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主要用于非金属材料(如塑料、橡胶、尼龙、电在允许电压下不导电的材料等)的热变形及维卡软化点测定,是化工企业、科研单位、大专院校等行的理想测试工具。
热塑性塑料管材是给排水、化工流体输送、家装管路、市政设施建设工程领域大量使用的构件,PVC‑U硬聚氯乙烯管材、PP管材、PE管材、ABS管材等各类塑料管材,在环境和温度升高、介质输送温度变化的工况之下,材料会逐步发生软化变形。维卡软化点温度VST是评价塑料管材耐热性能的关键指标,反映管材材料在规定负荷条件下,发生明显软化的临界温度,管材维卡软化点指标,是管材产品出厂检验、原料入厂质控、配方改性研发、管材管件质量判定的重要依据。GB/T1633管材维卡软化点温度测定仪RBWK‑300B,专门针对热塑性塑料管材、管件开展维卡软化点温度检测,同时也兼容塑料板材、注塑试样的热变形温度测试,设备完全参照GB/T1633《热塑性塑料软化温度(VST)的测定》,GB 8802《硬聚氯乙烯(PVC‑U)管材及管件维卡软化温度测定方法》,并且匹配GB/T1634、ISO75、ISO306、ISO2507相关标准试验条件,广泛用于管材生产企业质检实验室、第三方材料检测机构、高分子材料科研院所、高等院校材料实验室。
管材类试样和普通注塑标准样条存在一定差异,管材试样需要从管材管壁裁切取样,部分薄壁管材还需要按照标准做试样叠放处理,试样取样位置、试样厚度、试样凹面摆放方向,都会直接对维卡软化点测试结果带来影响。本套仪器充分考虑管材管件的检测工况,油浴加热体系、砝码加载系统、针型维卡压头、三工位试样架结构,均可以适配管材裁切试样的试验要求。仪器采用甲基硅油作为传热油浴介质,温控单元提供两套国标规定升温速率档位;试样架具备自动升降机构,单次试验可以同时安放三个管材试样,实现三件平行试样同步测试,有效提升管材批量检验的试验效率。试样压入位移依靠光栅千分表采集,形变测量分辨能力可以达到0.01mm,可以精准捕捉针型压头刺入管材试样1mm深度的临界点。整机机械结构运行稳定,操作流程清晰,能够满足管材生产企业日常大批量抽样检验工作。
仪器油浴槽配套可调节转速的搅拌电机,管材维卡测试要求油浴内部温度均匀一致,搅拌机构可以加速硅油内部热量交换。油浴低温阶段,选用较快搅拌转速,加速浴槽温度混匀;油浴温度上升之后,切换为慢速搅拌,降低硅油剧烈扰动,保障三个试样工位温度偏差控制在合理范围,减少平行管材试样测试数据离散。
仪器提供两套标准试验负荷,A模式负荷10N,B模式负荷50N,管材维卡测试大多选用50N试验负荷,匹配GB/T 8802管材管件测试标准的载荷规定。砝码依靠重力向针型压头传递垂直向下的恒定压力,操作人员可以根据管材产品标准,选配对应质量砝码,砝码摆放需要摆正,规避侧向分力干扰测试结果。
设备冷却分为两套模式,油浴温度高于150℃只允许自然冷却;油浴温度下降至150℃以下,支持水冷或者自然冷却两种方式。完成一组管材高温试验之后,开启水冷模式能够缩短硅油降温周期,加快下一批管材试样试验周转,适合管材厂实验室高频次检测场景。
开展管材维卡试验之前,需要完成前期准备工作,优先更换维卡测试对应的针型压头,把压头牢固固定在负载杆下端。管材裁切得到的试样,需要按照标准完成状态调节,试样摆放区分凹面朝向;千分表安装之后预留合适压缩余量,每一次试验正式启动之前都需要执行千分表调零,调零之后静置数分钟,释放机械应力,降低零点漂移带来的测量误差。整套试验从管材试样裁切预处理、装夹安放、砝码选配、零点校准、升温运行、记录维卡温度、取样冷却,形成完整标准化试验流程,操作人员熟悉标准与仪器操作,就可以得到具备复现性的管材维卡软化点试验数据。
