一种哑铃状样本制备模具以及样本聚合方法与流程

本发明涉及样本制备模具技术领域，更具体地，涉及一种哑铃状样本制备模具以及样本聚合方法。

背景技术：

为深入了解材料的各项性能，需要通过拉伸实验测定出材料一些基本的力学性能参数，如利用拉伸试验可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。由于试件两端是加载端，受力复杂，不是试件的设计应力状态，如果全试件做成均匀直径，则一般首先会在加载的两端部位发生大变形或破坏，无法达到真正的试验目的。所以要对两端进行加粗，避免其发生过大变形或破坏，让大变形和破坏均控制在中间均匀细长的有效试件段内。因此在做拉伸实验时必须采用标准试样，一般选择将样条做成哑铃状。目前制备哑铃状样条主要有两种方式，即使用专业哑铃型样条制样机或使用普通的哑铃型样条裁刀和模具。

但应用于聚合材料时，这两种制备方式存在以下几点问题：

(1)使用专业的哑铃型样条制样机虽操作方便，效率高，但价格昂贵、易损伤组织；市场上的哑铃型制样机由于采用了自动化程序电动切割等，价格一般在2000～10000元；但对于聚合材料而言，要待其胶体凝固完全后才能对其切割，且切割边缘时会损伤其内部的组织，破坏了材料组织的完整性。

(2)为提高材料的聚合效率，聚合采用的材料试剂大多为易挥发物质(如树脂、水凝胶)，且聚合过程会放在高温真空箱中进行，故模具的密闭性不好会使试剂大量挥发。使用普通的哑铃状模具，虽然能够较好的保持组织的完整性，但是由于盖子未经过严格的密封性处理，故密闭性较差，会出现上部凹陷；且不能一次性进行多个样本聚合，聚合效率低下。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明提供了一种哑铃状样本制备模具以及样本制备方法，旨在解决现有模具无法在保证密封性良好的情况下同时制备多个样本的技术问题。本发明提供的哑铃状样本制备模具结构易实现，聚合过程操作简单快捷，可一次性快速、便捷的获取多个标准样本，具有较好的可普及性和广泛的适用性。

为实现上述目的，本发明提供一种哑铃状样本制备模具，包括：

一个底座、n个隔层以及一个顶盖，n个隔层记为第1个隔层、第2个隔层、……、第n个隔层；

底座内设有第一腔体，第一腔体内壁呈阶梯状，第一腔体内壁与第1个隔层外壁密封配合；

每个隔层设有第二腔体，第二腔体内壁呈阶梯状，第i个隔层第二腔体内壁与第i+1个隔层第二腔体的外壁密封配合；1≤i≤n-1；

顶盖设有第三腔体，第三腔体的内壁与第n个隔层的外壁密封配合。

优选地，每个隔层的第二腔体底部设有第一溶液孔和第二溶液孔，第一溶液孔位于第二腔体底部的一端，第二溶液孔位于第二腔体底部的另一端。

优选地，每个隔层上设有伸出板，用于取放隔层。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种基于哑铃状样本制备模具的样本制备方法，包括如下步骤：

当哑铃状样本制备模具中放有聚合溶液时，对哑铃状样本制备模具进行恒温加热处理，获得多个哑铃状样本。

优选地，每个隔层设有第一溶液孔和第二溶液孔，第一溶液孔位于第二腔体底部的一端，第二溶液孔位于第二腔体底部的另一端，向第n个隔层注入聚合物溶液实现向哑铃状样本制备模具中注入聚合溶液。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得如下有益效果：

1、第一个隔层外壁与底座内壁配合，实现对第一腔体的密封；第i个隔层内壁与第i+1个隔层外壁密封配合，实现对第i个隔层的第二腔体密封；第n个隔层外壁与顶盖内壁密封配合，实现对第n个隔层的密封；第一腔体以及第二腔体均用于盛放聚合物溶液，因此，本发明提供的样本制备模具可以在保证密封性良好的情况下实现同时制备多个哑铃状样本。

2、在应用该哑铃状样本制备模具制备多个哑铃状样本时，首先将隔层与底座安装配合，在第n个隔层上注入聚合溶液，通过每个隔层上的溶液孔使底座和各个隔层充满聚合物溶液，使制备哑铃状样本的过程更简便。

3、该样本制备模具，结构简单，中间隔层个数可根据自己实际需求设置，一次性可聚合出多个样本，操作简单，方便快捷，具有较好的可普及性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明提供的哑铃状样本制备模具中底座的结构示意图；

