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关于软包装实验室
2012/9/17 16:04:51
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关于软包装实验室整体建设方案中电子拉力试验机的选购，协强仪器提醒客户应根据所使用薄膜的需要，综合考虑性能、规格，从以下几方面进行比较：
一、首先应考虑需要测试材料拉力范围。
拉力范围的不同，决定了所使用传感器的不同，也就决定了材料试验机的结构，但此项对价格的影响不大（门式除外）。对于一般软包装生产厂家，拉力范围在200牛顿的了就已经足够。因此也决定了采用单臂式的就可以了。
与单臂式相对应结构的是门式结构，它是适应比较大的拉力，如一吨或以上。所以软包装厂家基本用不着。
二、 试验行程的问题。
根据软包装薄膜的需要测试的性能和要求，行程在500－600mm就可以。材料伸长率超过1000%的可以选用行程1000或是1200mm。
三、 标准配置问题。
智能化的三种基本配置：主机、微电脑、还有打印机，如果微电脑功能强可以直接打印。另外也可配备普通电脑。有了电脑，就可以进行复杂的数据分析，如数据编辑，局部放大，可调整报告形式，进行成组式样的统计分析。
如配用电脑，厂家应给配备相应软件控制系统。
四、输出结果。
试验结果输出结果可任意设置：最大力值、伸长率，抗拉强度、定力伸长、定伸长力值、屈服强度，弹性模量、最大试验力8项。这可以说是微电脑操作时，输出的最全面的结果。国外一些厂家的产品，一般可以输出这8项。国内有的厂家可以输出5-6项，有的厂家就只能输出最大力值，平均值，最小值三项。
五、在可做实验项目上。
软包装要求拉力机一机多用，即在配备不同夹具的基础上，可做拉伸、压缩、弯曲、撕裂、剪切、180度剥离、90度剥离试验。
市面上有一些高档拉力机除以上项目外，因其传感器精度高（有的达到十万分之三以内）还开发出了可以测试摩擦系数摩擦系数测试仪。如日本岛津、北京兰德梅克等公司。
六、产品机械主要配置：
传动，有丝杠传动和齿条传动，前者昂贵，用于高精度，测试重复性高；后者便宜，用于低精度，测试重复性低。
丝杠，对拉力精度测量具有决定作用。一般的有滚珠丝杠，梯形丝杠，一般丝杠。其中，滚珠丝杠的精确度最高，但是其性能的发挥要靠电脑伺服系统操作才能发挥，整套价格也比较昂贵。采用一般丝杠和梯形丝杠就可以达到软包装所要求的精度，即0.5－1%精度。
传动，有齿轮传动和链条传动，前者昂贵，用于高精度；后者便宜，用于低精度。
传感器，主要成本在于寿命，光电感应是其中比较先进的技术，一般可用十万次以上，进口和国内部分合资厂家可以达到。
七、试验速度。
国家标准规定试验速度为200mm/min, 市面设备有的在10~500 mm/min，有的在0.01~500mm/min，前者一般使用普通调速系统，成本较低，粗糙影响精度；后者使用伺服系统，价格昂贵，精度高，对于软包装企业，选用伺服系统，调速范围1~500mm/min的就足够了，这样既不影响精度，价格又在合理范围之内。
八、测量精度。
精度问题，包括测力精度，速度精度，变形精度，位移精度。这些精度值最高都可达到正负0.5。但对于一般厂家，达到1%精度就足够了。另外，力值分辨率几乎都能达到十万分之一。
以上基本配置在三万元左右。
目前市场上用于检测材料拉伸性能的拉力试验机很多，但是并非所有的试验机都适合软包装材料的拉伸试验，本文结合我国材料检测标准，分析了选择软包材检测的拉力机时应尤其关注的指标。
塑料和橡胶的拉伸性能是其力学性能中最重要、最基本的性能之一，它在很大程度上决定了该种塑料和橡胶的使用场合。拉伸性能的好坏，可以通过拉伸试验来检测。
1、高分子聚合物的拉伸性能
作为材料使用时要求高分子聚合物具有必要的力学性能。可以说，对于高分子聚合物的大部分应用而言，力学性能比其他物理性能显得更为重要。
