瓶塞用摩擦系数测试仪的制作及在医药瓶塞中的应用

刘梅玲，韩军晓，汪利峰

（郑州翱翔医药科技股份有限公司，河南　郑州　450001）

瓶塞用摩擦系数测试仪的制作及在医药瓶塞中的应用

刘梅玲，韩军晓，汪利峰

（郑州翱翔医药科技股份有限公司，河南郑州450001）

为了解决瓶塞静摩擦系数测试的难题，我们制作了一种瓶塞用摩擦系数测试仪，并对其原理、结构和操作步骤进行了叙述。之后使用此测试仪对比了国内外厂家的32胶塞和20胶塞的摩擦系数，结果有效，可以为生产和售后提供一定的数据支持。

瓶塞；摩擦系数；摩擦系数测试仪

瓶塞作为药物密封产品，在大输液、粉针、冻干制剂中有广泛的应用。制药企业从药包材厂家购买到瓶塞，进行清洗灭菌烘干之后，进行上机封装药品。这时候有些厂家的瓶塞会出现卡机、跳塞等现象，而另一些厂家的产品则比较顺利，能够满足要求。当瓶塞硅化量太大，瓶塞太滑，会使胶塞从半密封状态跳出，当产品硅化量过少，光滑度不足，在走线过程中会被卡住。

以上这些问题，药厂经常会遇到。接着药包材企业相关人员就会调整硅油的含量，硅化量过多，就在清洗中减少硅油量；硅化量过少，就在清洗中增加硅油量。整体上是采用没有具体目标式的摸索，这样既浪费了时间，错过了客户验证的最佳时期，又给药包材厂家增加了成本。

瓶塞硅化量的多少可以用简单的摩擦系数来表示。当前测试摩擦系数的方法有很多，有的采用在水平面上用定滑轮、天平、砝码等进行测试，也有采用倾斜法进行测试［1］；市面上也有测试静摩擦系数的仪器，只是这种仪器主要适用于测量塑料薄膜和薄片产品的摩擦系数［2］。若用于瓶塞，由于其个体小，冠部的平面面积较小，直接使用这种仪器进行测试，难度较大。因此需要针对摩擦测试仪准备特制的瓶塞样品。但是特制瓶塞样品的硅化量又难于模拟，不能直接测试和对比瓶塞的摩擦系数。

为了解决这些问题，我们制作了一台瓶塞用摩擦系数测试仪，该测试仪采用倾斜法测摩擦系数的原理，精度可以达到1。。

1 原理

瓶塞在药厂自动上机时，摩擦力主要产生于瓶塞的冠部与304不锈钢之间的摩擦。假定所测瓶塞的形状基本一致，将瓶塞放置于一倾斜度可以变化的斜面上，首先在斜面上建立坐标系，将沿斜面向下的方向为x轴正方向，垂直于斜面向上的方向为y轴正方向，如图1所示。

根据牛顿第二定律，当倾斜角较小时，斜面上物体处于静止状态。这时斜面上的瓶塞在y方向上受力情况为N-mgcosθ，在x轴方向受力为mgsinθ-f，其中f为物体的静摩擦力。此时瓶塞处于受力平衡状态，其在x、y方向的受力平衡方程可分别表述为：N-mgcosθ（1）mgsinθ-f（2）当倾斜角逐渐增大到θ=θs时，瓶塞正好开始滑动，这时摩擦力达到最大静摩擦力，即f=μsN，代入方程（2），得到方程（3）：联合方程（1）和（3）可得到瓶塞的最大静摩擦系数：

因为静摩擦系数与瓶塞表面的性质（光滑性、硬度、粗糙度、接触面积等）有关系，所以测定静摩擦系数是在假定瓶塞表面性质基本一致的情况下测定的，主要用于同一类型的瓶塞之间的对比。

图1　瓶塞摩擦系数测定原理示意图

2 瓶塞用摩擦系数测试仪的制作

根据以上原理，制作的瓶塞用摩擦系数测试仪的结构如图2所示。

图2　瓶塞用摩擦系数测试仪结构

其中，斜面采用药厂所用的不锈钢304测试板制作，厚度为1 mm，长×宽为10×10 cm，表面平整，无凹痕。角度的调节是靠旋转螺丝，当旋转螺丝旋入比较多时，倾斜角度就比较大，当旋转螺丝旋入较少时，倾斜角度就比较小。本仪器所测角度范围为20～180°。

该测定仪中采用半圆形量角器测试角度，其量程为0～180°，最小刻度为1°，角度是通过量角器的刻度与不锈钢测试板上表面相对应来读出，简单方便，精确度高，精确度达到1°。当测试某一角度时，先固定不锈钢测试板到确定角度，然后调节旋转螺丝，直到能固定不锈钢测试板为止。

