薄膜拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)誤差過大的原因分析

徐雷 伍碩秋

1.鹽城市計(jì)量測(cè)試所 江蘇鹽城 224007 2.鹽城市生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇鹽城 224049

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，各種功能性薄膜被廣泛應(yīng)用，如汽車遮陽膜，建筑玻璃膜，手機(jī)玻璃膜，包裝膜等等[1]。（下文以汽車遮陽膜的力學(xué)實(shí)驗(yàn)舉例代表）在國(guó)標(biāo)中薄膜的力學(xué)性能研究是評(píng)判薄膜合格與否的重要方面。拉伸實(shí)驗(yàn)是研究材料力學(xué)性質(zhì)最基本的實(shí)驗(yàn)。

1 我國(guó)目前汽車遮陽膜拉伸實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

我國(guó)目前薄膜類力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)主要檢測(cè)拉伸強(qiáng)度和拉伸生長(zhǎng)率。主要流程為先制作規(guī)定尺寸的試樣，有條件的再校準(zhǔn)檢測(cè)用拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)，最后檢驗(yàn)員按照標(biāo)準(zhǔn)步驟要求檢測(cè)試樣記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程有以下缺點(diǎn)：

（1）低效性，整個(gè)流程除了拉伸過程有設(shè)備自動(dòng)化，其余均靠人工完成，整個(gè)流程耗時(shí)耗力。

（2）低穩(wěn)定性，由于大部分過程為人工操作，鑒于薄膜試樣極輕薄的特殊性，標(biāo)準(zhǔn)化難以得到控制，使得最終結(jié)果極不穩(wěn)定。

2 薄膜力學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差過大的原因分析

通過分析幾百批次的汽車遮陽膜力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)過程及檢測(cè)數(shù)據(jù)，筆者總結(jié)出以下幾個(gè)誤差原因。

2.1 制樣原因

筆者走訪過眾多汽車遮陽膜生產(chǎn)廠家實(shí)驗(yàn)室及權(quán)威檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，他們的制樣過程都為人工制樣，且制樣工具大部分都只是鋼直尺配美工刀，好一點(diǎn)的可能用到相片切板。薄膜產(chǎn)品由于極輕極薄的特殊性，且規(guī)程試樣要求在毫米精度。在人工制樣中，不管是鋼直尺還是相片切板，上面的最小刻度都只有1毫米。所以造成的結(jié)果就是不管人工多認(rèn)真細(xì)致，薄膜試樣的寬也不能切到絕對(duì)平行。筆者通過用0.02毫米精度游標(biāo)卡尺去量薄膜兩端寬度，誤差超0.1mm的超90%。

再由于薄膜產(chǎn)品由于極薄的特點(diǎn)，如切樣時(shí)刀口或尺子邊稍微毛糙，再或者切板上有細(xì)小顆粒，都會(huì)造成薄膜出現(xiàn)切割口，在一定力時(shí)會(huì)直接撕斷。這種撕扯斷的情況在筆者實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)比例會(huì)占到3%。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備原因

在走訪的實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)室的拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)一般1年左右檢定一次，無法滿足高強(qiáng)度生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)需求。甚至有部分實(shí)驗(yàn)機(jī)拉力傳感器為1000N甚至5000N的量程，由于汽車遮陽膜拉伸合格值為40N/25mm，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)基本在200N/25mm以下，大牛拉小車對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)誤差影響也很大[2]。

實(shí)驗(yàn)室目前主流所用的夾具為金屬螺栓夾具和金屬?gòu)椈蓨A具，這兩種夾具主要利用夾緊力固定薄膜試樣的位置。但是這種夾具不適合極輕薄的薄膜試樣，目前走訪實(shí)驗(yàn)室的拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)都沒有為薄膜試樣所用夾具設(shè)計(jì)特殊的夾緊力方向、大小和作用點(diǎn)。造成的結(jié)果就是，當(dāng)拉伸強(qiáng)度大于加載力時(shí)，薄膜易滑動(dòng)；當(dāng)拉伸強(qiáng)度小于加載力且拉伸強(qiáng)度又較大時(shí)薄膜又容易被金屬夾具口撕扯斷。

