一种微米级单丝纤维的力学性能测试装置的制作方法

本发明属于纤维力学性能测试设备技术领域，具体涉及一种微米级单丝纤维的力学性能测试装置。

背景技术：

现有的单丝纤维拉伸力学性能测试装置主要包括：第一类装置采用纸片法制样，非自动机械夹持。纸片法制样周期长、制样过程中纤维需手工定位，易损伤；夹持时需手工装夹，效率低；第二类装置采用纸片法制样，气动夹头夹持。气动夹头具有夹持力可控，纤维不易受损的优点，但气动夹持装置需要气源，整体结构复杂。第三类装置采用胶滴法制样，非自动机械夹持。手工制样具有胶滴周期长，胶滴大小不易控制，拉伸过程中纤维易从胶滴中拉出的缺点。

综上所述，如何解决在单丝纤维拉伸力学性能测试过程中存在的制样周期长、纤维易损伤、测试效率低，结构复杂的问题，成为了本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种微米级单丝纤维的力学性能测试装置，本发明装置无需制样，大大降低了手工制样对纤维的损伤，提高了测试的准确率，具有实用性强，操作方便的优点。

为达到上述目的，本发明所述一种微米级单丝纤维的力学性能测试装置包括底板，所述底板上并列设置有若干凹槽，底板上自前向后依次设置有与凹槽相适配滑块和夹头，若干滑块插接在凹槽中排成一行，滑块能够在凹槽中滑动，夹头包括并排设置的第一夹头和第二夹头，第一夹头和第二夹头均插接在凹槽中，第一夹头能够水平移动，第二夹头表面设置有应变传感器，应变感应器与力学记录仪连接。

所述第一夹头的尾部与固定支架连接，固定支架与直线电机的可动端连接，第二夹头的另一端与直线电机的固定端连接，固定支架上设置有导轨，第一夹头能够沿着导轨移动，移动轨迹与第一夹头的延伸方向垂直。

所述滑块、第一夹头的头部和第二夹头的头部为t形。

所述凹槽底部固定设置有挡块，挡块位于夹头和滑块之间，挡块的高度与第一夹头或第二夹头的插入凹槽的部分的高度之和等于凹槽的深度。

所述第一夹头和第二夹头的头部固定设置有与其前端形状和大小匹配的强力磁性磁铁，滑块的材料具有磁性。

所述第一夹头和第二夹头为电磁铁，滑块的材料具有磁性。

还包括齿条状的推子，推子用于将所有的滑块同时推向夹头方向，推子的齿插在凹槽中，推子的下端设置有凸出部。

所述底板设置在导轨上，导轨连接有电机，导轨能够在电机的驱动下带动底板水平或垂直运动。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明利用底板上的凹槽，使夹头和滑块相接，且第一夹头能够移动，测试时，使第一夹头带动单丝纤维拉伸，进而完成力学性能测试，本装置能够测量不同长度的单丝纤维，无需提前制样，结构简单的优点，提高了单丝纤维测试的准确率和效率。

进一步的，第一夹头的尾部与固定支架连接，固定支架与直线电机的可动端连接，第二夹头的另一端与直线电机的固定端连接，固定支架上设置有导轨，第一夹头能够沿着导轨移动，移动轨迹与第一夹头的延伸方向垂直，满足不同纤维的性能测试，操作方便。

进一步的，滑块、第一夹头的头部和第二夹头的头部为t形，增加接触面积，使第一夹头的移动更为平顺，提高拉伸单丝纤维的稳定性。

进一步的，凹槽底部固定设置有挡块，挡块位于夹头和滑块之间，挡块的高度与第一夹头或第二夹头的插入凹槽的部分的高度之和等于凹槽的深度，这样挡块能够将t型滑块挡在合适的区域，防止t型滑块在不合适的时机与第一夹头的头部或第二夹头的头部相吸，影响试验的正常进行。

进一步的，第一夹头和第二夹头的头部固定设置有与其前端形状和大小匹配的强力磁性磁铁，或者第一夹头和第二夹头为电磁铁，滑块的材料具有磁性，利用磁力方便的将滑块和夹头吸在一起，不需要其他辅助的施力设备，结构简单。

进一步的，还包括推子，推子用于将所有的滑块同时推向夹头方向，推子为齿条状，推子的齿插在凹槽中，推子的纵截面为t形，且下端设置有凸出部，推子用于推动所有t型滑块在底板上同时运动，凸出部用于增加推子和底板的接触面积，接触面积增大后，推子的推动过程更平稳。

进一步的，底板设置在导轨上，导轨连接有电机，导轨能够在电机的驱动下带动底板水平或垂直运动，以调节底板的位置或者在需要抽离底板的时候使将底板沿导轨滑出，保证单丝纤维在拉伸过程中与底板不发生干涉。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1的a-a向剖示图

