如何选购塑料用电子拉力机?

上一篇 / 下一篇  2011-03-03 15:49:23

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  电子拉力机可以在受控的速度下对塑料样条进行伸展、弯曲、压缩或穿刺,直至它们断裂。它们是在塑料配混厂家实验室中最为常见的仪器。这些厂家在混料开发过程中利用电子拉力机,以确定材料对于某一工艺和终端用途的适用性。

  电子拉力机今天也越来越经常地出现在塑料注塑和挤出业者的实验室中。一个原因是它们被越来越多地应用于前沿产品与工艺开发。另一个原因是它们对进料和成品的质量控制进行更为严格的监测。许多OEM厂家,特别是那些医疗装置或汽车领域的,需要塑料加工商在生产运转结束时自行进行测试。内部测试的另一个原因是改善工艺控制,这能降低废品率和实现真正的回报。

  形形色色的测试

  电子拉力机由一根(单臂)或两根(门式)垂直的承载柱所组成,它安装在一个固定水平基板上,顶部是一个活动的水平横梁。在当今的大部分电子拉力机中,支柱通常是由丝杠驱动,来确定活动横梁的位置。

  电子拉力机的规格由框架能够承受的最大负载和承载单元的最大负载结合起来进行表示。负载单元安装在电机驱动或油压驱动的移动横梁上。与夹具相连的承载单元测量力,可以从数字显示或电脑上读数。许多电子拉力机具有可互换的传感器,从而能与待测试材料匹配。

  为了诱发塑料的应变,电子拉力机在样板上施加了力。拉伸、弯曲、压缩或剪切方面的特殊测试按照样板中诱发应变的方向和施力的速度而被分类。由标准的机电式电子拉力机来完成基础测试。它们通常要在0.1mm/min至500mm/min的速度范围中加载,不同的材料要求不同的测试速度。破裂成长和疲劳等动态和循环测试一般是在很长的时段内,需要在载荷较低的伺服油压电子拉力机之上完成的。

  早期的电子拉力机都有指针和图表记录器。它们现在已经完全被数控器和电脑软件所代替。新型控制器可以自动测试,并显示出相应数据,甚至测试进行中可以即时显示应力应变曲线。减轻了实验员计算的工作量。

  电子拉力机针对塑料的测试至今最普通的是拉伸强度与模量、弯曲强度与模量。对于ASTMD638和ISO527规定的拉伸测试,试样的两端被夹住。一个夹具固定,另一个在横梁中,从固定夹具处移开,拉住试样,直至其断裂,随后横梁会自动停下来。

  把试样放在测试机固定底座上的两个支撑上,进行弯曲测试(ASTMD790、D6272和ISO178)。为了这个测试,横梁的运动方向与拉伸测试的相反,推着而不是拖着试样的非有支撑的中央,直至其弯曲并有可能断裂。在国内,因为很多热塑性塑料在这个测试中不会断裂,按标准测试方法需要计算挠度达到厚度1.5倍时的弯曲应力,最常用的是对4mm厚的试样弯曲挠度6mm。

  试样如何保持在仪器底部是重要的,因为不同类型的测试需要不同的夹具。更换夹具不但很难保持位置的一致性(这经常影响测试结果),而且也容易碰坏娇贵的部分—传感器,对实验员力气也是考验,很多女性难以完成这项工作。而且夹具的价钱有几百元的,也有油压操作的夹具贵至上千元。所以,尽量少换夹具。有的电子拉力机如LDX-300型万能材料试验机,三点式弯曲夹具和拉伸夹具设计在一起,就减少了更换夹具的过程。

  机电式电子拉力机

  常用机电式装置的负载能力从几十到数十万牛顿。规格越大,成本就越高。无论是单柱式还是门式,测试塑料最常用的仪器是立式台顶装置。相同原理适用于卧式仪器,它们主要被转用至利用机械手连续处理试样的自动化工艺中。立式仪器占地较少,也较易于操作。

  单柱式电子拉力机有着较低的受力程度和较低的成本。它们负载能力为5000牛顿。门式电子拉力机的机架负载能力可达5000至1000000牛顿。负载单元也为一定最大的力而被分级,这个力应当适合于电子拉力机机架和试样。例如,放在1000牛顿机架的100 牛顿负载单元能进行拉力达100牛顿的测试。负载单元的能力不应当超出试样估计的断裂负载太多,否则会破坏测量准确度。以重量计,测试数克的东西要使用天平,数十公斤的东西要使用磅秤,如果使用磅秤测试几克的东西,误差会有几倍,失去了测试的意义。

  塑料测试中被最为普遍使用的仪器是机架负载能力在1000至5000牛顿的单柱电子拉力机。对于填充和增强型塑料,经常需要机架负载能力为20000牛顿的仪器。

  如果用户想购买一台负载能力远远超出需要的仪器,将不仅要付出更多的现金,牺牲部分精度,而且还要在测试时间方面有所支出。较大型的仪器运行得较慢。例如,机架负载能力为5000牛顿的仪器通常以100mm/min的速度运转,而500000牛顿的仪器以 20mm/min的速度运转。

  单柱式还是门式?

  需要多少的最大负载根据所测试的材料之类型而定,并且是在决定选择单柱式机还是门式的时候要考虑的重要问题之一。还要考虑是否需要一个在受控温度下测试用得上的环境分隔间。门式装置较高,能让较大的试样和较大的加热柜被插入到支柱之间。如果你将对泡沫进行任何的压缩测试,因为试样往往很大,一般需要门式装置。

  门式仪器较为硬实,所以在测试过程中挠度是单臂的二分之一。最后就是成本上的差别。单柱式电子拉力机价格可能只是20000-30000元,而门式的款式通常价格范围在30000至60000元之间。这些价格只是仪器的。电脑型的需要电脑成本,夹具又是另外一笔分开的成本,安装与培训也是如此。如果需要特殊温度的加热腔,它一般售价在8000至20000元之间。

  软件上的进展

  电子拉力机在机电方面的设计相对成熟。新进展是在控制软件上的。先进的电脑软件提供了更高的生产力和精确度,并较容易被使用。这些软件增多了一定程度的可重复性,这是以前不曾有的。

  对于搞科研的高端用户来说,不能只是依赖于在断裂点的读数,科研人员现在可以通过物性测试来发现发生了什么。在断裂前材料是否伸长了或者变形了?它的变形是否与应力成比例?答案能有助于他们评估材料、确定安全裕度和更好地模拟终端使用。对于一般企业,则不需要这些数据。

  新电脑软件使测试、数据收集、分析、报告输出、数据储存和恢复都能自动完成。使用者能让仪器在一定负载速率下运行,系统将自动调节横梁的速度。

  新软件也令使用者能通过位置感应器获得测试过程中张力的真实值,感应器精确测量出横梁已经移动的距离。试样长度变化除以其原始长度就得出了自动应变结果。新软件也能实现更换感应器时负载单元的自动核对与校准。它“阅读”负载单元上的电子件,并建立起参数,不再需要以前由操作者完成的机械式修正。

  数据采集较快的较新软件能更为精确地获取负载峰值,并在较高速下或负载波动时更为详细地检查拉力/应变曲线。典型的数据采集速度约为50Hz,(每秒钟读数50次),尽管取样速度可以达到5kHz。

  最新驱动的电子拉力机比那些已经用了10多年的带数字控制板的仪器更为便宜。电脑新款式有着较简单的控制,经常不用具有图表式读取的数字显示器。基于微型电脑的电子拉力机现在驱动着整个操作,因不用数字显示器和一些电子元件,从而能把成本弄下来。


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