2.3 人員操作及測(cè)量方法原因

薄膜樣品由于生產(chǎn)及包裝過程都是成圈狀態(tài)，所以在切割成樣品之后，還是為會(huì)彎曲，不易完全放平。再加上夾載試樣的夾具為拉伸實(shí)驗(yàn)通用夾具，不易放置薄膜試樣。此外，夾具無試樣位置限位，垂直度無法保證，因而大大影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

人員對(duì)設(shè)備操作的水平高低也直接影響數(shù)據(jù)結(jié)果并產(chǎn)生一定的誤差。筆者在走訪實(shí)驗(yàn)室是，部分企業(yè)的檢驗(yàn)員甚至儀器參數(shù)都設(shè)置或引用錯(cuò)誤。

2.4 其他原因

薄膜的生產(chǎn)過程從使用各種厚度的、高透明的、堅(jiān)韌的聚酯薄膜開始。通過加PVC玻璃紙基膜、加夾層、染色、抗靜電處理、熱封涂覆處理和金屬噴鍍、磁控濺射鍍膜、復(fù)合等一系列工藝后流程完成。因此極薄的薄膜產(chǎn)品要想所有位置的材質(zhì)厚度都是均勻一致，是非常困難的，如不能在成圈樣品垂直方向的同一位置上取樣，就會(huì)對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果造成不穩(wěn)定的影響。

3 降低薄膜力學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差有效措施

3.1 從檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備上進(jìn)行創(chuàng)新

極其輕薄的薄膜產(chǎn)品的精準(zhǔn)制樣對(duì)人工是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但對(duì)于目前機(jī)械科技技術(shù)來說只是個(gè)很簡(jiǎn)單的問題，樣品處理一體化設(shè)備，甚至制樣加檢測(cè)一體化設(shè)備都是極有可能實(shí)現(xiàn)的，且在其他產(chǎn)品檢測(cè)上已有先例。我國(guó)檢驗(yàn)檢測(cè)市場(chǎng)巨大，因大力支持相關(guān)檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備企業(yè)的創(chuàng)新，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高檢驗(yàn)檢測(cè)的效率和水平。

3.2 定期對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和校準(zhǔn)

力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一切數(shù)據(jù)都來源于拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)，高強(qiáng)度的使用頻率會(huì)影響精密儀器穩(wěn)定性。因此，需要安排專人對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，做好期間核查，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常時(shí)需及時(shí)聯(lián)系當(dāng)?shù)赜?jì)量部門，對(duì)設(shè)備重新進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)。

3.3 檢驗(yàn)員加強(qiáng)管理培訓(xùn)和監(jiān)督

一是要加強(qiáng)檢驗(yàn)員制樣水平的培訓(xùn)，制樣水平的高低由經(jīng)驗(yàn)和細(xì)致耐心決定。不定期對(duì)制樣能力考核，定期對(duì)試樣進(jìn)行抽查都極為重要[3]。

二是要加強(qiáng)產(chǎn)品檢驗(yàn)員的綜合素質(zhì)及業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)。檢驗(yàn)員對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性起著決定性重要作用。因此，在實(shí)驗(yàn)全過程中，檢驗(yàn)員要嚴(yán)格遵守工作規(guī)章制度，遵從實(shí)驗(yàn)步驟要求。同時(shí)相關(guān)機(jī)構(gòu)也要定期監(jiān)督抽查，從而使檢驗(yàn)檢測(cè)質(zhì)量得到相應(yīng)的提高。

4 結(jié)語

本文雖然僅僅從薄膜力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差去分析，但是同樣可以發(fā)散思維適用于其他力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)，為了增強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的把控，有必要不斷從細(xì)節(jié)做好檢驗(yàn)檢測(cè)工作。在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)綜合考慮制樣、人員、設(shè)備、環(huán)境和操作方法等諸多因素。盡量避免上述因素的干擾，采取有效措施加以解決，不斷提高檢驗(yàn)檢測(cè)水平。