают с действительностью лишь при условиях, в которых они были получены. Следовательно, значения коэффициентов сил трения нельзя считать неизменной для одной и той де пары трущихся тел.

Тем не менее нам всё же хочется знать если не абсолютные значения, то хотя бы соотношение коэффициентов трения двух различных материалов. Вот тут нам на помощь приходит 3D печать. Ведь мы можем распечатать модель различными пластиками и постараться свести к минимуму неопределенность связанную с разными условиями проведения эксперимента.

Некоторое время назад на сайте был опубликован пост - Измерение коэффициентов трения 11 типов пластика при разных температурах. Filamentarno, Rес, U3Print и другие.

За прошедшее время, у меня появились новые пластики, которые так же были измерены. Дополненная и исправленная версия представляется вашему вниманию. В тестировании приняли участие 17 видов пластика от ведущих Российских производителей. Подробное описание тестовой модели можно посмотреть в предыдущем посте.

Измерения

В целом методика тестирования/измерения не поменялась.

Как хорошо известно, коэффициент трения зависит от материала двух трущихся друг о друга тел. Мы рассматриваем вариант пластик-пластик. В качестве плоскости по которой будут скользить наши тестовые модели мы использовали кусок стандартной ПВХ-панели.

Так выглядит наша установка. Есть наклонная плоскость и вертикальная стенка известной высоты. Мы двигаем стенку до того момента, пока тестовый кубик не начнёт скользить. Затем мы замеряем расстояние от угла до подвижной стенки. Отношение высоты подвижной стенки к расстоянию до угла и есть искомый tg α. Напомню, что коэффициент трения скольжения μ = tg α.
4283f50d150afb260cd9ea0550dd1b5e.JPG
Измерения расстояний проводились с точностью до 1 мм, по 10-14 раз на образец. После усреднения вычислялась стандартная ошибка измерения.

Образцы получились достаточно легкие, поэтому для устранения неточности связанной с различием образцов по массе, внутрь вкладывали контейнеры с металлическим наполнением. В результате вес всех кубиков получился с хорошей точностью 12 грамм (разница составляла меньше 1-2%). Для образцов из жестких пластиков это никак не повлияло на итоговый результат, для мягких материалов (Flex, Rubber) это позволило уменьшить погрешность в два раза по сравнению с результатами без утяжеления.

Результаты

В итоговую таблицу вошли пластики от компаний U3Print, Filamenarno, Rec 3D, Volprint, Greg, FD Plast. Некоторые образцы серийные, некоторые были присланы для тестов. Принятые обозначения - сначала производитель, потом название пластика. Обозначение компаний следующие:

U3Print - U3
Filamenarno - Fil
Rec 3D - REC
Volprint - Vol
Greg - Greg
FD Plast - FD

Измерения приведены только для комнатной температуры - 23С. На рисунке ниже результаты измерений коэффициента трения при комнатной температуре (низкотемпературные пока решили не повторять). Цифра на полоске соответствует значению, а серые "усы" - погрешности измерений.
53ae2a307da9b78d73e82e90d1bd4e16.png

Обсуждение и выводы

Закономерно для мягких пластиков (Flex, Rubber) получился большой коэффициент трения. Удивительно, но у Nylon почему-то не самый низкий коэффициент, хотя до начала эксперимента думал что у него будет самый низкий.

Новая, серийная, версия флекса от Filamentarno (Fil PRO_Flex_Black) заметно уступает предсерийной (Fil PRO_Flex).

Флексы от U3Print в целом получились примерно с одинаковым коэффициентом трения, но уступают другим производителям. Самым шероховатым с наибольшим коэффициентом получился U3Print Wonder touch.

Основной вывод. Если вам нужны пластики с высоким коэффициентом трения, то стоит обратить внимание на продукцию компаний REC 3D и Filamentarno (Rubber, Flex). Самым скользким, со значительным отрывом, как ни удивительно, оказался пластик PLA.
Подписаться на 3Dtoday
17
Комментарии к статье

Комментарии

7 Сен 01:06
3
Отличная работа!
7 Сен 03:56
2
Спасибо.
7 Сен 07:26
3
Вы измерили трение покоя. Установка для измерения трения скольжения другая https://studfiles.net/preview/4003758/
А по нейлону всё просто - нет нагрузки. Нагрузите образцы и вы увидите разницу.
7 Сен 07:50
2
Как я писал в начале статьи, коэффициент трения зависит в том числе от скорости, чем больше скорость тем меньше будет коэффициент трения. Но в предельном случае, когда скорости очень малы, максимальное значение можно измерять и таким образом.

