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技術(shù)文章
如何較好的選購實用拉力試驗機
點擊次數(shù)：2595 發(fā)布時間：2011-11-1
關(guān)于軟包裝實驗室整體建設方案中電子拉力試驗機的選購，協(xié)強儀器提醒客戶應根據(jù)所使用薄膜的需要，綜合考慮性能,、規(guī)格，從以下幾方面進行比較：
一,、首先應考慮需要測試材料拉力范圍,。
拉力范圍的不同，決定了所使用傳感器的不同,，也就決定了材料試驗機的結(jié)構(gòu),，但此項對價格的影響不大（門式除外）。對于一般軟包裝生產(chǎn)廠家,，拉力范圍在200牛頓的了就已經(jīng)足夠,。因此也決定了采用單臂式的就可以了。
與單臂式相對應結(jié)構(gòu)的是門式結(jié)構(gòu),，它是適應比較大的拉力,，如一噸或以上。所以軟包裝廠家基本用不著,。
二,、 試驗行程的問題。
根據(jù)軟包裝薄膜的需要測試的性能和要求,，行程在500－600mm就可以,。材料伸長率超過1000%的可以選用行程1000或是1200mm。
三,、 標準配置問題,。
智能化的三種基本配置：主機、微電腦,、還有打印機,，如果微電腦功能強可以直接打印。另外也可配備普通電腦,。有了電腦,，就可以進行復雜的數(shù)據(jù)分析，如數(shù)據(jù)編輯,，局部放大,，可調(diào)整報告形式，進行成組式樣的統(tǒng)計分析,。
如配用電腦,，廠家應給配備相應軟件控制系統(tǒng)。
四,、輸出結(jié)果,。
試驗結(jié)果輸出結(jié)果可任意設置：zui大力值、伸長率，抗拉強度,、定力伸長,、定伸長力值、屈服強度,，彈性模量,、zui大試驗力8項。這可以說是微電腦操作時,，輸出的zui全面的結(jié)果,。國外一些廠家的產(chǎn)品，一般可以輸出這8項,。國內(nèi)有的廠家可以輸出5-6項,，有的廠家就只能輸出zui大力值，平均值,，zui小值三項,。
五、在可做實驗項目上,。
軟包裝要求拉力機一機多用,，即在配備不同夾具的基礎上，可做拉伸,、壓縮,、彎曲、撕裂,、剪切,、180度剝離、90度剝離試驗,。
市面上有一些拉力機除以上項目外，因其傳感器精度高（有的達到十萬分之三以內(nèi)）還開發(fā)出了可以測試摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)測試儀,。如日本島津,、北京蘭德梅克等公司。
六,、產(chǎn)品機械主要配置：
傳動,，有絲杠傳動和齒條傳動，前者昂貴,，用于高精度,，測試重復性高；后者便宜,，用于低精度,，測試重復性低。
絲杠，對拉力精度測量具有決定作用,。一般的有滾珠絲杠,，梯形絲杠，一般絲杠,。其中,，滾珠絲杠的度zui高，但是其性能的發(fā)揮要靠電腦伺服系統(tǒng)操作才能發(fā)揮,，整套價格也比較昂貴,。采用一般絲杠和梯形絲杠就可以達到軟包裝所要求的精度，即0.5－1%精度,。
傳動,，有齒輪傳動和鏈條傳動，前者昂貴,，用于高精度,；后者便宜，用于低精度,。
傳感器,，主要成本在于壽命，光電感應是其中比較先進的技術(shù),，一般可用十萬次以上,，進口和國內(nèi)部分合資廠家可以達到。
七,、試驗速度,。
國家標準規(guī)定試驗速度為200mm/min, 市面設備有的在10~500 mm/min，有的在0.01~500mm/min,，前者一般使用普通調(diào)速系統(tǒng),，成本較低，粗糙影響精度,；后者使用伺服系統(tǒng),，價格昂貴，精度高,，對于軟包裝企業(yè),，選用伺服系統(tǒng)，調(diào)速范圍1~500mm/min的就足夠了,，這樣既不影響精度,，價格又在合理范圍之內(nèi)。
八,、測量精度,。
精度問題,，包括測力精度，速度精度,，變形精度,，位移精度。這些精度值zui高都可達到正負0.5,。但對于一般廠家,，達到1%精度就足夠了。另外,，力值分辨率幾乎都能達到十萬分之一,。
以上基本配置在三萬元左右。
目前市場上用于檢測材料拉伸性能的拉力試驗機很多,，但是并非所有的試驗機都適合軟包裝材料的拉伸試驗,，本文結(jié)合我國材料檢測標準，分析了選擇軟包材檢測的拉力機時應尤其關(guān)注的指標,。
塑料和橡膠的拉伸性能是其力學性能中zui重要,、zui基本的性能之一，它在很大程度上決定了該種塑料和橡膠的使用場合,。拉伸性能的好壞,，可以通過拉伸試驗來檢測。