除管材维卡测试之外,该仪器也可以完成普通塑料样条热变形温度试验,更换圆角压头之后,就可以执行热变形温度HDT检测,实现一台设备兼顾管材维卡测试与材料热变形测试。
按照GB/T1633以及GB/T8802标准,管材维卡软化点温度试验原理:从待测塑料管材管壁裁切获取标准规格试样,将管材试样平整安放在试样架支撑台面上,针型硬质钢压头垂直压在管材试样表面。向压头施加标准规定的恒定垂直负荷,管材测试普遍选用50N负荷条件。试样完全浸没在甲基硅油加热油浴当中,油浴按照标准规定恒定速率匀速升温。
随着油浴温度不断上升,管材热塑性高分子材料分子链运动加剧,材料硬度持续下降;在恒定垂直负荷的作用下,针型压头会慢慢向下刺入管材试样内部。当压头刺入管材试样深度刚好达到1mm时,记录此时油浴介质的实时温度,该温度就是这一件管材试样的维卡软化点温度VST。同批次管材需要做多件平行试样,综合多组测试结果,得到该批次管材维卡软化点试验报告数据。
仪器整机硬件运行逻辑:AC220V市电接入仪器,加热功率单元对油槽内部甲基硅油实施加热;温度传感器实时采集硅油浴的实际温度,信号反馈到温控系统,闭环控制加热输出功率,保证油浴按照选定档位匀速升温,提供50℃/h、120℃/h两套标准升温速率,对应A:12±2℃/6min,B:5±1℃/6min。搅拌电机驱动搅拌叶轮搅动硅油,让整个油浴槽温度场分布均匀,保障三个管材试样工位温度条件趋于一致。
试样架升降机构可以整体抬升或者下降,装取管材试样的时候抬升出油浴液面,试验过程下降,让管材试样全部浸泡在硅油介质中。砝码托盘上放置标准砝码,依靠重力将恒定试验负荷传递到负载杆、针型压头,垂直作用于管材试样表面。光栅千分表抵靠砝码托盘上端,实时采集负载杆向下位移,也就是针型压头刺入管材试样的深度。当位移读数到达1mm判定阈值,记录浴槽温度,完成该管材试样维卡测试。
试验结束之后,油浴温度大于150℃执行自然冷却;温度下降到150℃之下,可开启水冷模式加速散热。
针对管材试样的特殊情况,部分管材壁厚比较薄,单块试样厚度达不到标准要求,需要将多片管材试样叠放,保证总厚度满足标准试样厚度要求,叠放时管材试样凹面摆放方向需要遵循标准条文规定,壁厚小于2.4mm的管材试样,凹面需要朝上放置。压针距离管材试样边缘不能小于3mm,避免压头作用在试样边缘,造成试验结果失真。
整机由硅油油浴槽体单元、温控控制系统、试样架自动升降机构、搅拌调速组件、光栅千分表形变测量组件、砝码加载组件、测试压头配件、冷却水路组件、电气控制单元组成。
油浴加热槽体,内部盛放甲基硅油传热介质,槽内部布置加热器件、温度传感器、搅拌叶轮。加热器件实现硅油加热升温;温度传感器实时采集油浴温度,反馈温控单元做闭环控温。甲基硅油热传导性能良好,最高使用温度可达300℃,适合塑料管材高温维卡试验。硅油属于高温油类介质,高温状态有烫伤风险,需要定期观察硅油状态,出现发黑、老化、杂质堆积,应当及时更换介质。
温控控制系统,设置两套标准升温档位,A档位12℃每6分钟(120℃/h),B档位5℃每6分钟(50℃/h),管材维卡软化点仲裁试验大多选用50℃/h升温速率。温控单元读取温度传感器信号,调节加热输出功率,维持油浴匀速升温;屏幕实时显示油浴温度,温度示值误差控制在±1℃,便于试验人员观察管材试样试验进程,记录维卡软化点温度。
