一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及材料力学性能测试与评价技术领域，特别是指一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置及其试验方法。

背景技术：

在许多厚度较薄的柔性工业产品如塑料、橡胶、建筑用膜材料、特种复合材料及某些食品材料（植物蛋白挤出组织化制品）的生产及质量控制过程中，根据原材料或成品的加工或使用时的受力条件以及产品力学性能与使用性能之间的相互关系，需要对其层间结合性能如撕裂力、撕裂强度或撕裂韧性进行相应的精确测量与评价。虽然针对某些具体的产品或原材料，如高聚物多孔弹性材料、鞋类外底及微孔鞋底材料，现行国家标准（GB/T 10808-2006、GB/T 3903.29-2008）及行业标准（HG 2726-1995）既规定了试样的形状、尺寸与制备方法、也规定了分层撕裂力、撕裂强度或撕裂韧性的试验过程和计算公式。但由于这些材料具有的共同柔性特征，实际试验操作过程中总会遇到各种各样的技术问题。例如，由于自重的作用，处于自由状态的未撕裂试样的下垂很容易造成撕裂路径的严重偏移；当分离层间厚度不匀以及性能差异较大时，还会造成试样未撕裂部分的极度翘曲和扭转，不仅使试验过程难以顺利完成，还会对试验效果和测量数据造成较大的影响。为了解决上述问题，申请号为201610116315.1的中国发明专利《一种T型撕裂试验模具及试验方法》公开了一种测量柔性复合材料撕裂性能的试验附加装置。该装置使用两组弹簧将试样限制在两块压板之中，从而保证撕裂试验进行过程中，被测（T型）试样始终处于拉伸试验机夹头的中间位置。据描述，该方法不仅能够防止未撕裂部分发生翘曲，而且在撕裂过程中可使未撕裂部分一直保持与撕裂拉伸的方向处于相互垂直的状态。然而，该方法中作用于夹头上的弹簧力以及导直滚轮与试样之间的摩擦力会与试样撕裂力叠加在一起，从而影响试验结果的真实性。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置及其试验方法，解决了现有技术中薄壁柔性材料分层撕裂试验装置缺乏、测量结果精度不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置，包括弹性夹头、刚性支撑护板和辅助夹持护板，刚性支撑护板的一端与弹性夹头相连接、另一端与辅助夹持护板相连接；所述弹性夹头包括板夹，板夹上设有压杆，刚性支撑护板包括上护板和下护板，上护板和下护板对称设置，辅助夹持护板包括上夹持板和下夹持板，上护板的一端与板夹的上表面相连接、另一端与上夹持板相连接，下护板的一端与板夹的下表面相连接、另一端与下夹持板相连接，上夹持板和下夹持板上均设有夹持组件。

所述板夹的内壁上设有定位卡座，定位卡座与板夹的夹口相对应，夹口（1-4）处对称设有橡胶夹块，板夹的上表面和下表面均设有连接座，连接座分别与安装在上护板和下护板上的转轴相配合。

所述定位卡座通过螺杆与板夹相连接，螺杆与板夹上的螺纹孔螺纹连接。

所述上护板和下护板均包括固定板和移动板，移动板滑动连接在固定板的一侧，且固定板的下表面和移动板的下表面位于同一平面内。

所述固定板上设有滑槽，滑槽的底部设有固定孔，滑槽与移动板上设置的滑杆相配合，滑杆上设有螺纹通孔，螺纹通孔中设有固定杆，固定杆与螺纹通孔螺纹连接，且固定杆的下端与固定孔相配合。

所述上夹持板与上护板上的移动板铰接，下夹持板与下护板上的移动板铰接。

所述夹持组件包括垫板和夹体，垫板和夹体均固定在上夹持板和下夹持板上，夹体安装在垫板上，垫板和夹体上设有橡胶缓冲层。

所述上夹持板和下夹持板上均设有与试验机相配合的连接卡扣。

一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置的试验方法，包括以下步骤：S1，预制分裂口，将自然分层面的试样的一端撕开一个裂口或将不具有自然分层面的试样的一端和一侧分别撕开一个裂口；