1,、高分子聚合物的拉伸性能
作為材料使用時要求高分子聚合物具有必要的力學性能,。可以說,，對于高分子聚合物的大部分應用而言,，力學性能比其他物理性能顯得更為重要。
高分子聚合物具有所有已知材料中可變性范圍zui寬的力學性質(zhì),，這是由于高聚物由長鏈分子組成,，分子運動具有明顯的松弛特性的緣故。如高聚物材料具有相當高的伸長率,，一般PE的斷裂伸長率在90％～950％（其中線性低密度聚乙烯LLDPE的伸長率較高）,，通過特殊的制作工藝，部分材料的伸長率可在1000％之上,，而普通高聚物材料的斷裂伸長率也多在50％～100％之間。通常對材料的拉伸性能要求較高的有熱收縮膜以及拉伸膜等,。
2,、拉伸試驗
拉伸試驗（應力－應變試驗）一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個間隔一定距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣,，測定試樣上的應力變化,，直到試樣破壞為止。
拉伸試驗是研究材料力學強度zui廣泛使用的方法之一，需要使用恒速運動的拉力試驗機,。按載荷測定方式的不同,，拉力試驗機大體可以分為擺錘式拉力試驗機和電子拉力試驗機兩類，目前使用較多的是電子拉力試驗機,。
3,、電子拉力試驗機選擇指標
由于軟包裝材料主要是高分子聚合物或它的相關(guān)材料，如前所述高聚物材料的伸長率遠遠優(yōu)于金屬,、纖維,、木材、板材等材料,，因此檢測高分子聚合物的拉力機就與通常的材料拉伸性能檢測拉力機有一定的差別,，尤其需要注意的是電子拉力機的有效行程以及試樣夾具兩方面。
3.1 有效行程
在進行拉伸試驗時,，所用試樣的尺寸雖然小,，但材料的伸長率普遍比較高，因此用于檢測軟包裝材料的拉伸性能需要配備行程較大的拉力機,，否則夾具運行可能會超過行程的使用極限,、造成設備的損壞。
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》中給出的斷裂伸長率或屈服伸長率（εt,，單位是％）的計算公式,，
εt=[（L-L0）*100]/ L0
式中：εt是斷裂伸長率或是屈服伸長率；
L是試樣斷裂時或屈服時標線間的距離,；
L0是標線間的距離,。
需要注意的是在伸長率的計算中，我們僅采集試樣上兩條標線間的伸長量,。標線是通過打印或手工的方式畫在制取完成的試樣上的（標線的添加應對試樣不產(chǎn)生任何影響）,，而標線間的距離是多少呢？不同的標準給出的這一距離大多存在一定的差異,，而同一標準中也是往往針對不同的材料給出不同的試樣尺寸,，因此標線之間的距離也是不同的，不過這樣有利于檢測伸長率非常大或非常小的材料并得到的試驗結(jié)果,。對于塑料薄膜,，標線之間的距離通常是在25～50mm之間。
由于試樣在拉伸試驗中變形伸長不僅僅是在標線之內(nèi),，凡是在兩夾具之間的試樣都會得到不同程度的拉伸變形,。標準中與標線距離相對應的夾具間的初始距離在80～115mm以內(nèi)，如果兩夾具間的試樣都能保持同樣的伸長率并假設為500％,，則拉力機的有效行程需在480～690mm才能保證試驗的正常進行,。
筆者對目前市場上出售的電子拉力機的有效行程進行了隨機調(diào)查,，在所調(diào)查的國內(nèi)外幾個品牌的72臺拉力機中，行程范圍分布在400mm以下的設備,，占13.9％,；行程在400～700mm的設備，占71.9％,；行程在701～1000mm的設備,，占10.8％；行程在1000mm以上的設備,，僅占3.4％,。然而在這次統(tǒng)計的電子拉力機中，大行程的設備并非全部用于軟包裝材料的檢測,，部分是用于人造木板,、帆布、窗簾,、銅材等材料的拉伸試驗中,。
3.2 試樣夾具
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》中對夾具的描述為：“試驗機應備有適當?shù)膴A具，該夾具不應引起試樣在夾具處斷裂,，施加任何負荷時,，試驗機上的夾具應能立即對準成一條線，以使試樣的長軸與通過夾具中心線的拉伸方向重合,。……將試樣置于試驗機的兩夾具中,，使試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合,，并且要松緊適宜,，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內(nèi)。夾具內(nèi)應襯橡膠之類的彈性材料,。”由于高聚物材料力學性能的特殊性以及軟包裝材料特殊的使用方式使軟包材檢測的試樣厚度非常薄,，一般的夾具無法滿足要求，使用不當會引起試樣在夾具處斷裂致使試驗失敗,。
