高分子領(lǐng)域的新儀器——動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀

動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辨分析儀是長(cháng)春市智能儀器設備有限公司開(kāi)發(fā)研制的國內*的用動(dòng)態(tài)力學(xué)法研究高聚物的力學(xué)性能的儀器。該機基于高分子材料動(dòng)態(tài)熱機械自由衰減振動(dòng)中的扭辨法，測量物質(zhì)在扭轉動(dòng)力負荷下的動(dòng)態(tài)模量及力學(xué)損耗與溫度的關(guān)系，反應不同溫度下材料的粘彈性，如玻璃化的轉化、次級轉變、結晶熔化、晶型轉變粘性流動(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構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減量與溫度間的關(guān)系。

工作過(guò)程:當高聚物受較小周期性外力作用時(shí)，高聚物隨著(zhù)外力的作用產(chǎn)生周期性的形變。一部分隨著(zhù)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。當高聚物用作結構材料時(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)驗者自行控制，按照一恒定斜率升溫。在恒定時(shí)間間隔計算機自動(dòng)控制將一給定力使慣性桿轉一小角度，隨即除去外力，則樣品將產(chǎn)生周期性扭轉。通過(guò)光電傳感器記錄扭轉過(guò)程。zui后把每一間隔段記錄的溫度振動(dòng)周期P和對數減量Δ給出溫度譜圖。通過(guò)譜圖可以分析高分子隨溫度變化內能的轉化過(guò)程。即橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉化。

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

2006年2月21日，長(cháng)春市智能儀器設備有限公司迎來(lái)了省里的各界領(lǐng)導和專(zhuān)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*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，只要國外少數國家擁有此項技術(shù)，但此項技術(shù)對中國是處于封鎖狀態(tài)的，但是隨著(zhù)國內對高分子材料研究領(lǐng)域的擴大，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(mǎi)這種扭辮儀，至少要花上一百多萬(wàn)才能買(mǎi)到，并且試驗步驟煩瑣，做一個(gè)試驗要一天甚至好幾天才能得到結果。

為了*的空白，長(cháng)春智能儀器公司通過(guò)長(cháng)期的不懈努力，闖過(guò)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(kāi)發(fā)，并投入生產(chǎn)，此儀器不僅比國外同類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格要便宜十倍以上，試驗方法也簡(jiǎn)單了，NBW-500型動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀適用于大多數高分子材料用動(dòng)態(tài)扭辮分析法（TBA）測量不同溫度下材料的粘彈性，包括玻璃化的轉化、次級轉變、結晶熔化、晶型轉變、變聯(lián)固化等宏觀(guān)性能。

長(cháng)春市智能儀器設備有限公司制造的扭辮分析儀采用計算機數字測控技術(shù)和大存儲量的數據存儲和數據處理技術(shù)，使傳統的扭辮法大量繁重耗費人工的測試操作和數據處理改變?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)、降解等反應過(guò)程。NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀*通過(guò)計算機控制，具有電壓補償和溫度補償，能夠嚴格保證電壓和溫度的恒定，而且能夠實(shí)時(shí)監控材料試驗過(guò)程中的變化，隨時(shí)反映情況，保證了實(shí)驗數據的準確。而且用先進(jìn)的計算機技術(shù)取代了人工試驗，既簡(jiǎn)化了試驗，又節省了人力，減少了許多人為因素對試驗數據準確性的影響，對高分子材料的工藝監控和質(zhì)量監控起到了重要的作用，并且通過(guò)計算機畫(huà)出曲線(xiàn)后可打印出完整的試驗報告。

NBW-500動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀現已銷(xiāo)售出6臺，成都印鈔公司已提供用戶(hù)使用報告，用戶(hù)使用情況表明，應用該技術(shù)已經(jīng)成功實(shí)現了對聚合物在固化過(guò)程中的物理變化和化學(xué)變化的動(dòng)態(tài)監控。該項目產(chǎn)品已通過(guò)長(cháng)春試驗儀器設備檢驗測試所的產(chǎn)品檢定，說(shuō)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(tīng)取了相關(guān)專(zhuān)家的論證及相關(guān)意見(jiàn)后，在《科技成果鑒定證書(shū)》上蓋了章，這表明長(cháng)春市智能儀器設備有限公司所開(kāi)發(fā)研制的NBW-500型動(dòng)態(tài)力學(xué)扭辮分析儀正式通過(guò)了吉林省科技成果鑒定。

