技術文章
KES-G1SH 微力拉伸斷裂試驗機：讓“薄如蟬翼”的材料在桌面上完成力學認證
日本 KESKATO 加藤科學研究所 技術深度解析
一、引言：當材料厚度進入微米時代，傳統萬能機"看"不到力
紙張 12 µm、電池隔膜 9 µm、PI 柔性線路板 25 µm——這類超薄材料斷裂載荷常 < 5 N，伸長 < 2 mm。若用常規 10 kN 萬能機測試，傳感器分辨率不足 0.5 %FS，機架柔量 10 µm/kN，數據被"噪聲"淹沒。日本 KESKATO 加藤科學研究所將 60 年紡織微力評價經驗移植到薄膜領域，推出臺式 KES-G1SH：載荷下限 0.1 mN、位移分辨率 0.1 µm、機架柔量 ≤ 2 µm/kN，讓"微米-毫牛"級拉伸斷裂在桌面上完成標準化測試。
二、技術架構：微力-微位移-微樣品的"三微"設計
- 微力測量
- 應變片式雙梁傳感器，容量 9.8 N，0.1 mN 分辨率，年漂移 < 0.05 %FS
- 雙溫度補償橋路，消除實驗室溫度波動（0-50 °C）對零點影響
- 微位移驅動
- 伺服電機 + 研磨級滾珠絲杠，速度 0.1-100 mm/min，定位重復性 ±0.1 µm
- 1 kHz 閉環控制，可捕捉碳纖維 0.4 %瞬時應變突變
- 微樣品適配
- 夾持面寬 5/10/20 mm 快換式氣動夾，齒面鍍硬鉻 Rz ≤ 0.4 µm，防止超薄材料滑脫
- 夾持力 0.05-0.3 MPa 無級調整，避免隔膜類材料鉗口破裂
- 高剛度微變形機架
- 一體式鑄鐵底座 + 箱式橫梁，機架柔量 ≤ 2 µm/kN，保證微伸長測量真實
- 整機質量 18 kg，臺式 A4 底面積，無需地基
三、軟件與數據處理
KES-Graph V3.0（中日英三語）提供：
- 實時應力-應變曲線（1 kHz 采樣）
- 自動計算：Et（彈性模量）、σb（抗拉強度）、εb（斷裂伸長）、韌性面積
- 環向拉伸、定伸長循環、蠕變、應力松弛四種模板
- CSV/Excel 一鍵導出，與 ERP/LIMS 對接
四、功能應用案例
- 電池隔膜 12 µm PE
- 條件：寬 15 mm，標距 50 mm，速度 10 mm/min
- 結果：σb = 165 MPa，εb = 135 %，Et = 1.2 GPa，CV < 3 %（n=10）
- 柔性 PI 電路板 25 µm
- 高溫 150 °C 測試：σb = 230 MPa，εb = 75 %，滿足回流焊制程
- 醫用透析紙 40 g/m2
- 濕態（相對濕度 85 %）測試：σb = 18 MPa，εb = 4.2 %，指導滅菌袋封口參數
五、校準與溯源
- 載荷：0.98 N / 4.9 N / 9.8 N 標準砝碼三點，可追溯 JCSS
- 位移：0.1 mm / 10 mm / 50 mm 塊規比對，線性度 ≥ 99.98 %
- 每日 30 s 空載自檢，自動修正零點漂移
六、環境附件（選配）
- 高溫型：20-200 °C，氮氣吹掃，適合 PI、LCP 等熱制程材料
- 濕度型：30-90 %RH 飽和鹽法，模擬紙張吸濕軟化曲線
- 水中/IPA 槽：隔膜溶脹態原位拉伸，避免干燥假象
- 視頻同步：×50-×500 顯微，記錄斷裂瞬間形貌
七、與 10 kN 萬能機對比
| 項目 | 10 kN 萬能機 | KES-G1SH |
|---|---|---|
| 最小載荷 | 1-5 N | 0.1 mN |
| 位移分辨率 | 1 µm | 0.1 µm |
| 機架柔量 | 10 µm/kN | 2 µm/kN |
| 樣品寬度 | ≥ 25 mm | 5 mm |
| 占地/重量 | > 100 kg | 18 kg 臺式 |
八、維護與可靠性
- 傳感器 10 年免標，同步帶 5000 h 更換
- 無潤滑油，潔凈室友好
- 每日 30 s 空載自檢，自動修正零點
九、結論
KES-G1SH 以「微力-微位移-微樣品」三位一體設計，將「微米-毫牛」級拉伸斷裂評價濃縮到臺式一鍵操作：
- 0.1 mN 分辨率，滿足隔膜、碳纖等材料
- 0.1 µm 位移，真實捕捉低伸長脆斷
- 18 kg 臺式，無需地基，實驗室任意擺放
對于追求超薄、超輕、超柔的現代材料研發與品控，KES-G1SH 不僅是試驗機，更是「薄膜力學性能」的臺式標準與工藝優化引擎。
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