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撕裂度測(cè)定儀是用于測(cè)量紙張、紙板、薄膜等柔性材料抗撕裂能力的核心檢測(cè)設(shè)備,廣泛應(yīng)用于造紙、包裝、印刷等行業(yè)。其工作原理核心是:通過(guò)預(yù)設(shè)的外力(擺錘重力 / 彈性力),使試樣產(chǎn)生初始裂口后,測(cè)量撕裂裂口所需的 “能量” 或 “力”,以此評(píng)估材料的撕裂強(qiáng)度。
以下用通俗語(yǔ)言 + 詳細(xì)步驟,拆解其工作原理(以行業(yè)主流的 “擺錘式撕裂度測(cè)定儀” 為例,占市場(chǎng)應(yīng)用的 90% 以上):
一、核心工作邏輯(類(lèi)比理解)
就像用手撕開(kāi)一張有小裂口的紙:先在紙的邊緣剪一個(gè)小口(初始裂口),然后握住紙的兩端,用恒定的力氣把裂口撕大,這個(gè)過(guò)程中需要的 “總力氣” 或 “能量”,就是材料的 “撕裂度”—— 儀器用 “擺錘的重力勢(shì)能” 替代人手的力氣,讓撕裂過(guò)程更穩(wěn)定、測(cè)量更精準(zhǔn)。
二、關(guān)鍵部件(先認(rèn)清楚 “核心零件”,再看原理更易理解)
擺錘:核心動(dòng)力源,通常是扇形或圓柱形金屬塊,重量固定(可更換不同重量的擺錘,適配不同強(qiáng)度材料),能繞軸心自由擺動(dòng),擺動(dòng)時(shí)釋放重力勢(shì)能。
試樣夾具:分 “固定夾具” 和 “活動(dòng)夾具”,固定夾具夾住試樣一端,活動(dòng)夾具連接擺錘,夾住試樣另一端,確保試樣被平穩(wěn)固定。
初始裂口刀具:專(zhuān)用刀片,用于在試樣上預(yù)先切出標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的裂口(通常 20mm,符合國(guó)標(biāo)要求),避免撕裂時(shí) “從邊緣不規(guī)則斷裂”,保證測(cè)試一致性。
能量 / 力傳感器:捕捉擺錘撕裂試樣時(shí)的能量損失或瞬時(shí)力值(不同機(jī)型側(cè)重不同,分為 “能量型” 和 “力值型”)。
刻度盤(pán) / 顯示屏:顯示最終測(cè)試結(jié)果(能量單位:mN?m 或 J;力值單位:N 或 mN)。
三、詳細(xì)工作步驟(從準(zhǔn)備到出結(jié)果,一步到位)
1. 試樣準(zhǔn)備:切樣 + 預(yù)裂
按國(guó)標(biāo)要求(如 GB/T 455-2002《紙和紙板撕裂度的測(cè)定》),將待測(cè)試樣(紙 / 紙板)切成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的長(zhǎng)條(通常 150mm×25mm);
用儀器自帶的 “初始裂口刀具”,在試樣的中心位置切出一個(gè)20mm 長(zhǎng)的直線裂口(裂口必須與試樣邊緣垂直,且無(wú)毛刺,否則會(huì)影響撕裂軌跡)。
2. 裝夾試樣:固定兩端
將切好裂口的試樣,一端插入 “固定夾具”,另一端插入 “活動(dòng)夾具”(活動(dòng)夾具與擺錘相連);
夾緊試樣時(shí),需確保試樣平整、無(wú)褶皺,且裂口的延長(zhǎng)線與擺錘擺動(dòng)方向一致(避免撕裂時(shí)受力偏移)。
3. 蓄力啟動(dòng):擺錘待命
手動(dòng)或電動(dòng)將擺錘抬至預(yù)設(shè)的 “最大擺動(dòng)角度”(此時(shí)擺錘被鎖住,儲(chǔ)存了固定的重力勢(shì)能,比如抬至 90° 或 120°);
檢查儀器狀態(tài):確保夾具無(wú)松動(dòng)、擺錘無(wú)卡頓,傳感器正常工作。
4. 撕裂過(guò)程:釋放擺錘 + 捕捉能量 / 力值
按下啟動(dòng)按鈕,擺錘的鎖定裝置松開(kāi),擺錘在重力作用下快速向下擺動(dòng);
