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塑料厂商如何选择测试机器 |
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通用测试机器在受控的速度下对塑料样板进行伸展、弯曲、压缩或拖拉，直至它们断裂。它们是在塑料配混厂家实验室中最为普通的仪器。这些厂家在混料开发过程中利用通用测试机器，以确定材料对于某一工艺和终端用途的适用性。通用测试机器也有手持式的用于生产质量控制，以确保批次之间连贯性。
通用测试机器今天也越来越经常地出现在塑料注塑和挤出业者的实验室中。一个原因是它们被越来越多地应用于前沿产品与工艺开发。另一个原因是它们对进料和成品的质量控制进行更为严格的监测。
许多OEM厂家，特别是那些医疗装置或汽车领域的，需要塑料加工商在生产运转结束时自行进行测试。内部测试的另一个原因是改善工艺控制，这能降低废品率和实现真正的回报。
形形色色的测试
通用测试机器由一根或两根垂直的承载柱所组成，它安装在一个固定水平基板上，顶部是一个活动的水平横梁。在当今的通用测试机器中，支柱通常是由滚丝驱动，来确定活动横梁的位置。
通用测试机器的规格由框架的最大负载和承载单元的最大负载结合起来进行表示。负载单元安装在电机驱动或油压驱动的移动横梁上。与夹具相连的承载单元测量力，可以从数字显示或电脑上读数。许多通用测试机器具有可互换的负载单元，从而感应器能与待测试材料匹配上。
为了诱发塑料的应变，通用测试机器在样板上施加了力。拉伸、弯曲、压缩或剪切方面的特殊测试按照样板中诱发应变的方向和施力的速度而被分类。由标准的机电式通用测试机器来完成静电测试。它们通常要在0.001in./min至20in./min的速度范围中加载。破裂成长和疲劳等动态或循环测试一般是于长的时段内，在载荷较低的伺服油压通用测试机器之上完成的。
早期的通用测试机器有电子元件和图表记录器。它们现在已经被数字控制器和PC软件所代替。新型控制器自动地运行测试，并显示出数据，有时甚至测试也正在继续。在图表记录器的过去岁月中，甚至是在电脑之前的初期数字时代里，用户由测试所获得的所有东西是Y轴代表力、X轴代表形变的载荷/形变曲线。这些曲线需要计算和注释。最新系统仍然提供这些曲线，但它们也对屈服与衰竭强度和模量等所需数据进行计算。
由通用测试机器完成、针对塑料的测试至今最普通的是拉伸强度与模量、弯曲强度与模量。对于ASTM D638和ISO 527规定的拉伸测试，试样的两端被夹住。一个夹具固定，另一个在横梁中，从固定夹具处移开，拉住试样，直至其断裂，随后横梁会自动停下来。
把试样放在测试机固定底座上的两个支撑上，进行弯曲测试(ASTM D790、D6272和ISO178)。为了这个测试，横梁的运动方向与拉伸测试的相反，推着而不是拖着试样的非有支撑的中央，直至其弯曲并有可能断裂。因为很多热塑性塑料在这个测试中不会断裂，所以有可能算不出最终的弯曲强度。相反，标准测试方法需要计算应变达5%f时的弯曲应力。
尽管按照ASTM D1621和ISO844，通用测试机器在测试硬质塑料泡沫时起着重要的作用，但它们不怎么常用于压缩测试。通用测试机器也可被用于瓶具等任何类型成型产品的碾压测试。
据通用测试机器供应商介绍，塑料很少要做剪切测试。把试样放在象冲床的剪切装置中，就可获得剪切强度。在0.005in./min的速度下，冲压装置被下推，直至试样的移动部分清除了固定部分。剪切强度对于膜和片材产品是重要的，它们会发生这种类型负荷引起的断裂，但是在设计其它挤出和成型产品时它又很少是考虑因素。根据ASTM D732，在这个测试中要用到0.005-0.500in.厚的塑料片或注塑碟。
试样如果保持在机器底部是重要的，因为不同类型的测试需要不同的夹具。有着几百种具有不同机械式样的夹具。它们的价钱有几百美元的，也有油压操作的夹具贵至4000-5000美元。
对于塑料的拉伸测试，最常见的夹具是楔入式的自紧类型。当负荷提高时，它就自紧。对于弯曲测试，最常见的是三点弯曲装置。碟形压板被用于压缩测试。对于剪切测试，一般由使用者自制夹具，或者由通用测试机器供应商来定制。
机电式通用测试机器
常用机电式装置的负载能力从100到135,000磅。规格越大，成本就越高。无论是单支柱还是双支柱，测试塑料最常用的机器是立式台顶装置。相同原理适用于卧式机器，它们主要被转用至利用机械手连续处理试样的自动化工艺中。立式机器占地较少，也较易于操作。
电脑控制的较新型通用测试机器比以前的系统更为复杂，成本也更低。
