في مجالات البحث والتطوير في مواد النسيج ومراقبة الجودة، فإن جهاز اختبار الشد الإلكتروني للألياف المفردة هو جهاز متخصص يُستخدم لقياس قوة الكسر والاستطالة عند الكسر للألياف. ويُستخدم على نطاق واسع لاختبار أداء مواد مثل القطن والصوف والكتان والحرير والألياف الكيميائية والألياف الزجاجية. يقدم هذا المستند مقدمة منهجية لإجراءات تشغيل الجهاز وإعدادات المعلمات الأساسية وتقنيات الصيانة اليومية.

أولاً: مبدأ العمل ونظرة عامة على البنية

جهاز اختبار قوة الألياف المفردة الإلكتروني هو جهاز اختبار شد بمعدل استطالة ثابت (CRE). مبدأ عمله كالتالي: يقوم حساس عالي الدقة بتحويل القوة المؤثرة على الليف أثناء الشد إلى إشارة كهربائية. وبعد التضخيم والتحويل من تناظري إلى رقمي، يتم عرض قيمة حمل الكسر مباشرة بصيغة رقمية. وفي الوقت نفسه، يقوم محرك خطوي بتحريك المشبك السفلي بسرعة ثابتة، بينما يسجل المعالج الدقيق عدد النبضات ويقوم بعملية تحويل تدريجي لحساب استطالة الليف عند الكسر في الوقت الفعلي.

تتكون أجهزة اختبار الشد الإلكترونية الحديثة للألياف المفردة عادة من ثلاثة مكونات: الوحدة الرئيسية (وتشمل حساس القوة وآلية النقل والمشابك)، ونظام التحكم التشغيلي (لوحة شاشة لمس أو برنامج عبر الإنترنت)، ووحدة إخراج البيانات (طابعة أو واجهة حاسوب). تشمل طرق التثبيت التثبيت اليدوي والهوائي والكهربائي. ومن بين هذه الطرق، يقلل التثبيت الهوائي من تدخل العنصر البشري بشكل فعال، مما يجعل الاختبار أكثر موضوعية وكفاءة.

ثانياً: التحضيرات قبل الاختبار

1. فحص البيئة وحالة الجهاز

يجب إجراء الاختبارات تحت ظروف جوية قياسية، أي عند درجة حرارة 20±2 درجة مئوية ورطوبة نسبية 65%±2%.

يجب إكمال الفحوصات التالية قبل التجربة:

- استخدام ميزان تسوية لضبط قاعدة الجهاز لضمان أن تكون الوحدة بأكملها مستوية وثابتة

- تنظيف الغبار من طاولة العمل وأسطح الجهاز، مع الانتباه بشكل خاص إلى مجسات الاختبار ومناطق مجسات الحساس

- التحقق مما إذا كانت فكوك المشابك العلوية والسفلية مستوية وخالية من التآكل؛ واستبدال حشوات الفك عند الحاجة

- التأكد من أن جهد مصدر الطاقة مستقر عند تيار متردد 220 فولت ± 10% وبتردد 50 هرتز

2. المعالجة المسبقة للعينة

يجب أن تخضع عينات الألياف لعملية موازنة الرطوبة قبل الاختبار. توضع العينة في بيئة جوية قياسية لمدة لا تقل عن 24 ساعة حتى تصل إلى توازن الرطوبة. إذا تجاوز استرجاع الرطوبة للعينة الحد القياسي، يجب إجراء تكييف مسبق أولاً (عند درجة حرارة لا تتجاوز 50 درجة مئوية ورطوبة نسبية 10%–25%) قبل موازنة الرطوبة.

عند أخذ العينات، يتم اختيار حوالي 1500–2000 ليفة عشوائياً من عينة المختبر. يتم شدّها وتسويتها بلطف عدة مرات يدوياً لضمان أن يكون أحد الأطراف مستقيماً ومتساوياً، ثم يتم اختيار ليفة واحدة عشوائياً من الحزمة للاختبار. يجب الحذر لتجنب إتلاف أو ثني أو تلويث الألياف أثناء هذه العملية.

3. تشغيل الجهاز والتسخين المسبق

بعد توصيل مصدر الطاقة، يجب تسخين الجهاز مسبقاً لمدة 30 دقيقة للسماح للدارات الداخلية والحساسات بالوصول إلى حالة تشغيل مستقرة. يمكن إجراء إعدادات المعلمات وتحضير العينات خلال فترة التسخين لتحسين كفاءة الاختبار.

ثالثاً: شرح تفصيلي لإعدادات المعلمات الأساسية

إن ملاءمة إعدادات المعلمات تحدد بشكل مباشر دقة وقابلية مقارنة نتائج الاختبار. فيما يلي عدة معلمات رئيسية تتطلب اهتماماً خاصاً:

مسافة التثبيت (طول التباعد)

يجب تحديد مسافة التثبيت بناءً على متوسط طول الليف:

- عندما يكون متوسط طول الليف أقل من 35 مم، يتم ضبط مسافة التثبيت على 10 مم

- عندما يكون متوسط طول الليف أكبر من 35 مم، يتم ضبط مسافة التثبيت على 20 مم

بعض الأجهزة الحديثة تدعم إعدادات فجوة اختيارية ضمن نطاق 560 مم، ويمكن للجهاز تحديد الموضع تلقائياً، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة التشغيل.