Кроме того, как я писал выше, я хотел посмотреть на сами коэффициенты трения, а их соотношение. А в этом случае, согласитесь, нужны одинаковые условия измерения, что здесь и представлено. Дискутировать на эту тему можно долго, согласен. :D
7 Сен 09:55
1
Да не надо дискутировать. Надо просто применять конкретный термин: коэффициент трения покоя. А для познавательных целей коэффициент трения скольжения измеряется с помощью динамометра, банально таща испытуемого побарабанускакокйскоростью. Ведь вы же вещаете в интернете. А пононешнему, то что есть в интернете - то и существует. Поэтому я и отписался. Токмо ради Пёрышкина Александра Васильевича.
7 Сен 10:24
1
Ну что же, давайте всё же подискутируем. 8) Оставим в покое Пёрышкина и Сивухина тоже.

Безусловно, предложеный вами вариант лабораторной работы Донского Государственного Техническог Университета является верным, это я подвергать сомнению не буду. Однако замечу, что в Московском Государственном Университете тоже делают лабораторные работы http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/mech/index.php и предлагают студентам сравнитвать варианты трения скольжения по методике выполненой здесь и некоторой модификацей предложеной вами (коэффициент трения с просказыванием). Таким образом представленый вариант тоже имеет право на существование при наличие оговорки, что мы пренебрегаем слабой зависиостью от скорости (которая была сделана).

Повторюсь в этой работе измерен максимальный коэффициент трения скольжения. Можно усложнить методику и измерить с большей точностью, с учетом мелких поправок. Предлагаю вам сделать такой пост и сравнить две методики: предложенную вами и приведенную здесь. По вашей методике результат будет точноее разброс меньше, но он будет лежать в интервале усов погрешности этого поста.

Ну и в качестве примерения. Это ведь не сертифицированые измерения на спецустановке, для расчета харратеристик агрегатов. Эти измерения может повторить у себя дома каждый и преведены они для понимания соотношений между различными типами материалов для личного пользования. Для серьезных вещей компания REC, например, заказывает измерения всех характеристик своих материалов в метрологической лаборатории и публикует на у себя на сайте. Я на такую точность и достоверность не претендую.
7 Сен 10:59
1
У меня нет никаких методик, кроме ньютоновских. Для подавляющего большинства практик достаточно того, что сила трения зависит только от силы, с которой тело давит на поверхность, и коэффициента трения скольжения или покоя. Всё. При этом те же практики, разделяя трение покоя и трение скольжения, не усматривая между ними связей. Это помогает в мире, в котором мы живем. Научный мир малость другой. Меня туда не пускают, всё умудряюсь брякнуть, что король-то голый.
7 Сен 12:00
1
Остановимся на том, что ни в заголовке ни в выводах словасочетания "трение скольжения" нет. :)
7 Сен 10:48
2
Благодарю!

Эти результаты очень важны для предварительной оценки шестерёнчатых передач.

Было-бы классно, если бы Вы дополнили их тестами с образцами из латуни, силумина и стали.

Количественную статистику - надо увеличить, потому-что в качестве поверхности Вы использовали не очень ровную ПВХ-поверхность.
Я увидел на Ваших фото некоторую "волнистую" неоднородность поверхности не очень толстой плоскости.

Моё исследование рынка бытовых материалов - показало, что самой ровной подобной поверхностью может считаться...

... кусок отечественного ПВХ-подоконника толщиной около 35 мм.

79804014c400e81739898357a547b42b.jpg


c503fc1ee3b71e02f199b245b5a1e402.jpg


Если повезёт при покупке,
то Вам может достаться экземпляр с различной шероховатостью верхней и нижних сторон.

Welcome на строительный рынок !
7 Сен 11:33
2
Собственно панель и возникла в процессе смены окон. Волнистая поверхность из-за распорок жесткости в массиве панели, как на вашем последнем фото. Сама панель тонкая, толщина стенки меньше 1мм.

С тезисом, что подоконник глаже не соглашусь. Как-раз шероховатее. Там множеств мелких бугорков, в отличие от панели, но которой только прогибы между ребрами жесткости. Хотя если говорить о плоскостности, то да ровнее, потому что жестче.

С металлическими образцами сложнее, в наличии нет, а изготовить одинаковые (по линейным размерам) сейчас нет возможности.

Количественную статистику увеличить в принципе можно, если бы была внятная цель. В текущем варианте это 60-90 сек на измерение, порядка 200 измерений. Итого около 300 минут или около 5 часов измерений, только измерений, не считая накладных временных затерт, плюс обработка результатов. В общем достаточно много времени. Для удовлетворения любопытства не жало. Увеличить это время в 2-3 раза уже получается существенные временные затраты - неделя. Сразу встает вопрос кому это нужно будет? Выше уже задают справедливые вопросы о достоверности и применимости результатов, и в общем-то они правы. Сейчас все сделано на уровне школьного практикума. Для сына, с которым делали, это было полезно и наглядно. Для меня возникло понимание соотношения характеристик разных моих пластиков. Насколько эти данные окажутся полезными для сообщества, уже вопрос. Возможно повторю позднее, когда появятся новые материалы, и изготовлю установку по результатам обсуждения этого поста.
9 Сен 22:32
1
Вручную?
Вы - серьёзно?

