CN108760499B - 一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置 - Google Patents

一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明针对塑料泡沫厚度和蠕变测试现有装置存在非标准样品测试时难于同时满足不同测试标准以及不能自动记录数据的不足，设计了一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置。装置采用控制显示装置与计算机相连接，控制电机的运动，由电机的运动带动加载压板的运动，实现塑料泡沫材料的厚度和蠕变测试。具有以下优点：1)根据测试标准以及被测样品的面积，自动计算压板载荷，实现不同标准和不同尺寸塑料泡沫的厚度及压缩蠕变测试；2)自动实时记录数据；3)非砝码式载荷实现连续化调整；4)非接触式的激光位移传感器测试厚度(位移)数据。装置适合于塑料泡沫力学性能测试的各种场合使用。

Description

一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置
技术领域
本发明涉及塑料泡沫的测试，主要涉及塑料泡沫的厚度以及压缩蠕变测试，特别涉及到一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置。
背景技术
塑料泡沫是常用的缓冲包装材料，在材料使用前通常先要确定其各项性能，包括静态压缩、动态压缩、振动传递特性以及压缩蠕变特性等。在这些性能测试之前，通常需要先确定材料的厚度，由于缓冲包装用塑料泡沫通常较软，为保证测试的一致性，测试时需施加一定的压缩载荷再进行测试。但在不同的测试标准中有不同的厚度测试压缩单位载荷要求：ASTM D3575要求190±50Pa；ASTM D2221要求0.17kPa；GB/T 8167、GB/T 8168、GB/T8169以及GB/T 14745中要求0.2±0.02kPa。
在不同的测试标准中对于样品的面积尺寸也有不同的规定：ASTM D3575中要求试样尺寸在(2in×2in)与(4.5in×4.5in)之间；GB/T 8167、GB/T 8168和GB/T 8169的推荐样品尺寸为200mm×200mm；GB/T 14745推荐尺寸为150mm×150mm。也就是说不同的标准测试的样品尺寸不同，同一个标准也有可能测试的样品尺寸不同。
不像纸张、纸板、塑料片材和薄膜等有专门的厚度测试装置，塑料泡沫尚未发现有专用的厚度测试装置，常用的测试方式及过程为将裁切成一定规格(通常为正方形)的塑料泡沫放置在水平台面上，在其顶部放置相应的载荷重块，而后分别测试重块四个角点的尺寸取其平均值作为材料的厚度。这种方式测试较为繁琐，需根据不同测试标准和测试样品的尺寸事先制作载荷重块，实验室需要准备多种规格的载荷重块。
在塑料泡沫的使用性能中，压缩蠕变测试的原理与厚度测试的过程类似，即在材料上表面放置一定的载荷重块而后观察并记录试样随时间而被压缩变形的数据。ASTMD3575中的压缩蠕变测试装置，测试样品置于底板和活动压板之间，加载重量由加载杆通过四根立柱支撑的导向支座加载在活动压板上，在加载重量上方安装指针式位移测试装置记录加载杆(加载重量)的位移数据变化。ASTM D2221和GB/T 14745中蠕变厚度变化需要通过外置装置进行测量，操作繁琐。塑料泡沫在不同的载荷下其蠕变性能不同，因此蠕变测试时通常需要进行多个载荷下的蠕变测试，这就需要根据测试要求改变载荷：ASTM D3575中蠕变载荷的改变是通过在加载杆的顶端放置不同的载荷重量实现的；ASTM D2221和GB/T14745也是通过在活动加载板(杆)上施加不同的载荷实现的。
专利1(ZL2016101148217，2018.03.23，一种包装用塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试仪)设计了一种厚度和压缩蠕变测试仪，进行不同载荷下的厚度和蠕变测试，但该装置存在以下不足：1)厚度(变形)测试采用接触式测试，即变形测试装置与载荷压板固定在一起，导致载荷压板的载荷准确性受到影响；2)载荷压板由两根主力柱进行导向，使得载荷压板非处于自由加载状态，由于摩擦力的影响，载荷压板的载荷准确性也会受到影响；3)该装置仍然采用砝码改变载荷，载荷的实现范围受到局限；4)厚度(变形)测试尽管实现了数字化显示，但该装置仍然需要人工按照时间间隔手工记录，不能实现数据的自动记录。