拉力范圍的不同，決定了所使用傳感器的不同,，也就決定了材料試驗機的結(jié)構(gòu),，但此項對價格的影響不大（門式除外）。對于一般軟包裝生產(chǎn)廠家,，拉力范圍在200牛頓的了就已經(jīng)足夠,。因此也決定了采用單臂式的就可以了。
與單臂式相對應結(jié)構(gòu)的是門式結(jié)構(gòu),，它是適應比較大的拉力,，如一噸或以上。所以軟包裝廠家基本用不著,。
二,、 試驗行程的問題。
根據(jù)軟包裝薄膜的需要測試的性能和要求,，行程在500－600mm就可以,。材料伸長率超過1000%的可以選用行程1000或是1200mm。
三,、 標準配置問題,。
智能化的三種基本配置：主機、微電腦,、還有打印機,，如果微電腦功能強可以直接打印。另外也可配備普通電腦,。有了電腦,，就可以進行復雜的數(shù)據(jù)分析，如數(shù)據(jù)編輯,，局部放大,，可調(diào)整報告形式，進行成組式樣的統(tǒng)計分析,。
如配用電腦,，廠家應給配備相應軟件控制系統(tǒng)。
四,、輸出結(jié)果,。
試驗結(jié)果輸出結(jié)果可任意設置：zui大力值、伸長率，抗拉強度,、定力伸長,、定伸長力值、屈服強度,，彈性模量,、zui大試驗力8項。這可以說是微電腦操作時,，輸出的zui全面的結(jié)果,。國外一些廠家的產(chǎn)品，一般可以輸出這8項,。國內(nèi)有的廠家可以輸出5-6項,，有的廠家就只能輸出zui大力值，平均值,，zui小值三項,。
五、在可做實驗項目上,。
軟包裝要求拉力機一機多用,，即在配備不同夾具的基礎上，可做拉伸,、壓縮,、彎曲、撕裂,、剪切,、180度剝離、90度剝離試驗,。
市面上有一些拉力機除以上項目外，因其傳感器精度高（有的達到十萬分之三以內(nèi)）還開發(fā)出了可以測試摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)測試儀,。如日本島津,、北京蘭德梅克等公司。
六,、產(chǎn)品機械主要配置：
傳動,，有絲杠傳動和齒條傳動，前者昂貴,，用于高精度,，測試重復性高；后者便宜,，用于低精度,，測試重復性低。
絲杠，對拉力精度測量具有決定作用,。一般的有滾珠絲杠,，梯形絲杠，一般絲杠,。其中,，滾珠絲杠的度zui高，但是其性能的發(fā)揮要靠電腦伺服系統(tǒng)操作才能發(fā)揮,，整套價格也比較昂貴,。采用一般絲杠和梯形絲杠就可以達到軟包裝所要求的精度，即0.5－1%精度,。
傳動,，有齒輪傳動和鏈條傳動，前者昂貴,，用于高精度,；后者便宜，用于低精度,。
傳感器,，主要成本在于壽命，光電感應是其中比較先進的技術(shù),，一般可用十萬次以上,，進口和國內(nèi)部分合資廠家可以達到。
七,、試驗速度,。
國家標準規(guī)定試驗速度為200mm/min, 市面設備有的在10~500 mm/min，有的在0.01~500mm/min,，前者一般使用普通調(diào)速系統(tǒng),，成本較低，粗糙影響精度,；后者使用伺服系統(tǒng),，價格昂貴，精度高,，對于軟包裝企業(yè),，選用伺服系統(tǒng)，調(diào)速范圍1~500mm/min的就足夠了,，這樣既不影響精度,，價格又在合理范圍之內(nèi)。
八,、測量精度,。
精度問題,，包括測力精度，速度精度,，變形精度,，位移精度。這些精度值zui高都可達到正負0.5,。但對于一般廠家,，達到1%精度就足夠了。另外,，力值分辨率幾乎都能達到十萬分之一,。
以上基本配置在三萬元左右。
目前市場上用于檢測材料拉伸性能的拉力試驗機很多,，但是并非所有的試驗機都適合軟包裝材料的拉伸試驗,，本文結(jié)合我國材料檢測標準，分析了選擇軟包材檢測的拉力機時應尤其關(guān)注的指標,。
塑料和橡膠的拉伸性能是其力學性能中zui重要,、zui基本的性能之一，它在很大程度上決定了該種塑料和橡膠的使用場合,。拉伸性能的好壞,，可以通過拉伸試驗來檢測。
1,、高分子聚合物的拉伸性能
作為材料使用時要求高分子聚合物具有必要的力學性能,。可以說,，對于高分子聚合物的大部分應用而言,，力學性能比其他物理性能顯得更為重要。