S2，将试验装置安装在试验机的工作台上，将试样未撕开的一端夹持在弹性夹头中，并使试样平铺在上护板和下护板之间；

S3，调节上护板和下护板上的移动板，使试样撕开部分的上层、下层分别与同侧的上夹持板和下夹持板对齐；

S4，将试验装置通过连接卡扣与试验机连接，利用试验机对试验进行撕裂试验；

S5，试验时，按照实验规范设定拉伸速度，记录载荷-位移曲线；当试样的撕裂角度θ小于或等于上护板和下护板之间的张开角时，按照国家标准和行业标准规定的撕裂试验的计算方法计算；当试样的撕裂角度θ大于上护板和下护板之间的张开角时，试样的撕裂角度θ作为材料的撕裂性能之一，并在达到该拉伸位移后，以与拉伸相同的速度卸载，根据加载曲线和卸载曲线与横坐标轴围成的面积之差，求出用于撕裂功的大小以及加载过程裂纹的增加长度，计算试样的撕裂韧性。

本发明试验装置可用于测试具有自然分层面的试样，也可用于测试不具有自然分层面的试样，通过弹性夹头和定位卡座对试样的一端进行固定，避免在撕裂过程中试样产生偏移，影响测试结果。采用长度可调的上护板和下护板，适用于不同长度试样的测试，避免试样在测试过程中发生翘曲，同时避免对试样造成非撕裂方向上的损伤。本发明试验装置及试验方法保证了试验的稳定与准确，使得试验结果可靠，测量精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明试验装置整体结构示意图。

图2为图1中A处局部放大图。

图3为弹性夹头和刚性支撑护板连接结构俯视示意图。

图4为具有自然分层面试样预制分裂口示意图。

图5为不具有自然分层面试样预制分裂口示意图。

图6为撕裂角度等于上护板和下护板之间的张开角时撕裂过程示意图。

图7为撕裂角度大于上护板和下护板之间的张开角时撕裂过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，实施例1，一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置，包括弹性夹头1、刚性支撑护板2和辅助夹持护板3，刚性支撑护板2的一端与弹性夹头1铰接或卡接、另一端与辅助夹持护板3铰接，弹性夹头用于夹持试样的一端、辅助夹持护板用于夹持试样的另一端，刚性支撑护板用于防止试样在测试过程中出现翘曲。所述弹性夹头1包括板夹1-1，板夹1-1的横截面为三角形，板夹1-1上设有压杆1-2，通过压杆实现板夹的开合，用于夹持试样未撕开的一端，刚性支撑护板2包括上护板2-1和下护板2-2，上护板2-1和下护板2-2对称设置，辅助夹持护板3包括上夹持板3-1和下夹持板3-2，上护板2-1的一端与板夹1-1的上表面相连接、另一端与上夹持板3-1相连接，下护板2-2的一端与板夹1-1的下表面相连接、另一端与下夹持板3-2相连接，上夹持板3-1和下夹持板3-2上均设有夹持组件4，夹持组件用于夹持试样撕开的一端的上下两层。所述上夹持板3-1和下夹持板3-2上均设有与试验机相配合的连接卡扣3-4，该试验装置通过连接卡扣与试验机上的夹头相连接，进行测试实验。

一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置的试验方法，包括以下步骤：S1，预制分裂口，将自然分层面的试样（如复合材料试样）的一端撕开一定长度的裂口或将不具有自然分层面的试样的一端和一侧分别撕开一定长度的裂口，其中试样一侧的裂口位于试样厚度的二分之一处，即侧边的裂口位于试样的中部，使撕裂分层按照预期的路径进行；