发明内容
本发明针对塑料泡沫厚度和蠕变测试现有装置存在非标准样品测试时难于同时满足不同测试标准以及不能自动记录数据的不足，设计了可根据试样面积自动调整、自动加载并记录数据的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，主要包含底座(1)、支撑立柱(3)、加载压板(4)、螺栓A(5)、传感器连接组件(6)、锁紧螺母(7)、螺母A(8)、支撑平板(9)、轴支座(10)、轴组件(11)、导向板支撑立杆(12)、导向键(13)、加载轴(14)、导向支撑板(15)、螺母B(16)、外壳(17)、控制显示装置(18)、电机外壳(19)、皮带盒盖(20)、皮带盒(21)、电机(22)、皮带(23)、锁销(24)、激光位移传感器(25)、电源输入线(26)、计算机数据线(27)、位移数据线(28)、载荷数据线(29)和激光电源线(30)；
所述的轴组件(11)中的传动轴(52)穿过三个轴支座(10)并将皮带轮(51)和齿轮(53)固定在传动轴(52)上，轴支座(10)固定在支撑平板(9)上；所述的导向板支撑立杆(12)大头端部通过支撑立杆安装孔(82)用螺栓固定在支撑平板(9)上；所述的导向支撑板(15)通过其三个通孔(74)安装在导向板支撑立杆(12)的顶部，用螺母B(16)锁紧固定；
所述的支撑平板(9)通过其两端固定耳(84)的通孔安装在固定于底座(1)的立柱安装孔(95)中的支撑立柱(3)顶部，用螺母A(8)固定；
所述的安装有导向键(13)的加载轴(14)从螺纹端穿过导向支撑板(15)的中间孔，同时穿过支撑平板(9)的中心孔，导向键(13)分别与导向支撑板(15)的导向槽A(73)和支撑平板(9)的导向槽B(85)滑动配合；
所述的传感器连接组件(6)通过四个螺栓A(5)与加载压板(4)固定；所述的传感器连接组件(6)通过锁紧螺母(7)、锁销(24)与加载轴(14)的螺纹端(64)连接并固定；
所述的电机(22)固定在底座(1)的电机固定板(98)上，皮带(23)安装在电机伸出轴与皮带轮(51)上；所述的激光位移传感器(25)用螺栓通过安装孔(36)与底座(1)的安装孔A(97)固定；所述的控制显示装置(18)安装在电机外壳(19)上部；
所述的激光位移传感器(25)和S型力传感器(42)与控制显示装置(18)通过位移数据线(28)与载荷数据线(29)分别连通；所述的激光位移传感器(25)上的电源输入接口(35)通过激光电源线(30)与电机外壳(19)上的电源孔连通；所述的控制显示装置(18)控制电机(22)的运动，通过计算机数据线(27)与计算机连通，实时输出厚度和载荷数据。
本发明的有益效果是：1)装置实现与计算机的数据通信，自动实时记录数据，方便后期的数据处理及自动数据报表的生成；2)根据测试标准以及被测样品的面积，自动计算压板载荷，实现不同标准和不同尺寸塑料泡沫的厚度及压缩蠕变测试；3)非砝码式载荷，利用电机动力控制压板载荷，载荷实现连续化调整；4)采用非接触式的激光位移传感器测试厚度(位移)数据，不影响压板载荷同时数据的准确性高。
附图说明
图1是本发明一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置的组装图。
图2是图1的无外壳组装图结构图。
图3是图1的分解示意图。
图4是图2中加载压板(4)的结构示意图。
图5是图2中激光位移传感器(25)的结构示意图。
图6是图2中传感器连接组件(6)的分解结构示意图。
图7是图2中轴组件(11)的结构示意图。
图8是图2中加载轴(14)的主视图。
图9是图8的俯视图。
图10是图2中导向支撑板(15)的结构示意图。
图11是图2中支撑平板(9)的结构示意图。
图12是图3中皮带盒(21)的结构示意图。
图13是图2中底座(1)的结构示意图。