试样架自动升降机构,配置三套独立负载杆工位,一次可以同时放置三件管材裁切试样。升降机构能够把整套试样架抬升出油浴液面,方便安放、更换管材管件试样;试样安放完毕,试样架整体下降,管材试样全部浸没在硅油介质内。三路工位分别配置负载杆、压头、千分表,支持三件管材平行试样同步开展维卡软化点测试。
搅拌调速组件,包含搅拌电机与调速旋钮。电机带动叶轮搅动硅油,改善油浴内部温度均匀性。调速旋钮可以调整搅拌转速,低温阶段使用较快转速,加速热量混匀;油浴温度升高之后调慢转速,减少硅油剧烈扰动,保障三个管材试样工位温度差异小。电机工作时对应的状态指示灯点亮,方便操作人员确认搅拌机构处于运行状态。
形变测量组件,配套三块光栅千分表,分别对应三个管材试样工位。千分表探头接触砝码托盘上部,安装时千分表内芯上端预留2‑5mm压缩余量。管材维卡测试正式启动之前,千分表需要执行调零操作,调零完成静置3‑5分钟,释放机械应力,降低零点漂移。针型压头刺入管材试样,负载杆向下位移,千分表采集0‑1mm位移,形变测量误差0.01mm,精准捕捉压头刺入1mm临界点。
砝码加载组件,包含砝码托盘与配套标准砝码。管材维卡软化点常规测试选用B模式50N负荷,按照砝码质量要求配置砝码;部分特殊管材产品标准选用10N负荷A模式。砝码放置托盘必须摆正,保证重力垂直向下施加,砝码倾斜会产生侧向分力,导致针型压头受力偏移,带来管材维卡温度测试偏差。砝码需要妥善保管,避免磕碰缺损,砝码质量改变会直接造成试验载荷不准。
测试压头配件,分为维卡针型压头、热变形圆角压头,各三套。做管材维卡软化点试验,必须更换针型压头,压头为硬质钢材质,端面平整无毛刺,横截面积满足标准要求。压头需要牢固锁紧在负载杆下端;压头出现磨损、变形,需要及时更换,压头形态缺陷会直接干扰管材维卡测试结果。
冷却组件,包含水冷管路接口。油浴温度高于150℃只能够执行自然冷却;温度下降至150℃以下,接入冷却水开启水冷模式,加速硅油散热,缩短管材试样批次之间等待时间。水冷使用时控制冷却水流量,不可以造成硅油骤冷。也可以全程使用自然冷却模式,只是冷却耗时更长。
电气控制单元,整机供电AC220V±10%,整机最大加热功率不超过4500W,供电回路必须满足20A电流条件。整机重量180Kg,外形尺寸720mm×700mm×1380mm,设备需要安放在平整稳固的实验室地面,保障试样架升降机构运行顺畅。
仪器安放在平整稳固的实验室地面,供电线A供电条件。检查油浴槽甲基硅油液位处于合理区间,液位不足不允许启动加热。开展管材维卡软化点测试,首先把负载杆下端更换为维卡针型压头,锁紧固定,确认压头端面平整无毛刺磨损。
根据管材产品标准确定试验负荷,绝大多数PVC‑U管材维卡测试选用B模式50N负荷,选配对应质量砝码,砝码外观完好无磕碰缺损。
管材试样按照GB/T1633、GB/T8802标准从管材管壁裁切取样,试样尺寸、厚度满足标准规定;对于壁厚小于2.4mm的薄壁管材,按照标准做叠放处理。裁切后的管材试样按照标准完成状态调节,放置规定温湿度环境完成静置处理,去除加工带来的内应力。
检查搅拌电机接线完好,开启搅拌电机电源,工作指示灯点亮;低温工况设置搅拌为较快转速,预估升温到高温区间之后调慢转速。整机电气接线逐项检查确认无误之后,再进行管材试样装夹。
