怎樣選擇萬能材料試驗(yàn)機(jī)

如今越來越多的材塑料加工企業(yè)都在購買所謂的材“萬能”試驗(yàn)機(jī)，利用它來進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮和剪切試驗(yàn)，以對材料進(jìn)行性能評價、_ 應(yīng)用開發(fā)研究以及質(zhì)量控制。發(fā)達(dá)的材電子學(xué)改進(jìn)了這些設(shè)備的材性能，使之更加易于操作，價格也越來越低。
萬能試驗(yàn)機(jī)(UTM)通過不同速度級別的材調(diào)節(jié)，對塑料材料樣條進(jìn)行拉伸、彎曲壓縮或牽引，這是塑料混配實(shí)驗(yàn)室中*普通的材設(shè)備。在混配料的材制備過程中，利用UTM 測試材料能夠判斷材料是否適用于某些特定的材加工應(yīng)用或終端應(yīng)用。UTM 還可以用于產(chǎn)品的材質(zhì)量控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量各個批次之間的材一致性。
如今UTM還越來越多的材出現(xiàn)在塑料模塑和擠塑實(shí)驗(yàn)室中。一方面是因?yàn)樗鼈冊絹碓蕉嗟牟膮⑴c到新產(chǎn)品和新工藝的材開發(fā)過程。另外一方面是因?yàn)樗鼈冊谠牧弦约俺善焚|(zhì)量控制上的材**性。在一些社會責(zé)任感很強(qiáng)的材領(lǐng)域，如醫(yī)用器械或汽車行業(yè)，需要塑料加工設(shè)備對他們的材產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，也需要UTM 的材發(fā)揮更大的材作用。同時，內(nèi)部試驗(yàn)可以提高工藝控制的材質(zhì)量，減少廢料率，從而也實(shí)現(xiàn)了真正的材收益。

1 不同的試驗(yàn)
UTM試驗(yàn)機(jī)包括一個或多個垂直承載的材立柱，立柱上安裝一個固定的材水平基座，頂部還有一個可移動的材水平十字頭（十字橫梁）。現(xiàn)在的材UTM 試驗(yàn)機(jī)，立柱上通常還有滾珠絲杠用以固定可移動的材十字頭。 UTM 的材大小用框架的材*大承載水平和測量載荷 / 拉力的材測力計(jì)來共同表征。測力計(jì)附在依靠電動馬達(dá)或液壓裝置驅(qū)動的材可移動的材十字頭上。帶夾具的材系列測力計(jì)測量力的材大小，可以通過數(shù)字顯示器或PC 機(jī)顯示結(jié)果。很多 UTM 具有可互換的材測力計(jì)，因此可以與所測試的材不同材料匹配。 )_ 靜態(tài)試驗(yàn)利用標(biāo)準(zhǔn)的材電子萬能試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，通常加載速度范圍為 0.001~ 程 20in ./min(1in=2.54cm) 。動態(tài)試驗(yàn)或循環(huán)試驗(yàn)如裂紋增長和疲勞試驗(yàn)通常利用液壓伺服系統(tǒng) UTM 試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，時間較長，載荷較低。
早期的材 UTM 試驗(yàn)機(jī)具有類似的材電子元器件和記錄儀?，F(xiàn)在已經(jīng)被數(shù)控設(shè)備和 PC 軟件代替。新的材自動控制設(shè)備可以運(yùn)行試驗(yàn)，還能顯示數(shù)據(jù)，有時甚至是邊運(yùn)行邊記錄。以前的材記錄儀，包括PC 軟件之前的材數(shù)字顯示時代，用戶得到的材測試信息都是載荷 / 變形曲線， Y 軸表示應(yīng)力， X 軸表示形變。這些曲線還需要對其進(jìn)行計(jì)算和解釋。*新的材系統(tǒng)仍然能提供這些曲線，但是同時還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如屈服強(qiáng)度、破壞強(qiáng)度和模量等數(shù)據(jù)。
目前，利用萬能試驗(yàn)機(jī)所測試的材*常見的材項(xiàng)目是拉伸強(qiáng)度和拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和模量。按照 ASTMD638 和 ISO527 進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時，樣條的材兩端都有夾具夾緊，一個夾具是靜止的材，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(xiàn)斷裂，斷裂時十字頭會自動停止。彎曲試驗(yàn)時(ASTMD790 、 D6272 以及 ISO178) ，樣條被放在試驗(yàn)機(jī)固定機(jī)床的材兩個支座上。這個試驗(yàn)中，十字頭移動的材方向與拉伸試驗(yàn)中移動方向相反，向一個沒有支撐的材中心推動而不是牽引樣條，直至樣條彎曲甚至斷裂。因?yàn)槎鄶?shù)熱塑性塑料材料不會在這個試驗(yàn)中斷裂，所以不可能計(jì)算斷裂彎曲強(qiáng)度。因而，標(biāo)準(zhǔn)的材試驗(yàn)方法要求計(jì)算應(yīng)變?yōu)?/span>5% 時的材彎曲應(yīng)力。
壓縮試驗(yàn)一般很少應(yīng)用 UTM 試驗(yàn)機(jī)，盡管這在 ASTMD1621 和 ISO844 標(biāo)準(zhǔn)中對剛性塑料泡沫而言是一項(xiàng)主要的材試驗(yàn)。 UTM 試驗(yàn)機(jī)還能用于任何形狀的材注塑產(chǎn)品如瓶子的材壓碎試驗(yàn)，在一定高度將樣品摔碎或使其變形所需的材應(yīng)力值即壓縮強(qiáng)度值。
據(jù) UTM 供應(yīng)商統(tǒng)計(jì)，對于塑料材料而言，剪切試驗(yàn)更不多見。 )_ 剪切強(qiáng)度值是將樣品放在沖床型的材剪切裝置里測得的材。沖擊速度為 0.005in ./min ，直至樣品的材可移動部分完全將固定部分露出來。剪切強(qiáng)度值為應(yīng)力 / 剪切面積的材值。這在薄膜材料和片材產(chǎn)品中很重要，因?yàn)檫@種類型的材破壞容易出現(xiàn)在這類產(chǎn)品中，但是這并不是其他擠出和注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)時考慮*多的材因素。按照ASTMD732 （沒有等同的材 ISO 標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)時，常用的材試樣是塑料片材或 0.005 ～程 0.500in . 厚的材注塑碟片。

