用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置的制作方法

本发明属于材料结构性能分析检测技术领域。

背景技术：

当前国内外碳纤维、凯夫拉、高强聚乙烯、聚醚醚酮等先进高聚物纤维在航空航天等军事装备及民用制品等方面都得到广泛的应用。这些纤维材料在生产过程中往往通过拉伸操作改善结构来提高纤维的力学性能。而纤维制品的损坏失效与外加负荷超载导致结构变质密切相关。正应为此，外加应力对材料结构的积极与消极作用的探讨，一直是高聚物纤维研究工作的重要课题。但是目前缺少一种能够用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置，且该实验装置应当至少能够实现：联机检测、原位检测、快速测量和小型化等才能满足现有实验测试的要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置，主要由拉伸仪、x射线衍射仪和样品固定装置组成。所述样品固定装置和拉伸仪均固定于x射线衍射仪中，样品固定装置位于x射线衍射仪的衍射光路上。

其中，样品固定装置由样品盒8和样品盒盖板12组合构成一个中空的方形柱状筒体；筒体中部为通孔9；样品盒8两端的筒口位置设置有拉伸杆滑动定位槽10；拉伸杆4安装于拉伸杆滑动定位槽10内，对于露在样品盒8外的拉伸杆4连接到拉伸仪的拉伸卡具上；拉伸杆4的数量是2个，两个拉伸杆4相对的位置设有转接夹具插槽3；转接夹具插槽3用于安装固定纤维束转接夹具2；纤维束转接夹具2用于夹紧高聚物纤维束1；

优选地，拉伸杆滑动定位槽10上设有固定螺丝11；调松一个或两个固定螺丝，即可对纤维束试样实施单向或双向的拉伸操作。

优选地，样品盒8底部安装有均温板5；均温板5由导热材料制成，其内设有电热丝6和热电偶7；电热丝6和热电偶7与电热温度调控仪器相连接；均温板5安装时须使均温板5上表面与由高聚物纤维束1、纤维束转接夹具2以及拉伸杆4组成的平面相接触且可相互滑动；均温板5优选由温度均匀性良好的铜或铝材料制成；样品盒盖板12由隔热材料制成。

优选地，x射线衍射仪配有二维探测器，样品固定装置通过精密底座固定安装在x射线衍射仪中。

本发明的有益效果：

1、可实现联机检测技术：本发明所公开的用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置，通过精密连接器件准确的配置到x射线衍射仪的衍射光路之中，并实现了在纤维拉伸过程中，对纤维拉伸应力、应变与纤维的多项结构参量实时对应联机检测。

2、可实现小型化技术：保有通常的纤维拉伸仪多项功能和检测精确度的条件下，实施了小型化处理，以适应x射线衍射仪的设备环境对与之联机装置体积方面的要求。

3、可实现原位检测技术：高聚物纤维材料往往存在结构参量分布不均匀性。为避免这种不均匀性对纤维拉伸条件与结构对应关系的准确测量，本发明所公开的拉伸实验装置采用双向拉伸技术，使得纤维试样在长度方向上的中心点在拉伸过程中保持位置不变，并始终处于衍射仪的测量位置上，也就是确保联机检测设备在拉伸过程中提供的微结构参量数据始终是来源于纤维同一位置。

4、可实现快速测量技术：高聚物纤维拉伸仪直至断裂，往往较短时间内完成，为适应这种情况，拉伸实验装置的操作采用自动快速系统来完成，联机设备的x射线衍射仪也使用二维高速探测系统，以配合快速测量的要求。

5、可对拉伸过程中高聚物纤维拉伸应力，拉伸应度等力学参量实现动态检测，同时还跟踪给出结晶度、取向度、晶粒大小及晶胞参数等重要微观结构参量的动态测量结果。可更真实准确的揭示拉伸过程中纤维微观结构的变化与拉伸应力变化之间的内在联系。

附图说明

图1纤维束转接夹具结构示意图；

图2拉伸杆结构示意图；

图3均温板结构示意图；

图4样品盒结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中一种用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置，主要由拉伸仪、x射线衍射仪和样品固定装置组成。所述样品固定装置和拉伸仪均固定于x射线衍射仪中，样品固定装置位于x射线衍射仪的衍射光路上。

其中，样品固定装置由样品盒8和样品盒盖板12组合构成一个中空的方形柱状筒体；筒体中部为通孔9筒体中部为通孔9；样品盒8两端的筒口位置设置有拉伸杆滑动定位槽10；拉伸杆4安装于拉伸杆滑动定位槽10内，对于露在样品盒8外的拉伸杆4连接到拉伸仪的拉伸卡具上；拉伸杆4的数量是2个，两个拉伸杆4相对的位置设有转接夹具插槽3；转接夹具插槽3用于安装固定纤维束转接夹具2；纤维束转接夹具2用于夹紧高聚物纤维束1；

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于拉伸杆滑动定位槽10上设有固定螺丝11；调松一个或两个固定螺丝，即可对纤维束试样实施单向或双向的拉伸操作。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处样品盒8底部安装有均温板5；均温板5由导热材料制成，其内设有电热丝6和热电偶7；电热丝6和热电偶7与电热温度调控仪器相连接；均温板5安装时须使均温板5上表面与由高聚物纤维束1、纤维束转接夹具2以及拉伸杆4组成的平面相接触且可相互滑动；均温板5优选由温度均匀性良好的铜或铝材料制成。

以上实施例中x射线衍射仪选择配有二维探测器的x射线衍射仪，其衍射探测范围不小于60度，衍射线角分开率不低于0.04度。

所述高聚物纤维拉伸实验装置，可适用于纤维单丝和纤维束。为了能够与x射线衍射仪联机，样品盒的外形尺寸应不大于10cmx5cmx5cm。拉伸纤维试样长度范围为2cm～5cm，试样延伸率可在5％～150％之间变动，拉伸速度可在0.02mm/s～0.5mm/s之间连续调节，总拉伸力不小于40kg。

与高聚物纤维拉伸实验装置联机的x射线衍射仪配有二维探测器，高聚物纤维拉伸实验装置可通过精密底座与x射线衍射仪联机，以确保直径约为300μmx射线原光束光斑中心准确照射到纤维试样长度的中心点上，两者之间的偏差应小于100μm，这种对应关系在拉伸过程中应一值保持。

技术特征：

技术总结
用于高聚物纤维力学性能与微观结构联机检测的动态拉伸实验装置，属于材料结构性能分析检测技术领域。本发明装置主要由拉伸仪、X射线衍射仪和样品固定装置组成；通过样品固定装置和拉伸仪实现与X射线衍射仪联机，在检测高聚物纤维拉伸过程中应力、应变等力学参量变化规律的同时，也同步实现对纤维取向度、结晶度、晶粒尺寸及晶胞参数等结构参量的动态原位检测，这一检测试验装置及联机检测技术可应用于：通过改进生产工艺，实现高聚物纤维微观结构优化以及对高聚物纤维断裂失效机制分析等生产和科研活动。

技术研发人员：高忠民;唐海通;吕光锐;李向山
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.04.18
技术公布日：2017.08.18