图中：1.底座，2.测试样品，3.支撑立柱，4.加载压板，5.螺栓A，6.传感器连接组件，7.锁紧螺母，8.螺母A，9.支撑平板，10.轴支座，11.轴组件，12.导向板支撑立杆，13.导向键，14.加载轴，15.导向支撑板，16.螺母B，17.外壳，18.控制显示装置，19.电机外壳，20.皮带盒盖，21.皮带盒，22.电机，23.皮带，24.锁销，25.激光位移传感器，26.电源输入线，27.计算机数据线，28.位移数据线，29.载荷数据线，30.激光电源线，31.耳板，32.螺纹孔，33.方形压板，35.电源输入接口，36.安装孔，37.激光源，38.激光入射镜，39.数据接口，41.连接套，42.S型力传感器，43.连接板，44.螺栓B，45.销孔A，51.皮带轮，52.传动轴，53.齿轮，61.限位帽，62.加载杆，63.传动齿，64.螺纹端，65.销孔B，66.键槽，71.支撑板，72.凸台，73.导向槽A，74.通孔，81.固定板，82.支撑立杆安装孔，83.导向凸台，84.固定耳，85.导向槽B，91盒体，92带轮孔，93连接片，94底部耳片，95.立柱安装孔，96.工作台面，97.安装孔A，98.电机固定板，99.安装孔B，100.刻度盘。
具体实施方式
参照附图1、附图2和附图3，一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，包含底座(1)、支撑立柱(3)、加载压板(4)、螺栓A(5)、传感器连接组件(6)、锁紧螺母(7)、螺母A(8)、支撑平板(9)、轴支座(10)、轴组件(11)、导向板支撑立杆(12)、导向键(13)、加载轴(14)、导向支撑板(15)、螺母B(16)、外壳(17)、控制显示装置(18)、电机外壳(19)、皮带盒盖(20)、皮带盒(21)、电机(22)、皮带(23)、锁销(24)、激光位移传感器(25)、电源输入线(26)、计算机数据线(27)、位移数据线(28)、载荷数据线(29)和激光电源线(30)。
参照附图1、附图2、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8、附图9、附图10、附图11、附图12和附图13，一种塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置的安装顺序为：将轴组件(11)中的传动轴(52)穿过三个轴支座(10)并将皮带轮(51)和齿轮(53)固定在传动轴(52)上，再将轴支座(10)固定在支撑平板(9)上；通过支撑立杆安装孔(82)用螺栓将三根导向板支撑立杆(12)大头端部固定在支撑平板(9)上；将导向支撑板(15)通过其三个通孔(74)安装在导向板支撑立杆(12)的顶部，用螺母B(16)锁紧固定。
将一对支撑立柱(3)固定于底座(1)的立柱安装孔(95)中，组装完成的支撑平板(9)通过其两端固定耳(84)的通孔安装在支撑立柱(3)的顶部，用螺母A(8)固定。
将安装有导向键(13)的加载轴(14)从螺纹端穿过导向支撑板(15)的中间孔，同时穿过支撑平板(9)的中心孔，导向键(13)分别与导向支撑板(15)的导向槽A(73)和支撑平板(9)的导向槽B(85)滑动配合。
将传感器连接组件(6)通过四个螺栓A(5)与加载压板(4)固定；将锁紧螺母(7)向上旋入加载轴(14)的螺纹端(64)，再将传感器连接组件(6)的连接套(41)与加载轴(14)的螺纹端插入配合，用锁销(24)分别穿过连接套(41)的销孔A(45)与加载轴(14)的销孔B(65)，然后将锁紧螺母(7)向下旋动，锁紧螺母(7)与传感器连接组件(6)的连接套(41)压紧。
将皮带轮(51)伸入皮带盒(21)的带轮孔(92)中，皮带盒侧面的连接片(93)再固定在支撑立柱(3)上，再通过螺栓将底部耳片(94)与底座(1)安装孔A(97)固定。
将电机(22)固定在底座(1)的电机固定板(98)上，然后在电机伸出轴与皮带轮(51)之间安装皮带(23)，皮带(23)安装完成之后再将皮带盒盖(20)通过螺钉与皮带盒(21)的盒体(91)固定，使皮带(23)工作区域封闭，保证操作的安全性。
将电机外壳(19)安装在电机固定板(98)上，封闭电机工作区域；将激光位移传感器(25)用螺栓通过安装孔(36)与底座(1)的安装孔A(97)固定，激光位移传感器(25)的激光源(37)射向加载压板(4)耳板(31)的中心。
将控制显示装置(18)安装在电机外壳(19)上部；通过位移数据线(28)与载荷数据线(29)分别将激光位移传感器(25)和S型力传感器(42)与控制显示装置(18)连通；通过激光电源线(30)将激光位移传感器(25)上的电源输入接口(35)与电机外壳(19)上的电源孔连通；通过计算机数据线(27)将控制显示装置(18)与计算机连通。
外壳(17)与支撑平板(9)固定在一起，将齿轮传动部分遮盖，以保持传动部分的清洁及安全性。
参照附图4，加载压板(4)由耳板(31)和方形压板(33)组成，在方形压板(33)的中心有四个非通孔螺纹孔(32)，耳板(31)的一面与方形压板(33)带螺纹孔(32)面的反面平齐。
