Wysoce precyzyjne badania materiałów dla wiodącego chińskiego centrum innowacji – ZwickRoell wspiera Akademię Materiałów JITRI za pomocą dostosowanych systemów badawczych
Case Study
- Klient: Materials Academy - Jiangsu Industrial Technology Research Institute (JITRI)
- Miejscowość: Suzhou (Prowincja Jiangsu), Chiny
- Branża: Badania naukowe / Dostawca usług badawczych
- Temat: Rozwój infrastruktury badawczej o szerokim zakresie zastosowań
Sierpień 2025
Materials Academy Jiangsu Industrial Technology Research Institute (JITRI) opiera się na rozwiązaniach badawczych firmy ZwickRoell. Aby wyposażyć nowe laboratorium, zakupiono dwa urządzenia Kappa LA-Springs, urządzenie Kappa Multistation z komorą klimatyczną i uniwersalną maszynę wytrzymałościową Z010 TEW, co miało na celu zapewnienie jak najszerszego zakresu zastosowań.
MATERIALS ACADEMY - JIANGSU INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE (JITRI)
Materials Academy Jiangsu Industrial Technology Research Institute (JITRI) powstała w grudnia 2019 w Suzhou. Instytucję sponsorują Rząd Prowincji Jiangsu, Chińska Akademia Nauk, China Iron & Steel Research Institute oraz China Baowu Steel Group. Celem akademii jest efektywne przeniesienie odkryć z zakresu nauki o materiałach do zastosowań przemysłowych. W tym celu ściśle współpracuje z wiodącymi firmami, uniwersytetami i placówkami badawczymi, integrując badania, potrzeby przemysłu i dostępne zasoby w kompleksowy system innowacji.
Obecnie instytucja zatrudnia ponad 340 osób – wliczając kadrę zarządzającą, zespoły projektowe i doktorantów – i intensywnie inwestuje w rozbudowę swojej infrastruktury technologicznej. Sama „Material Characterization Platform“ kosztowała 600 milionów RMB, a sprzęt badawczy wart prawie 300 milionów RMB został już zainstalowany. Platforma oferuje szeroką gamę usług w zakresie analizy mikrostruktury i materiałów i jest akredytowana przez CMA, CNAS i NADCAP. Materials Academy odgrywa kluczową rolę w sieciach krajowych i międzynarodowych.
W ramach dalszej rozbudowy wybudowano nowy budynek laboratoryjny, który stanowi centralny element dla badań naukowych i zastosowań przemysłowych. Celem było stworzenie tam kompleksowej infrastruktury badawczej, która umożliwiłaby badanie szerokiej gamy materiałów w znormalizowanych warunkach – od standardowych tworzyw sztucznych po stopy wysokotemperaturowe.
Zadanie
Wraz z otwarciem nowego budynku laboratoryjnego Materials Academy stanęła przed wyzwaniem nabycia maszyn badawczych, które będą miały szeroki zakres zastosowań, a jednocześnie będą spełniać najwyższe standardy precyzji, zgodności z normami i długoterminowej niezawodności. Badaniom miały zostać poddane materiały metalowe i polimerowe – w zmiennych warunkach klimatycznych, w wysokich temperaturach oraz pod obciążeniami statycznymi i cyklicznymi.
Wymagane były systemy badawcze dla:
- Badania pełzania i relaksacji metali w wysokiej temperaturze,
- Długoczasowe badania pełzania tworzyw sztucznych w określonych warunkach klimatycznych i temperaturowych,
- Badania wytrzymałości na rozciąganie, zginanie i złożone badania kombinowane na próbkach termoplastycznych, elastomerowych i foliowych.
Kolejnym wymogiem była integracja z nowoczesnym środowiskiem laboratoryjnym, zapewniająca elastyczność użytkowania, łatwość obsługi, automatyczną ocenę i długoterminową niezawodność działania.
Kappa LA-Spring 50 kN (2x)
Do przeprowadzania prób materiałów metalowych w wysokiej temperaturze firma JITRI zdecydowała się na użycie dwóch maszyn wytrzymałościowych Kappa LA-Spring o maksymalnej sile badawczej 50 kN. Systemy te są przeznaczone do:
- Próby pełzania z pomiarem wydłużenia (zgodnie z ISO 204, ASTM E139),
- Testy wytrzymałościowe pod obciążeniem statycznym,
- Próby relaksacyjne przy stałym wydłużeniu (zgodnie z EN 10319),
- Próby długoczasowe bez pomiaru wydłużenia.
Uniwersalny system do badania pełzania z dźwignią i wstępnie naprężoną sprężyną umożliwia przeprowadzanie badań w temperaturach otoczenia do 1150 °C bezpośrednio na próbce. Pomiar wydłużenia przeprowadza się za pomocą osiowo przyłożonego kontaktowego tensometru 4-prętowego o zmiennej długości pomiarowej od 18 do 100 mm. Systemy te zaprojektowano z myślą o długoterminowych badaniach trwających do 100 000 godzin. Stosowane są głównie próbki okrągłe z główką z gwintem M12, wyposażone w ściągacz (Collars) umożliwiające precyzyjne mocowanie ekstensometrów.
