一种用于测试增强塑料层间剪切强度的夹具的制作方法

本实用新型属于材料力学性能测试与表征技术领域，具体涉及一种用于测试增强塑料层间剪切强度的夹具。

背景技术：

近年来，随着增强塑料性能的相关研究不断取得进步，愈来愈多的增强塑料被运用到航空，航天，军事等领域，材料的研究方法也得到进一步改善，以提高研究效率。虽然试验方案不能改变，但是可以通过改善试验用具来提高科研效率。因此，通过改善试验用具成为国内外大多数学者研究新兴增强塑料的必经之路。

双切口加压载的定义是测量材料弯曲性能的一种试验方法，国内现对这类试验的实验方法是简单的将标准试样夹持在工字型试验夹具中，夹具包括左右两块相对的夹板，用于夹板紧固试件的垫圈，紧固螺栓和紧固螺母。

试验时，将试件放置在左右夹板中间，由研究者手动拧紧紧固螺母，对试件进行横向固定，竖着放置在试验机上，进行轴向加载，从计算机上得到力-位移曲线，直至试件发生层间剪切断裂。这种夹具往往只能进行十分粗糙的，不利于精确测量的层间剪切试验，施载力无法保证是竖直的，径向试件与夹板之间无法保证较小的摩擦力。由于试验过程中机器对试件会产生极大的轴向压力，因夹持不当产生的扭矩会使试件发生张开型破坏而不是完全的剪切型破坏，对试验结果参数产生较大的影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种用于测试增强塑料层间剪切强度的夹具，能够在增强塑料层间剪切强度的试验中减少横向弯矩、周向扭矩、摩擦力带来的试验误差。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于测试增强塑料层间剪切强度的夹具，包括装夹在试验机的上夹头上的加载压头和装夹在试验机的下夹头上的底座；所述底座包括底板；底板上方设有左右相对的固定夹板和滑动夹板，其中固定夹板垂直固定于底板；底板上表面开有滑槽，滑槽的延伸方向与固定夹板的表面垂直，滑动夹板的底部嵌入滑槽中，滑动夹板可沿滑槽移动，且移动时其表面保持与固定夹板的表面平行；滑动夹板上至少开有4个通孔，固定夹板上开有与滑动夹板上通孔的位置和数量对应的螺纹孔，通孔和与通孔对应的螺纹孔内插有长螺栓，长螺栓的头部露出于滑动夹板，长螺栓的头部与滑动夹板之间的螺杆上套有压缩弹簧，螺杆露出于固定夹板的一侧设有与长螺栓配套的紧固螺母；试验件放置于固定夹板和滑动夹板之间，其底部与底座贴合，顶部受加载压头施加的垂直向下的压力。

进一步的，所述底板下方设有底座支撑，用于装夹在试验机的下夹头内；底座的下表面开有通槽，底座支撑的顶部固定于通槽内；底座支撑和加载压头的中心轴在一条线上。

进一步的，所述4个通孔分别位于滑动夹板的4个对称角上。

进一步的，所述试验件为双切口试验件。

本实用新型具有如下有益效果：

1、试验时拧动长螺栓，使滑动夹板压紧试验件，并保证四个压缩弹簧被压缩的长度一致，这样能够使试验件受力均匀，在加载压头施加载荷时不会产生扭矩；

2、固定夹板和滑动夹板与底板是垂直的，将试件从上向下缓慢插入固定夹板和滑动夹板之间，与底板贴合，保证试件在试验时的垂直度；

3、试验件完全放置在两个夹具之间，这样试验件在四个螺栓的预紧力相同的情况下，受到相同的压缩速率进行匀速运动时，受到的滑动摩擦力是定值；

4、当试验件被破坏时，取下底端的一半试验件，将上端一半的试验件继续放在夹板之间里，拧紧长螺栓压缩弹簧，使弹簧被压缩的长度与前面一致，试验件受到加载载荷继续匀速滑动，得到滑动摩擦力f，进而剔除摩擦力对双切口层间剪切的影响。

附图说明

图1为双切口层间剪切强度试验夹具的立体图；

图2为双切口层间剪切强度试验夹具的侧视图；

图中标号：1、加载压头；2、底座；2-1、底板；2-2、底座支撑；3、固定压板；4、滑动压板；5、压缩弹簧；6、长螺栓；7、双切口试验件；8、滑槽；9、通槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1、2所示，本实用新型包括加载压头1，底座2；底座2包括底板2-1，用于夹板横向固定的底座支撑2-2，左右两块相对的夹板——固定夹板3和滑动夹板4，控制两夹板之间压力的压缩弹簧5，用于夹板紧固试件的长螺栓6和紧固螺母。