高分子聚合物具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，这是由于高聚物由长链分子组成，分子运动具有明显的松弛特性的缘故。如高聚物材料具有相当高的伸长率，一般PE的断裂伸长率在90％～950％（其中线性低密度聚乙烯LLDPE的伸长率较高），通过特殊的制作工艺，部分材料的伸长率可在1000％之上，而普通高聚物材料的断裂伸长率也多在50％～100％之间。通常对材料的拉伸性能要求较高的有热收缩膜以及拉伸膜等。
2、拉伸试验
拉伸试验（应力－应变试验）一般是将材料试样两端分别夹在两个间隔一定距离的夹具上，两夹具以一定的速度分离并拉伸试样，测定试样上的应力变化，直到试样破坏为止。
拉伸试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法之一，需要使用恒速运动的拉力试验机。按载荷测定方式的不同，拉力试验机大体可以分为摆锤式拉力试验机和电子拉力试验机两类，目前使用较多的是电子拉力试验机。
3、电子拉力试验机选择指标
由于软包装材料主要是高分子聚合物或它的相关材料，如前所述高聚物材料的伸长率远远优于金属、纤维、木材、板材等材料，因此检测高分子聚合物的拉力机就与通常的材料拉伸性能检测拉力机有一定的差别，尤其需要注意的是电子拉力机的有效行程以及试样夹具两方面。
3.1 有效行程
在进行拉伸试验时，所用试样的尺寸虽然小，但材料的伸长率普遍比较高，因此用于检测软包装材料的拉伸性能需要配备行程较大的拉力机，否则夹具运行可能会超过行程的使用极限、造成设备的损坏。
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中给出的断裂伸长率或屈服伸长率（εt，单位是％）的计算公式，
εt=[(L-L0)*100]/ L0
式中：εt是断裂伸长率或是屈服伸长率；
L是试样断裂时或屈服时标线间的距离；
L0是标线间的距离。
需要注意的是在伸长率的计算中，我们仅采集试样上两条标线间的伸长量。标线是通过打印或手工的方式画在制取完成的试样上的（标线的添加应对试样不产生任何影响），而标线间的距离是多少呢？不同的标准给出的这一距离大多存在一定的差异，而同一标准中也是往往针对不同的材料给出不同的试样尺寸，因此标线之间的距离也是不同的，不过这样有利于检测伸长率非常大或非常小的材料并得到精确的试验结果。对于塑料薄膜，标线之间的距离通常是在25～50mm之间。
由于试样在拉伸试验中变形伸长不仅仅是在标线之内，凡是在两夹具之间的试样都会得到不同程度的拉伸变形。标准中与标线距离相对应的夹具间的初始距离在80～115mm以内，如果两夹具间的试样都能保持同样的伸长率并假设为500％，则拉力机的有效行程需在480～690mm才能保证试验的正常进行。
笔者对目前市场上出售的电子拉力机的有效行程进行了随机调查，在所调查的国内外几个品牌的72台拉力机中，行程范围分布在400mm以下的设备，占13.9％；行程在400～700mm的设备，占71.9％；行程在701～1000mm的设备，占10.8％；行程在1000mm以上的设备，仅占3.4％。然而在这次统计的电子拉力机中，大行程的设备并非全部用于软包装材料的检测，部分是用于人造木板、帆布、窗帘、铜材等材料的拉伸试验中。
3.2 试样夹具
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中对夹具的描述为：“试验机应备有适当的夹具，该夹具不应引起试样在夹具处断裂，施加任何负荷时，试验机上的夹具应能立即对准成一条线，以使试样的长轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。……将试样置于试验机的两夹具中，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱和断裂在夹具内。夹具内应衬橡胶之类的弹性材料。”由于高聚物材料力学性能的特殊性以及软包装材料特殊的使用方式使软包材检测的试样厚度非常薄，一般的夹具无法满足要求，使用不当会引起试样在夹具处断裂致使试验失败。
拉力范围的不同，决定了所使用传感器的不同，也就决定了材料试验机的结构，但此项对价格的影响不大（门式除外）。对于一般软包装生产厂家，拉力范围在200牛顿的了就已经足够。因此也决定了采用单臂式的就可以了。
与单臂式相对应结构的是门式结构，它是适应比较大的拉力，如一吨或以上。所以软包装厂家基本用不着。
二、 试验行程的问题。
根据软包装薄膜的需要测试的性能和要求，行程在500－600mm就可以。材料伸长率超过1000%的可以选用行程1000或是1200mm。
三、 标准配置问题。
智能化的三种基本配置：主机、微电脑、还有打印机，如果微电脑功能强可以直接打印。另外也可配备普通电脑。有了电脑，就可以进行复杂的数据分析，如数据编辑，局部放大，可调整报告形式，进行成组式样的统计分析。
如配用电脑，厂家应给配备相应软件控制系统。
四、输出结果。
试验结果输出结果可任意设置：最大力值、伸长率，抗拉强度、定力伸长、定伸长力值、屈服强度，弹性模量、最大试验力8项。这可以说是微电脑操作时，输出的最全面的结果。国外一些厂家的产品，一般可以输出这8项。国内有的厂家可以输出5-6项，有的厂家就只能输出最大力值，平均值，最小值三项。
五、在可做实验项目上。
软包装要求拉力机一机多用，即在配备不同夹具的基础上，可做拉伸、压缩、弯曲、撕裂、剪切、180度剥离、90度剥离试验。
市面上有一些高档拉力机除以上项目外，因其传感器精度高（有的达到十万分之三以内）还开发出了可以测试摩擦系数摩擦系数测试仪。如日本岛津、北京兰德梅克等公司。
六、产品机械主要配置：
传动，有丝杠传动和齿条传动，前者昂贵，用于高精度，测试重复性高；后者便宜，用于低精度，测试重复性低。
丝杠，对拉力精度测量具有决定作用。一般的有滚珠丝杠，梯形丝杠，一般丝杠。其中，滚珠丝杠的精确度最高，但是其性能的发挥要靠电脑伺服系统操作才能发挥，整套价格也比较昂贵。采用一般丝杠和梯形丝杠就可以达到软包装所要求的精度，即0.5－1%精度。
传动，有齿轮传动和链条传动，前者昂贵，用于高精度；后者便宜，用于低精度。
传感器，主要成本在于寿命，光电感应是其中比较先进的技术，一般可用十万次以上，进口和国内部分合资厂家可以达到。
七、试验速度。
国家标准规定试验速度为200mm/min, 市面设备有的在10~500 mm/min，有的在0.01~500mm/min，前者一般使用普通调速系统，成本较低，粗糙影响精度；后者使用伺服系统，价格昂贵，精度高，对于软包装企业，选用伺服系统，调速范围1~500mm/min的就足够了，这样既不影响精度，价格又在合理范围之内。
八、测量精度。
精度问题，包括测力精度，速度精度，变形精度，位移精度。这些精度值最高都可达到正负0.5。但对于一般厂家，达到1%精度就足够了。另外，力值分辨率几乎都能达到十万分之一。
以上基本配置在三万元左右。
目前市场上用于检测材料拉伸性能的拉力试验机很多，但是并非所有的试验机都适合软包装材料的拉伸试验，本文结合我国材料检测标准，分析了选择软包材检测的拉力机时应尤其关注的指标。
塑料和橡胶的拉伸性能是其力学性能中最重要、最基本的性能之一，它在很大程度上决定了该种塑料和橡胶的使用场合。拉伸性能的好坏，可以通过拉伸试验来检测。
1、高分子聚合物的拉伸性能
作为材料使用时要求高分子聚合物具有必要的力学性能。可以说，对于高分子聚合物的大部分应用而言，力学性能比其他物理性能显得更为重要。
高分子聚合物具有所有已知材料中可变性范围最宽的力学性质，这是由于高聚物由长链分子组成，分子运动具有明显的松弛特性的缘故。如高聚物材料具有相当高的伸长率，一般PE的断裂伸长率在90％～950％（其中线性低密度聚乙烯LLDPE的伸长率较高），通过特殊的制作工艺，部分材料的伸长率可在1000％之上，而普通高聚物材料的断裂伸长率也多在50％～100％之间。通常对材料的拉伸性能要求较高的有热收缩膜以及拉伸膜等。
2、拉伸试验
拉伸试验（应力－应变试验）一般是将材料试样两端分别夹在两个间隔一定距离的夹具上，两夹具以一定的速度分离并拉伸试样，测定试样上的应力变化，直到试样破坏为止。
拉伸试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法之一，需要使用恒速运动的拉力试验机。按载荷测定方式的不同，拉力试验机大体可以分为摆锤式拉力试验机和电子拉力试验机两类，目前使用较多的是电子拉力试验机。
3、电子拉力试验机选择指标
由于软包装材料主要是高分子聚合物或它的相关材料，如前所述高聚物材料的伸长率远远优于金属、纤维、木材、板材等材料，因此检测高分子聚合物的拉力机就与通常的材料拉伸性能检测拉力机有一定的差别，尤其需要注意的是电子拉力机的有效行程以及试样夹具两方面。
3.1 有效行程
在进行拉伸试验时，所用试样的尺寸虽然小，但材料的伸长率普遍比较高，因此用于检测软包装材料的拉伸性能需要配备行程较大的拉力机，否则夹具运行可能会超过行程的使用极限、造成设备的损坏。
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中给出的断裂伸长率或屈服伸长率（εt，单位是％）的计算公式，
εt=[(L-L0)*100]/ L0
式中：εt是断裂伸长率或是屈服伸长率；
L是试样断裂时或屈服时标线间的距离；
L0是标线间的距离。
需要注意的是在伸长率的计算中，我们仅采集试样上两条标线间的伸长量。标线是通过打印或手工的方式画在制取完成的试样上的（标线的添加应对试样不产生任何影响），而标线间的距离是多少呢？不同的标准给出的这一距离大多存在一定的差异，而同一标准中也是往往针对不同的材料给出不同的试样尺寸，因此标线之间的距离也是不同的，不过这样有利于检测伸长率非常大或非常小的材料并得到精确的试验结果。对于塑料薄膜，标线之间的距离通常是在25～50mm之间。
由于试样在拉伸试验中变形伸长不仅仅是在标线之内，凡是在两夹具之间的试样都会得到不同程度的拉伸变形。标准中与标线距离相对应的夹具间的初始距离在80～115mm以内，如果两夹具间的试样都能保持同样的伸长率并假设为500％，则拉力机的有效行程需在480～690mm才能保证试验的正常进行。
笔者对目前市场上出售的电子拉力机的有效行程进行了随机调查，在所调查的国内外几个品牌的72台拉力机中，行程范围分布在400mm以下的设备，占13.9％；行程在400～700mm的设备，占71.9％；行程在701～1000mm的设备，占10.8％；行程在1000mm以上的设备，仅占3.4％。然而在这次统计的电子拉力机中，大行程的设备并非全部用于软包装材料的检测，部分是用于人造木板、帆布、窗帘、铜材等材料的拉伸试验中。
3.2 试样夹具
GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中对夹具的描述为：“试验机应备有适当的夹具，该夹具不应引起试样在夹具处断裂，施加任何负荷时，试验机上的夹具应能立即对准成一条线，以使试样的长轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。……将试样置于试验机的两夹具中，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱和断裂在夹具内。夹具内应衬橡胶之类的弹性材料。”由于高聚物材料力学性能的特殊性以及软包装材料特殊的使用方式使软包材检测的试样厚度非常薄，一般的夹具无法满足要求，使用不当会引起试样在夹具处断裂致使试验失败。