擺錘帶動(dòng) “活動(dòng)夾具” 向遠(yuǎn)離 “固定夾具” 的方向運(yùn)動(dòng),試樣的初始裂口被瞬間撕大,直至整個(gè)試樣沿裂口完全撕裂(撕裂過(guò)程僅需 0.1-0.5 秒);
撕裂過(guò)程中,擺錘的重力勢(shì)能會(huì)被 “撕裂試樣” 消耗一部分 —— 未消耗的剩余勢(shì)能會(huì)讓擺錘繼續(xù)擺動(dòng),但擺動(dòng)角度會(huì)小于初始角度;
儀器通過(guò) “能量傳感器” 計(jì)算擺錘的 “初始勢(shì)能 - 剩余勢(shì)能”,差值就是撕裂試樣所需的總能量(這是 “能量型” 儀器的核心數(shù)據(jù),單位:mN?m);
若為 “力值型” 儀器,力傳感器會(huì)捕捉撕裂過(guò)程中的 “最大瞬時(shí)力”(即撕裂時(shí)最費(fèi)力的那一刻的力值,單位:N),作為撕裂強(qiáng)度指標(biāo)。
5. 數(shù)據(jù)輸出:顯示最終結(jié)果
擺錘擺動(dòng)停止后,儀器自動(dòng)計(jì)算并顯示測(cè)試結(jié)果(能量值或力值);
高端機(jī)型還會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理:比如統(tǒng)計(jì)多組測(cè)試的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差,或繪制 “力 - 位移曲線”(顯示撕裂過(guò)程中力的變化趨勢(shì)),方便質(zhì)量分析。
四、關(guān)鍵原理補(bǔ)充(為什么這么設(shè)計(jì)?)
為什么要預(yù)切裂口?
若沒(méi)有初始裂口,撕裂時(shí)需要先 “從無(wú)到有” 撕開(kāi)材料,力值波動(dòng)大(比如紙的邊緣可能有纖維缺陷,導(dǎo)致撕裂力忽大忽小);預(yù)切標(biāo)準(zhǔn)裂口后,撕裂過(guò)程從 “擴(kuò)展裂口” 開(kāi)始,受力更穩(wěn)定,結(jié)果更具可比性。
擺錘重量的作用?
不同材料的撕裂強(qiáng)度差異大:薄紙(如衛(wèi)生紙)撕裂力小,用輕擺錘(如 0.5N);厚紙板(如瓦楞紙板)撕裂力大,用重?cái)[錘(如 5N、10N)—— 擺錘重量決定了儀器的測(cè)量范圍,確保撕裂時(shí)的能量 / 力值在傳感器的精準(zhǔn)測(cè)量區(qū)間內(nèi)。
能量型 vs 力值型的區(qū)別?
能量型:測(cè)量 “撕裂全過(guò)程的總能量”,更貼合材料實(shí)際使用場(chǎng)景(比如紙箱被撕開(kāi)時(shí),需要的是持續(xù)的能量),是造紙、包裝行業(yè)的主流選擇;
力值型:測(cè)量 “撕裂瞬間的最大力”,適合關(guān)注 “初始撕裂難度” 的場(chǎng)景(比如薄膜包裝的易撕性)。
為什么用擺錘不用其他動(dòng)力?
擺錘的重力勢(shì)能釋放是 “勻速且穩(wěn)定” 的,能模擬 “恒定外力撕裂” 的場(chǎng)景;若用電機(jī)等動(dòng)力源,容易出現(xiàn)力值波動(dòng),導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。
撕裂度測(cè)定儀的工作原理可簡(jiǎn)化為:預(yù)切標(biāo)準(zhǔn)裂口→固定試樣→擺錘蓄力→釋放擺錘撕裂試樣→捕捉撕裂能量 / 最大力值→輸出結(jié)果,核心是 “用擺錘的重力勢(shì)能提供穩(wěn)定外力,通過(guò)能量損失或力值捕捉評(píng)估材料抗撕裂能力”,本質(zhì)是模擬材料在實(shí)際使用中 “被撕開(kāi)” 的場(chǎng)景,量化其撕裂強(qiáng)度。
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