高分子領(lǐng)域的新儀器——?jiǎng)討B(tài)力學(xué)扭辮分析儀

動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辨分析儀是長春市智能儀器設(shè)備有限公司開發(fā)研制的國內(nèi)*的用動(dòng)態(tài)力學(xué)法研究高聚物的力學(xué)性能的儀器。該機(jī)基于高分子材料動(dòng)態(tài)熱機(jī)械自由衰減振動(dòng)中的扭辨法，測量物質(zhì)在扭轉(zhuǎn)動(dòng)力負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)模量及力學(xué)損耗與溫度的關(guān)系，反應(yīng)不同溫度下材料的粘彈性，如玻璃化的轉(zhuǎn)化、次級轉(zhuǎn)變、結(jié)晶熔化、晶型轉(zhuǎn)變粘性流動(dòng)等。

高聚物是粘彈性物質(zhì)，用動(dòng)態(tài)力學(xué)法研究高聚物的力學(xué)性能是一種較新的測試方法。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試儀已成為研究結(jié)構(gòu)與性能的重要工具之一。

動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辨分析儀是一種常用的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測定方法。它屬于自由振動(dòng)法的范疇。所謂自由振動(dòng)法系在一小的形變范圍研究，振動(dòng)周期，相鄰兩振幅間的對數(shù)減量與溫度間的關(guān)系。

工作過程:當(dāng)高聚物受較小周期性外力作用時(shí)，高聚物隨著外力的作用產(chǎn)生周期性的形變。一部分隨著試樣的形變位能的形式貯存在樣品中，而另一部分在形變時(shí)以熱的形式消耗掉，前者系貯存能量，后者系損耗能量或內(nèi)耗或阻尼。

高聚物是典型的粘彈性材料，同時(shí)具有粘性液體和固體彈簧的某些性能。當(dāng)高聚物用作結(jié)構(gòu)材料時(shí)，主要就是利用它們的彈性而用作吸震材料時(shí)，就是利用它們的粘性，高分子的粘彈性與測試的頻率和溫度有關(guān)。溫度一般由實(shí)驗(yàn)者自行控制，按照一恒定斜率升溫。在恒定時(shí)間間隔計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制將一給定力使慣性桿轉(zhuǎn)一小角度，隨即除去外力，則樣品將產(chǎn)生周期性扭轉(zhuǎn)。通過光電傳感器記錄扭轉(zhuǎn)過程。zui后把每一間隔段記錄的溫度振動(dòng)周期P和對數(shù)減量Δ給出溫度譜圖。通過譜圖可以分析高分子隨溫度變化內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程。即橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化。

由于動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辨分析儀是國內(nèi)*的、創(chuàng)新的，將會(huì)給高分子材料的研究帶來更大的幫助，得出的數(shù)據(jù)更加清晰、完整，所以現(xiàn)已成為國內(nèi)各大專院校高分子研究方面十分關(guān)注的試驗(yàn)儀器。

2006年2月21日，長春市智能儀器設(shè)備有限公司迎來了省里的各界領(lǐng)導(dǎo)和專家，為我公司的新產(chǎn)品——NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀做科學(xué)技術(shù)成果鑒定。

NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀是國內(nèi)*的研究高分子材料動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮法的科學(xué)儀器，目前，只要國外少數(shù)國家擁有此項(xiàng)技術(shù)，但此項(xiàng)技術(shù)對中國是處于封鎖狀態(tài)的，但是隨著國內(nèi)對高分子材料研究領(lǐng)域的擴(kuò)大，動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀和對高分子材料的扭辮法的需求也隨日增加，如果到國外買這種扭辮儀，至少要花上一百多萬才能買到，并且試驗(yàn)步驟煩瑣，做一個(gè)試驗(yàn)要一天甚至好幾天才能得到結(jié)果。