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

當一種材料受到瞬間沖擊，其分子結構受到外力的作用，產(chǎn)生抗力，分子間產(chǎn)生錯位或斷裂。傳統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(guò)程中材料的粘性、彈性和塑性脆化的變化過(guò)程，材料的開(kāi)發(fā)長(cháng)期采用憑經(jīng)驗的方法通過(guò)大量的試驗才能開(kāi)發(fā)出來(lái)。隨著(zhù)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(kāi)發(fā)手段。動(dòng)態(tài)沖擊分析儀就可以在沖擊的過(guò)程中記錄下整個(gè)材料的粘性、彈性和塑性脆化的變化過(guò)程，并形象的繪制出負荷、能量與時(shí)間的曲線(xiàn)和負荷、能量與位移的曲線(xiàn)。開(kāi)發(fā)人員不用花費大量的人力物力反復試驗，他只需根據兩組曲線(xiàn)和實(shí)測的數據對比分析來(lái)調整配方，以達到開(kāi)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控和質(zhì)量監控提供了先進(jìn)的手段，為新材料的研制提供了科學(xué)依據。

動(dòng)態(tài)沖擊分析儀，在只有意大利和德國的幾個(gè)廠(chǎng)商生產(chǎn)。早期的產(chǎn)品的曲線(xiàn)是利用攝影的方法記錄擺錘的位置來(lái)計算能量并繪制成曲線(xiàn)，可以比較清楚的記錄動(dòng)態(tài)試驗的整個(gè)過(guò)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，國內只有我公司生產(chǎn)這種儀器。我公司早期開(kāi)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(guò)程負荷與時(shí)間的變化繪制出曲線(xiàn)，并利用負荷與時(shí)間推出能量的曲線(xiàn)，*可以與國外的同類(lèi)設備媲美。隨著(zhù)超大集成電路和單板機的技術(shù)飛快的發(fā)展，數據采集和數據處理的速度越來(lái)越快?，F在的動(dòng)態(tài)沖擊分析儀具有采集速度快，達到1.2μs每個(gè)數據，存儲量大，曲線(xiàn)和數據極大豐富和詳實(shí)，為材料的配方和動(dòng)態(tài)試驗分析提供了極大的方便。而且，目前的上的廠(chǎng)商也采用了沖擊刃后加裝傳感器的方法?？梢哉f(shuō)我們在動(dòng)態(tài)沖擊分析儀的技術(shù)上的開(kāi)發(fā)與國外廠(chǎng)商處于同一水平甚至超過(guò)了國外。

㈠ 機械部分的研制

1． 主機

主機與傳統的機器相類(lèi)似，采用先進(jìn)的工藝使磨擦力zui小。在經(jīng)過(guò)多次修改加工工藝，讓沖擊錘刃的傳感器的走線(xiàn)由擺軸中心穿過(guò)，做到磨擦力zui小，走線(xiàn)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． 電氣部分的設計

通過(guò)系統的控制，轉換不同沖擊錘的采集電路，通過(guò)高速模擬數字轉換器轉換成數字信號傳送給計算機進(jìn)行處理。

㈡ 軟件的設計

我公司針對用戶(hù)的不同要求，開(kāi)發(fā)出性能穩定、操作簡(jiǎn)便、計算的軟件，能夠實(shí)現數據的自動(dòng)存儲、處理，繪制出負荷、能量與時(shí)間和負荷、能量與位移的曲線(xiàn)圖譜，并打印試驗報告。

