如今越來越多的塑料加工企業都在購買所謂的萬能試驗機,利用它來進行拉伸、彎曲、壓縮和剪切試驗,以對材料進行性能評價、應用開發研究以及質量控制。發達的電子學改進了這些設備的性能,使之更加易于操作,價格也越來越低。那么如今的塑料加工企業如何選擇合適的試驗機呢?
萬能試驗機(UTM)通過不同速度級別的調節,對塑料材料樣條進行拉伸、彎曲、壓縮或牽引,這是塑料混配試驗室中最普通的設備。在混配料的制備過程中,利用UTM測試材料能夠判斷材料是否適用于某些特定的加工應用或終端應用。UTM還可以用于產品的質量控制,以確保產品質量各個批次之間的一致性。
如今UTM還越來越多的出現在塑料模塑和擠塑試驗室中。一方面是因為它們越來越多的參與到新產品和新工藝的開發過程。另外一方面是因為它們在原材料以及成品質量控制上的精確性。在一些社會責任感很強的領域,如醫用器械或汽車行業,需要塑料加工設備對他們的產品進行試驗,也需要UTM的發揮更大的作用。同時,內部試驗可以提高工藝控制的質量,減少廢料率,從而也實現了真正的收益。
不同的試驗
UTM試驗機包括一個或多個垂直承載的立柱,立柱上安裝一個固定的水平基座,頂部還有一個可移動的水平十字頭(十字橫梁)?,F在的UTM試驗機,立柱上通常還有滾珠絲杠用以固定可移動的十字頭。UTM的大小用框架的承載水平和測量載荷/拉力的測力計來共同表征。測力計附在依靠電動馬達或液壓裝置驅動的可移動的十字頭上。帶夾具的系列測力計測量力的大小,可以通過數字顯示器或PC機顯示結果。很多UTM具有可互換的測力計,因此可以與所測試的不同材料匹配。靜態試驗利用標準的電子萬能試驗機來進行,通常加載速度范圍為0.001~20in./min(1in.=2.54cm)。動態試驗或循環試驗如裂紋增長和疲勞試驗通常利用液壓伺服系統UTM試驗機來進行,時間較長,載荷較低。
目前,利用萬能試驗機所測試的最常見的項目是拉伸強度和拉伸模量、彎曲強度和模量。按照ASTMD638和ISO527進行拉伸試驗時,樣條的兩端都有夾具夾緊,一個夾具是靜止的,另一個固定在十字頭上,背離固定夾具移動,牽引樣條直至樣條出現斷裂,斷裂時十字頭會自動停止。彎曲試驗時(ASTMD790、D6272以及ISO178),樣條被放在試驗機固定機床的兩個支座上。這個試驗中,十字頭移動的方向與拉伸試驗中移動方向相反,向一個沒有支撐的中心推動而不是牽引樣條,直至樣條彎曲甚至斷裂。因為多數熱塑性塑料材料不會在這個試驗中斷裂,所以不可能計算斷裂彎曲強度。因而,標準的試驗方法要求計算應變為5%時的彎曲應力。
軟件的發展
軟件技術的發展,提高了UTM設備的測試速度并使設備的操作變得更加簡便。測試數據的讀取、試驗的整個過程、試樣斷裂前是否被拉伸變形、變形和外力是否成比例,這些答案能幫助材料工程師或者制品設計師評價不同材料的性能、測定安全裕度以及更好地模擬終端用戶的應用。
新的軟件能自動操作試驗、采集數據、分析數據、記錄輸出、存儲數據并進行修補。用戶可以輸入一定的運行載荷速度,系統就會自動調整十字頭的運行。新的軟件還允許用戶通過位移傳感器獲得試驗過程中真實的應變值,位移傳感器可以精確測量十字頭的位移情況。更換傳感器時,新軟件還可以使測力計自動識別并校準。
新的PC型UTM試驗機的軟件現在能執行整個操作,因此成本也會因為取消了數字顯示器和一些電子元件而有所降低。動態測試
與靜態測試所用的電子UTM試驗機不同,液壓伺服UTM試驗機可以進動態測試以及疲勞試驗。這樣必須反復施加應力,進行加載-釋放的循環。例如,疲勞裂紋增長試驗,用戶期望了解待測材料經過多少次循環會斷裂閥門。
動態測試所需的應力比電子萬能試驗機靜態試驗中所需的應力要小。液壓伺服系統試驗機的框架容量從100lb到數噸不等,價格通常為電子力學試驗機的2~3倍?;居糜诮饘俨牧系钠谠囼灒窃谄囁芰稀⒑教焖芰?、生物醫藥塑料以及電子元件用塑料等方面的應用也越來越廣泛,因為這些領域里需要耐疲勞性好的結構部件。
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