為了*的空白，長春智能儀器公司通過長期的不懈努力，闖過層層難關(guān)，終于完成了對動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀的研究和開發(fā)，并投入生產(chǎn)，此儀器不僅比國外同類產(chǎn)品的價(jià)格要便宜十倍以上，試驗(yàn)方法也簡單了，NBW-500型動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀適用于大多數(shù)高分子材料用動(dòng)態(tài)扭辮分析法（TBA）測量不同溫度下材料的粘彈性，包括玻璃化的轉(zhuǎn)化、次級轉(zhuǎn)變、結(jié)晶熔化、晶型轉(zhuǎn)變、變聯(lián)固化等宏觀性能。

長春市智能儀器設(shè)備有限公司制造的扭辮分析儀采用計(jì)算機(jī)數(shù)字測控技術(shù)和大存儲量的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使傳統(tǒng)的扭辮法大量繁重耗費(fèi)人工的測試操作和數(shù)據(jù)處理改變?yōu)樽詣?dòng)化、程序化，使研究人員能夠輕松的得到在不同溫度下材料的粘彈性。預(yù)測材料的6個(gè)力學(xué)值，研究聚合物的固化、交聯(lián)、降解等反應(yīng)過程。NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀*通過計(jì)算機(jī)控制，具有電壓補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，能夠嚴(yán)格保證電壓和溫度的恒定，而且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控材料試驗(yàn)過程中的變化，隨時(shí)反映情況，保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。而且用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)取代了人工試驗(yàn)，既簡化了試驗(yàn)，又節(jié)省了人力，減少了許多人為因素對試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，對高分子材料的工藝監(jiān)控和質(zhì)量監(jiān)控起到了重要的作用，并且通過計(jì)算機(jī)畫出曲線后可打印出完整的試驗(yàn)報(bào)告。

NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀現(xiàn)已銷售出6臺，成都印鈔公司已提供用戶使用報(bào)告，用戶使用情況表明，應(yīng)用該技術(shù)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了對聚合物在固化過程中的物理變化和化學(xué)變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。該項(xiàng)目產(chǎn)品已通過長春試驗(yàn)儀器設(shè)備檢驗(yàn)測試所的產(chǎn)品檢定，說明該產(chǎn)品的關(guān)健技術(shù)已具有較高的成熟性。

吉林省科技廳在聽取了相關(guān)專家的論證及相關(guān)意見后，在《科技成果鑒定證書》上蓋了章，這表明長春市智能儀器設(shè)備有限公司所開發(fā)研制的NBW-500型動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀正式通過了吉林省科技成果鑒定。

長春市智能儀器設(shè)備有限公司已成功研制出動(dòng)態(tài)沖擊分析儀，此種儀器在國內(nèi)尚屬*，長春智能儀器設(shè)備有限公司又一次*，動(dòng)態(tài)沖擊分析儀的具體情況如下：

當(dāng)一種材料受到瞬間沖擊，其分子結(jié)構(gòu)受到外力的作用，產(chǎn)生抗力，分子間產(chǎn)生錯(cuò)位或斷裂。傳統(tǒng)的沖擊儀只能檢測材料被沖擊是吸收能量的能力，不能詳盡的記錄沖擊的過程中材料的粘性、彈性和塑性脆化的變化過程，材料的開發(fā)長期采用憑經(jīng)驗(yàn)的方法通過大量的試驗(yàn)才能開發(fā)出來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要利用先進(jìn)的儀器分析提供、科學(xué)、便捷的開發(fā)手段。動(dòng)態(tài)沖擊分析儀就可以在沖擊的過程中記錄下整個(gè)材料的粘性、彈性和塑性脆化的變化過程，并形象的繪制出負(fù)荷、能量與時(shí)間的曲線和負(fù)荷、能量與位移的曲線。開發(fā)人員不用花費(fèi)大量的人力物力反復(fù)試驗(yàn)，他只需根據(jù)兩組曲線和實(shí)測的數(shù)據(jù)對比分析來調(diào)整配方，以達(dá)到開發(fā)的目的。動(dòng)態(tài)沖擊分析儀的研制成功為材料的工藝監(jiān)控和質(zhì)量監(jiān)控提供了先進(jìn)的手段，為新材料的研制提供了科學(xué)依據(jù)。