首先進(jìn)行試驗參數設置，包括選擇沖擊錘、執行標準等。設置完成后進(jìn)行沖擊試驗，軟件自動(dòng)確定坐標繪制曲線(xiàn)。

數據處理可以顯示：負荷—時(shí)間、負荷—位移、能量—時(shí)間、能量—位移的曲線(xiàn)。

1． 與傳統的儀器比較，增加了角位移傳感器，將角度的細化做到0.036°。

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

3． 軟件的數據處理增加一些測量值：沖擊時(shí)間、zui大負荷、達到zui大負荷的能量、剩余能量。增加了數據的可比性。

4． 設計出磨擦力小，強度高的小能量沖擊錘，用戶(hù)zui大限度的方便測試和zui大限度的測量數據。

5． 通過(guò)更換沖擊錘和沖擊座達到執行多標準、多測量范圍的目的。用戶(hù)一機在手可以做美標、國標、ISO標準，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(hù)定

3． 采集速率：1.2μs

4． 負荷傳感器精度：≤±1%

5． 負荷傳感器zui小分辨率：0.01N

6． 角度zui小分辨率：0.036°

國內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(chǎng)家和各實(shí)驗室研究所有12萬(wàn)家以上，這些廠(chǎng)家基本上是通過(guò)靜態(tài)監控工藝法來(lái)進(jìn)行質(zhì)量監控。而國內只有本公司擁有此項技術(shù)，具有的市場(chǎng)優(yōu)勢。達到批量生產(chǎn)后，我們相信能以*的價(jià)格迎來(lái)更多的客戶(hù)，也將會(huì )打開(kāi)市場(chǎng)。

作為光機電一體化的精密分析檢測儀器，同時(shí)也是計量測試儀器，試驗機行業(yè)擁有一個(gè)龐大的潛在市場(chǎng)。很多的新型材料需要通過(guò)試驗機來(lái)檢測性能指標。按照上zui大的試驗機制造商美國INSTRON公司預測，目前中國的試驗機銷(xiāo)量?jì)H為美國的1/20，按照中國8%的年經(jīng)濟增長(cháng)速率預測，大約十年后，中國的試驗機市場(chǎng)將與美國的試驗機市場(chǎng)相當，也就是說(shuō)，中國試驗機市場(chǎng)將每年呈增長(cháng)形勢，形成一個(gè)相當龐大的市場(chǎng)。

新材料正在走向社會(huì )各個(gè)領(lǐng)域，被越來(lái)越多的人所使用，用戶(hù)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(lái)測試各種材料的性能指標。我公司這項技術(shù)，順應了市場(chǎng)需求，在同類(lèi)試驗機中有著(zhù)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(lái)看，仍將會(huì )保持產(chǎn)銷(xiāo)適度增長(cháng)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(chǎng)格局，市場(chǎng)需求量不會(huì )有大幅度增長(cháng)；而技術(shù)先進(jìn)的數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化等產(chǎn)品仍不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，進(jìn)口量會(huì )有較大增長(cháng)。同時(shí)，隨著(zhù)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(chǎng)競爭會(huì )更為激烈，美國摩根公司、美國新能源公司、美國德拓集團等已經(jīng)與我公司洽談合作事宜。根據國家財政部門(mén)預測，預計分析檢測儀器年需求量在4000萬(wàn)臺（套），100億元左右。鑒于該產(chǎn)品的特殊用途及其應用范圍，我們作了一個(gè)詳盡的調查。根據社會(huì )調查統計，目前生產(chǎn)高分子材料的廠(chǎng)家每一年需要量就不低于5000臺，市場(chǎng)需求4.5億元。而推廣到各大學(xué)，專(zhuān)職實(shí)驗室，質(zhì)量監督局等，數量將增加2倍以上，總市場(chǎng)需求9億元。西部大開(kāi)發(fā)，對自動(dòng)化儀器提出了新的需求，市場(chǎng)十分廣闊。

動(dòng)態(tài)沖擊分析儀配合視頻連接成功實(shí)現遠程操作、遠程診斷、專(zhuān)家遠程分析功能、維護、實(shí)驗數據分析、查看物理連接的*效果。