如今越來越多的塑料加工企業(yè)都在購買所謂的“萬能"試驗(yàn)機(jī)，利用它來進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮和剪切試驗(yàn)，以對材料進(jìn)行性能評價(jià)、應(yīng)用開發(fā)研究以及質(zhì)量控制。發(fā)達(dá)的電子學(xué)改進(jìn)了這些設(shè)備的性能，使之更加易于操作，價(jià)格也越來越低。

萬能試驗(yàn)機(jī)（UTM）通過不同速度級別的調(diào)節(jié)，對塑料材料樣條進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮或牽引，這是塑料混配實(shí)驗(yàn)室中最普通的設(shè)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(yīng)用或終端應(yīng)用。UTM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(gè)批次之間的一致性。

如今UTM還越來越多的出現(xiàn)在塑料模塑和擠塑實(shí)驗(yàn)室中。一方面是因?yàn)樗鼈冊絹碓蕉嗟膮⑴c到新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)過程。另外一方面是因?yàn)樗鼈冊谠牧弦约俺善焚|(zhì)量控制上的精確性。在一些社會責(zé)任感很強(qiáng)的領(lǐng)域，如醫(yī)用器械或汽車行業(yè)，需要塑料加工設(shè)備對他們的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，也需要UTM的發(fā)揮更大的作用。同時(shí)，內(nèi)部試驗(yàn)可以提高工藝控制的質(zhì)量，減少廢料率，從而也實(shí)現(xiàn)了真正的收益。

不同的試驗(yàn)

UTM試驗(yàn)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)垂直承載的立柱，立柱上安裝一個(gè)固定的水平基座，頂部還有一個(gè)可移動的水平十字頭（十字橫梁）。現(xiàn)在的UTM試驗(yàn)機(jī)，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(jì)來共同表征。測力計(jì)附在依靠電動馬達(dá)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(jì)測量力的大小，可以通過數(shù)字顯示器或PC機(jī)顯示結(jié)果。很多UTM具有可互換的測力計(jì)，因此可以與所測試的不同材料匹配。靜態(tài)試驗(yàn)利用標(biāo)準(zhǔn)的電子萬能試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，通常加載速度范圍為0.001~20in./min（1in.=2.54cm）。動態(tài)試驗(yàn)或循環(huán)試驗(yàn)如裂紋增長和疲勞試驗(yàn)通常利用液壓伺服系統(tǒng)UTM試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，時(shí)間較長，載荷較低。

早期的UTM試驗(yàn)機(jī)具有類似的電子元器件和記錄儀?，F(xiàn)在已經(jīng)被數(shù)控設(shè)備和PC軟件代替。新的自動控制設(shè)備可以運(yùn)行試驗(yàn)，還能顯示數(shù)據(jù)，有時(shí)甚至是邊運(yùn)行邊記錄。以前的記錄儀，包括PC軟件之前的數(shù)字顯示時(shí)代，用戶得到的測試信息都是載荷/變形曲線，Y軸表示應(yīng)力，X軸表示形變。這些曲線還需要對其進(jìn)行計(jì)算和解釋。較新的系統(tǒng)仍然能提供這些曲線，但是同時(shí)還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如屈服強(qiáng)度、破壞強(qiáng)度和模量等數(shù)據(jù)。

目前，利用萬能試驗(yàn)機(jī)所測試的較為常見的項(xiàng)目是拉伸強(qiáng)度和拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和模量。按照ASTMD638和ISO527進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，樣條的兩端都有夾具夾緊，一個(gè)夾具是靜止的，另一個(gè)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(shí)十字頭會自動停止。彎曲試驗(yàn)時(shí)（ASTMD790、D6272以及ISO178），樣條被放在試驗(yàn)機(jī)固定機(jī)床的兩個(gè)支座上。這個(gè)試驗(yàn)中，十字頭移動的方向與拉伸試驗(yàn)中移動方向相反，向一個(gè)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?yàn)槎鄶?shù)熱塑性塑料材料不會在這個(gè)試驗(yàn)中斷裂，所以不可能計(jì)算斷裂彎曲強(qiáng)度。因而，標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法要求計(jì)算應(yīng)變?yōu)?%時(shí)的彎曲應(yīng)力。