動(dòng)態(tài)沖擊分析儀，在只有意大利和德國的幾個(gè)廠商生產(chǎn)。早期的產(chǎn)品的曲線是利用攝影的方法記錄擺錘的位置來計(jì)算能量并繪制成曲線，可以比較清楚的記錄動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的整個(gè)過程，為材料分析提供了一種檢測手段，但是該方法比較麻煩，成本高。

目前，國內(nèi)只有我公司生產(chǎn)這種儀器。我公司早期開發(fā)的動(dòng)態(tài)沖擊分析儀另辟蹊境：在沖擊刃后加裝傳感器記錄沖擊過程負(fù)荷與時(shí)間的變化繪制出曲線，并利用負(fù)荷與時(shí)間推出能量的曲線，*可以與國外的同類設(shè)備媲美。隨著超大集成電路和單板機(jī)的技術(shù)飛快的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的速度越來越快?，F(xiàn)在的動(dòng)態(tài)沖擊分析儀具有采集速度快，達(dá)到1.2μs每個(gè)數(shù)據(jù)，存儲量大，曲線和數(shù)據(jù)極大豐富和詳實(shí)，為材料的配方和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析提供了極大的方便。而且，目前的上的廠商也采用了沖擊刃后加裝傳感器的方法?？梢哉f我們在動(dòng)態(tài)沖擊分析儀的技術(shù)上的開發(fā)與國外廠商處于同一水平甚至超過了國外。

㈠ 機(jī)械部分的研制

1． 主機(jī)

主機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)器相類似，采用先進(jìn)的工藝使磨擦力zui小。在經(jīng)過多次修改加工工藝，讓沖擊錘刃的傳感器的走線由擺軸中心穿過，做到磨擦力zui小，走線zui安全。

2． 沖擊錘

由于加裝角位移傳感器的緣故，使擺軸磨擦力增大，國內(nèi)的沖擊錘zui小作不到1J。我公司采用先進(jìn)的工藝和特種組裝手段作到0.5J。

3． 電氣部分的設(shè)計(jì)

通過系統(tǒng)的控制，轉(zhuǎn)換不同沖擊錘的采集電路，通過高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

㈡ 軟件的設(shè)計(jì)

我公司針對用戶的不同要求，開發(fā)出性能穩(wěn)定、操作簡便、計(jì)算的軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲、處理，繪制出負(fù)荷、能量與時(shí)間和負(fù)荷、能量與位移的曲線圖譜，并打印試驗(yàn)報(bào)告。

首先進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，包括選擇沖擊錘、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等。設(shè)置完成后進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，軟件自動(dòng)確定坐標(biāo)繪制曲線。

數(shù)據(jù)處理可以顯示：負(fù)荷—時(shí)間、負(fù)荷—位移、能量—時(shí)間、能量—位移的曲線。

1． 與傳統(tǒng)的儀器比較，增加了角位移傳感器，將角度的細(xì)化做到0.036°。

2． 增加了負(fù)荷傳感器，記錄了沖擊過程中負(fù)荷的變化并推算出能量的變化。

3． 軟件的數(shù)據(jù)處理增加一些測量值：沖擊時(shí)間、zui大負(fù)荷、達(dá)到zui大負(fù)荷的能量、剩余能量。增加了數(shù)據(jù)的可比性。

4． 設(shè)計(jì)出磨擦力小，強(qiáng)度高的小能量沖擊錘，用戶zui大限度的方便測試和zui大限度的測量數(shù)據(jù)。

5． 通過更換沖擊錘和沖擊座達(dá)到執(zhí)行多標(biāo)準(zhǔn)、多測量范圍的目的。用戶一機(jī)在手可以做美標(biāo)、國標(biāo)、ISO標(biāo)準(zhǔn)，從0.05J做到zui大能量。

