В области исследований и разработки текстильных материалов и контроля качества, электронный испытатель прочности одиночного волокна при растяжении является специализированным прибором, используемым для измерения прочности на разрыв и относительного удлинения при разрыве волокон. Он широко применяется для испытаний характеристик таких материалов, как хлопок, шерсть, лен, шелк, химические волокна и стекловолокна. В данном документе представлено систематическое описание порядка работы с прибором, ключевых настроек параметров и методов ежедневного технического обслуживания.

I. Рабочий принцип и структурный обзор

Электронный испытатель прочности одиночного волокна представляет собой испытательное оборудование для растяжения с постоянной скоростью удлинения (CRE). Принцип его работы заключается в следующем: высокочувствительный датчик преобразует усилие, воздействующее на волокно при растяжении, в электрический сигнал. После усиления и аналого-цифрового преобразования значение разрывной нагрузки отображается непосредственно в цифровом виде. Одновременно шаговый двигатель приводит в движение нижний зажим с постоянной скоростью, а микропроцессор фиксирует количество импульсов и выполняет масштабное преобразование для расчета относительного удлинения волокна при разрыве в реальном времени.

Современные электронные испытатели прочности одиночного волокна обычно состоят из трех компонентов: основного блока (включая датчик силы, передаточный механизм и зажимы), системы управления (сенсорная панель или онлайн-программное обеспечение) и модуля вывода данных (принтер или интерфейс компьютера). Способы зажима включают ручной, пневматический и электрический зажим. Среди них пневматический зажим эффективно снижает влияние человеческого фактора, делая испытания более объективными и эффективными.

II. Подготовка перед испытанием

1. Проверка окружающей среды и состояния прибора

Испытания должны проводиться в стандартных атмосферных условиях, то есть при температуре 20±2°C и относительной влажности 65%±2%.

Перед началом эксперимента необходимо выполнить следующие проверки:

- С помощью уровня отрегулировать основание прибора, чтобы обеспечить горизонтальное и устойчивое положение всего устройства

- Очистить рабочий стол и поверхности прибора от пыли, уделяя особое внимание испытательным щупам и зонам датчиков

- Проверить, являются ли губки верхнего и нижнего зажимов ровными и не изношенными; при необходимости заменить прокладки губок

- Убедиться, что напряжение питания стабильно и составляет AC 220 В ± 10%, частота — 50 Гц

2. Предварительная обработка образцов

Образцы волокон перед испытанием должны пройти кондиционирование по влажности. Поместите образец в стандартную атмосферную среду минимум на 24 часа, чтобы он достиг равновесной влажности. Если влагопоглощение образца превышает стандартное значение, необходимо предварительное кондиционирование (при температуре не выше 50°C и относительной влажности 10%–25%) перед выравниванием влажности.

При отборе образцов случайным образом выберите примерно 1 500–2 000 волокон из лабораторного образца. Осторожно несколько раз вручную вытяните и распрямите их, чтобы один конец был ровным и прямым, затем случайным образом выберите одно волокно из пучка для испытания. В процессе следует избегать повреждения, изгибов или загрязнения волокон.

3. Включение питания и предварительный прогрев

После подключения питания прибор должен прогреваться в течение 30 минут, чтобы внутренняя электроника и датчики достигли стабильного рабочего состояния. В течение этого времени можно выполнять настройку параметров и подготовку образцов для повышения эффективности испытаний.

III. Подробное описание основных настроек параметров

Корректность настроек параметров напрямую определяет точность и сопоставимость результатов испытаний. Ниже приведены несколько ключевых параметров, требующих особого внимания:

Длина зажима (межзажимное расстояние)

Длина зажима должна определяться на основе средней длины волокна:

- При средней длине волокна менее 35 мм установите межзажимное расстояние 10 мм

- При средней длине волокна более 35 мм установите межзажимное расстояние 20 мм

Некоторые более новые приборы поддерживают произвольную настройку зазора в диапазоне до 560 мм, при этом устройство может автоматически определять положение, что значительно повышает эффективность работы.