操作升降机构,将整套试样架抬升,抬出油浴硅油液面。将处理完毕的管材试样安放在试样架支撑平面。注意管材试样凹面朝向:壁厚小于2.4mm的管材试样,凹面需要朝上摆放;针型压头落在管材试样表面的位置,距离试样边缘距离不能小于3mm,不可以把压头对准试样边缘位置,避免测试失效。安放完成之后,缓缓放下负载杆,针型压头轻轻贴合管材试样表面。
三个工位依次安放好管材试样,操作升降机构,将试样架缓缓下降,全部管材试样完全浸没浸入甲基硅油油浴介质。将选配好的砝码平稳放置在各个工位砝码托盘上,砝码摆放摆正,防止砝码倾斜产生侧向分力。
安装光栅千分表,千分表固定到位,千分表内芯抵在砝码托盘上方,内芯上端预留2‑5mm压缩空间。轻轻旋动调节旋钮,把千分表读数调至零位。零点调完,静置预置3‑5分钟,释放机械部件应力,观察千分表零点,出现漂移需要再次重新调零。
依据管材对应的产品标准,选定升温速率。管材维卡仲裁试验一般选用B档位5±1℃/6min也就是50℃/h升温速率;部分快速筛查测试选用A档位12±2℃/6min即120℃/h。确认管材试样、砝码、千分表全部准备到位,搅拌机构正常运转,确认无安全隐患,启动仪器试验流程。
温控系统控制加热单元,甲基硅油油浴按照设定速率匀速升温。试验人员持续观察油浴温度示数,同时观察三块千分表位移读数,关注针型压头刺入管材试样的深度变化。
当任意工位千分表位移读数到达1mm判定阈值,立刻记录此时油浴显示温度,该数值即为这一件管材试样维卡软化点温度。其余工位管材试样继续运行,直到该工位位移达到1mm,逐件记录温度数据。三件管材平行试样全部达到判定条件,整套试验结束。
整套管材维卡测试结束,先移开千分表,取下砝码托盘上的砝码。操作升降机构,抬升试样架出油浴液面,取出测试完成的管材试样。操作时注意高温硅油,做好防烫伤,不要把管材碎屑掉落进油池内部,防止污染硅油介质。
油浴温度还在150℃以上阶段,执行自然冷却;油浴温度下降至150℃以下,可开启水冷模式加速散热,或者继续自然冷却。冷却过程试样架可以抬出油面,也可以潜入油池内部。
等待油浴温度回落接近室温,依次关闭主机电源、搅拌电机电源。整理压头、砝码、千分表,清理试样架上管材碎屑,准备下一批管材试样检测。
仪器三工位结构,一次完成三件管材平行试样测试。管材产品检验,需要按照标准规定数量做平行试样,降低试验随机误差。开展下一批管材测试,需要等待油浴温度充分冷却,重新完成管材试样预处理、装夹、千分表调零整套流程。
给排水用硬聚氯乙烯管材管件,执行GB 8802标准,维卡测试普遍选用50N负荷,50℃/h升温速率。从管材管壁切取试样,薄壁管材做好叠放处理,凹面按照标准朝向摆放。维卡软化点是PVC‑U管材出厂必检项目,同一生产批次多组平行试样测试,用来判定管材耐热性能是否达标。管件产品,从管件本体取样裁切,取样位置避开焊接、应力集中区域,保证试样代表性。
PP给水管、化工输送PP管材,按照GB/T1633开展维卡软化点测试。部分改性聚丙烯管材,根据产品标准选择10N或者50N负荷;注意PP材料的状态调节,消除裁切加工带来的试样内应力。对比不同改性配方PP管材,维卡软化点数据可以反映填料改性对管材耐热性能带来的改变。
HDPE、LDPE聚乙烯管材,聚乙烯材料维卡软化点整体温度偏低,设置试验终止预警,防止长时间高温造成试样过度熔融。试样裁切之后平整安放,压针位置远离试样边缘,多件平行样获取可靠测试数据。
