如今越來越多的塑料加工企業(yè)都在購買萬能試驗機，利用它來進行拉伸、彎曲、壓縮和剪切試驗，以對材料進行性能評價、應用開發(fā)研究以及質(zhì)量控制。發(fā)達的電子學改進了這些設備的性能，使之更加易于操作，價格也越來越低。
萬能試驗機通過不同速度級別的調(diào)節(jié)，對塑料材料樣條進行拉伸、彎曲、壓縮或牽引，這是塑料混配實驗室中較普通的設備。在混配料的制備過程中，利用UTM測試材料能夠判斷材料是否適用于某些特定的加工應用或終端應用。還可以用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量各個批次之間的一致性。
現(xiàn)在還越來越多的出現(xiàn)在塑料模塑和擠塑實驗室中。一方面是因為它們越來越多的參與到新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)過程。另外一方面是因為它們在原材料以及成品質(zhì)量控制上的精確性。在一些社會責任感很強的領(lǐng)域，如醫(yī)用器械或汽車行業(yè)，需要塑料加工設備對他們的產(chǎn)品進行試驗，也需要UTM的發(fā)揮更大的作用。同時，內(nèi)部試驗可以提高工藝控制的質(zhì)量，減少廢料率，從而也實現(xiàn)了真正的收益。
一、不同的試驗
試驗機包括一個或多個垂直承載的立柱，立柱上安裝一個固定的水平基座，頂部還有一個可移動的水平十字頭（十字橫梁）。現(xiàn)在的UTM試驗機，立柱上通常還有滾珠絲杠用以固定可移動的十字頭。萬能試驗機大小用框架的較大承載水平和測量載荷/拉力的測力計來共同表征。測力計附在依靠電動馬達或液壓裝置驅(qū)動的可移動的十字頭上。帶夾具的系列測力計測量力的大小，可以通過數(shù)字顯示器或PC機顯示結(jié)果。很多萬能試驗機具有可互換的測力計，因此可以與所測試的不同材料匹配。靜態(tài)試驗利用標準的電子萬能試驗機來進行，通常加載速度范圍為0.001~20 in./min（1in.=2.54cm）。動態(tài)試驗或循環(huán)試驗如裂紋增長和疲勞試驗通常利用液壓伺服系統(tǒng)UTM試驗機來進行，時間較長，載荷較低。
早期的萬能試驗機具有類似的電子元器件和記錄儀。現(xiàn)在已經(jīng)被數(shù)控設備和PC軟件代替。新的自動控制設備可以運行試驗，還能顯示數(shù)據(jù)，有時甚至是邊運行邊記錄。以前的記錄儀，包括PC軟件之前的數(shù)字顯示時代，用戶得到的測試信息都是載荷/變形曲線，Y軸表示應力，X軸表示形變。這些曲線還需要對其進行計算和解釋。較新的系統(tǒng)仍然能提供這些曲線，但是同時還能對數(shù)據(jù)進行計算，如屈服強度、破壞強度和模量等數(shù)據(jù)。
目前，利用萬能試驗機所測試的較常見的項目是拉伸強度和拉伸模量、彎曲強度和模量。按照638和ISO 527進行拉伸試驗時，樣條的兩端都有夾具夾緊，一個夾具是靜止的，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。彎曲試驗時（ASTM D790 、D6272以及ISO178），樣條被放在試驗機固定機床的兩個支座上。這個試驗中，十字頭移動的方向與拉伸試驗中移動方向相反，向一個沒有支撐的中心推動而不是牽引樣條，直至樣條彎曲甚至斷裂。因為多數(shù)熱塑性塑料材料不會在這個試驗中斷裂，所以不可能計算斷裂彎曲強度。因而，標準的試驗方法要求計算應變?yōu)?%時的彎曲應力。
壓縮試驗一般很少應用萬能試驗機，盡管這在ASTM D1621和 ISO 844標準中對剛性塑料泡沫而言是一項主要的試驗。萬能試驗機還能用于任何形狀的注塑產(chǎn)品如瓶子的壓碎試驗，在一定高度將樣品摔碎或使其變形所需的應力值即壓縮強度值。
據(jù)供應商統(tǒng)計，對于塑料材料而言，剪切試驗更不多見。剪切強度值是將樣品放在沖床型的剪切裝置里測得的。沖擊速度為0.005in./min，直至樣品的可移動部分完全將固定部分露出來。剪切強度值為應力/剪切面積的值。這在薄膜材料和片材產(chǎn)品中很重要，因為這種類型的破壞容易出現(xiàn)在這類產(chǎn)品中，但是這并不是其他擠出和注塑產(chǎn)品設計時考慮較多的因素。按照ASTM D732（沒有等同的 ISO 標準）標準進行試驗時，常用的試樣是塑料片材或0.005~0.500in.厚的注塑碟片。
二、電子機械式試驗機
常用的電子UTM試驗機的容量為100～135000 lb。尺寸越大，成本越高。一般來說，立式設備的體積更小也更易于操作，并且還能借助于樣品自身的重力，使棘手的樣品如薄膜也能同較重的注塑部件一樣易于操控。單立柱萬能試驗機的力程較低，價格也較低，結(jié)構(gòu)容量一般為1000 lb。門式的UTM試驗機的結(jié)構(gòu)容量可達1000~135000 lb。測力計也以某一較大的適用于萬能試驗機結(jié)構(gòu)和樣品的力值為分類依據(jù)。例如，一個100 lb的測力計安裝在1000 lb的模框里，可以提供100 lb的試驗載荷。測力計的容量不應超過樣品預測斷裂載荷太多，否則會影響試驗結(jié)果的精確性。
三、軟件的發(fā)展
軟件技術(shù)的發(fā)展，提高設備的測試速度并使設備的操作變得更加簡便。測試數(shù)據(jù)的讀取、試驗的整個過程、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計師評價不同材料的性能、測定安全裕度以及更好地模擬終端用戶的應用。
新的軟件能自動操作試驗、采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、記錄輸出、存儲數(shù)據(jù)并進行修補。用戶可以輸入一定的運行載荷速度，系統(tǒng)就會自動調(diào)整十字頭的運行。新的軟件還允許用戶通過位移傳感器獲得試驗過程中真實的應變值，位移傳感器可以精確測量十字頭的位移情況。更換傳感器時，新軟件還可以使測力計自動識別并校準。
新的PC型萬能試驗機的軟件現(xiàn)在能執(zhí)行整個操作，因此成本也會因為取消了數(shù)字顯示器和一些電子元件而有所降低。動態(tài)測試與靜態(tài)測試所用的電子萬能試驗機不同，液壓伺服萬能試驗機可以進動態(tài)測試以及疲勞試驗。這樣必須反復施加應力，進行加載-釋放的循環(huán)。例如，疲勞裂紋增長試驗，用戶期望了解待測材料經(jīng)過多少次循環(huán)會斷裂閥門。
動態(tài)測試所需的應力比電子萬能試驗機靜態(tài)試驗中所需的應力要小。液壓伺服系統(tǒng)試驗機的框架容量從100 lb到數(shù)噸不等，價格通常為電子力學試驗機的2~3倍。基本用于金屬材料的疲勞試驗，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應用也越來越廣泛，因為這些領(lǐng)域里需要耐疲勞性好的結(jié)構(gòu)部件。
|