Предварительное натяжение

Цель предварительного натяжения — выпрямить волокно, но не создавать на него нагрузку до начала испытания. Для различных волокон установлены соответствующие стандартные значения:

- Хлопковые волокна: 0.2 cN/tex

- Синтетические волокна (например, полиэстер, акрил): 0.75 cN/tex

- Другие волокна (например, шерсть, конопля, шелк): 0.5 cN/tex

Если предварительное натяжение слишком низкое, волокно может изначально изгибаться, что приводит к завышенной оценке удлинения; если оно слишком высокое, оно может преждевременно повредить волокно, что приводит к заниженной оценке прочности на разрыв.

Скорость растяжения

Настройка скорости растяжения тесно связана с удлинением волокна при разрыве и подчиняется следующим принципам:

- Удлинение при разрыве E

- Удлинение при разрыве 8%

- Удлинение при разрыве E > 50% (волокна с высоким удлинением, например спандекс): скорость растяжения составляет 200% от номинальной расчетной длины в минуту

IV. Стандартная процедура выполнения

Шаг 1: Открытие интерфейса настройки параметров

После завершения прогрева прибора перейдите в главное меню или в интерфейс онлайн-программного обеспечения. Последовательно задайте следующие параметры: название образца, линейная плотность, предварительное натяжение, расстояние между захватами, скорость растяжения, диапазон нагрузки, количество испытаний и т. д. Сохраните настройки после проверки их корректности.

Шаг 2: Калибровка и обнуление

Выполните операцию «Reset», чтобы вернуть нижний зажим в исходное положение. Используйте стандартные грузы для калибровки измерения силы (некоторые новые приборы поддерживают автоматическую процедуру калибровки, которая выполняется всего за три шага и обеспечивает точную линейную калибровку). Затем выполните операцию «Tare/Zero», чтобы убедиться, что показания силы равны нулю.

Шаг 3: Зажим образца

1. С помощью пинцета возьмите одно волокно с войлочной подложки и проверьте, что на его поверхности нет явных дефектов.

2. Поместите верхний конец волокна в верхний зажим и аккуратно затяните винт для фиксации (при пневматическом зажиме нажмите кнопку зажима).

3. Закрепите предварительный груз (предварительное натяжение) на нижнем конце волокна, чтобы волокно естественно выпрямилось.

4. Поместите нижний конец волокна в нижний зажим и затяните для фиксации.

5. Убедитесь, что волокно находится по центру между верхним и нижним зажимами, без перекосов и запутывания

Шаг 4: Запуск испытания

После подтверждения правильного закрепления образца нажмите кнопку «Test» или «Start». Нижний зажим опускается с заданной скоростью, постепенно растягивая волокно. Прибор в реальном времени собирает данные о силе и удлинении и динамически отображает кривую растяжения на экране.

Когда волокно разрывается, нижний зажим автоматически останавливается и возвращается в исходное положение. Затем на интерфейсе отображаются результаты испытания, включая прочность при разрыве, удлинение при разрыве, процент удлинения и время разрыва. Некоторые приборы также могут автоматически рассчитывать и отображать производные показатели, такие как энергия разрушения и начальный модуль упругости.

Шаг 5: Повторные испытания и управление данными

Оставшиеся образцы испытываются последовательно в соответствии с указанными выше шагами. Современные электронные испытатели однонитевых волокон обычно оснащены функциями автоматической статистики, которые позволяют в реальном времени вычислять максимальные, минимальные и средние значения, а также коэффициент вариации (CV).

После завершения испытаний данные можно экспортировать в форматах Word, Excel или TXT для последующего анализа качества и архивирования. Некоторые высококлассные модели поддерживают экспорт кривых испытаний и точек выборки данных, что облегчает углубленный анализ с использованием профессионального программного обеспечения, такого как Origin.