图2为本发明提供的哑铃状样本制备模具中每个隔层的结构示意图，其中，(a)为每个隔层从正面视角观测的结构图，(b)为每个隔层从背面视角观测的结构图；

图3为本发明提供的哑铃状样本制备模具中顶盖的结构示意图；

图4为本发明提供的哑铃状样本制备模具的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的哑铃状样本制备模具包括底座1、n个隔层2以及顶盖3，n个隔层记为第1个隔层、第2个隔层、……、第n个隔层。

图1为本发明提供的哑铃状样本制备模具中底座的结构示意图，底座1设有第一腔体101，第一腔体101呈哑铃状，即中间窄两头宽，第一腔体101的内壁呈阶梯状，第一腔体101的内壁分为第一底座侧面102、第二底座侧面103和底座台阶面104，第一腔体101盛放聚合物溶液，隔层的外侧壁与第二底座侧面103密封配合，隔层的外底面和底座台阶面104密封配合。

图2为本发明提供的哑铃状样本制备模具中隔层结构示意图，其中，图2(a)为每个隔层从正面视角观测的结构图，图2(b)为每个隔层从背面视角观测的结构图。第1个隔层至第n个隔层的结构相同，隔层2上设置有第二腔体201，第二腔体201呈哑铃状，第二腔体201用于盛放聚合物溶液。第二腔体201的内壁呈阶梯状，第二腔体201的内壁包括第一隔层侧面202、第二隔层侧面203和隔层台阶面204，第二腔体201的底部设有第一溶液孔205和第二溶液孔206，第一溶液孔205位于第二腔体201底部的一端，第二溶液孔206位于第二腔体201底部的另一端，在隔层上设置有伸出板209，方便取放隔层。隔层的外侧壁207与底座的第二底座侧面104密封配合，或与其他隔层的第二隔层侧面204密封配合，隔层的外底面208与底座的底座台阶面103紧密配合，或与隔层的隔层台阶面103紧密配合。

图3为本发明提供的哑铃状样本制备模具中顶层结构示意图，顶层设有第三腔体，第三腔体呈哑铃状，第三腔体的内壁301与第n个隔层的外壁密封配合。

图4为本发明提供的哑铃状样本制备模具的结构示意图，底座1的底座台阶面与第1个隔层的外底面紧密配合，底座1的第二底座侧面与第1个隔层的外侧壁密封配合，第一腔体被密封，第1个隔层的隔层台阶面与第2个隔层的外底面密封配合，第1个隔层的第二隔层侧面与第2个隔层的外侧壁密封配合，第1个隔层第二腔体被密封，第2个隔层的隔层台阶面与第3个隔层的外底面密封配合，第2个隔层的第二隔层侧面与第3个隔层的外侧壁密封配合，第2个隔层第二腔体被密封，隔层依次安装，直至第n-1个隔层第二腔体被密封，第n个隔层第二腔体外壁与顶盖第三腔体的外壁密封配合，实现对第n个隔层第二腔体密封。

在底座内壁和隔层内壁呈阶梯状，使第1个隔层充分嵌在底座上，各隔层间也采用了相同的边缘处理，使第i+1个隔层能够嵌于第i个隔层上，实现模具良好密封。通过隔层内的第一孔和第二孔，实现从上部隔层添加的聚合液流入下面各层，底座第一腔体内与每个隔层第二腔体内均盛装聚合液，使制备哑铃状样本的过程更简便。各隔层其个数可根据自己需求设置，一次性可聚合出多个样本，方便快捷。

本发明提供的基于上述哑铃状样本制备模具的样本制备方法，具体操作步骤如下：

步骤一，将一个底座、n个中间隔层和一个顶盖清洗干净，并烘干；

步骤二，将底座放在实验台上，按照装配顺序，将一个隔层通过阶梯状内壁的配合嵌在底座上；类似地，其他隔层也通过阶梯状内壁一层一层的相嵌配合，且中间隔层的个数可以根据需求选取单个或多个；

步骤三，在最上面的隔层上注入预先配制好的水凝胶溶液，溶液通过隔层两端的溶液孔一层一层地流入下部各个隔层的哑铃状槽中，这样一直滴加，直至第n个隔层的第二腔体溶液面到第n个隔层第二腔体第一台阶面，然后盖上顶盖将模具密封好。

步骤四，将加好水凝胶溶液的哑铃状样本制备模具置于烘箱中，设置温度40℃，聚合时间10h，然后取出，按住底座，揭开顶盖，通过隔层两旁的伸出板取出各隔层，然后倒出聚合好的哑铃状样本。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。