時間：2009-05-16 00:00
來源： 中國化工機械網
如今越來越多的塑料加工企業都在購買所謂的“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、應用開發研究以及質量控制。發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UTM通過不同速度級別的調節，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最普通的設備。在混配料的製備過程中，利用UTM測試材料能够判斷材料是否適用于某些特定的加工應用或終端應用。UTM還可以用于産品的質量控制，以確保産品質量各個批次之間的一致性。
如今UTM還越來越多的出現在塑料模塑和擠塑實驗室中。一方面是因爲它們越來越多的參與到新産品和新工藝的開發過程。另外一方面是因爲它們在原材料以及成品質量控制上的精確性。在一些社會責任感很强的領域，如醫用器械或汽車行業，需要塑料加工設備對他們的産品進行試驗，也需要UTM的發揮更大的作用。同時，內部試驗可以提高工藝控制的質量，减少廢料率，從而也實現了真正的收益。
不同的試驗
UTM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。UTM的大小用框架的最大承載水平和測量載荷/拉力的測力計來共同表徵。測力計附在依靠電動馬達或液壓裝置驅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，可以通過數字顯示器或PC機顯示結果。很多UTM具有可互換的測力計，因此可以與所測試的不同材料匹配。靜態試驗利用標準的電子萬能試驗機來進行，通常加載速度範圍爲0.001~20 in./min1in.=2.54cm。動態試驗或循環試驗如裂紋增長和疲勞試驗通常利用液壓伺服系統UTM試驗機來進行，時間較長，載荷較低。
早期的UTM試驗機具有類似的電子元器件和記錄儀。現在已經被數控設備和PC軟件代替。新的自動控制設備可以運行試驗，還能顯示數據，有時甚至是邊運行邊記錄。以前的記錄儀，包括PC軟件之前的數字顯示時代，用戶得到的測試信息都是載荷/變形曲綫，Y軸表示應力，X軸表示形變。這些曲綫還需要對其進行計算和解釋。最新的系統仍然能提供這些曲綫，但是同時還能對數據進行計算，如屈服强度、破壞强度和模量等數據。
目前，利用萬能試驗機所測試的最常見的項目是拉伸强度和拉伸模量、彎曲强度和模量。按照ASTM D 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，向一個沒有支撑的中心推動而不是牽引樣條，直至樣條彎曲甚至斷裂。因爲多數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强度。因而，標準的試驗方法要求計算應變爲5%時的彎曲應力。
壓縮試驗一般很少應用UTM試驗機，儘管這在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。UTM試驗機還能用于任何形狀的注塑産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强度值。
據UTM供應商統計，對于塑料材料而言，剪切試驗更不多見。剪切强度值是將樣品放在衝床型的剪切裝置裏測得的。衝擊速度爲0.005in./min，直至樣品的可移動部分完全將固定部分露出來。剪切强度值爲應力/剪切面積的值。這在薄膜材料和片材産品中很重要，因爲這種類型的破壞容易出現在這類産品中，但是這幷不是其他擠出和注塑産品設計時考慮最多的因素。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。
電子機械式UTM試驗機
常用的電子UTM試驗機的容量爲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，幷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UTM試驗機的力程較低，價格也較低，結構容量一般爲1000 lb。門式的UTM試驗機的結構容量可達1000~135000 lb。測力計也以某一最大的適用于UTM試驗機結構和樣品的力值爲分類依據。例如，一個100 lb的測力計安裝在1000 lb的模框裏，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，否則會影響試驗結果的精確性。
據Tinius Olsen公司的市場部人員透露，大多數塑料製品用戶適應的規格爲5000 lb的帶3個測力計的單立柱或門式的設備。Tinius Olsen公司最受歡迎的UTM試驗機是規格爲2000 lb的試驗機。MacManuis說，非增强塑料的測試很少使用框架容量規格超過2000 lb的設備。填充和增强塑料所用設備的框架容量經常是5000~7000 lb。但是對于由玻璃、炭黑或其他纖維的連續複合材料，框架容量可能需要60000 lb。如果所購買的設備容量超過了需要的容量，不僅投入成本增加，而且還需要付出更多的測試時間，因爲設備越大運行速度也就越慢。例如，250 lb的設備運行速度通常是40in./min，而容量爲5000 lb的框架運行速度爲20in./min。
軟件的發展
新的軟件能自動操作試驗、采集數據、分析數據、記錄輸出、存儲數據幷進行修補。用戶可以輸入一定的運行載荷速度，系統就會自動調整十字頭的運行。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况。更換傳感器時，新軟件還可以使測力計自動識別幷校準。
新的PC型UTM試驗機的軟件現在能執行整個操作，因此成本也會因爲取消了數字顯示器和一些電子元件而有所降低。去年，Tinius Olsen公司推出了PC機T-系列單立柱和門式的UTM試驗機，容量爲22250 lb。據估計，T-系列試驗機包括PC和數據采集的測試導航軟件，比帶有數字控制面板的工作臺上置的S-系列價格要低10%。使用S-系列試驗機時，用戶需重新編程才能改變試驗程序。而PC驅動的T-系列試驗機，只需選擇程序選項就可以輕鬆完成這一過程。
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