2電子機(jī)械式UTM試驗(yàn)機(jī)
常用的材電子UTM試驗(yàn)機(jī)的材容量為100～135000lb。尺寸越大，成本越高。一般來說，立式設(shè)備的材體積更小也更易于操作，并且還能借助于樣品自身的材重力，使棘手的材樣品如薄膜也能同較重的材注塑部件一樣易于操控。)_ 單立柱UTM試驗(yàn)機(jī)的材力程較低，價格也較低，結(jié)構(gòu)容量一般為1000lb。門式的材UTM試驗(yàn)機(jī)的材結(jié)構(gòu)容量可達(dá)1000~程135000lb。測力計(jì)也以某一*大的材適用于UTM試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和樣品的材力值為分類依據(jù)。例如，一個100lb的材測力計(jì)安裝在1000lb的材?？蚶?，可以提供100lb的材試驗(yàn)載荷。測力計(jì)的材容量不應(yīng)超過樣品預(yù)測斷裂載荷太多，否則會影響試驗(yàn)結(jié)果的材**性。
據(jù)TiniusOlsen公司的材市場部人員透露，大多數(shù)塑料制品用戶適應(yīng)的材規(guī)格為5000lb的材帶3個測力計(jì)的材單立柱或門式的材設(shè)備。)_TiniusOlsen公司*受歡迎的材UTM試驗(yàn)機(jī)是規(guī)格為2000lb的材試驗(yàn)機(jī)。Instron公司的材MacManuis說，非增強(qiáng)塑料的材測試很少使用框架容量規(guī)格超過2000lb的材設(shè)備。填充和增強(qiáng)塑料所用設(shè)備的材框架容量經(jīng)常是5000~程7000lb。但是對于由玻璃、炭黑或其他纖維的材連續(xù)復(fù)合材料，框架容量可能需要60000lb 。如果所購買的材設(shè)備容量超過了需要的材容量，不僅投入成本增加，而且還需要付出更多的材測試時間，因?yàn)樵O(shè)備越大運(yùn)行速度也就越慢。例如，250lb 的材設(shè)備運(yùn)行速度通常是40in./min, 而容量為5000lb的材框架運(yùn)行速度為20in./min 。