参照附图5，激光位移传感器(25)上有电源输入接口(35)、安装孔(36)、激光源(37)、激光入射镜(38)和数据接口(39)。
参照附图6，传感器连接组件(6)由连接套(41)、S型力传感器(42)、连接板(43)和螺栓B(44)组成，连接套(41)和连接板(43)分别通过螺栓B(44)与S型力传感器(42)固定；在连接套(41)周向有两个互相垂直的销孔A(45)。
参照附图7，轴组件(11)由传动轴(52)、皮带轮(51)和齿轮(53)组成。
参照附图8和附图9，加载轴(14)由限位帽(61)、加载杆(62)和螺纹端(64)组成，加载杆(62)上有传动齿(63)和键槽(66)，螺纹端(64)有销孔B(65)；键槽(66)用于安装导向键(13)。
参照附图10，导向支撑板(15)由支撑板(71)、双侧凸台(72)、导向槽A(73)和3个通孔(74)组成；导向槽A(73)用于与导向键(13)配合，通孔(74)用于与导向板支撑立杆(12)进行固定。
参照附图11，支撑平板(9)由固定板(81)、3组支撑立杆安装孔(82)、导向凸台(83)、双侧固定耳(84)组成；固定耳(84)用于支撑平板(9)与支撑立柱(3)进行固定；导向槽B(85)用于与导向键(13)配合；支撑立杆安装孔(82)用于固定导向板支撑立杆(12)。
参照附图12，皮带盒(21)由盒体(91)、连接片(93)和双侧底部耳片(94)组成，带轮孔(92)位于盒体(91)的一端，连接片(93)用于皮带盒(21)与支撑立柱(3)进行固定，底部耳片(94)用于通过螺栓与底座(1)上的安装孔B(99)进行固定。
参照附图13，底座(1)由工作台面(96)和电机固定板(98)组成，在工作台面(96)上有立柱安装孔(95)和刻度盘(100)；在工作台面(96)的后侧面有安装孔A(97)，用于安装激光位移传感器(25)；在工作台面(96)的电机固定板(98)一侧有安装孔B(99)用于安装皮带盒(21)，皮带盒(21)的底部耳片(94)通过螺栓与底座(1)上的安装孔B(99)进行固定；电机固定板(98)用于安装电机(22)和电机外壳(19)。
实施例一，塑料泡沫的厚度测试
参照附图2，首先测试材料的面积尺寸，同时确定测试标准：在计算机中输入材料编号和面积同时选择测试标准，自动计算出测试载荷。然后将测试样品(2)置于底座(1)上表面与加载压板(4)之间，参考底座(1)上表面的刻度盘(100)将测试样品(2)置于底座(1)中心；启动装置，让加载压板(4)与样品上表面快速接近但不要接触；启动测试过程，加载压板(4)按照设定的速度缓慢下降，一旦S型力传感器(42)测得的数值与计算出的测试载荷相同，在计算机中自动记录由激光位移传感器(25)测得的厚度值。
测试时的机构运动过程为：电机(22)转动，通过皮带(23)和皮带轮(51)带动传动轴(52)转动，同时传动轴(52)带动齿轮(53)转动，齿轮(53)与加载轴(14)上的传动齿(63)啮合，带动加载轴(14)竖向运动，加载轴(14)上下运动当加载压板(4)与测试样品(2)接触时，S型力传感器(42)和激光位移传感器(25)数值实时变化。
实施例二，塑料泡沫的蠕变测试
参照附图2，当装置用于塑料泡沫的压缩蠕变测试时，首先测试材料的面积尺寸，同时确定厚度测试标准和蠕变载荷：在计算机中输入材料编号和面积同时选择厚度测试标准，自动计算出测试载荷，输入蠕变载荷值。厚度测试过程与实施例一相同。当测试得到并记录厚度数据时，计算机以此时为蠕变时间零点，加载压板(4)按照设定的蠕变载荷值继续给测试样品(2)加载，一旦S型力传感器(42)测得的数值大于设定的蠕变载荷值，加载压板(4)停止运动直到S型力传感器(42)测得的数值小于设定的蠕变载荷值，加载压板(4)继续运动，计算机实时记录蠕变时间和材料蠕变厚度，直至设定的蠕变时间或蠕变量测试结束。材料厚度减去蠕变厚度即为蠕变量。

Claims (7)

1.一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，主要包含底座(1)、支撑立柱(3)、加载压板(4)、螺栓A(5)、传感器连接组件(6)、锁紧螺母(7)、螺母A(8)、支撑平板(9)、轴支座(10)、轴组件(11)、导向板支撑立杆(12)、导向键(13)、加载轴(14)、导向支撑板(15)、螺母B(16)、外壳(17)、控制显示装置(18)、电机外壳(19)、皮带盒盖(20)、皮带盒(21)、电机(22)、皮带(23)、锁销(24)、激光位移传感器(25)、电源输入线(26)、计算机数据线(27)、位移数据线(28)、载荷数据线(29)和激光电源线(30)，其特征在于：
