主题：【原创】关于氨纶纤维拉伸的一点体会~

今年5月 我在山东某用户安装了一台3365型试验机，配置有50N和5N载荷传感器，以及一套250N气动夹具和氨纶专用夹面。这个用户是国内氨纶纤维的最早的和目前市场的主要生产商，因此这台试验机被安置在生产车间的实验室，作为质量控制的检测环节，保证产品质量的稳定。这也是我第一次安装氨纶纤维测试的机器。
氨纶英文名Spandex译名"斯潘德克斯"，学名聚氨基甲酸酯纤维，简写PU，也叫聚氨酯弹性纤维。它是由与其它高聚物嵌段共聚时至少含有85%的氨基甲酸酯的链结单元组成的线性大分子所构成的长丝。具有高断裂伸长(400%以上) 、低模量和高弹性回复率的合成纤维特性。说学名可能大家还有点儿陌生，说起“莱卡”可能大家就都知道了，它是美国杜邦公司氨纶产品的注册商标。氨纶广泛被用来制作弹性编织物，如袜口 、家具罩、滑雪衣、运动服、带类、军需装备、宇航服的弹性部分等。氨纶不仅用于纺织领域，目前已发展到产业、生物医疗等应用领域，包括可用作家具、汽车座椅外囊装饰面料、各种装饰花边，用于外科弹性绷带、运动护膝、人工器官材料及各种辅助器材设备等。可以说氨纶在我们的生活中无处不在。
用户主要测试的试样为两种。一种是单纤维氨纶丝，可以通俗的理解为像一根头发丝的单丝，当然它的直径要避头发丝要细很多。主要测量单丝的断裂载荷（纺织行业通常称之为断裂强力）、断裂载荷时的伸长率、200%、300%定伸长的载荷。另一种是复丝，就是把许多根单丝氨纶非编织的束在一起。主要测量断裂载荷、断裂载荷时的伸长率、200%、300%定伸长的载荷。
在培训过程中先使用用户的单丝产品做了培训测试。使用50N载荷传感器、250N气动夹具及氨纶专用夹面。根据国家纺织行业标准FZ/T 5006-94要求，推荐使用线接触夹持夹面。一面是平面，另一面是圆弧面，这样当氨纶丝被夹持时夹面是线接触试样。使用线接触夹面是因为氨纶丝有很大的延伸性，在拉伸过程中其线密度变化很大，随着拉伸的进行，试样将变得非常纤细，如果使用的夹面不合适，这种变细可能会从夹面的内端向外端逐渐发展，造成试样的原始长度发生变化，严重时会发生明显的滑移或滑脱，对伸长率的结果影响很大，因此选择正确的夹面非常重要。下图为标准要求的夹面图，以及我们所配的氨纶专用夹面，一半面为高分子平面，另一半面为金属半圆弧面。

测试结果及区曲线图如下。

对于拉伸曲线用户没有疑问，第一个试样断裂后横梁未停，通过修改判断结束条件的敏感度就可以解决。用户对计算数据有了疑问。用户原有的国产试验机使用的是气动平面夹面做出的数据：最大载荷大约是50CN,最大伸长大约700-800%。观察我们做出的数据：最大载荷平均38.93CN,最大伸长大约459.56%。用户操作人员觉得和他们以前的数据相差很大。通过对标准的研读，使用平面夹面测试单丝，会造成打滑，以至于得到更大的伸长率，伸长增大，断裂载荷也会变大。通过与用户的技术人员沟通，他们也知道现有的国产试验机做出的伸长率是不准的，因此购买我们的机器，就是要做出一个准确的伸长率结果。由试验结果也可以印证这个氨纶专用夹面确实非常有效，适合单丝拉伸。
为了得到一个更有说服力的结果。我又做了一个对比试验，以证明平面夹面可能产生的问题。这台机器还配有一个5N载荷传感器和代理商配置的5N气动平推夹具，我就用这套加载链来夹持单丝。如下图。

