Измерение коэффициентов трения 11 типов пластика при разных температурах. Filamentarno, Rес, U3Print и другие

Продолжаем исследовать свойства пластиков. В прошлый раз испытывали температурную зависимость гибкости. В этом посте проведем измерения коэффициентов трения.

Вот наши сегодняшние участники:

• PRO Flex (Filamentarno!)
• Prototyper Soft (Filamentarno!)
• SBS-PRO (Filamentarno!)
• Nylon Super (U3Print)
• Rubber (REC)
• Flex (REC)
• Relax (REC)
• Eternal (REC)
• ABS (Greg)
• PLA (Volprint)
• HIPS (FDPlast)
  
  

Групповое фото на память.Тестовые образцы были взяты или изготавливались по той же методике, что и в предыдущем тесте гибкости. Печать была выполнена с толщиной слоя 0.2 мм, сопло 0.3. Толщина стенки 3 слоя 1,2±0,05мм. Размер 20±0,1 мм Все модели печатались из одного gcode, чтобы устранить различие геометрии. Для каждого образца использовались рекомендованная производителем температура экструдера и стола.

Методика

Есть известная школьная задача о коэффициенте трения скольжения тела, лежащего на наклонной плоскости.

Силы “сухого” трения возникают при соприкосновении поверхностей твердых тел. Если эти тела неподвижны друг относительности друга – может возникнуть сила трения покоя, если есть относительное движение – сила трения скольжения.

Рассмотрим тело, лежащее на наклонной плоскости с переменным уколом наклона. Изначально тело покоится, но по мере увеличения угла наклона будет увеличиваться сила, пытающаяся сдвинуть тело с места. Пока брусок остается в покое, сила трения покоя так же увеличивается. При некоторой, достаточно большой, сдвигающей силе брусок придет в движение, а сила трения покоя превратится в силу трения скольжения.

Поэтому ясно, что существует предельный угол αпр наклона плоскости, при котором покой бруска станет невозможным, начнется соскальзывание. Значение этого угла найдем из условия, что сила трения покоя становится максимальной:

Fтр.пок. = Fтр.пок.предел

mgSinα пр = μ mgCosα пр

Откуда: tg α пр = μ

Предельный угол не зависит от массы бруска. Последнее соотношение позволяет нам на практике определить значение коэффициента трения. При α > αпр брусок будет соскальзывать вниз по наклонной плоскости. Этот угол мы и будем измерять. Потом пересчитаем в коэффициент трения.

Измерения

Коэффициент трения зависит от материалов двух тел между которыми будут проводиться измерения. В нашем случае мы рассмотрим вариант пластик-пластик. В качестве плоскости по которой будут скользить наши испытуемые мы взяли стандартную ПВХ-панель.

Так выглядит наша установка. Мы придвигаем вертикальную стенку к углу и замеряем расстояние на которое нужно придвинуть, чтобы испытуемый кубик начал скользить. Отношение высоты подвижной стенки к расстоянию до угла и есть искомый tg α.Для того чтобы посчитать погрешности измерение проводилось для каждого кубика не менее 10 раз. Потом результаты усреднялись и выполнялась стандартная статобработка по вычислению погрешности.

Поскольку кубики очень легкие, то внутрь вкладывали контейнеры с металлическим наполнением. Для жестких кубиков это никак не повлияло на результаты, для мягких материалов (PRO Flex, Flex, Rubber) это позволило уменьшить погрешность в два раза. В итоге вес всех кубиков получился с хорошей точностью 12 грамм (разница составляла меньше 1%).

Результаты измерений коэффициента трения при комнатной температуре. Цифра на полоске соответствует значению, а серые 'усы' - погрешности измерений.Эластичные пластики закономерно обладают высоким коэффициентом трения. Совсем неожиданным для меня оказалось, что самые скользкие это ABS и PLA. Небольшой коэффициент трения у Nylon был вполне ожидаем. А вот PRO Flex от Filamentarno! откровенно порадовал. По ощущениям у него самый высокий коэффициент трения, но вот тесты говорят, что он немного не дотягивает до Rubber, но отставание минимальное. Неожиданностью стало, что SBS PRO от Filamentarno! обогнал Flex от REC.

Измерить коэффициент трения при низкой температуре, чтобы она оставалась постоянной проблематично, так как для этого нужна большая замкнутая температурная камера. Поэтому мы проводили эксперимент с просто охлажденным образцом. Измерения показывают, что температура образца после измерения коэффициента была от -120 до -90°С. В таблице уазано значение -85°С, даже немного с запасом. На приведенном ниже видео видно, что при низких температурах коэффициент трения очень маленький, поэтому в эксперименте мы давали образцу съехать с горки и за это время немного прогреется, а потом уже делали измерение. Итоговый график измерений коэффициента трении при низких температурах.Здесь картина практически не изменилась. Закономерно эластичные пластики Rubber, PRO FLEX и Flex сохранили самый высокий коэффициент. Очередность поменялась и на первое место вышел Flex от REC.

Сводный график с данными двух температур измерений.Понижение температуры закономерно уменьшает коэффициент трения. Для твердых пластиков изменение не такое значительное как для мягких. Ниже табличка с процентом изменения коэффициента трения системы пластик--ПВХ при охлаждении до -85°С.

• PLA - - - - 2%
• HIPS - - - 7%
• Eternal - 8%
• ABS - - - - 9%
• Flex - - - -11%
• Relax - - - 22%
• Nylon - - - 23%
• Prototyper_Soft - 33%
• SBS_PRO - 38%
• PRO_Flex - -40%
• Rubber - - 45%
  
  

Краткое видео со всеми участниками тестирования на одной плоскости. Хорошо видно, что соскальзывание начинается с разных углов наклона плоскости.

Выводы

В общем, ничего особенно удивительного не произошло. Твердые пластики имеют низкий коэффициент трения, мягкие - более высокий. При понижении температуры, коэффициент трения уменьшается, причем, чем мягче пластик, тем сильнее уменьшается его коэффициент трения с температурой. Исключение из этого Rec Flex, у него изменение на уровне ABS и Relax.

Хитрушка для владельцев боудена: хотите протолкнуть проблемный пруток - охладите его, хотя бы в морозилке, и возможно, ваши проблемы решаться.