ABS管材多用于化工管路,试样裁切完成之后,部分ABS试样按照标准要求做烘干预处理,去除内部水分,再开展维卡软化点测试,水分会对高温下材料性能产生干扰。严格控制升温速率与试验负荷,得到管材维卡软化点,作为产品耐热评价依据。
纤维增强复合管材,取样需要关注纤维取向方向,取样方向要和管材实际受力方向匹配。复合管材存在各向异性,取样位置不合理,会造成维卡软化点试验数据不具备产品参考价值。
1、仪器加热功率较高,供电回路需要满足AC220V±10%,20A供电条件,不能使用细规格电源线,避免供电线Kg,搬运安装需要多人协同,摆放地面必须水平稳固。初次安装建议专业人员调试;设备如需返厂维修,应当使用原始包装,避免运输磕碰损坏部件。
2、甲基硅油属于高温油类介质,油浴最高温度能够达到300℃,高温硅油存在烫伤、起火风险。试验操作,禁止身体接触高温油浴;纸张、布料等易燃物品远离油浴槽。定期观察硅油状态,硅油发黑、混入管材碎屑杂质,需要及时更换新的甲基硅油。
3、管材维卡软化点测试必须使用针型维卡压头,压头出现磨损、毛刺、变形,及时更换配件,压头状态不合格会直接造成管材维卡温度测试出现偏差。压头安装务必锁紧,避免试验过程松动脱落。
4、砝码按照管材产品质量标准选配,放置托盘摆放端正;砝码倾斜产生侧向分力,针型压头受力偏移,管材试样局部受力异常,维卡软化点测试结果失真。砝码妥善保管,避免磕碰掉块,砝码质量改变会造成试验负荷不符合GB/T1633规定要求。
5、光栅千分表属于精密位移测量部件,每次管材维卡试验之前都要调零,调零后静置3‑5分钟消除机械应力漂移;避免撞击摔落,做好防尘防护。
6、搅拌电机转速结合油浴温度调节,低温快搅,高温慢搅;确认搅拌正常运作,再开启加热,保障三个管材试样工位油浴温度均匀,降低平行样数据离散。
7、冷却操作严格遵循温度条件,油浴大于150℃只允许自然冷却;温度降到150℃以下,才可以开启水冷模式;冷却水流量不宜过大,防止油浴槽骤冷受损。
8、安放管材试样,试样架必须抬升出油浴液面再装夹;禁止油面之下拆装管材试样。不要把管材碎屑、试样掉落到油池,碎屑会污染硅油,还会干扰搅拌机构运转。压针距离管材试样边缘距离不小于3mm,薄壁管材叠放、凹面朝向严格执行GB/T8802标准。
9、试验结束,等待油浴充分降温,再更换管材试样或者维护介质;高温状态不要打开油浴盖板触碰硅油。试验完毕依次关闭加热、搅拌电源,最后切断整机总电源。
10、设备定期维护:检查试样架升降机构运行是否顺滑;砝码、维卡针型压头有无磨损;温度传感器工作状态;千分表保持清洁;硅油介质定期检查更换。非专业技术人员不要拆解温控单元、加热部件。
维卡软化点温度VST:规定负荷下,针型压头刺入管材试样1mm深度对应的油浴温度,评价热塑性管材耐热软化性能。 A法:试验负荷10N;B法:试验负荷50N,管材维卡测试大多选用B法。 甲基硅油:油浴传热介质,把热量均匀传递给浸没在油浴中的管材试样。 光栅千分表:测量针型压头刺入管材试样深度,分辨能力0.01mm。 针型维卡压头:硬质钢制平头压针,GB/T1633标准规定维卡测试专用压头。 试样架自动升降:带动三件管材试样整体抬升或者浸入硅油油浴的机械机构。 升温速率:油浴单位时间上升温度,标准50℃/h、120℃/h两档。 状态调节:管材裁切试样测试之前,在规定温湿度环境静置处理,消除加工内应力。
1、试验主机一台 2、温度传感器一只 3、光栅千分表三块 4、热变形及维卡测头各三套
提示:甲基硅油介质、标准砝码为试验配套耗材配件,冷却水供水装置需要用方现场自行准备。