الشد المسبق

الغرض من الشد المسبق هو إبقاء الليف مستقيماً دون أن يكون تحت شد قبل الاختبار. لكل نوع من الألياف قيم معيارية مقابلة:

- ألياف القطن: 0.2 سنتينيوتن/تكس

- الألياف الصناعية (مثل البوليستر والأكريليك): 0.75 سنتينيوتن/تكس

- الألياف الأخرى (مثل الصوف والكتان والحرير): 0.5 سنتينيوتن/تكس

إذا كان الشد المسبق منخفضاً جداً، قد يكون الليف منثنياً في البداية مما يؤدي إلى تقدير زائد للاستطالة؛ وإذا كان مرتفعاً جداً فقد يتسبب في إتلاف الليف مبكراً مما يؤدي إلى تقدير منخفض لقوة الكسر.

سرعة الشد

يرتبط ضبط سرعة الشد ارتباطاً وثيقاً باستطالة الليف عند الكسر ويتبع المبادئ التالية:

- استطالة عند الكسر E

- استطالة عند الكسر 8%

- استطالة عند الكسر E > 50% (ألياف عالية الاستطالة مثل الإسباندكس): سرعة الشد 200% من الطول الاسمي للقياس في الدقيقة

رابعاً: إجراءات التشغيل القياسية

الخطوة 1: الدخول إلى واجهة إعدادات المعلمات

بعد انتهاء تسخين الجهاز، يتم الدخول إلى القائمة الرئيسية أو واجهة البرنامج عبر الإنترنت. يتم ضبط المعلمات التالية بالتسلسل: اسم العينة، الكثافة الخطية، الشد المسبق، مسافة التثبيت، سرعة الشد، نطاق الحمل، عدد الاختبارات، وغيرها. يتم حفظ الإعدادات بعد التحقق من صحتها.

الخطوة 2: معايرة الجهاز وتصفيره

تنفيذ عملية “إعادة الضبط” لإرجاع المشبك السفلي إلى موضعه الابتدائي. استخدام أوزان معيارية لمعايرة قياس القوة (تدعم بعض الأجهزة الحديثة إجراء معايرة تلقائية تكمل المعايرة الخطية بدقة في ثلاث خطوات فقط). ثم تنفيذ عملية “التصفير” لضمان أن قراءة القوة تساوي صفراً.

الخطوة 3: تثبيت العينة

1. استخدام الملقط لالتقاط ليفة واحدة من وسادة اللباد والتأكد من عدم وجود عيوب واضحة على سطحها.

2. وضع الطرف العلوي من الليف في المشبك العلوي وتثبيته بإحكام بلطف (في حالة التثبيت الهوائي يتم الضغط على زر التثبيت).

3. تثبيت مشبك الشد المسبق على الطرف السفلي من الليف بحيث يتم شد الليف بشكل مستقيم طبيعياً.

4. وضع الطرف السفلي من الليف في المشبك السفلي وتثبيته بإحكام.

5. التأكد من أن الليف في المنتصف بين المشبكين العلوي والسفلي دون أي انحراف أو تشابك

الخطوة 4: بدء الاختبار

بعد التأكد من تثبيت العينة بشكل صحيح، يتم الضغط على زر “الاختبار” أو “بدء التشغيل”. ينزل المشبك السفلي بسرعة محددة، مما يؤدي إلى شد الليف تدريجياً. يقوم الجهاز بجمع بيانات القوة والاستطالة في الوقت الفعلي ويعرض منحنى الشد بشكل ديناميكي على الشاشة.

عند انقطاع الليف، يتوقف المشبك السفلي تلقائياً ويعود إلى موضعه الابتدائي. بعد ذلك تعرض الواجهة بيانات هذا الاختبار، بما في ذلك قوة الكسر، الاستطالة عند الكسر، نسبة الاستطالة، وزمن الكسر. يمكن لبعض الأجهزة أيضاً حساب وعرض مؤشرات مشتقة مثل طاقة الكسر والمعامل الابتدائي تلقائياً.

الخطوة 5: تكرار الاختبار وإدارة البيانات

يتم اختبار العينات المتبقية بالتتابع وفق الخطوات السابقة. تتميز أجهزة اختبار الشد الإلكترونية الحديثة للألياف المفردة عادة بوظائف إحصائية تلقائية يمكنها حساب القيم العظمى والصغرى والمتوسط، بالإضافة إلى معامل التباين (CV) في الوقت الفعلي.