底板2-1上下两个面的中间别开有宽为20.5mm和5.5mm，深度为1.5mm的滑槽8和通槽9。通槽9用于放置连接下部底座支撑2-2，两者在保证垂直度的情况下进行焊接。设置滑槽8的目的在于一方面能够能装备矩形或圆柱形等不同形状的底座支撑2-2以适应不同材料试验机的夹头；另一方面使得底座支撑2-2与底板2-1下底面形成垂直面，装夹后更易于保证与试验机的垂直度。

滑槽8用于放置固定夹板3和滑动夹板4，固定夹板3放置在槽里且在保证与底板2-1垂直度的情况下进行焊接。滑槽8的延伸方向与固定夹板3的表面垂直；滑动夹板4的底部嵌入滑槽8中，滑动夹板4可沿滑槽8移动，且移动时其表面保持与固定夹板3的表面平行。固定夹板3的四个对称角上开有四个直径为3mm细纹螺纹孔。滑动夹板4的四个对称角上开有直径为3mm的通孔。通孔和与通孔对应的螺纹孔内插有长螺栓6，长螺栓6的头部露出于滑动夹板4，长螺栓6的头部与滑动夹板4之间的螺杆上套有压缩弹簧5，螺杆露出于固定夹板3的一侧设有与长螺栓6配套的紧固螺母。

固定夹板3和滑动夹板4通过四个长螺栓和4个压缩弹簧来连接，旋转长螺栓6为试验件提供夹持力，弹簧压缩遵从胡克定律，保证四个压缩弹簧5被压缩的长度一致可以保证试验件受力均匀，这对实验结果的准确性至关重要。

本实用新型双切口加压载试验装置的工作原理：

在对试验件进行层间剪切强度试验前，先进行夹具的装夹，加载压头1装夹在试验机的上夹头上，底座支撑2-2装夹在试验机的下夹头上，保证两者的中心轴在同一条线上。将试验件从上向下缓慢插入固定夹板3和滑动夹板4之间，与底座2贴合，保证试验件在试验时的垂直度。拧动长螺栓6，使滑动夹板4压紧试验件，并保证四个压缩弹簧5被压缩的长度一致，这样能够使试验件受力均匀，在加载压头1施加载荷时不会产生扭矩，从而使实验结果不准确。试验件放置在两个夹板之间，试验件被压缩时与夹具的接触面积是一置的，这样试验件受到压缩载荷进行匀速运动时，受到的滑动摩擦力是一个相对稳定的值。当试验件被破坏时，取下底端的一半试验件，将上端一半的试验件继续放在两块夹板之间，拧紧长螺栓6，使压缩弹簧5被压缩的长度与前面的试验一致，试验件受到加载载荷继续匀速滑动，得到滑动摩擦力f，根据公式，计算得到层间剪切强度值。

本装置适用于万能材料试验机、MTS材料试验机等。

试验时，试验机的上夹头带动加载压头向下运动对试验件上部加载，通过电脑控制压头以恒定速度下压，对试验件产生向下的作用力，进行试验件的双切口加压载试验。试验件在轴向受压过程中，试验件与底板接触，受到向上的支撑力，由于加载压头速度较低，压力缓慢增加，试验件在轴向各点受力平衡，符合试验要求。

在试验件发生切口剪切滑移破坏时，记录试验件失效时的破坏载荷P_m，将试件重新装载，使试验件上表面与夹具上表面平齐(此时试件下表面与夹具不接触)，以相同条件加载试验机压头，从而得到试件与夹具的位移摩擦力f。

Fsbs＝(Pm-f)/(b*S)

式中：Fsbs为层间剪切强度，MPa；Pm为破坏载荷或最大载荷，N；f为试件匀速滑动时与夹板之间的的摩擦力；b为试件宽度，mm；S为试件槽间距，mm。

试验过程的描述：

试件准备：试验件长为79.5mm，宽为12.7mm，试验件厚度为2.54～6.60mm，槽间距6.4mm，槽宽为1.02～1.60mm，槽深为试验件的厚度的一半。试件尺寸参考ASTM D3846增强塑料平面剪切强度试验方法。

试件安装：首先松开四个紧固螺母，将试验件放入左右两夹板之间，拧紧长螺栓使压缩弹簧被压缩的长度一致(确保四个角对试件的施加的力是平衡的，以免在试验过程中发生扭矩)。试验件底部抵住下底板，防止试验时发生额外摩擦力，造成试验误差。

试件测试：启动试验机，保持加载压头以试验要求速度匀速加载，当试验件发生剪切断裂失效时，实验结束，得到载荷-位移曲线。将上部试件重新装载，移去下部试件，以相同条件加载试验机压头，从而得到试件与夹具的位移摩擦力曲线，获得摩擦力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。