单支柱通用测试机器有着较低的受力程度和较低的成本。它们负载能力为1000磅。双支柱通用测试机器的机架负载能力可达1000至135000磅。负载单元也为一定最大的力而被分级，这个力应当适合于通用测试机器机架和试样。例如，放在1000磅机架的100磅负载单元能进行应力达100磅的测试。负载单元的能力不应当超出试样估计的断裂负载太多，否则会破坏测量准确度。
许多塑料用户能很好使用负载能力达5000磅、具有一套三个的负载单元的单支柱或双支柱装置。塑料测试中被最为普遍使用的机器是机架负载能力在2000至5000磅的。非增强型塑料的测试很少用到超过2000磅的机架负载能力。对于填充和增强型塑料，经常需要机架负载能力为5000至7000磅的机器。但是对于含有玻璃、碳黑或其它纤维的复合物，可能需要负载能力达60000磅的机架。
如果您想购买一台负载能力远远超出你需要的机器，你将不仅要付出更多的现金，而且你还要在测试时间方面有所支出。较大型的装置运行得较慢。例如，机架负载能力为250磅的机器通常以40in./min的速度运转，而5000磅的机器以20in./min的速度运转。
单支柱还是双支柱？
你一般需要多少的最大负载根据你所测试的材料之类型而定，并且是在决定选择单支柱机还是双支柱的时候要考虑的重要问题之一。还要考虑是否需要一个在受控温度下测试用得上的环境分隔间。双支柱装置较高，能让较大的试样和较大的加热柜被插入到支柱之间。如果你将对泡沫进行任何的压缩测试，因为试样往往很大，一般需要双支柱装置。
双支柱机器生来也是较为硬实。所以在测试过程中较少偏斜。最后就是成本上的差别。单支柱通用测试机器价格可能只是7000至10000美元，而双支柱的款式通常价格范围在13500至30000美元之间。这些价格只是机器的。而负载单元的价格可能从1500 至5000美元不等。数据获取与分析软件可能价值2500美元，这不包括电脑。夹具又是另外一笔分开的成本，安装与培训也是如此。如果你需要加热腔，它一般售价在8000至20000美元之间。
软件上的进展
通用测试机器在机电方面的设计相对成熟。新进展是在控制软件上的。先进的电脑软件提供了更高的生产力和精确度，并较容易被使用。这些软件增多了一定程度的可重复性，这是以前不曾有的。
与其只是依赖于在断裂点的读数，设计师与质管经理们现在可以经过测试来发现发生了什么。在断裂前材料是否伸长了或者变形了？它的变形是否与应力成比例？答案能有助于他们评估材料、确定安全裕度和更好地模拟终端使用。
测试器、负载单元和联网的电脑装在一个箱子里，带有平板触屏显示器。
新软件使测试、数据收集、分析、报告输出、数据储存和恢复都能自动完成。使用者能让机器在一定负载速率下运行，系统将自动调节横梁的速度。新软件也令使用者能通过位置感应器获得测试过程中张力的真实值，感应器精确测量出横梁已经移动的距离。试样长度变化除以其原始长度就得出了自动应变结果。
新软件也能实现更换感应器时负载单元的自动核对与校准。它“阅读”负载单元上的电子件，并建立起参数，不再需要以前由操作者完成的机械式修正。
数据采集较快的较新软件能更为精确地获取负载峰值，并在较高速下或负载波动时更为详细地检查拉力/应变曲线。典型的数据采集速度约为50Hz,(每秒钟读数50次)，尽管取样速度可以达到5kHz。
最新电脑驱动的通用测试机器比那些已经用了10多年的带数字控制板的机器更为便宜。电脑新款式有着较简单的控制，经常不用具有图表式读取的数字显示器。基于电脑的通用测试机器现在驱动着整个操作，因不用数字显示器和一些电子元件，从而能把成本弄下来。
承受得起的动态测试
不同于进行静态测试的机电式通用测试机器，伺服油压通用测试机器进行的是动态或疲劳测试。这些测试必需要在一个负载和释放的循环动作中不断地施力。例如，在疲劳破裂发展测试中，使用者期望确定出材料断裂要花上多少循环。在机电式机器上进行的动态测试所需力要比静态测试小。
伺服油压机器的负载能力由100磅直到上吨级，一般售价是机电式通用测试机器的两至三倍。它们主要被用于金属的疲劳测试，但也越来越多地应用于测试汽车、航空、生化和电子行业用塑料，在这些领域，塑料已经在承受疲劳的结构性部件中取代了金属。
电脑驱动的伺服电动通用测试机器据称具有在材料和小部件上进行一系列低应力动态与静态测试的独特能力。这些装置虽然价格不菲，但比起过去已经是更让人花费得起了。伺服电驱动与伺服油压驱动相比的优点是避免使用液压油、泵浦和水冷却。(end)
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(7/26/2005) |
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