概要： 簡述了塑料力學(xué)性能檢測（塑料材料拉力試驗機）用材料試驗機和功能附件的選型方法，以及、拉力試驗機的主要性能特點。
關(guān)鍵詞：塑料材料拉力試驗機
隨著社會的進步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新型材料層出不窮，尤其是高分子材料在近幾年有了飛速的發(fā)展。塑料作為其分枝，各種性能有了顯著的提高，在某些領(lǐng)域已經(jīng)有了取代木材、金屬材料的趨勢。為了使塑料材料及其制品能夠安全可靠的使用，對其進行性能檢驗是非常有必要的，其中力學(xué)性能檢驗是zui重要的檢驗之一。
一、塑料的特點
1、種類多
塑料的化學(xué)成分復(fù)雜且種類多，生產(chǎn)過程、加工工藝各不相同，除了其理化生物指標不同外，力學(xué)性能差異也很大，如電木質(zhì)堅硬，泡沫塑料柔軟，玻璃鋼強度很大，塑料薄膜強度很小，硬質(zhì)塑料延展性很差，軟質(zhì)塑料延展性很好。
2、用途廣
目前塑料是用途zui廣泛的材料之一，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎伸展到各行各業(yè)，從日常生活用品到航空航天各類技術(shù)領(lǐng)域都有它的用武之地。由于用途與工作環(huán)境的不同，塑料制品在使用中所需的力學(xué)性能也會有不同的要求。
二、塑料力學(xué)性能檢測的特點
1、檢驗內(nèi)容多
由于塑料的種類繁多，應(yīng)用的場合千差萬別，所關(guān)注的力學(xué)性能指標也不盡相同，常見的有拉伸、彎曲、壓縮、剪切、剝離、沖擊、爆破、撕裂、摩擦系數(shù)、維卡軟化溫度、熔體流動速率、扭轉(zhuǎn)等性能指標的檢驗，其中每一種性能檢驗都包含了許多規(guī)定的檢驗項目。
2、涉及的相關(guān)標準多
與金屬材料相比，塑料的力學(xué)性能檢驗的標準非常多，據(jù)粗略的統(tǒng)計，大約不下幾十種。除了不同性能指標具有不同的檢驗標準外，對于不同類型的塑料，同一種力學(xué)性能的檢驗亦有不同的標準規(guī)定，如：拉伸試驗就有GB1040塑料拉伸試驗方法，GB 13022塑料薄膜拉伸試驗方法，GB 8804.1、GB 8804.2熱塑性管材拉伸性能試驗方法，GB/T6344軟質(zhì)泡沫聚合物材料拉伸強度和斷裂伸長率的測定，GB1447玻璃纖維增強塑料拉伸性能試驗方法等眾多的標準。
3、所需的試驗設(shè)備
綜合目前試驗機的功能，實現(xiàn)塑料常見力學(xué)性能的檢驗，約需如下種類的材料試驗機：①材料試驗機 ②擺錘沖擊試驗機 ③落錘沖擊試驗機 ④扭轉(zhuǎn)試驗機 ⑤維卡軟化點溫度試驗機 ⑥熔體流動速率儀 ⑦管材耐壓爆破 ⑧高低溫環(huán)境試驗箱等。
由于②-⑧類試驗機的功能單一，目標明確，基本不可擴展使用，選型都很簡單，而①類試驗機功能強大，種類繁多，性能差異很大，擴展配置又很多，通過增配不同的附件，可滿足絕大多數(shù)不同標準的試驗要求，因此下面就這一類材料試驗機的性能特點做一個粗略的分析，以方便選型。
4、對試驗機的基本要求
對于zui常用的材料試驗機，塑料力學(xué)性能試驗標準要求控制方式基本為速度控制，且針對不同性能的塑料，與不同的試驗方法要求的試驗速度差別很大。如GB1447《玻璃纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》規(guī)定的速度低至2mm/min，而GB13022《塑料薄膜拉伸試驗方法》規(guī)定的試驗速度高至500mm/min。就目前我們所接觸到的實際情況比這還寬，zui低達到了0.01mm/min，zui高達到了1000mm/min。對于拉伸行程，由于塑料延展性的差異很大，如電木類延伸率只有百分之幾，而對于一些軟塑料可達百分之幾千，為了兼容多種材料的需求，一般要求試驗機的行程應(yīng)在800mm以上。對于試驗機的力值，除特殊情況（如玻璃鋼）以外，一般不會超過10KN。