3 軟件的發(fā)展
軟件技術(shù)的材發(fā)展，提高了 UTM 設(shè)備的材測試速度并使設(shè)備的材操作變得更加簡便。測試數(shù)據(jù)的材讀取、試驗(yàn)的材整個過程、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(shè)計(jì)師評價不同材料的材性能、測定**裕度以及更好地模擬終端用戶的材應(yīng)用。
新的材軟件能自動操作試驗(yàn)、采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、記錄輸出、存儲數(shù)據(jù)并進(jìn)行修補(bǔ)。用戶可以輸入一定的材運(yùn)行載荷速度，系統(tǒng)就會自動調(diào)整十字頭的材運(yùn)行。新的材軟件還允許用戶通過位移傳感器獲得試驗(yàn)過程中真實(shí)的材應(yīng)變值，位移傳感器可以**測量十字頭的材位移情況。更換傳感器時，新軟件還可以使測力計(jì)自動識別并校準(zhǔn)。
新的材 PC 型 UTM 試驗(yàn)機(jī)的材軟件現(xiàn)在能執(zhí)行整個操作，因此成本也會因?yàn)槿∠藬?shù)字顯示器和一些電子元件而有所降低。去年， TiniusOlsen 公司推出了 PC 機(jī) T- 系列單立柱和門式的材 UTM 試驗(yàn)機(jī)，容量為 22250lb 。據(jù)估計(jì)， T- 系列試驗(yàn)機(jī)包括 PC 和數(shù)據(jù)采集的材測試導(dǎo)航軟件，比帶有數(shù)字控制面板的材工作臺上置的材 S- 系列價格要低 10% 。使用 S- 系列試驗(yàn)機(jī)時，用戶需重新編程才能改變試驗(yàn)程序。而 PC 驅(qū)動的材 T- 系列試驗(yàn)機(jī)，只需選擇程序選項(xiàng)就可以輕松完成這一過程。

4動態(tài)測試
與靜態(tài)測試所用的材電子UTM試驗(yàn)機(jī)不同，液壓伺服UTM試驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)動態(tài)測試以及疲勞試驗(yàn)。這樣必須反復(fù)施加應(yīng)力，進(jìn)行加載- 釋放的材循環(huán)。例如，疲勞裂紋增長試驗(yàn)，用戶期望了解待測材料經(jīng)過多少次循環(huán)會斷裂。
動態(tài)測試所需的材應(yīng)力比電子萬能試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中所需的材應(yīng)力要小。液壓伺服系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的材框架容量從100lb 到數(shù)噸不等，價格通常為電子力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的材2~程3倍?；居糜诮饘俨牧系牟钠谠囼?yàn)，但是在汽車塑料、航天塑料、生物醫(yī)藥塑料以及電子元件用塑料等方面的材應(yīng)用也越來越廣泛，因?yàn)檫@些領(lǐng)域里需要耐疲勞性好的材結(jié)構(gòu)部件。
過去的材兩年中，MTS公司已經(jīng)開發(fā)了兩種PC驅(qū)動電動伺服的材單立柱UTM試驗(yàn)機(jī)，據(jù)說性能優(yōu)異，能對材料和小型配件進(jìn)行低應(yīng)力的材動態(tài)和靜態(tài)測試。盡管價格不菲，但是這些設(shè)備比以前任何一款試驗(yàn)機(jī)都要適合于動態(tài)測試。電動伺服試驗(yàn)機(jī)與液壓伺服試驗(yàn)機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)在于避免了液壓油、泵和冷卻水的材使用。市場上**批電動伺服模型是低應(yīng)力的材專用設(shè)備。一種是MTSTytron250MicroForce ，50lb的材臥式框架設(shè)備，已經(jīng)用于薄包裝膜的材測試、生物醫(yī)藥管和縫合線的材測試以及微電子元件的材測試。另一種是MTSNanoBionix ，主要用于生物醫(yī)藥材料研究和產(chǎn)品開發(fā)。*大載荷僅為51g，循環(huán)速度為每秒2500次，適用于粘彈性材料的材準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)性能測試以及很小的材微電子元件的材性能測試。