概要： 簡述了塑料力學(xué)性能檢測（塑料材料拉力試驗(yàn)機(jī)）用材料試驗(yàn)機(jī)和功能附件的選型方法，以及,、拉力試驗(yàn)機(jī)的主要性能特點(diǎn),。
關(guān)鍵詞：塑料材料拉力試驗(yàn)機(jī)
隨著社會的進(jìn)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(jìn)行性能檢驗(yàn)是非常有必要的，其中力學(xué)性能檢驗(yàn)是zui重要的檢驗(yàn)之一,。
一,、塑料的特點(diǎn)
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(biāo)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(qiáng)度很大,，塑料薄膜強(qiáng)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(diǎn)
1、檢驗(yàn)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(biāo)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(biāo)的檢驗(yàn)，其中每一種性能檢驗(yàn)都包含了許多規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目,。
2,、涉及的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多
與金屬材料相比，塑料的力學(xué)性能檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)具有不同的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)外,，對于不同類型的塑料,，同一種力學(xué)性能的檢驗(yàn)亦有不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如：拉伸試驗(yàn)就有GB1040塑料拉伸試驗(yàn)方法,，GB 13022塑料薄膜拉伸試驗(yàn)方法，GB 8804.1,、GB 8804.2熱塑性管材拉伸性能試驗(yàn)方法,，GB/T6344軟質(zhì)泡沫聚合物材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定，GB1447玻璃纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法等眾多的標(biāo)準(zhǔn),。
3,、所需的試驗(yàn)設(shè)備
綜合目前試驗(yàn)機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)塑料常見力學(xué)性能的檢驗(yàn),，約需如下種類的材料試驗(yàn)機(jī)：①材料試驗(yàn)機(jī) ②擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī) ③落錘沖擊試驗(yàn)機(jī) ④扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) ⑤維卡軟化點(diǎn)溫度試驗(yàn)機(jī) ⑥熔體流動速率儀 ⑦管材耐壓爆破 ⑧高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱等,。
由于②-⑧類試驗(yàn)機(jī)的功能單一，目標(biāo)明確，基本不可擴(kuò)展使用,，選型都很簡單,，而①類試驗(yàn)機(jī)功能強(qiáng)大，種類繁多,，性能差異很大,，擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求,，因此下面就這一類材料試驗(yàn)機(jī)的性能特點(diǎn)做一個粗略的分析，以方便選型,。
4,、對試驗(yàn)機(jī)的基本要求
對于zui常用的材料試驗(yàn)機(jī)，塑料力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)方法要求的試驗(yàn)速度差別很大。如GB1447《玻璃纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》規(guī)定的速度低至2mm/min,，而GB13022《塑料薄膜拉伸試驗(yàn)方法》規(guī)定的試驗(yàn)速度高至500mm/min,。就目前我們所接觸到的實(shí)際情況比這還寬，zui低達(dá)到了0.01mm/min,，zui高達(dá)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(dá)百分之幾千，為了兼容多種材料的需求,，一般要求試驗(yàn)機(jī)的行程應(yīng)在800mm以上,。對于試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)的特點(diǎn)
常規(guī)電子材料試驗(yàn)機(jī)
該類試驗(yàn)機(jī)是當(dāng)今材料試驗(yàn)機(jī)的主流產(chǎn)品,，它以伺服電機(jī)作為動力源,，絲杠、絲母作為執(zhí)行元件,，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)移動橫梁的速度控制,，它操作簡單，對試驗(yàn)員的要求不高,，試驗(yàn)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(yàn)機(jī)為例,，其速度調(diào)整范圍可達(dá)0.001mm/min～1000mm/min，無級調(diào)速,，控制精度可達(dá)0.5%,，小噸位機(jī)型很容易實(shí)現(xiàn)。如做摩擦系數(shù)時,，滿值負(fù)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(shí)現(xiàn)一機(jī)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(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),，對試驗(yàn)機(jī)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(yàn)行程及試驗(yàn)機(jī)的噸位看,，該類機(jī)型都是塑料力學(xué)性能檢驗(yàn)的,。
三閉環(huán)電子材料試驗(yàn)機(jī)
該類試驗(yàn)機(jī)具有常規(guī)電子類試驗(yàn)機(jī)的速度范圍寬，試驗(yàn)行程大,，配置靈活的特點(diǎn),，又具有電液伺服類試驗(yàn)機(jī)力、位移,、變形控制的優(yōu)點(diǎn),。因而是性能較好的一種試驗(yàn)機(jī)，但由于做力控制與變形控制時機(jī)器穩(wěn)定性與主機(jī)的剛性,、試樣的剛性有密切的關(guān)系。一般塑料用試驗(yàn)機(jī)噸位較小,，因此主機(jī)剛性較低,，且試樣本身的剛性也不會太大，所以該類試驗(yàn)機(jī)很少有10KN以下的機(jī)型，而10KN以下機(jī)型卻是塑料類zui常用的,。前面說了該類機(jī)型的穩(wěn)定性與試樣有關(guān),，若試樣單一，試驗(yàn)方法也較為單一,，還可選用,，否則就需要隨時調(diào)整試驗(yàn)機(jī)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(yàn)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(yàn),。
簡易電拉
由于塑料拉伸強(qiáng)度是塑料力學(xué)性能檢驗(yàn)的一個非常重要的指標(biāo),，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(yàn)項(xiàng)目還較為單一，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)非常欠缺,，但價格很低廉的單一用途以電機(jī)作為動力源的拉伸試驗(yàn)機(jī)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(yàn)，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(yàn)機(jī)
該類試驗(yàn)機(jī)是目前性能比較好的一種試驗(yàn)機(jī)，由于它采用電液伺服控制技術(shù),，可實(shí)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(jìn)行蠕變試驗(yàn)場合使用較多,，但由于受油源流量的限制,，他的試驗(yàn)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(yùn)行,，該類試驗(yàn)機(jī)的行程較小，且操作復(fù)雜,，擴(kuò)展配置較為困難,，10KN以下機(jī)型很少，因此不太適合塑料橡膠類材料的試驗(yàn),。