1． zui小測量能量：0.05J

2． zui大測量能量：由用戶定

3． 采集速率：1.2μs

4． 負(fù)荷傳感器精度：≤±1%

5． 負(fù)荷傳感器zui小分辨率：0.01N

6． 角度zui小分辨率：0.036°

國內(nèi)只有我公司能夠生產(chǎn)這種儀器。國外只有德國和意大利生產(chǎn)，但其價(jià)格極其昂貴。我國生產(chǎn)各種材料的廠家和各實(shí)驗(yàn)室研究所有12萬家以上，這些廠家基本上是通過靜態(tài)監(jiān)控工藝法來進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。而國內(nèi)只有本公司擁有此項(xiàng)技術(shù)，具有的市場優(yōu)勢。達(dá)到批量生產(chǎn)后，我們相信能以*的價(jià)格迎來更多的客戶，也將會(huì)打開市場。

作為光機(jī)電一體化的精密分析檢測儀器，同時(shí)也是計(jì)量測試儀器，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)擁有一個(gè)龐大的潛在市場。很多的新型材料需要通過試驗(yàn)機(jī)來檢測性能指標(biāo)。按照上zui大的試驗(yàn)機(jī)制造商美國INSTRON公司預(yù)測，目前中國的試驗(yàn)機(jī)銷量僅為美國的1/20，按照中國8%的年經(jīng)濟(jì)增長速率預(yù)測，大約十年后，中國的試驗(yàn)機(jī)市場將與美國的試驗(yàn)機(jī)市場相當(dāng)，也就是說，中國試驗(yàn)機(jī)市場將每年呈增長形勢，形成一個(gè)相當(dāng)龐大的市場。

新材料正在走向社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，被越來越多的人所使用，用戶對質(zhì)量要求也越高。因此，需要更加先進(jìn)的分析檢測手段來測試各種材料的性能指標(biāo)。我公司這項(xiàng)技術(shù)，順應(yīng)了市場需求，在同類試驗(yàn)機(jī)中有著的況競爭優(yōu)勢?！笆晃?期間，儀器儀表行業(yè)從總體發(fā)展來看，仍將會(huì)保持產(chǎn)銷適度增長態(tài)勢，出口也會(huì)進(jìn)一步增加。一般低檔產(chǎn)品仍將處于供大于求的市場格局，市場需求量不會(huì)有大幅度增長；而技術(shù)先進(jìn)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等產(chǎn)品仍不能滿足市場需要，進(jìn)口量會(huì)有較大增長。同時(shí)，隨著我國加入WTO進(jìn)程的加快，我國儀器儀表行業(yè)將會(huì)走向世界，市場競爭會(huì)更為激烈，美國摩根公司、美國新能源公司、美國德拓集團(tuán)等已經(jīng)與我公司洽談合作事宜。根據(jù)國家財(cái)政部門預(yù)測，預(yù)計(jì)分析檢測儀器年需求量在4000萬臺（套），100億元左右。鑒于該產(chǎn)品的特殊用途及其應(yīng)用范圍，我們作了一個(gè)詳盡的調(diào)查。根據(jù)社會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，目前生產(chǎn)高分子材料的廠家每一年需要量就不低于5000臺，市場需求4.5億元。而推廣到各大學(xué)，專職實(shí)驗(yàn)室，質(zhì)量監(jiān)督局等，數(shù)量將增加2倍以上，總市場需求9億元。西部大開發(fā)，對自動(dòng)化儀器提出了新的需求，市場十分廣闊。

動(dòng)態(tài)沖擊分析儀配合視頻連接成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程診斷、專家遠(yuǎn)程分析功能、維護(hù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、查看物理連接的*效果。