三、常見材料試驗機的特點
常規(guī)電子材料試驗機
該類試驗機是當(dāng)今材料試驗機的主流產(chǎn)品，它以伺服電機作為動力源，絲杠、絲母作為執(zhí)行元件，實現(xiàn)試驗機移動橫梁的速度控制，它操作簡單，對試驗員的要求不高，試驗行程可按需要任意定制，雖然控制方式較為單一，只有速度一種控制方式，但其控制精度和控制范圍很高很寬。以瑞格爾公司試驗機為例，其速度調(diào)整范圍可達0.001mm/min～1000mm/min，無級調(diào)速，控制精度可達0.5%，小噸位機型很容易實現(xiàn)。如做摩擦系數(shù)時，滿值負載只有5N。它具有*的配置靈活性，可按需要增配不同噸位的傳感器、夾具、附件實現(xiàn)一機多用，完成拉、壓、彎、剪、剝離、撕裂、摩擦系數(shù)、扭轉(zhuǎn)等的功能。縱觀塑料力學(xué)性能檢驗的相關(guān)標準，對試驗機的控制方式的要求幾乎都為速度控制，因此無論從控制方式還是速度范圍、試驗行程及試驗機的噸位看，該類機型都是塑料力學(xué)性能檢驗的。
三閉環(huán)電子材料試驗機
該類試驗機具有常規(guī)電子類試驗機的速度范圍寬，試驗行程大，配置靈活的特點，又具有電液伺服類試驗機力、位移、變形控制的優(yōu)點。因而是性能較好的一種試驗機，但由于做力控制與變形控制時機器穩(wěn)定性與主機的剛性、試樣的剛性有密切的關(guān)系。一般塑料用試驗機噸位較小，因此主機剛性較低，且試樣本身的剛性也不會太大，所以該類試驗機很少有10KN以下的機型，而10KN以下機型卻是塑料類zui常用的。前面說了該類機型的穩(wěn)定性與試樣有關(guān)，若試樣單一，試驗方法也較為單一，還可選用，否則就需要隨時調(diào)整試驗機的控制參數(shù)（亦即常規(guī)的P、I、D參數(shù)），這對非自動控制專業(yè)的試驗員來說，幾乎是很難想象的事。因此從整體看，除對控制方式有特定的要求，還不易選擇做塑料材料的試驗。
簡易電拉
由于塑料拉伸強度是塑料力學(xué)性能檢驗的一個非常重要的指標，在前些年，塑料種類還不是很多，應(yīng)用也不是非常廣的時期，塑料的力學(xué)性能檢驗項目還較為單一，相應(yīng)的標準也不是很完善。這時期一種結(jié)構(gòu)非常簡單，用途非常單一，性能指標非常欠缺，但價格很低廉的單一用途以電機作為動力源的拉伸試驗機俗稱電拉被廣為使用。顧名思義它只能用來做單一的拉伸試驗，并且所能處理的數(shù)據(jù)非常有限，控制測量精度也相對較低，現(xiàn)在雖然在某些場合依然有所使用，但因其功能比較單一，已經(jīng)逐漸為市場所淘汰。
電液伺服材料試驗機
該類試驗機是目前性能比較好的一種試驗機，由于它采用電液伺服控制技術(shù)，可實現(xiàn)力、位移、變形閉環(huán)控制，具有良好的控制性能。目前在金屬、建筑材料等需要恒應(yīng)力、恒應(yīng)變及需要進行蠕變試驗場合使用較多，但由于受油源流量的限制，他的試驗速度較低。為了增大系統(tǒng)剛度，確保閉環(huán)控制的穩(wěn)定運行，該類試驗機的行程較小，且操作復(fù)雜，擴展配置較為困難，10KN以下機型很少，因此不太適合塑料橡膠類材料的試驗。
手動液壓材料試驗機