بعد انتهاء الاختبار، يمكن تصدير البيانات بصيغ Word أو Excel أو TXT للتحليل اللاحق للجودة والأرشفة. تدعم بعض النماذج المتقدمة تصدير منحنيات الاختبار ونقاط أخذ البيانات، مما يسهل التحليل المتعمق باستخدام برامج متخصصة مثل Origin.

خامساً: حساب نتائج الاختبار وتفسير المؤشرات

المؤشرات الرئيسية للاختبار

- قوة الكسر: أقصى حمل يمكن أن يتحمله الليف قبل الانقطاع، ويُقاس بوحدة السنتينيوتن (cN)

- قوة الشد عند الكسر: نسبة قوة الكسر إلى الكثافة الخطية، وتقاس بوحدة cN/dtex؛ وهو مؤشر أساسي لتقييم قوة الألياف

- الاستطالة عند الكسر: النسبة المئوية للزيادة في الطول مقارنة بالطول الأصلي عند الكسر، وتعكس مرونة الليف

- الشغل عند الكسر: الشغل المبذول من القوة الخارجية على الليف أثناء اختبار الشد، ويعكس متانة الليف

- معامل المرونة الابتدائي: ميل الجزء الخطي الأولي من منحنى الإجهاد-الانفعال، ويعكس صلابة الليف

صيغ الحساب

متوسط قوة الكسر = Σ(قوة الكسر) / الكثافة الخطية (سنتي نيوتن/ديسيتكس)

الاستطالة عند الكسر = (الاستطالة عند الكسر / طول التثبيت) × 100%

يمكن تقييم موثوقية نتائج الاختبار باستخدام معامل التباين (قيمة CV). بشكل عام، تعتبر قيمة CV بين 10%–15% لقوة الكسر ضمن النطاق الطبيعي. إذا كانت قيمة CV مرتفعة جداً، فيجب التحقق من تمثيل العينة، وتوحيد عملية التثبيت، أو تجانس الليف نفسه.

VI. المشكلات الشائعة والحلول

انزلاق التثبيت

الأعراض: تظهر تقلبات غير منتظمة في منحنى الشد قبل الوصول إلى الذروة، أو يحدث الكسر عند نقطة التثبيت بدلاً من منتصف الليف.

الأسباب والتدابير المضادة:

- قوة تثبيت غير كافية: شد براغي التثبيت بشكل مناسب، أو التحقق من ضغط النظام الهوائي

- تآكل الفكوك: استبدال وسادات الفكوك؛ يُوصى باستخدام فكوك متخصصة ذات سطح محكم ناعم

- شد مسبق مفرط: إعادة فحص وضبط قيمة الشد المسبق

تباين عالٍ في البيانات

الأعراض: تقلبات كبيرة في نتائج الاختبار لنفس دفعة الألياف، مع قيمة CV مرتفعة.

الأسباب والحلول:

- أخذ عينات غير ممثلة: زيادة حجم العينة لضمان أن العينة تغطي كامل دفعة الألياف

- عدم تجانس الألياف نفسها: هذه ظاهرة طبيعية؛ يمكن تقليل الأخطاء العشوائية بزيادة عدد الاختبارات

- عدم اتساق إجراءات التشغيل: تعزيز تدريب المشغلين لتوحيد قوة التثبيت وسرعة التشغيل

انجراف المستشعر

الأعراض: لا تكون قراءة القوة صفراً في ظروف عدم التحميل، أو تظهر القيم انحرافات منهجية بعد المعايرة.

الأسباب والتدابير المضادة:

- عدم كفاية وقت الإحماء: التأكد من فترة إحماء لا تقل عن 30 دقيقة

- تداخل الاهتزازات البيئية: وضع الجهاز على طاولة مختبر مستقرة بعيداً عن مصادر الاهتزاز

- تقادم المستشعر: التواصل مع الشركة المصنعة للمعايرة المهنية أو استبدال المستشعر

VII. المعايير والمواصفات القابلة للتطبيق

يجب أن تلتزم طرق اختبار أجهزة اختبار الشد الإلكترونية للألياف المفردة بشكل صارم بالمعايير ذات الصلة، وتشمل بشكل رئيسي:

- GB/T 9997-1988 “تحديد قوة الكسر والاستطالة عند الكسر للألياف الكيميائية المفردة”

- GB/T 14337 “طرق اختبار خصائص الشد للألياف الكيميائية القصيرة”

- GB/T 4711-1984 “طرق اختبار قوة الكسر واستطالة الألياف الصوفية المفردة”

- ISO 5079 “الألياف النسيجية—تحديد قوة الكسر والاستطالة عند الكسر للألياف المفردة”

- ISO 11566 “ألياف الكربون—تحديد خصائص الشد لعينات الشعيرة الواحدة”

- FZ/T 50006، FZ/T 50007 (المعايير ذات الصلة بصناعة الألياف الكيميائية)

البريد الإلكتروني: hello@utstesters.com

مباشر: + 86 152 6060 5085

هاتف: +86-596-7686689

الموقع الإلكتروني: www.utstesters.com