实验室液压机是有效机械测试的基本先决条件。它施加高度均匀且精确控制的压力，将原材料——如地质聚合物粉末、金属或聚合物——压制成模具，确保所得样品具有完全的密度，没有内部缺陷，并且在几何形状上是标准化的。
核心要点 机械测试数据的可靠性取决于被测试样品的可靠性。液压机消除了关键变量——特别是孔隙率、密度梯度和内部空隙——确保后续评估测量的是材料固有的性质，而不是制备过程中引入的缺陷。
实现材料均匀性
消除孔隙率和空隙
压机的首要功能是确保完全压实。无论是处理水泥基粉末还是合成材料（如 ZrTe2），松散的颗粒自然会含有空气间隙。
压机施加足够的力来重新排列这些颗粒并增强机械互锁。这个过程大大降低了孔隙率，防止样品“松散”导致体积模量或剪切模量等结果产生偏差。
去除密度梯度
样品制备中常见的失败是密度不均，即样品的一部分比另一部分更致密。
通过保持稳定、均匀的压力，液压机确保材料在整个模具中完全致密化。这消除了内部密度梯度，这对于一致的显微硬度结果和可靠的耐久性评估至关重要。
复杂材料的精密控制
温度和压力同步
对于热塑性或热固性复合材料，仅靠压力是不够的。加热的实验室压机同时提供对压力和温度场的控制。
这种双重控制允许聚合物熔体完全渗透填料并消除气泡。它还可以控制冷却速率（如在 mPCL/A 混合物中所示），以尽量减少内部残余应力，否则这些应力会人为地降低材料的机械性能。
确保标准化几何形状
机械测试标准依赖于假定样品尺寸精确的特定公式。
液压机将材料模压成标准形状（例如，76 毫米 x 38 毫米的圆柱体或特定的条带）。这种几何一致性对于确保单轴压缩实验和其他标准测试的可重复性是不可或缺的。
理解权衡
参数调整的必要性
虽然液压机提供力，但用户必须定义参数。不正确的压力设置可能导致问题。
压力不足会导致样品强度低、多孔。相反，过大的压力会压碎单个颗粒或在样品中引起不希望的各向异性（方向性特性），这可能无法反映材料的真实应用状态。
设备能力限制
并非所有压机都适用于所有材料。标准的“冷”压机非常适合陶瓷和金属粉末，但对于需要熔体渗透的聚合物则无效。
使用没有精确温度补偿的压机处理对温度敏感的材料会导致结合不良和内部结构不一致，从而使测试数据无效。
根据您的目标做出正确的选择
选择正确的压制策略在很大程度上取决于材料的性质以及您打算测量的特定机械性能。
- 如果您的主要重点是颗粒或粉末基材料：优先考虑高压能力和停留时间，以确保最大的颗粒重排和孔隙率的消除。
- 如果您的主要重点是聚合物或复合材料研究：优先考虑具有精确温度控制的加热压机，以管理熔体流动并在冷却过程中尽量减少残余热应力。
- 如果您的主要重点是粘塑性或理论验证：优先考虑具有精确压力维持控制的压机，以保证均匀的内部密度结构，用于验证本构方程。
高质量的样品是理论材料设计与已证实的机械现实之间唯一的桥梁。
摘要表：
| 特征 | 对样品质量的影响 | 对机械测试的好处 |
|---|---|---|
| 完全压实 | 消除内部空隙和气隙 | 防止过早失效和体积模量数据偏差 |
| 均匀压力 | 去除密度梯度 | 确保显微硬度和耐久性结果一致 |
| 热控制 | 管理熔体流动和冷却速率 | 尽量减少聚合物和复合材料中的残余应力 |
| 标准化模具 | 生产精确的几何尺寸 | 保证单轴压缩测试的可重复性 |
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参考文献
- Ahed Habib, M. Talha Junaid. Conventional and non-conventional experimental techniques for evaluating the properties of construction materials. DOI: 10.1007/s44290-024-00148-x
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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