V. Расчет результатов испытаний и интерпретация показателей

Основные показатели испытаний

- Разрывная сила: максимальная нагрузка, которую волокно может выдержать до разрыва, измеряется в санти ньютонах (cN)

- Прочность при разрыве: отношение разрывной силы к линейной плотности, измеряется в cN/dtex; это ключевой показатель для оценки прочности волокна

- Удлинение при разрыве: процент увеличения длины относительно исходной зажатой длины в момент разрыва волокна, отражает эластичность волокна

- Работа разрушения: работа, совершаемая внешней силой над волокном в процессе испытания на растяжение, отражает его вязкость (прочность на разрыв и способность поглощать энергию)

- Начальный модуль: наклон начального линейного участка кривой напряжение–деформация, отражающий жесткость волокна

Формулы расчета

Средняя разрывная прочность = Σ(разрывных сил) / линейная плотность (cN/dtex)

Относительное удлинение при разрыве = (удлинение при разрыве / длина зажима) × 100%

Надежность результатов испытаний может оцениваться с использованием коэффициента вариации (CV). Как правило, значение CV для разрывной силы в пределах 10%–15% считается нормальным. Если значение CV слишком высокое, следует проверить представительность образца, стандартизацию процедуры зажима или однородность самого волокна.

VI. Распространенные проблемы и решения

Скольжение в зажиме

Симптомы: перед достижением пикового значения на кривой растяжения появляются нерегулярные колебания, либо разрыв происходит в месте зажима, а не в середине волокна.

Причины и меры устранения:

- Недостаточное усилие зажима: соответствующим образом подтяните винты зажима или проверьте давление в пневматической системе

- Изношенные губки зажима: замените накладки губок; рекомендуется использовать специализированные губки с мелкотекстурированной поверхностью

- Чрезмерное предварительное натяжение: повторно проверьте и отрегулируйте значение предварительного натяжения

Высокая вариабельность данных

Симптомы: значительные колебания результатов испытаний для одной и той же партии волокон, высокий коэффициент вариации (CV).

Причины и решения:

- Непредставительная выборка: увеличьте размер выборки, чтобы она охватывала всю партию волокон

- Неоднородность самих волокон: это нормальное явление; случайные ошибки можно уменьшить за счет увеличения числа испытаний

- Несогласованность операционных процедур: усилить обучение операторов для стандартизации усилия зажима и скорости

Дрейф датчика

Симптомы: показания силы не равны нулю в условиях отсутствия нагрузки, либо результаты испытаний демонстрируют систематические отклонения после калибровки.

Причины и меры устранения:

- Недостаточное время прогрева: обеспечить время прогрева не менее 30 минут

- Вибрационные помехи окружающей среды: разместить прибор на устойчивом лабораторном столе, вдали от источников вибрации

- Старение датчика: обратиться к производителю для профессиональной калибровки или замены датчика

VII. Применимые стандарты и спецификации

Методы испытаний электронных однонитевых разрывных тестеров должны строго соответствовать соответствующим стандартам, в первую очередь включая:

- GB/T 9997-1988 “Определение разрывной прочности и относительного удлинения при разрыве одиночного химического волокна”

- GB/T 14337 “Методы испытаний на растяжение коротких химических волокон”

- GB/T 4711-1984 “Методы испытаний разрывной прочности и удлинения одиночных шерстяных волокон”

- ISO 5079 “Textile fibers—Determination of breaking strength and elongation at break of single fibers”

- ISO 11566 “Carbon fibers—Determination of tensile properties of monofilament specimens”

- FZ/T 50006, FZ/T 50007 (соответствующие стандарты для химико-волоконной промышленности)

Электронная почта: hello@utstesters.com

Прямой: + 86 152 6060 5085

Тел.: +86-596-7686689

Веб-сайт: www.utstesters.com