图3为推子的b-b向剖示图；

图4为第二夹头的c-c向剖示图；

附图中：1、推子，2、滑块，3、底板，4、挡块，5、第一夹头，6、固定支架，7、直线电机，8、应变传感器，9、力学记录仪，10、第二夹头，11、凹槽。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的结构和工作原理，下面结合附图对本发明进一步的说明。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制，一下叙述中以推子所在方向为前，以直线电机所在方向为后。

参照图1和图2，一种微米级单丝纤维的力学性能测试装置包括底板3，底板3上并列设置有若干凹槽11，底板3上自前向后依次设置有与凹槽11相适配的推子1、滑块2、挡块4和夹头，滑块2为t型滑块，若干滑块2插接在凹槽11中排成一行能够沿着凹槽11滑动，滑块2为磁性材料，若干挡块4排成一行固定设置在凹槽11中，夹头包括第一夹头5和第二夹头10，第一夹头5和第二夹头10的头部为t形且插接在凹槽11中，第一夹头5和第二夹头10的头部处于底板3的同一水平轴线上，第一夹头5和第二夹头10的头部具有磁性，磁力大小满足单丝纤维在拉伸过程中既不从夹头处断裂也不从夹头处拉出。第一夹头5的尾部与固定支架6连接，固定支架6与直线电机7的可动端连接，第二夹头10的另一端与直线电机7的固定端连接，第一夹头5和第二夹头10的头部与直线电机7的距离相等，直线电机7和挡块4分别位于夹头的两侧，直线电机7运动速度调节范围为1um/min-10um/min，精度为1um，固定支架6上设置有直线形的导轨，第一夹头5能够沿着导轨在固定支架上6上移动，移动轨迹与第一夹头5的延伸方向垂直，第一夹头5和第二夹头10之间的距离范围为1mm-29mm，满足不同纤维的性能测试。第二夹头10表面贴有应变传感器8，应变感应器与力学记录仪9连接，应变传感器8用于将第二夹头的位移及形状变化传送给力学记录仪9，实现了单丝纤维拉伸过程中力和位移的测试与记录。

参照图3，推子1为齿条状，推子1的齿插在凹槽11中，推子1与凹槽11相互配合,推子1能够在底板3上沿着凹槽11延伸方向来回运动,并推动所有t型滑块在底板3上同时运动，推子1的纵截面为t形，且下端设置有沿着凹槽11延伸方向凸出的凸出部，凸出部用于增加推子1和底板3的接触面积，接触面积增大后，推子1的推动过程更平稳。

参照图4，凹槽11的宽度均为2mm，相邻两凹槽11之间的宽度均为1mm，挡块4设置在凹槽11底部，其高度为凹槽11深度的1/3，第一夹头5和第二夹头10头部插入凹槽11的部分为凹槽11深度的2/3，这样挡块4能够将t型滑块挡在合适的区域，防止t型滑块在不合适的时机与第一夹头5的头部或第二夹头10的头部相吸，影响试验的正常进行，挡块4与第一夹头5、第二夹头10以及t型滑块相配合夹持单丝纤维，本装置实现了单丝纤维力学性能高效、准确的测试。

优选的，底板3设置在导轨上，导轨的移动由电机驱动，导轨能够在电机的驱动下带动底板3水平或垂直运动，以调节底板3的位置或者在需要抽离底板3的时候使将底板3沿导轨滑出，保证单丝纤维在拉伸过程中与底板3不发生干涉。

优选的，第一夹头5和第二夹头10的头部固定设置有与其前端形状和大小匹配的强力磁性磁铁，或者第一夹头5和第二夹头10为电磁铁，能够调节第一夹头5和第二夹头10的磁力大小，使之满足试验要求。

优选的，t型滑块尺寸相同，且相邻的t型滑块上部无缝相接。

本发明的使用过程如下：

进行单丝纤维的力学性能测试时，将单丝纤维放置在底板3上，单丝纤维放置于滑块2与挡块4之间且垂直于凹槽11延伸方向；然后推动推子1使t型滑块滑至挡块4处停止运动，此时单丝纤维紧贴于t型滑块外侧，呈一条直线，然后沿导轨推动底板3，使第一夹头5、第二夹头10在磁力的作用下与t型滑块紧密吸住，将单丝纤维精确夹持在t型滑块与第一夹头5和第二夹头10之间，第一夹头5与第二夹头10的距离能够通过固定支架调节；然后将底板3沿导轨滑出，保证单丝纤维在拉伸过程中与底板3不发生干涉，启动直线电机7，控制单丝纤维的拉伸速度为1um/min至10um/min；电机通过控制第一夹头5的运动控制单丝纤维拉伸,通过应变传感器8与力学记录仪9协同工作，实现力和位移的测试与记录，获得数据；测试完毕后将设备恢复初始状态，进行下一轮测试。