测试时先把瓶塞放到不锈钢测试板上，缓慢转动角度，直到瓶塞刚刚均匀滑落，这时候读出角度作为θs，则瓶塞的最大摩擦系数为：

多次测量，求平均值，就得到这种类型瓶塞的（静）摩擦系数。

3 瓶塞测试的步骤与方法

我们制作的摩擦系数测试仪是纯手动测试，准确测试某一类型瓶塞的摩擦系数一般分为两个阶段。

第一阶段是掌握瓶塞摩擦系数所对应的角度的大致范围。具体测试方法如下：把摩擦系数测试仪的角度调至最小即20°，然后把10个瓶塞放在不锈钢测试板的最上端，缓慢升高角度，这个缓慢非常重要，因为一旦稍微加速，就会对不锈钢测试板上的瓶塞产生向下的牵引力。当角度增大至刚有瓶塞滑落时，准确记录角度，然后继续增加角度，直至所有的瓶塞滑落，这时记录滑落的最大角度。重复测试三次，取三次的最小角度和最大角度，作为第二阶段测试的依据。

第二阶段是准确掌握瓶塞摩擦系数的范围。把瓶塞摩擦系数测试仪的角度调至第一阶段测试的最小角度，另取10只瓶塞，查看瓶塞滑落情况。然后缓慢增加角度进行测试。如果角度增加到某一值后，所有的瓶塞都滑落，那么这个角度定为此类瓶塞最大摩擦系数对应的角度。在测试过程中，由于瓶塞表面的硅油容易在滑落过程中摩擦掉，因此瓶塞滑落之后，需更换瓶塞进行测试，以保证每个角度测试时瓶塞数量为10只。因为每个瓶塞的硅化量会有不同，在测试过程中会有误差。因此在确定最大摩擦系数对应的角度之后，需用不同的瓶塞反复测试三次，以减小误差。

对不同厂家的瓶塞来言，如果一个厂家的瓶塞的摩擦系数确定之后，把另一个厂家的瓶塞按照此角度，采用递减法依次测试，这种测试方法可以缩短测试时间，方便快捷的找到两者之间的差距。由此可以判断两家产品硅化量的大小或者说光滑性的优劣。

4 数据对比

根据以上测试方法，对比了国内外几种瓶塞（直径为32 mm瓶塞和直径为20 mm瓶塞）的静摩擦系数，见表1和表2。

表1　几种厂家的32瓶塞的静摩擦系数

表2　几种厂家的20瓶塞的静摩擦系数

从表1和表2的数据中可以看出，国外瓶塞的摩擦系数相对较低，这在我们的试验中得到了证实，日本产的瓶塞很光滑，不油，而且多次测试并不影响其光滑性，其优越性很明显。

对于橡胶瓶塞而言，其基体为橡胶，根据橡胶的不同配方，静摩擦系数又有差别，再加上橡胶瓶塞在清洗过程中要加入硅油，硅油的加入一方面降低了瓶塞的静摩擦系数，增加光滑性，同时又起到隔离的作用。因此我们测试得到的瓶塞静摩擦系数值并不能十分精确的反映瓶塞本身的摩擦系数，只是为瓶塞摩擦系数的测试提供一种方便快捷的测试工具和方法。所得到的数据可以用来对比不同厂家瓶塞光滑性的差异，并为生产和售后服务。

5 结论

瓶塞静摩擦系数的测试确实是一个很复杂的问题，因为瓶塞的静摩擦系数与瓶塞本身的硬度、粗糙度、接触面积等因素有关，所以不同类型的瓶塞可能测试结果相差很大。但对于同一类型的瓶塞，或者胶塞本身的因素差别不大的情况下，此测试结果能有效反映瓶塞的光滑程度，为药包材厂家与药厂之间的沟通以及对比不同药包材厂家产品的性能，起到一定的指导作用。

［1］武少文，虞仲博，魏全香.摩擦系数测定仪的研制［J］. 实验技术与管理2000，17（4）: 62～64.

［2］赵江.材料的摩擦系数与温度［J］. 塑料包装 2005，15（6）: 34～35.

（R-03）

Production of friction tester for corks and its application in medicine corks

Liu Meiling, Han Junxiao, Wang Lifeng
(Zhengzhou Aoxiang Pharmaceutical Technology Co., Ltd., Zhengzhou 450001, Henan, China)

In order to solve the cork static friction coeffi cient test problem, we produce a friction tester for corks. This paper describes the principle, structure and operating procedures of the tester. Then we use the tester to compare friction coeffi cients of 32 and 20 rubber corks from domestic and foreign manufacturers, and valid results can provide some data to support the production and sale.

cork; friction coeffi cient; friction tester

TQ336.6

1009-797X（2016）10-0066-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.026

刘梅玲，女，硕士，2010年毕业于郑州大学化学工程学院，从事丁基橡胶瓶塞配方设计、工艺研究和新材料应用研究工作。

2016-03-02