手動液壓材料試驗(yàn)機(jī)
該類試驗(yàn)機(jī)是試驗(yàn)機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)及液壓加載原理決定了它的加載速度，試驗(yàn)行程較小,。目前該類試驗(yàn)機(jī)的zui小機(jī)型為50KN,，因此它的小載荷測量精度很低，擴(kuò)展配置能力很差,，一般只在進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件試驗(yàn)或簡單的材料性能試驗(yàn)時使用,，如連接部件的拔脫，鋼筋的拉伸強(qiáng)度等場合,。
四,、凱德塑料材料拉力試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)
對于目前常見的八類塑料力學(xué)性能試驗(yàn)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(yàn)機(jī)。因此下面就針對zui適應(yīng)塑料的常規(guī)電子試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)作一個簡單的介紹：
1,、主機(jī)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(jī)械傳遞系統(tǒng),，采用同步圓弧齒型帶減速機(jī)構(gòu),，高精度的滾珠絲杠作為力的傳遞環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了長壽命,、低噪音,、率的平穩(wěn)運(yùn)行,；
3）驅(qū)動系統(tǒng)，采用日本松下交流伺服電機(jī)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(hù)防爆的特點(diǎn),；
4）極其靈活的外圍配置，除主傳感器以外,，還可擴(kuò)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(yàn)需求,。
2,、控制器方面
1）完善的操作控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自主操作控制完成試驗(yàn),，也可與計算機(jī)配套操作,，增強(qiáng)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(dá)0.001mm/min～2000mm/min（高速與主機(jī)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(dá)0.2%～100%，zui小分辨率35萬分之一,，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用,；
4）模擬放大器采用多通道方案，為擴(kuò)展配置提供了先決條件,；
5） 方便,、實(shí)用功能強(qiáng)大的可移動操作盒，不但能實(shí)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(diǎn)動方式間自由切換。當(dāng)與計算機(jī)聯(lián)機(jī)使用時,，可直接啟動計算機(jī)完成試驗(yàn),。
3,、應(yīng)用軟件
1）簡單明了的操作界面，無論操作員計算機(jī)水平如何,，都可很方便的使用,；
2）試驗(yàn)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(yàn)要求,，如定義彈性區(qū)間，定義壓縮比,，定義試驗(yàn)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(yàn)報告具有用戶自編輯功能；
7）曲線的任意縮放,、讀點(diǎn)功能,；
8）zui值得一提的是配合操作盒可實(shí)現(xiàn)一鍵式試驗(yàn)功能，*的降低了試驗(yàn)人員的勞動強(qiáng)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(jī)技術(shù),，及液晶顯示技術(shù)使得瑞格爾電子材料試驗(yàn)機(jī)無論單獨(dú)使用還是與計算機(jī)配套使用,，都具有強(qiáng)大性能參數(shù)處理能力。當(dāng)與計算機(jī)配套使用時,，可實(shí)現(xiàn)幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)要求的參數(shù)處理能力,。對于特定的用戶，通過編制試驗(yàn)軟件,，還可實(shí)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(yàn)、高速拉伸,、高速壓縮,、高低溫松弛、高低溫蠕變等的試驗(yàn)要求,。即使不配計算機(jī),，單獨(dú)使用自身的控制器亦具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,，如求取zui大力、強(qiáng)度極限,、屈服力,、屈服強(qiáng)度、非比例變形應(yīng)力,、斷裂力,、斷裂強(qiáng)度、斷裂變形,、1～5點(diǎn)的定載荷變形、1～5點(diǎn)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(yàn)曲線,，進(jìn)行性能的趨勢分析等，在國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品中是不可多見的,。
五,、試驗(yàn)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)配置,，但就一個特定的試驗(yàn)機(jī)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(jī)噸位選擇
1）如果試驗(yàn)材料全部為薄膜，則可選5KN以下機(jī)型,；
2）如果試驗(yàn)材料為板材,、棒材，一般可選20KN以下機(jī)型,；
3）如果試驗(yàn)材料為玻璃鋼等高強(qiáng)度材料,，一般可選50KN或100KN機(jī)型；
4）如果以上各種材料都有,，建議選用50KN或100KN機(jī)型,，并增配一到兩只小噸位傳感器即可滿足試驗(yàn)要求。
2,、夾具
夾具是電子材料試驗(yàn)機(jī)的一個非常重要的部分,，各種不同類型的試驗(yàn)都是通過它來實(shí)現(xiàn)的，它的性能的好壞直接決定了試驗(yàn)的結(jié)果的優(yōu)劣,。一般每個試驗(yàn)機(jī)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(yàn)的有：⑴穿孔法塑料剪切夾具 ⑵表面結(jié)合強(qiáng)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(diǎn)。如果自己不能確定可將各種試樣提交廠家,，由其試驗(yàn)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(xiàng)目,，它與許多非常重要的指標(biāo)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(yàn)機(jī)有三種手段測量變形：位移,、引伸計,、大變形，它們各有特點(diǎn),，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(yàn)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(yàn)機(jī),。
6、高強(qiáng)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(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)廠家無法同時處理這三種參數(shù)。
五,、參考資料
1,、塑料標(biāo)準(zhǔn)大全 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社
2、纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)匯編 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社
3,、建筑用塑料制品標(biāo)準(zhǔn)匯編 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社