S2，将试验装置安装在试验机的工作台上，将试样未撕开的一端夹持在弹性夹头中，进行固定，并使试样平铺在上护板和下护板之间，防止试样在测试过程中出现翘曲；

S3，调节上护板和下护板上的移动板，改变上护板和下护板的长度，使试样撕开部分的上层、下层分别与同侧的上夹持板和下夹持板对齐，并用夹持组件进行定位或固定；

S4，将试验装置通过连接卡扣与试验机连接，利用试验机对试验进行撕裂试验。

S5，试验时，按照实验规范设定拉伸速度，记录载荷-位移曲线。当材料的撕裂韧度较小时，即当试样的撕裂角度θ小于或等于上护板和下护板之间的张开角时，试验机作用于撕裂试样上的功将全部用于试样的层间分离（图4所示），试样的撕裂性能如撕裂力、撕裂强度或撕裂韧度可按照常规撕裂试验（如国家标准GB/T 10808-2006和GB/T 3903.29-2008及行业标准HG 2726-1995）规定的计算方法计算。当材料的撕裂韧度较大时，即试样的撕裂角度θ大于上护板和下护板之间的张开角时，试验机作用于撕裂试样上的功除用于试样的层间分离外，将有部分用于试样的弹性拉伸变形（图5所示），此时要使试样完全分离为两部分比较困难。该类材料可将一定拉伸位移时，试样的撕裂角度θ作为材料的撕裂性能之一。并在达到该拉伸位移后，以与拉伸相同的速度卸载，根据加载曲线和卸载曲线与横坐标轴围成的面积之差，求出用于撕裂功的大小以及加载过程裂纹的增加长度，计算试样的撕裂韧性。

实施例2，一种薄壁柔性材料分层撕裂试验装置，所述板夹1-1的内壁上设有定位卡座1-3，定位卡座用于定位或稳定试样未撕开的一端，定位卡座1-3与板夹1-1的夹口1-4相对应，定位卡座与夹口位于同一水平面上，夹口1-4处对称设有橡胶夹块1-5，缓冲板夹对试样的应力，避免对试样造成损伤，板夹1-1的上表面和下表面均设有连接座1-6，连接座1-6分别与安装在上护板2-1和下护板2-2上的转轴2-3相配合，实现上护板2-1和下护板2-2与板夹的卡接安装与铰接连接。所述定位卡座1-3通过螺杆1-7与板夹1-1相连接，螺杆1-7与板夹1-1上的螺纹孔螺纹连接，通过转动螺杆，实现定位卡座伸出距离的调节，使其适用于不同长度的试样的定位或固定。

进一步，上护板2-1和下护板2-2均包括固定板2-4和移动板2-5，移动板2-5滑动连接在固定板2-4的一侧，用于调节上下护板的总长度，使其适用于不同长度的试样，固定板2-4的下表面和移动板2-5的下表面位于同一平面内。所述固定板2-4上设有滑槽2-6，滑槽2-6的底部设有固定孔2-7，滑槽2-6与移动板2-5上设有的滑杆2-8相配合，滑杆2-8上设有螺纹通孔2-9，螺纹通孔2-9中设有固定杆2-10，固定杆2-10与螺纹通孔2-9螺纹连接，且固定杆2-10的下端与固定孔2-7相配合，滑杆沿滑槽移动实现移动板的移动，当移动板移动到合适位置后，转动固定杆，使固定杆的下端插进固定孔中，对移动板进行固定。

进一步，上夹持板3-1与上护板2-1上的移动板2-5铰接，下夹持板3-2与下护板2-2上的移动板2-5铰接。所述夹持组件4包括固定在上夹持板3-1和下夹持板3-2上的垫板4-1和夹体4-2，夹体4-2安装在垫板4-1上，垫板4-1和夹体4-2上设有橡胶缓冲层，用于夹持试样撕开端的上下两层，同时缓冲夹紧力，避免对试样造成损伤影响测试结果。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。