該類試驗機是試驗機家族的“始祖”，它有著悠久的歷史，使用簡單，價格低廉，噸位較大。顧名思義，手動液壓表明了它為開環(huán)控制，性能不好，操作過程*依賴于操作者的操作水平。另外，由于它的機械結(jié)構(gòu)及液壓加載原理決定了它的加載速度，試驗行程較小。目前該類試驗機的zui小機型為50KN，因此它的小載荷測量精度很低，擴展配置能力很差，一般只在進行結(jié)構(gòu)部件試驗或簡單的材料性能試驗時使用，如連接部件的拔脫，鋼筋的拉伸強度等場合。
四、凱德塑料材料拉力試驗機的特點
對于目前常見的八類塑料力學(xué)性能試驗設(shè)備，瑞格爾公司都有生產(chǎn)，但目前使用zui多，應(yīng)用zui廣的是電子材料試驗機。因此下面就針對zui適應(yīng)塑料的常規(guī)電子試驗機的特點作一個簡單的介紹：
1、主機方面
1）多種外形結(jié)構(gòu)，可供不同需求的用戶靈活選擇；
2）性能優(yōu)異的機械傳遞系統(tǒng)，采用同步圓弧齒型帶減速機構(gòu)，高精度的滾珠絲杠作為力的傳遞環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了長壽命、低噪音、率的平穩(wěn)運行；
3）驅(qū)動系統(tǒng)，采用日本松下交流伺服電機及其配套的伺服控制器作為動力源，具有無碳刷、壽命長、免維護防爆的特點；
4）極其靈活的外圍配置，除主傳感器以外，還可擴展數(shù)只不同量程的傳感器，并有大變形、小變形、扭轉(zhuǎn)、摩擦等附件及上百種不同類型的夾具可供選擇，以滿足不同類型的試驗需求。
2、控制器方面
1）完善的操作控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)自主操作控制完成試驗，也可與計算機配套操作，增強其功能。自主操作時界面為漢字界面，簡單易懂，并可顯示各類參數(shù)及結(jié)果曲線，且能夠打印漢字報告及曲線報告；
2）極寬的速度控制范圍，由于采用鎖相環(huán)數(shù)字脈沖控制技術(shù)，其速度可達0.001mm/min～2000mm/min（高速與主機噸位有關(guān)）；
3）目前國內(nèi)單一配置測量范圍zui寬，其有效的使用范圍可達0.2%～100%，zui小分辨率35萬分之一，真正實現(xiàn)一機多用；
4）模擬放大器采用多通道方案，為擴展配置提供了先決條件；
5） 方便、實用功能強大的可移動操作盒，不但能實現(xiàn)多種速度的橫梁移動控制，還可隨時切換控制方式，使其在常動與點動方式間自由切換。當(dāng)與計算機聯(lián)機使用時，可直接啟動計算機完成試驗。
3、應(yīng)用軟件
1）簡單明了的操作界面，無論操作員計算機水平如何，都可很方便的使用；
2）試驗結(jié)果的自主選取與自主添加功能；
3）用戶自定義功能，可滿足不同情況下的試驗要求，如定義彈性區(qū)間，定義壓縮比，定義試驗結(jié)束條件，定義修約規(guī)則，定義定伸長應(yīng)力，定義定應(yīng)力伸長等等；
4）手動計算結(jié)束參數(shù)，對于一些自動計算較為困難的參數(shù)，如不明顯直線段試樣的彈性模量的計算，可采取人工處理的方式；
5）原始參數(shù)的開放性，這對于新材料的研究與教學(xué)是非常有用的；
6）試驗報告具有用戶自編輯功能；
7）曲線的任意縮放、讀點功能；
8）zui值得一提的是配合操作盒可實現(xiàn)一鍵式試驗功能，*的降低了試驗人員的勞動強度，提高了工作效率。
4、性能參數(shù)的求取