壓縮試驗(yàn)一般很少應(yīng)用UTM試驗(yàn)機(jī)，盡管這在ASTMD1621和ISO844標(biāo)準(zhǔn)中對剛性塑料泡沫而言是一項(xiàng)主要的試驗(yàn)。UTM試驗(yàn)機(jī)還能用于任何形狀的注塑產(chǎn)品如瓶子的壓碎試驗(yàn)，在一定高度將樣品摔碎或使其變形所需的應(yīng)力值即壓縮強(qiáng)度值。

據(jù)UTM供應(yīng)商統(tǒng)計(jì)，對于塑料材料而言，剪切試驗(yàn)更不多見。剪切強(qiáng)度值是將液壓夾具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(qiáng)度值為應(yīng)力/剪切面積的值。這在薄膜材料和片材產(chǎn)品中很重要，因?yàn)檫@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(shè)計(jì)時(shí)考慮較多的因素。按照ASTMD732（沒有等同的ISO標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，常用的試樣是塑料片材或0.005~0.500in.厚的注塑碟片。

電子機(jī)械式UTM試驗(yàn)機(jī)

常用的電子UTM試驗(yàn)機(jī)的容量為100～135000lb。尺寸越大，成本越高。一般來說，立式設(shè)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UTM試驗(yàn)機(jī)的力程較低，價(jià)格也較低，結(jié)構(gòu)容量一般為1000lb。門式的UTM試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)容量可達(dá)1000~135000lb。測力計(jì)也以某一最大的適用于UTM試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和樣品的力值為分類依據(jù)。例如，一個(gè)100lb的測力計(jì)安裝在1000lb的模框里，可以提供100lb的試驗(yàn)載荷。測力計(jì)的容量不應(yīng)超過樣品預(yù)測斷裂載荷太多，否則會影響試驗(yàn)結(jié)果的精確性。

軟件的發(fā)展

軟件技術(shù)的發(fā)展，提高了UTM設(shè)備的測試速度并使設(shè)備的操作變得更加簡便。測試數(shù)據(jù)的讀取、試驗(yàn)的整個(gè)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(shè)計(jì)師評價(jià)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(yīng)用。

新的軟件能自動操作試驗(yàn)、采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、記錄輸出、存儲數(shù)據(jù)并進(jìn)行修補(bǔ)。用戶可以輸入一定的運(yùn)行載荷速度，系統(tǒng)就會自動調(diào)整十字頭的運(yùn)行。新的軟件還允許用戶通過位移傳感器獲得試驗(yàn)過程中真實(shí)的應(yīng)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(shí)，新軟件還可以使測力計(jì)自動識別并校準(zhǔn)。

新的PC型UTM試驗(yàn)機(jī)的軟件現(xiàn)在能執(zhí)行整個(gè)操作，因此成本也會因?yàn)槿∠藬?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UTM試驗(yàn)機(jī)不同，液壓伺服UTM試驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)動態(tài)測試以及疲勞試驗(yàn)。這樣必須反復(fù)施加應(yīng)力，進(jìn)行加載-釋放的循環(huán)。例如，疲勞裂紋增長試驗(yàn)，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(yīng)力比電子萬能試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中所需的應(yīng)力要小。液壓伺服系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的框架容量從100lb到數(shù)噸不等，價(jià)格通常為電子力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的2~3倍?；居糜诮饘俨牧系钠谠囼?yàn)，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(yīng)用也越來越廣泛，因?yàn)檫@些領(lǐng)域里需要耐疲勞性好的結(jié)構(gòu)部件。

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