所述的轴组件(11)中的传动轴(52)穿过三个轴支座(10)并将皮带轮(51)和齿轮(53)固定在传动轴(52)上，轴支座(10)固定在支撑平板(9)上；所述的导向板支撑立杆(12)大头端部通过支撑立杆安装孔(82)用螺栓固定在支撑平板(9)上；所述的导向支撑板(15)通过其三个通孔(74)安装在导向板支撑立杆(12)的顶部，用螺母B(16)锁紧固定；
所述的支撑平板(9)通过其两端固定耳(84)的通孔安装在固定于底座(1)的立柱安装孔(95)中的支撑立柱(3)顶部，用螺母A(8)固定；
所述的安装有导向键(13)的加载轴(14)从螺纹端穿过导向支撑板(15)的中间孔，同时穿过支撑平板(9)的中心孔，导向键(13)分别与导向支撑板(15)的导向槽A(73)和支撑平板(9)的导向槽B(85)滑动配合；
所述的传感器连接组件(6)通过四个螺栓A(5)与加载压板(4)固定；所述的传感器连接组件(6)通过锁紧螺母(7)、锁销(24)与加载轴(14)的螺纹端(64)连接并固定；
所述的电机(22)固定在底座(1)的电机固定板(98)上，皮带(23)安装在电机伸出轴与皮带轮(51)上；所述的激光位移传感器(25)用螺栓通过安装孔(36)与底座(1)的安装孔A(97)固定；所述的控制显示装置(18)安装在电机外壳(19)上部；
所述的激光位移传感器(25)和S型力传感器(42)与控制显示装置(18)通过位移数据线(28)与载荷数据线(29)分别连通；所述的激光位移传感器(25)上的电源输入接口(35)通过激光电源线(30)与电机外壳(19)上的电源孔连通；所述的控制显示装置(18)控制电机(22)的运动，通过计算机数据线(27)与计算机连通，实时输出厚度和载荷数据。
2.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：加载压板(4)由耳板(31)和方形压板(33)组成，在方形压板(33)的中心有四个非通孔螺纹孔(32)，耳板(31)的一面与方形压板(33)带螺纹孔(32)面的反面平齐。
3.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：传感器连接组件(6)由连接套(41)、S型力传感器(42)、连接板(43)和螺栓B(44)组成，连接套(41)和连接板(43)分别通过螺栓B(44)与S型力传感器(42)固定；在连接套(41)周向有两个互相垂直的销孔A(45)。
4.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：加载轴(14)由限位帽(61)、加载杆(62)和螺纹端(64)组成，加载杆(62)上有传动齿(63)和键槽(66)，螺纹端(64)有销孔B(65)。
5.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：导向支撑板(15)由支撑板(71)、双侧凸台(72)、导向槽A(73)和3个通孔(74)组成；导向槽A(73)与导向键(13)配合。
6.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：支撑平板(9)由固定板(81)、3组支撑立杆安装孔(82)、导向凸台(83)、双侧固定耳(84)组成；固定耳(84)用于支撑平板(9)与支撑立柱(3)进行固定；导向槽B(85)用于与导向键(13)配合；支撑立杆安装孔(82)用于固定导向板支撑立杆(12)。
7.根据权利要求1所述的一种电动式塑料泡沫厚度及压缩蠕变测试装置，其特征在于：底座(1)由工作台面(96)和电机固定板(98)组成，在工作台面(96)上有立柱安装孔(95)和刻度盘(100)；在工作台面(96)的后侧面有安装孔A(97)，用于安装激光位移传感器(25)；在工作台面(96)的电机固定板(98)一侧有安装孔B(99)用于安装皮带盒(21)，皮带盒(21)的底部耳片(94)通过螺栓与底座(1)上的安装孔B(99)进行固定；电机固定板(98)用于安装电机(22)和电机外壳(19)。
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