这个5N气动夹具带有不可换的平面夹面。
同样的单丝拉伸曲线和数据结果如下：

此次平面夹面和前面的用线接触夹面拉伸结果可以看出，平均最大载荷是53.15 VS 38.93；最大载荷的拉伸应变是838% VS 459&；200%定深载荷是5.78 VS 5.73；300%定深载荷是10.78 VS 11.51.确实平面夹面测得的伸长率要远大于线接触夹面的伸长率，最大载荷也大。从300%伸长率已经开始慢慢打滑了。这个结果和用户现有的国产试验机的平面夹面拉伸的结果比较一致。因此也证明了线接触夹面的必要性。

在培训过程中也使用用户的复丝产品做了培训测试。使用50N载荷传感器、250N气动夹具及氨纶专用夹面。测试结果及区曲线图如下。

用户对测试曲线的中有个别试样的曲线有掉落产生了疑问，认为是夹面打滑导致载荷有跌落。在增大了气动夹具的夹持气压后，仍然还有个别载荷跌落现象。在拉伸过程中观察发现有个别单丝先断了，由此导致载荷有跌落，直至拉断。用户也认了可这种解释。同时也告诉用户，如果将第一次载荷跌落作为最大峰值，来结束实验，可以修改软件中结束试验的判定条件，减小载荷变化的%值来判定试样已断裂而停止试验。
目前用户的单丝最大载荷只有40cN左右，复丝的最大载荷约800cN一下，用50N（33机器0.5级精度保持最小量程到25cN）载荷传感器测量试验载荷，做复丝是没有问题的，做单丝在25cN载荷以下理论上不保证0.5级相对误差精度。改用5N（33机器0.5级精度保持最小量程到2.5cN）传感器，配合5N气动夹具是最好的。
  为了发挥5N传感器的作用，我做了一个尝试，把250N气动夹具装在5N传感器上，称重是230cN左右，单丝最大载荷是40cN左右合计也就是5N传感器的一半的容量，理论上是没问题的。实际测试的结果：最大载荷平均是37.97cN；最大伸长436.14%；300定伸长的载荷13.07cN。和在50N传感器测试的基本吻合（平均最大载荷是38.93；最大载荷的拉伸应变是459%；300%定深载荷是11.51。因此在5N传感器上安装250N气动夹具测试氨纶单丝是可行的。在用户熟悉机器的操做过程中发现：5N传感器容量很小，安装250N气动夹具后稍不小心碰触一下就触发载荷电子限位保护了。安全起见我后来还是让用户用250N气动夹具在50N传感器上试验了。这样做为用户增加了一种安全的测试方案。
通过这次安装培训氨纶测试的经历，总结了一些经验：
1．对于首次接触的测试类型，首先要了解用户的测试需求，以及测试背景，实验室已有的同类型测试机器。多和用户沟通，有些问题可能从用户的沟通过程中就找到答案了。
2.一定要和销售工程师多沟通，了解机器配置的来龙去脉。在这次的安装过程中得到了销售宋生才工程师的大力支持，才了解了用户购买这台机器的背景。
3.如有时间在用户现场多做一些试验，为用户找到更好的测试方案。比如就这台33机器上测量40cN的单丝，50N传感器搭配250N夹具没有5N传感器搭配250N夹具的精度高，但是经过试验证明是可以接受的，但是安全性很高。
4.在工作现场有了新的发现后多和销售，定制服务等工程师以及经理反馈。比如，如果可以将5N气动夹具的不可更换平面夹面，我们若能开发出氨纶专用夹面，对于已有的老用户可以推荐更好的测试选择。另外INSTRON最新气动夹具产品系列，5N的气动夹具已经停产，有了50N气动夹具替代，如果我们定制开发出适合50N气动夹具的氨纶夹面又是新的商机，销售工程师也多了一种配置。或者用户的预算更充裕一下，使用我们5965试验机，载荷传感器可以安装在顶板上、配双空间测试系统，这样不但测试精度的下限载荷更小，而且可以消除载荷传感器安装在横梁时，在初始载荷阶段横梁高速启动产生的加速度对载荷传感器准确度的影响。