При таких числах нужна малая механизация,
ну и видеонаблюдение с посекундной телеметрией - как минимум.

Я никого не призывал кидать кубики - рукой...

Достаточно простого качающегося коромысла...
... с катающимся кубиком... от края до края и обратно...
10 Сен 16:53
1
Так, а что даст механизация? Образцы все равно вручную менять. Или вы предалгаете сделать автоматизированную установку?:D Я за! За любую механизацию и автоматизацию.
10 Сен 17:43
1
Хорошо, я - перефразирую, "разжевав" более формальными словами:

Когда тест длится расчётное время более периода непрерывного внимания тестирующего,
разумно применение автоматизации с телеметрийной видеофиксацией.

Смена образцов - производится матипулятором ruki.ru тестирующего,
под указанием машины (пауза теста + будильник).

Если Вы не поняли, что приведённое выше - организация правильного алгоритма длительного теста,
мне очень жаль.
Я был серьёзен.

P.S.
что даст механизация
Достигается абстрактность холодной беспристрастности каждой попытки теста.
11 Сен 08:02
0
Я за любую механизацию и автоматизацию. Я тоже серьезно.
7 Сен 11:53
1
Трение скольжения можно измерить по скорости скатывания. Заснять на камеру и посчитать ускорение. Скатить сначала шарик как эталон нулевого трения, потом бруски...
SBS удивил что такой цепкий, противоположномть PLA и это самые доступные пластики.
7 Сен 12:04
1
Да, есть такой факт. Но нужно учитывать, что это все измерено на ПВХ. На металлической поверхности возможно все было бы немного по другому.
7 Сен 21:00
1
Сомнительно что тесты объективны без обработки поверхностей. Каждый материал крисстализуется по своему, и при одинаковых параметрах печати - рекомендуемых, поверхности будут иметь разный рельеф а значит и разную площадь соприкосновения. Кроме того, проверять надо не на пластиковой поверхности, а металлической, которая не будет накапливать статику.
В общем я для себя тест браканул, сорь.
Но направление отличное - так держать, но над ошибками надо работать.
Жду новых тестов, с учётом ошибок.
8 Сен 04:24
2
Если вы посмотрите таблицы коэффициентов трения в справочниках, то увидите что там указан второй материал. Коэффициент материал-пластик будет отличатся от материал-металл, это два раных коэффициента, ониоба имеют право на существование. Обработка поверхности тоже привнесет свои коррективы, но в этом случае, я уверен, незначительные.Парамеиры печати для каждого материала были свои, только модель и толщина слоя одинаковые.

Браковать или нет это ваше право, тут извинятся нет нужды. Как и все на этом сайте, этот материал приведен для ознакомления.
9 Сен 09:32
1
Третья строчка сверху - HIPS, бюджетно, скользко - что же ещё хотеть? идеал )
9 Сен 10:27
1
В общем-то так, но существенно мягче PLA и Nylon
9 Сен 14:52
1
Да, вроде так. Печатаю в основном абс, пла реже,нейлон манит из далека своею прочностью, но... А вот хипс думаю попробовать в перспективе, тут говорят что чуть по прочнее абс. С хипсом останавливает только одно - как бы он случайно не растворился, в не подходящий момент )
Понятно, что лимонена у меня специально для него нет, но не понятно, может этот самый лимонен или вещество из той же группы тихо спокойно входит в состав какого нибудь безобидного бытового средства...
А вообще коэффициент трения - сильно особняком стоящая характеристика - это для подшипников скольжения на валах репрапа?
Шестерёнки же по уму имеют особый профиль зубьев - эвольвенту.
9 Сен 21:56
1
входит в состав какого нибудь безобидного бытового средства
Если ескость для бытовых средств не печатаете, то особо беспокоится не о чем. У меня большинство моделей с водой-то никогда не соприкасаются, чего уж говорить о других средствах.

сильно особняком стоящая характеристика
Для меня было важно понять, например, из чего лучше сделать ножки, чтобы они не скользили. Насколько Flex лучше/хуже Rubber или PLA. Как подбирать пластики для различгых применений если не все характеристики известны?

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Набор юного мехостроителя

«Что цело, то и годно в дело»*.

Черная пятница: скидки до 50% на весь ассортимент!

Wanhao D7 v 1.4 Red edition. Главное - работает!

В Новосибирске налаживают аддитивное производство титановых имплантатов

Голая статистика или жизнь после сертификации