高分子聚合物具有所有已知材料中可變性范圍zui寬的力學性質(zhì),，這是由于高聚物由長鏈分子組成,，分子運動具有明顯的松弛特性的緣故。如高聚物材料具有相當高的伸長率,，一般PE的斷裂伸長率在90％～950％（其中線性低密度聚乙烯LLDPE的伸長率較高）,，通過特殊的制作工藝，部分材料的伸長率可在1000％之上,，而普通高聚物材料的斷裂伸長率也多在50％～100％之間。通常對材料的拉伸性能要求較高的有熱收縮膜以及拉伸膜等,。
2,、拉伸試驗
拉伸試驗（應力－應變試驗）一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個間隔一定距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣,，測定試樣上的應力變化,，直到試樣破壞為止。
拉伸試驗是研究材料力學強度zui廣泛使用的方法之一，需要使用恒速運動的拉力試驗機,。按載荷測定方式的不同,，拉力試驗機大體可以分為擺錘式拉力試驗機和電子拉力試驗機兩類，目前使用較多的是電子拉力試驗機,。
3,、電子拉力試驗機選擇指標
由于軟包裝材料主要是高分子聚合物或它的相關(guān)材料，如前所述高聚物材料的伸長率遠遠優(yōu)于金屬,、纖維,、木材、板材等材料,，因此檢測高分子聚合物的拉力機就與通常的材料拉伸性能檢測拉力機有一定的差別,，尤其需要注意的是電子拉力機的有效行程以及試樣夾具兩方面。
3.1 有效行程
在進行拉伸試驗時,，所用試樣的尺寸雖然小,，但材料的伸長率普遍比較高，因此用于檢測軟包裝材料的拉伸性能需要配備行程較大的拉力機,，否則夾具運行可能會超過行程的使用極限,、造成設備的損壞。
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》中給出的斷裂伸長率或屈服伸長率（εt,，單位是％）的計算公式,，
εt=[（L-L0）*100]/ L0
式中：εt是斷裂伸長率或是屈服伸長率；
L是試樣斷裂時或屈服時標線間的距離,；
L0是標線間的距離,。
需要注意的是在伸長率的計算中，我們僅采集試樣上兩條標線間的伸長量,。標線是通過打印或手工的方式畫在制取完成的試樣上的（標線的添加應對試樣不產(chǎn)生任何影響）,，而標線間的距離是多少呢？不同的標準給出的這一距離大多存在一定的差異,，而同一標準中也是往往針對不同的材料給出不同的試樣尺寸,，因此標線之間的距離也是不同的，不過這樣有利于檢測伸長率非常大或非常小的材料并得到的試驗結(jié)果,。對于塑料薄膜,，標線之間的距離通常是在25～50mm之間。
由于試樣在拉伸試驗中變形伸長不僅僅是在標線之內(nèi),，凡是在兩夾具之間的試樣都會得到不同程度的拉伸變形,。標準中與標線距離相對應的夾具間的初始距離在80～115mm以內(nèi)，如果兩夾具間的試樣都能保持同樣的伸長率并假設為500％,，則拉力機的有效行程需在480～690mm才能保證試驗的正常進行,。
筆者對目前市場上出售的電子拉力機的有效行程進行了隨機調(diào)查,，在所調(diào)查的國內(nèi)外幾個品牌的72臺拉力機中，行程范圍分布在400mm以下的設備,，占13.9％,；行程在400～700mm的設備，占71.9％,；行程在701～1000mm的設備,，占10.8％；行程在1000mm以上的設備,，僅占3.4％,。然而在這次統(tǒng)計的電子拉力機中，大行程的設備并非全部用于軟包裝材料的檢測,，部分是用于人造木板,、帆布、窗簾,、銅材等材料的拉伸試驗中,。
3.2 試樣夾具
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》中對夾具的描述為：“試驗機應備有適當?shù)膴A具，該夾具不應引起試樣在夾具處斷裂,，施加任何負荷時,，試驗機上的夾具應能立即對準成一條線，以使試樣的長軸與通過夾具中心線的拉伸方向重合,。……將試樣置于試驗機的兩夾具中,，使試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合,，并且要松緊適宜,，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內(nèi)。夾具內(nèi)應襯橡膠之類的彈性材料,。”由于高聚物材料力學性能的特殊性以及軟包裝材料特殊的使用方式使軟包材檢測的試樣厚度非常薄,，一般的夾具無法滿足要求，使用不當會引起試樣在夾具處斷裂致使試驗失敗,。