瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀的制作及在醫(yī)藥瓶塞中的應(yīng)用

劉梅玲，韓軍曉，汪利峰

（鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南　鄭州　450001）

瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀的制作及在醫(yī)藥瓶塞中的應(yīng)用

劉梅玲，韓軍曉，汪利峰

（鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南鄭州450001）

為了解決瓶塞靜摩擦系數(shù)測試的難題，我們制作了一種瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀，并對其原理、結(jié)構(gòu)和操作步驟進行了敘述。之后使用此測試儀對比了國內(nèi)外廠家的32膠塞和20膠塞的摩擦系數(shù)，結(jié)果有效，可以為生產(chǎn)和售后提供一定的數(shù)據(jù)支持。

瓶塞；摩擦系數(shù)；摩擦系數(shù)測試儀

瓶塞作為藥物密封產(chǎn)品，在大輸液、粉針、凍干制劑中有廣泛的應(yīng)用。制藥企業(yè)從藥包材廠家購買到瓶塞，進行清洗滅菌烘干之后，進行上機封裝藥品。這時候有些廠家的瓶塞會出現(xiàn)卡機、跳塞等現(xiàn)象，而另一些廠家的產(chǎn)品則比較順利，能夠滿足要求。當(dāng)瓶塞硅化量太大，瓶塞太滑，會使膠塞從半密封狀態(tài)跳出，當(dāng)產(chǎn)品硅化量過少，光滑度不足，在走線過程中會被卡住。

以上這些問題，藥廠經(jīng)常會遇到。接著藥包材企業(yè)相關(guān)人員就會調(diào)整硅油的含量，硅化量過多，就在清洗中減少硅油量；硅化量過少，就在清洗中增加硅油量。整體上是采用沒有具體目標式的摸索，這樣既浪費了時間，錯過了客戶驗證的最佳時期，又給藥包材廠家增加了成本。

瓶塞硅化量的多少可以用簡單的摩擦系數(shù)來表示。當(dāng)前測試摩擦系數(shù)的方法有很多，有的采用在水平面上用定滑輪、天平、砝碼等進行測試，也有采用傾斜法進行測試［1］；市面上也有測試靜摩擦系數(shù)的儀器，只是這種儀器主要適用于測量塑料薄膜和薄片產(chǎn)品的摩擦系數(shù)［2］。若用于瓶塞，由于其個體小，冠部的平面面積較小，直接使用這種儀器進行測試，難度較大。因此需要針對摩擦測試儀準備特制的瓶塞樣品。但是特制瓶塞樣品的硅化量又難于模擬，不能直接測試和對比瓶塞的摩擦系數(shù)。

為了解決這些問題，我們制作了一臺瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀，該測試儀采用傾斜法測摩擦系數(shù)的原理，精度可以達到1。。

1 原理

瓶塞在藥廠自動上機時，摩擦力主要產(chǎn)生于瓶塞的冠部與304不銹鋼之間的摩擦。假定所測瓶塞的形狀基本一致，將瓶塞放置于一傾斜度可以變化的斜面上，首先在斜面上建立坐標系，將沿斜面向下的方向為x軸正方向，垂直于斜面向上的方向為y軸正方向，如圖1所示。

根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)傾斜角較小時，斜面上物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時斜面上的瓶塞在y方向上受力情況為N-mgcosθ，在x軸方向受力為mgsinθ-f，其中f為物體的靜摩擦力。此時瓶塞處于受力平衡狀態(tài)，其在x、y方向的受力平衡方程可分別表述為：N-mgcosθ（1）mgsinθ-f（2）當(dāng)傾斜角逐漸增大到θ=θs時，瓶塞正好開始滑動，這時摩擦力達到最大靜摩擦力，即f=μsN，代入方程（2），得到方程（3）：聯(lián)合方程（1）和（3）可得到瓶塞的最大靜摩擦系數(shù)：

因為靜摩擦系數(shù)與瓶塞表面的性質(zhì)（光滑性、硬度、粗糙度、接觸面積等）有關(guān)系，所以測定靜摩擦系數(shù)是在假定瓶塞表面性質(zhì)基本一致的情況下測定的，主要用于同一類型的瓶塞之間的對比。

圖1　瓶塞摩擦系數(shù)測定原理示意圖

2 瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀的制作

根據(jù)以上原理，制作的瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　瓶塞用摩擦系數(shù)測試儀結(jié)構(gòu)

其中，斜面采用藥廠所用的不銹鋼304測試板制作，厚度為1 mm，長×寬為10×10 cm，表面平整，無凹痕。角度的調(diào)節(jié)是靠旋轉(zhuǎn)螺絲，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺絲旋入比較多時，傾斜角度就比較大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺絲旋入較少時，傾斜角度就比較小。本儀器所測角度范圍為20～180°。

該測定儀中采用半圓形量角器測試角度，其量程為0～180°，最小刻度為1°，角度是通過量角器的刻度與不銹鋼測試板上表面相對應(yīng)來讀出，簡單方便，精確度高，精確度達到1°。當(dāng)測試某一角度時，先固定不銹鋼測試板到確定角度，然后調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺絲，直到能固定不銹鋼測試板為止。