Kappa Multistation 5 x 10 kN
Do równoległych badań pełzania tworzyw sztucznych firma ZwickRoell dostarcza urządzenie Kappa Multistation, modułowe rozwiązanie z pięcioma niezależnymi stanowiskami badawczymi o sile 10 kN każde. System ten umożliwia:
- Próby rozciągania przy pełzaniu zgodnie z ISO 899-1,
- Próby pełzania przy zginaniu zgodnie z normą ISO 899-2 przy użyciu 3-punktowego urządzenia do zginania,
- Próby relaksacji ze stałym wydłużeniem,
- Cykle obciążenia i wydłużenia zdefiniowane przez użytkownika (w tym rampy, stopnie, elastyczne przebiegi obciążenia),
- Próby rozciągania i zginania w zmiennych warunkach.
Maszyna wyposażona jest w komorę klimatyczną umożliwiającą utrzymanie temperatur od -40 °C do +250 °C i wilgotności względnej od 20 % do 95 %. Dzięki tym wymaganiom możliwe było spełnienie specjalnych wymagań, dotyczących warunków badawczych, np. 85 °C przy 85% wilgotności względnej. Pomiar wydłużenia odbywa się bez kontaktu – a zatem bez wpływu na próbkę – za pomocą videoXtens, które może precyzyjnie rejestrować nawet najmniejsze zmiany długości na przestrzeni długich przedziałów czasowych. Każda oś badawcza wyposażona jest w bezkontaktowy ekstensometr wideo (videoXtens), który mierzy wydłużenia z wysoką precyzją i zgodnie z normami – w klasie dokładności 1 – również w przypadku wahań temperatury. Maszyna wytrzymałościowa jest zaprojektowana do przeprowadzania badań trwających do 10 000 godzin na próbę.
Uniwersalna maszyna wytrzymałościowa Z010 TEW AllroundLine
Do klasycznych zadań badawczych w zakresie średnich sił stosowana jest uniwersalna maszyna wytrzymałościowa Z010 AllroundLine . Ta uniwersalna maszyna wytrzymałościowa wyposażona jest w komorę temperaturową umożliwiającą kontrolowane badania w temperaturze do +250 °C. Jest on szczególnie elastyczna w przypadku testowania:
- Tworzywa konstrukcyjne i wysokowydajne (zgodnie z ISO 527-1/-2, ASTM D638),
- Elastomery i guma (zgodnie z ISO 37, ASTM D412, ISO 23529),
- Cienkie folie i materiały specjalne.
Maszyna wyposażona jest w modułowe prowadnice, na których przesuwnie zamontowana jest komora temperaturowa. Ułatwia to dostęp do przestrzeni badawczej i integrację z różnymi ekstensometrami lub urządzeniami badawczymi. W tym przypadku makroXtens II jest używany jako ekstensometr. makroXtens II jest uniwersalnym, o wysokiej rozdzielczości ekstensometrem do badań na rozciąganie, ściskanie, zginanie i do badań cyklicznych tworzyw sztucznych, kompozytów, twardych pianek i metali, które mają niewielkie do średniego wydłużenie próby. Rozdzielczość i dokładność pomiaru są bardzo wysokie w całym zakresie pomiarowym (klasa dokładności 0,5 zgodnie z normą EN ISO 9513). Próby ściskania i zginania można przeprowadzić po prostu zmieniając macki pomiarowe. System pomiarowy może być stosowany do pomiarów wewnątrz i na zewnątrz komory temperaturowej, co w tym przypadku jest rozwiązaniem idealnym.
Wynik
Elastyczne, wszechstronne i zrównoważone rozwiązanie
Dzięki dostosowanemu rozwiązaniu systemowemu firmy ZwickRoell, Materials Academy JITRI stworzyła laboratorium badawcze wyznaczające międzynarodowe standardy wszechstronności, precyzji i zgodności z normami. Stosowane systemy umożliwiają wiarygodną charakterystykę materiałów metalicznych i polimerowych w realistycznych warunkach – czy to w temperaturze pokojowej, w wysokim zakresie temperatur, czy w określonych warunkach klimatycznych.
ZwickRoell wsparł JITRI nie tylko dostarczając maszyny, ale także udzielając porad technicznych i dzieląc się wiedzą specjalistyczną w zakresie badań długoczasowych. Rozwiązanie to w znacznym stopniu przyczynia się do realizacji celu Materials Academy: Wspieranie rozwoju i industrializacji nowatorskich materiałów o wysokiej wydajności w oparciu o solidne podstawy naukowe.
Udana implementacja stanowi również podstawę do dalszej ekspansji, na przykład w kierunku produkcji addytywnej, materiałów funkcjonalnych lub zautomatyzowanych rozwiązań badawczych dla dużych serii. Dzięki nowemu centrum badawczemu JITRI stawia kolejny krok milowy na drodze do stania się wiodącą platformą innowacji w zakresie technologii materiałowych w Chinach – przy wsparciu niezawodnej technologii badawczej firmy ZwickRoell.