由于采用微型計算機技術(shù)，及液晶顯示技術(shù)使得瑞格爾電子材料試驗機無論單獨使用還是與計算機配套使用，都具有強大性能參數(shù)處理能力。當(dāng)與計算機配套使用時，可實現(xiàn)幾乎所有標準要求的參數(shù)處理能力。對于特定的用戶，通過編制試驗軟件，還可實現(xiàn)常規(guī)靜力學(xué)性能以外的力學(xué)性能要求，如往復(fù)性能試驗、高速拉伸、高速壓縮、高低溫松弛、高低溫蠕變等的試驗要求。即使不配計算機，單獨使用自身的控制器亦具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，如求取zui大力、強度極限、屈服力、屈服強度、非比例變形應(yīng)力、斷裂力、斷裂強度、斷裂變形、1～5點的定載荷變形、1～5點的定變形載荷、平均力值（用來求取剝離、撕裂、動摩擦系數(shù)）等參數(shù)，還可通過自身液晶顯示器顯示試驗曲線，進行性能的趨勢分析等，在國內(nèi)試驗機產(chǎn)品中是不可多見的。
五、試驗機的配置
前面說了塑料的種類千差萬別，性能差異很大，因此很難有一個標準配置，但就一個特定的試驗機用戶而言他所接觸到的材料類型總是有限的，還是有一些基本規(guī)律可尋。
1、 主機噸位選擇
1）如果試驗材料全部為薄膜，則可選5KN以下機型；
2）如果試驗材料為板材、棒材，一般可選20KN以下機型；
3）如果試驗材料為玻璃鋼等高強度材料，一般可選50KN或100KN機型；
4）如果以上各種材料都有，建議選用50KN或100KN機型，并增配一到兩只小噸位傳感器即可滿足試驗要求。
2、夾具
夾具是電子材料試驗機的一個非常重要的部分，各種不同類型的試驗都是通過它來實現(xiàn)的，它的性能的好壞直接決定了試驗的結(jié)果的優(yōu)劣。一般每個試驗機廠家都備有大量的各種夾具可供選用，常見的用于塑料力學(xué)性能試驗的有：⑴穿孔法塑料剪切夾具 ⑵表面結(jié)合強度測量夾具 ⑶彎曲夾具 ⑷塑料編織物拉伸夾具 ⑸薄膜類拉伸夾具 ⑹頂破夾具 ⑺繩類拉伸夾具 ⑻線材類拉伸夾具 ⑼壓縮類夾具 ⑽板材、棒材類拉伸夾具 ⑾氣動類拉伸夾具等多種不同用途的夾具，而每一種用途的夾具都具有多種型號和種類，它們結(jié)構(gòu)原理差異很大，各自具有不同的特點。如果自己不能確定可將各種試樣提交廠家，由其試驗決定或?qū)ｉT設(shè)計。
3、變形測量
變形測量是塑料力學(xué)性能檢測的一個非常重要的項目，它與許多非常重要的指標有關(guān)，如彈性模量、彈性區(qū)間、延伸率、定伸長應(yīng)力、定應(yīng)力伸長、彎曲撓度、壓縮比等等。目前電子材料試驗機有三種手段測量變形：位移、引伸計、大變形，它們各有特點，使用范圍和使用目的都各不相同，簡單的來說：
1）位移：主要用來測試壓縮、彎曲類試驗及薄膜類的變形。
2）引伸計：主要用來測試材料的拉伸彈性模量，及延伸率很小的硬質(zhì)塑料的延伸率等。
3）大變形：主要用來測試軟質(zhì)塑料的延伸率、定伸應(yīng)力、定應(yīng)力伸長等。
4、摩擦裝置
主要用來測試塑料的摩擦系數(shù)，一般塑料薄膜使用較多。
5、扭轉(zhuǎn)裝置
主要用來測量硬質(zhì)塑料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能，一般扭矩不大于100NM，若扭矩大于100NM，應(yīng)使用扭轉(zhuǎn)試驗機。
6、高強度塑料泊松比的測定
由于泊松比測量zui少需同時處理三個參數(shù)：力、橫向變形、縱向變形（位移等參數(shù)可能與控制有關(guān)，但與求泊松比無關(guān)）。因此，在定購這類試驗機時要注意：橫向變形與縱向變形引伸計結(jié)構(gòu)不同；大部分試驗機廠家無法同時處理這三種參數(shù)。
五、參考資料
1、塑料標準大全 中國標準出版社
2、纖維增強塑料標準匯編 中國標準出版社
3、建筑用塑料制品標準匯編 中國標準出版社
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