如何选购实用的拉力试验机
塑料和橡胶的拉伸性能是其力学性能中最重要、最基本的性能之一,它在很大程度上决定了该种塑料和橡胶的使用场合。拉伸性能的好坏,可以通过拉伸试验来检测。
作为材料使用时要求高分子聚合物具有必要的力学性能。可以说,对于高分子聚合物的大部分应用而言,力学性能比其他物理性能显得更为重要。
高分子聚合物具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质,这是由于高聚物由长链分子组成,分子运动具有明显的松弛特性的缘故。如高聚物材料具有相当高的伸长率,一般PE的断裂伸长率在90%~950%(其中线性低密度聚乙烯LLDPE的伸长率较高),通过特殊的制作工艺,部分材料的伸长率可在1000%之上,而普通高聚物材料的断裂伸长率也多在50%~100%之间。通常对材料的拉伸性能要求较高的有热收缩膜以及拉伸膜等。
2、拉伸试验
拉伸试验(应力-应变试验)一般是将材料试样两端分别夹在两个间隔一定距离的夹具上,两夹具以一定的速度分离并拉伸试样,测定试样上的应力变化,直到试样破坏为止。
拉伸试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法之一,需要使用恒速运动的拉力试验机。按载荷测定方式的不同,拉力试验机大体可以分为摆锤式拉力试验机和电子拉力试验机两类,目前使用较多的是电子拉力试验机。
3、电子拉力试验机选择指标
由于软包装材料主要是高分子聚合物或它的相关材料,如前所述高聚物材料的伸长率远远优于金属、纤维、木材、板材等材料,因此检测高分子聚合物的拉力机就与通常的材料拉伸性能检测拉力机有一定的差别,尤其需要注意的是电子拉力机的有效行程以及试样夹具两方
面。
3.1 有效行程
在进行拉伸试验时,所用试样的尺寸虽然小,但材料的伸长率普遍比较高,因此用于检测软包装材料的拉伸性能需要配备行程较大的拉力机,否则夹具运行可能会超过行程的使用极限、造成设备的损坏。
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中给出的断裂伸长率或屈服伸长率(εt,单位是%)的计算公式如下:
式中:εt是断裂伸长率或是屈服伸长率;
L是试样断裂时或屈服时标线间的距离;
L0是标线间的距离。
需要注意的是在伸长率的计算中,我们仅采集试样上两条标线间的伸长量。标线是通过打印或手工的方式画在制取完成的试样上的(标线的添加应对试样不产生任何影响),而标线间的距离是多少呢?不同的标准给出的这一距离大多存在一定的差异,而同一标准中也是往往针对不同的材料给出不同的试样尺寸,因此标线之间的距离也是不同的,不过这样有利于检测伸长率非常大或非常小的材料并得到精确的试验结果。对于塑料薄膜,标线之间的距离通常是在25~50mm之间。
由于试样在拉伸试验中变形伸长不仅仅是在标线之内,凡是在两夹具之间的试样都会得到不同程度的拉伸变形。标准中与标线距离相对应的夹具间的初始距离在80~115mm以内,如果两夹具间的试样都能保持同样的伸长率并假设为500%,则拉力机的有效行程需在480~690mm,如果是伸长率为1000%的试样,则拉力机的有效行程至少为880mm才能保证试验的正常进行。
笔者对目前市场上出售的电子拉力机的有效行程进行了随机调查,在所调查的国内外几个品牌的72台拉力机中,行程范围分布如图1所示。
图1.拉力机行程范围分析图
图中,图示1代表行程在500mm以下的设备,占13.9%;图示2为行程在500~900mm的设备,占56.9%;图示3是行程在901~1100mm的设备,占20.8%;图示4是行程在1100mm以上的设备,仅占8.4%。然而在这次统计的电子拉力机中,大行程的设备并非全部用于软包装材料的检测,部分是用于人造木板、帆布、窗帘、铜材等材料的拉伸试验中。
3.2 试样夹具
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中对夹具的描述为:“试验机应备有适当的夹具,该夹具不应引起试样在夹具处断裂,施加任何负荷时,试验机上的夹具应能立即对准成一条线,以使试样的长轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。……将试样置于试验机的两夹具中,使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合,并且要松紧适宜,以防止试样滑脱和断裂在夹具内。夹具内应衬橡胶之类的弹性材料。”由于高聚物材料力学性能的特殊性以及软包装材料特殊的使用方式使软包材检测的试样厚度非常薄,一般的夹具无法满足要求,使用不当会引起试样在夹具处断裂致使试验失败。
3.3 JJ-999型智能电子拉力试验机
台湾金钜是专业制作软包装材料检测设备的企业,特别针对软包装材料伸长率大的特点制作了JJ-979型智能电子拉力试验机(见图2),行程可达1000mm,可以进行拉伸、剥离、撕裂、热封等七种试验,并专业设计了各类专用于软包装材料的测试夹具,是一款为软包装材料量身定做的力学性能拉力试验机。
伺服控制拉力试验机主机规格
