实验室测试机器如何用于评估番茄废料生物复合材料？精密机械性能表征

实验室材料测试机是评估番茄农业废料生物复合材料可行性的主要验证工具。这些机器通过对 3D 打印样品施加受控的机械载荷来运行，使用高精度的2 kN 载荷传感器和标准的5 mm/min 加载速度来生成可重复的性能数据。

通过对标准化样品施加受控应力，这些机器可以精确量化不同浓度的番茄茎粉如何改变生物复合材料的基本机械性能。

测试过程的力学原理

为了准确评估生物复合材料，工程师必须严格控制变量。测试机在此过程中充当标准化力量。

精密载荷传感

这些机器通常配备2 kN 载荷传感器。此容量经过专门校准，适用于聚合物生物复合材料的预期强度范围。

这种尺寸的传感器提供了检测材料阻力细微变化所需的灵敏度，而不会被材料的强度所压倒。

受控加载速率

通过将机器设置为恒定的加载速度（例如5 mm/min）来保持一致性。

此特定速率可确保材料逐渐承受应力。它可防止突然的冲击，这些冲击可能会歪曲关于番茄茎粉如何与聚合物基体相互作用的数据。

样品几何形状和测试类型

材料样品的形状决定了机器施加的力类型及其产生的数据。

拉伸测试

对于拉伸测试，机器将哑铃形（或狗骨头形）样品拉开。

哑铃的窄中心确保断裂发生在可预测的位置。这使得机器能够分离材料的拉伸极限，而不是测试夹具的夹持强度。

弯曲测试

矩形样品用于测试弯曲（弯曲）强度。

在此配置中，机器将力施加到跨度的中心，而两端则得到支撑。这模拟了生物复合材料在结构应用中可能面临的实际弯曲应力。

关键性能指标

使用这些机器的最终目标是将番茄茎粉的浓度与特定的物理性能相关联。

杨氏模量

机器计算材料的刚度，称为杨氏模量。

该指标告诉研究人员材料抵抗变形的程度。较高浓度的废料粉末通常会改变这种刚度，从而确定最终产品是坚硬还是柔韧。

拉伸强度

这测量了复合材料在失效前能承受的最大应力。

测试机确定了确切的峰值载荷点，揭示了添加番茄废料是削弱还是增强了 3D 打印部件的结构完整性。

断裂伸长率

机器跟踪材料在断裂前拉伸的距离。

这表明了材料的延展性。了解这一点有助于确定生物复合材料是否过于脆弱，不适合需要柔韧性的应用。

理解权衡

虽然实验室测试提供了精确的数据，但认识到测试生物复合材料固有的局限性至关重要。

3D 打印中的各向异性

由于样品是3D 打印的，它们的强度通常取决于方向。

测试机测量的是打印部件的强度，其中包括层粘合问题，而不仅仅是原材料的性能。结果可能因打印方向相对于载荷的不同而有很大差异。

规模限制

2 kN 传感器对于实验室规模的生物复合材料来说非常出色，但对于高密度工业材料可能不足。

如果复合材料出奇地坚固或用连续纤维增强，传感器可能会在材料失效前达到最大值，从而导致数据不完整。

为您的目标做出正确的选择

在分析这些测试机的数据时，您的重点应根据生物复合材料的预期用途而转移。

如果您的主要重点是结构刚度：优先考虑杨氏模量数据，以确保番茄茎粉的浓度提供足够的刚度以防止在载荷下下垂。
如果您的主要重点是耐用性和安全性：仔细查看拉伸强度和断裂伸长率，以确保材料能够承受冲击或拉伸而不会突然发生灾难性失效。

通过精密测试进行的可靠表征是将农业废料转化为可靠工程材料的唯一方法。

总结表：

测试组件	规格/类型	测量结果
载荷传感器	2 kN 高精度	检测聚合物中细微的阻力变化
加载速度	5 mm/min (标准化)	确保渐进式应力和数据可重复性
拉伸测试	哑铃/狗骨头形	测量最大应力和断裂伸长率
弯曲测试	矩形样品	评估弯曲强度和结构刚度
关键指标	杨氏模量	量化复合材料的刚性与柔韧性

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参考文献

Sotirios Pemas, Eleftheria Maria Pechlivani. Valorization of Tomato Agricultural Waste for 3D-Printed Polymer Composites Based on Poly(lactic acid). DOI: 10.3390/polym16111536

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .