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(cè)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(cè)試的難題，我們制作了一種瓶塞用摩擦系數(shù)測(cè)試儀，并對(duì)其原理、結(jié)構(gòu)和操作步驟進(jìn)行了敘述。之后使用此測(cè)試儀對(duì)比了國(guó)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(cè)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(gòu)買到瓶塞，進(jìn)行清洗滅菌烘干之后，進(jìn)行上機(jī)封裝藥品。這時(shí)候有些廠家的瓶塞會(huì)出現(xiàn)卡機(jī)、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(huì)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(huì)被卡住。

以上這些問題，藥廠經(jīng)常會(huì)遇到。接著藥包材企業(yè)相關(guān)人員就會(huì)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(biāo)式的摸索，這樣既浪費(fèi)了時(shí)間，錯(cuò)過了客戶驗(yàn)證的最佳時(shí)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(jiǎn)單的摩擦系數(shù)來表示。當(dāng)前測(cè)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(jìn)行測(cè)試，也有采用傾斜法進(jìn)行測(cè)試［1］；市面上也有測(cè)試靜摩擦系數(shù)的儀器，只是這種儀器主要適用于測(cè)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(gè)體小，冠部的平面面積較小，直接使用這種儀器進(jìn)行測(cè)試，難度較大。因此需要針對(duì)摩擦測(cè)試儀準(zhǔn)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(cè)試和對(duì)比瓶塞的摩擦系數(shù)。

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

1 原理

瓶塞在藥廠自動(dòng)上機(jī)時(shí)，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(cè)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(biāo)系，將沿斜面向下的方向?yàn)閤軸正方向，垂直于斜面向上的方向?yàn)閥軸正方向，如圖1所示。

根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)傾斜角較小時(shí)，斜面上物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)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(shí)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(shí)，瓶塞正好開始滑動(dòng)，這時(shí)摩擦力達(dá)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?yàn)殪o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(cè)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(cè)定的，主要用于同一類型的瓶塞之間的對(duì)比。

圖1　瓶塞摩擦系數(shù)測(cè)定原理示意圖

2 瓶塞用摩擦系數(shù)測(cè)試儀的制作

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

圖2　瓶塞用摩擦系數(shù)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

其中，斜面采用藥廠所用的不銹鋼304測(cè)試板制作，厚度為1 mm，長(zhǎng)×寬為10×10 cm，表面平整，無(wú)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(shí)，傾斜角度就比較大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺絲旋入較少時(shí)，傾斜角度就比較小。本儀器所測(cè)角度范圍為20～180°。

該測(cè)定儀中采用半圓形量角器測(cè)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(cè)試板上表面相對(duì)應(yīng)來讀出，簡(jiǎn)單方便，精確度高，精確度達(dá)到1°。當(dāng)測(cè)試某一角度時(shí)，先固定不銹鋼測(cè)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(cè)試板為止。

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

多次測(cè)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(cè)試的步驟與方法

我們制作的摩擦系數(shù)測(cè)試儀是純手動(dòng)測(cè)試，準(zhǔn)確測(cè)試某一類型瓶塞的摩擦系數(shù)一般分為兩個(gè)階段。

第一階段是掌握瓶塞摩擦系數(shù)所對(duì)應(yīng)的角度的大致范圍。具體測(cè)試方法如下：把摩擦系數(shù)測(cè)試儀的角度調(diào)至最小即20°，然后把10個(gè)瓶塞放在不銹鋼測(cè)試板的最上端，緩慢升高角度，這個(gè)緩慢非常重要，因?yàn)橐坏┥晕⒓铀?，就?huì)對(duì)不銹鋼測(cè)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(shí)，準(zhǔn)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(shí)記錄滑落的最大角度。重復(fù)測(cè)試三次，取三次的最小角度和最大角度，作為第二階段測(cè)試的依據(jù)。

第二階段是準(zhǔn)確掌握瓶塞摩擦系數(shù)的范圍。把瓶塞摩擦系數(shù)測(cè)試儀的角度調(diào)至第一階段測(cè)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(jìn)行測(cè)試。如果角度增加到某一值后，所有的瓶塞都滑落，那么這個(gè)角度定為此類瓶塞最大摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)的角度。在測(cè)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(jìn)行測(cè)試，以保證每個(gè)角度測(cè)試時(shí)瓶塞數(shù)量為10只。因?yàn)槊總€(gè)瓶塞的硅化量會(huì)有不同，在測(cè)試過程中會(huì)有誤差。因此在確定最大摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)的角度之后，需用不同的瓶塞反復(fù)測(cè)試三次，以減小誤差。

對(duì)不同廠家的瓶塞來言，如果一個(gè)廠家的瓶塞的摩擦系數(shù)確定之后，把另一個(gè)廠家的瓶塞按照此角度，采用遞減法依次測(cè)試，這種測(cè)試方法可以縮短測(cè)試時(shí)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(duì)比

根據(jù)以上測(cè)試方法，對(duì)比了國(guó)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(guó)外瓶塞的摩擦系數(shù)相對(duì)較低，這在我們的試驗(yàn)中得到了證實(shí)，日本產(chǎn)的瓶塞很光滑，不油，而且多次測(cè)試并不影響其光滑性，其優(yōu)越性很明顯。

對(duì)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(shí)又起到隔離的作用。因此我們測(cè)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(cè)試提供一種方便快捷的測(cè)試工具和方法。所得到的數(shù)據(jù)可以用來對(duì)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(cè)試確實(shí)是一個(gè)很復(fù)雜的問題，因?yàn)槠咳撵o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(cè)試結(jié)果相差很大。但對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)定儀的研制［J］. 實(shí)驗(yàn)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(jì)、工藝研究和新材料應(yīng)用研究工作。

2016-03-02