A.高精度力量传感器: 0~10KN,力量精度在±0.5 %以内。
B.采用高精度24 bits A/D,取样频率200H,全程力量最大解析度 1/1000,000
C.动力系统:日本松下交流伺服电机+松下交流驱动器+蜗轮蜗杆减速机+滚珠丝杆。
D.控制系统: 采用Pulse Command控制方式使控制更精准
速度控制范围0.001~300 mm/min。
中联板调整具有快速粗调与慢速微调功能。
测试后自动回归原点、自动储存。
E.数据传输方式:RS232传输
F.显示方式:测试软件计算机屏幕显示。
G.简洁的全程一档与精密全程七档力量线性双校正系统。
H.豪华测试界面软件可实现定速度、定位移、定荷重(可设定保持时间)、定荷重增率、定应力增率、定应变增率等控制模式加上多阶控制模式可满足不同的测试要求。
I.测试空间:测试宽度约400 mm(标准规格),行走空间950 mm(不含夹具)(标准规格)
J.全程位移: 编码器2500 P/R,提升4倍精度,采用进口型编码器抗干扰能力极强,位移解析0.001mm。
小变形:金属引伸计,解析 0.001mm(需选购)
K.安全装置:过载紧急停机装置、上下行程限定装置、
漏电自动断电系统、自动断点停机功能。
二、伺服控制拉力试验机软件功能介绍:
A. 测试标准模块化功能:提供使用者设定所需应用的测试标准设定,范围涵盖GB、ASTM、DIN、JIS、BS…等。测试标准规范。
B. 试品资料:提供使用者设定所有试品数据,一次输入数据永久重复使用。并可自行增修公式以提高测试数据契合性。
C. 双报表编辑:完全开放式使用者编辑报表,供测试者选择自己喜好的报表格式(测试程序新增内建EXCEL报表编辑功能扩展了以往单一专业报表的格局)
D. 各长度、力量单位、显示位数采用动态互换方式
E. 图形曲线尺度自动最佳化,可使图形以最佳尺度显示。并可于测试中实时图形动态切换。
F.测试结果可以EXCEL格式的数据形式输出。
G.测试结束可自动存档、手动存档,测试完毕自动求算最大力量、上、下屈服强度、滞后环法、逐步逼近法、非比例延伸强度、抗拉强度、抗压强度、任意点定伸长强度、任意点定负荷延伸、弹性模量、延伸率、剥离区间最大值、最小值、平均值、净能量、折返能量、总能量、弯曲模量、断点位移x%荷重、断点荷重X%位移、等等。
数据备份:测试数据可保存在任意硬盘分区。
H.多种语言随机切换:简体中文、繁体中文、英文。
I.软件具有历史测试数据演示功能。
三、伺服控制拉力试验机附件
A. 伺服控制拉力试验机一年保固书及中文操作说明书各一份。
B. 随机赠送标准伺服控制拉力试验机夹具一组(其他夹具选购)。
C. 伺服控制拉力试验机专用测试软件一份。
D. 品牌电脑一套、彩色打印机一台(选购)
四、伺服控制拉力试验机可测试项目
(一)普通测试项目:(普通显示值及计算值)
●拉伸应力 ●拉伸强度
●扯断强度 ●扯断伸长率
●定伸应力 ●定应力伸长率
●定应力力值 ●撕裂强度
●任意点力值 ●任意点伸长率
●抽出力 ●粘合力及取峰值计算值
●压力试验 ●剪切剥离力试验
●弯曲试验 ●拔出力穿刺力试验
(二)特殊测试项目:
1. 弹性系数即弹性杨氏模量
定义:同相位的法向应力分量与法向应变之比。为测定材料刚性之系数,
其值越高,材料越强韧。
2. 比例限:荷重在一定范围内与伸长可以维持成正比之关系,其最大应力即为比极限。
3. 弹性限:为材料所能承受而不呈永久变形之最大应力。
4. 弹性变形:除去荷重后,材料的变形完全消失。
5. 永久变形:除去荷重后,材料仍残留变形。
6.屈服点:材料拉伸时,变形增快而应力不变,此点即为屈服点。屈服点分为上下屈服点,一般以上屈服点作为屈服点。屈服(yield):荷重超过比例限与伸长不再成正比,荷重会突降,然后在一段时间内,上下起伏,伸长发生较大变化,这种现象叫作屈服。
7. 屈服强度:拉伸时,永久伸长率达到某一规定值之荷重,除以平行部原断面积,所得之商。
8. 弹簧K值:与变形同相位的作用力分量与形变之比。
9. 有效弹性和滞后损失:
在伺服控制拉力试验机上,以一定的速度将试样拉伸到一定的伸长率或拉伸到规定的负荷时,测定试样收缩时恢复的功和伸张时消耗的功之比的百分数,即为有效弹性;测定试样伸长、收缩时所损失的能与伸长时所消耗的功之比的百分数,即为滞后损失。
五、伺服控制拉力试验机主要计数指标
A.荷重元:0-10KN之间选配
B.力量解析度:1/10000
C.力量准确度:≤0.5%
D.力量放大倍数:7段自动切换
E.位移解析度:1/1000
F.位移准确度:≤0.5%
G.金属引伸计解析度��1/1000
H.金属引伸计准确度:≤0.5%
I.大变形引伸计准确度:±1mm
J.速度范围:0.001-360mm/min(特殊测试速度可依客户需求定制)
K.行走空间:950mm(不含夹具、特殊测试空间亦可依客户需求定制)
L.测试宽度:400mm(特殊测试宽度亦可依客户需求定制)
M.使用电源:∮380V 50HZ。
N.功率:约1.6KW
O. 机台尺寸:约660×720×2000 mm长×宽×高。
P. 机台重量:约430 kg。
1