測試時先把瓶塞放到不銹鋼測試板上，緩慢轉(zhuǎn)動角度，直到瓶塞剛剛均勻滑落，這時候讀出角度作為θs，則瓶塞的最大摩擦系數(shù)為：

多次測量，求平均值，就得到這種類型瓶塞的（靜）摩擦系數(shù)。

3 瓶塞測試的步驟與方法

我們制作的摩擦系數(shù)測試儀是純手動測試，準確測試某一類型瓶塞的摩擦系數(shù)一般分為兩個階段。

第一階段是掌握瓶塞摩擦系數(shù)所對應(yīng)的角度的大致范圍。具體測試方法如下：把摩擦系數(shù)測試儀的角度調(diào)至最小即20°，然后把10個瓶塞放在不銹鋼測試板的最上端，緩慢升高角度，這個緩慢非常重要，因為一旦稍微加速，就會對不銹鋼測試板上的瓶塞產(chǎn)生向下的牽引力。當(dāng)角度增大至剛有瓶塞滑落時，準確記錄角度，然后繼續(xù)增加角度，直至所有的瓶塞滑落，這時記錄滑落的最大角度。重復(fù)測試三次，取三次的最小角度和最大角度，作為第二階段測試的依據(jù)。

第二階段是準確掌握瓶塞摩擦系數(shù)的范圍。把瓶塞摩擦系數(shù)測試儀的角度調(diào)至第一階段測試的最小角度，另取10只瓶塞，查看瓶塞滑落情況。然后緩慢增加角度進行測試。如果角度增加到某一值后，所有的瓶塞都滑落，那么這個角度定為此類瓶塞最大摩擦系數(shù)對應(yīng)的角度。在測試過程中，由于瓶塞表面的硅油容易在滑落過程中摩擦掉，因此瓶塞滑落之后，需更換瓶塞進行測試，以保證每個角度測試時瓶塞數(shù)量為10只。因為每個瓶塞的硅化量會有不同，在測試過程中會有誤差。因此在確定最大摩擦系數(shù)對應(yīng)的角度之后，需用不同的瓶塞反復(fù)測試三次，以減小誤差。

對不同廠家的瓶塞來言，如果一個廠家的瓶塞的摩擦系數(shù)確定之后，把另一個廠家的瓶塞按照此角度，采用遞減法依次測試，這種測試方法可以縮短測試時間，方便快捷的找到兩者之間的差距。由此可以判斷兩家產(chǎn)品硅化量的大小或者說光滑性的優(yōu)劣。

4 數(shù)據(jù)對比

根據(jù)以上測試方法，對比了國內(nèi)外幾種瓶塞（直徑為32 mm瓶塞和直徑為20 mm瓶塞）的靜摩擦系數(shù)，見表1和表2。

表1　幾種廠家的32瓶塞的靜摩擦系數(shù)

表2　幾種廠家的20瓶塞的靜摩擦系數(shù)

從表1和表2的數(shù)據(jù)中可以看出，國外瓶塞的摩擦系數(shù)相對較低，這在我們的試驗中得到了證實，日本產(chǎn)的瓶塞很光滑，不油，而且多次測試并不影響其光滑性，其優(yōu)越性很明顯。

對于橡膠瓶塞而言，其基體為橡膠，根據(jù)橡膠的不同配方，靜摩擦系數(shù)又有差別，再加上橡膠瓶塞在清洗過程中要加入硅油，硅油的加入一方面降低了瓶塞的靜摩擦系數(shù)，增加光滑性，同時又起到隔離的作用。因此我們測試得到的瓶塞靜摩擦系數(shù)值并不能十分精確的反映瓶塞本身的摩擦系數(shù)，只是為瓶塞摩擦系數(shù)的測試提供一種方便快捷的測試工具和方法。所得到的數(shù)據(jù)可以用來對比不同廠家瓶塞光滑性的差異，并為生產(chǎn)和售后服務(wù)。

5 結(jié)論

瓶塞靜摩擦系數(shù)的測試確實是一個很復(fù)雜的問題，因為瓶塞的靜摩擦系數(shù)與瓶塞本身的硬度、粗糙度、接觸面積等因素有關(guān)，所以不同類型的瓶塞可能測試結(jié)果相差很大。但對于同一類型的瓶塞，或者膠塞本身的因素差別不大的情況下，此測試結(jié)果能有效反映瓶塞的光滑程度，為藥包材廠家與藥廠之間的溝通以及對比不同藥包材廠家產(chǎn)品的性能，起到一定的指導(dǎo)作用。

［1］武少文，虞仲博，魏全香.摩擦系數(shù)測定儀的研制［J］. 實驗技術(shù)與管理2000，17（4）: 62～64.

［2］趙江.材料的摩擦系數(shù)與溫度［J］. 塑料包裝 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

劉梅玲，女，碩士，2010年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，從事丁基橡膠瓶塞配方設(shè)計、工藝研究和新材料應(yīng)用研究工作。

2016-03-02