本发明涉及材料性能测试设备技术领域，特别是涉及一种高精密界面粘结强度测试装置及方法。
背景技术：
纤维增强复合材料的应用越来越广泛，随之而来的对纤维增强复合材料的研究也越来越多。界面粘结强度作为纤维增强复合材料性能的一个重要指标，其测量技术的精确性一定程度关乎纤维增强复合材料的使用性能。
传统界面粘结强度测试多采用临界断裂长度法、单纤维拔出法、微脱粘法与顶出法。临界断裂长度法对制样要求极高，且对基体材料性能有一定要求，应用范围有限；单纤维拔出法不易实现纤维自适应校准；微脱粘法对制样要求极高，操作不便；顶出法对测试条件的要求极高，不易掌控。
因此，需要提供高精密界面粘结强度测试装置及方法。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高精密界面粘结强度测试装置，该装置操作简单方便，具有纤维拉拔方向自适应校准功能，可大幅提高纤维与高分子材料的界面粘结强度测试精度。
进一步的，本发明采用下述技术方案：
高精密界面粘结强度测试装置，包括上夹持装置和下夹持装置，所述上夹持装置装夹于电子万能试验机的上横梁，上夹持装置上表面设置横梁，上夹持装置上表面两侧均设置键槽，横梁通过销轴与滚子连接，滚子可在键槽内滚动；所述横梁中部通过紧固件与纤维夹持装置连接，纤维夹持装置下部夹持待测试纤维；所述下夹持装置对应设置于上夹持装置下方，下夹持装置装夹于电子万能试验机，所述下夹持装置设有t型槽，所述待测试纤维底部带有螺母，螺母与t型槽过渡配合。
本发明的测试装置中滚子可在上夹持装置的键槽内滚动，可保证纤维拉拔方向在水平方向的调节。下夹持装置上设置t型槽，螺母在t型槽内滑动可保证纤维拉拔方向在前后方向的调节。上夹持装置的横梁的左右移动、下夹持装置t型槽以及纤维浇注成型的螺母的自重力实现纤维拉拔方向的自适应垂直校准。
进一步的，所述上夹持装置在键槽的外侧设置限位凸起。设置限位凸起，可以防止纤维拉拔加载过程中由于高分子材料材料塑性变形、纤维拉断冲击造成横梁滑出。
进一步的，所述紧固件为紧固螺母，紧固螺母和横梁之间设置垫片。
进一步的，所述纤维夹持装置设置键销，纤维夹持装置通过键销与待测试纤维连接。在纤维夹持装置上设置键销，待测纤维缠绕键销，实现待测量纤维与纤维夹持装置的连接。
进一步的，所述螺母与待测试纤维一体浇注成型。
进一步的，所述螺母卡合设置于t型槽内，螺母可沿t型槽滑动。螺母在t型槽内滑动，带动纤维移动，可保证纤维拉拔方向在前后方向的调节。
进一步的，所述t型槽为半通槽，t型槽由下夹持装置的开口端向封闭端延长设定距离。
进一步的，所述下夹持装置在开口端对应于t型槽处设置卡夹，所述卡夹与下夹持装置转动连接。防止纤维拉拔加载过程中由于高分子材料材料塑性变形、纤维拉等冲击造成螺母滑出。
进一步的，所述卡夹带有卡槽，所述下夹持装置设有与卡槽相配合的卡轴，所述卡夹可转动卡合于卡轴。卡夹与下夹持装置的转动连接处设置于开口端一侧，卡轴设置于开口端另一侧，将卡夹转动后，卡夹的卡槽与下夹持装置的卡轴相配合，将螺母档于t型槽内而无法滑出。
高精密界面粘结强度测试装置的测试方法，包括以下步骤：
1)将螺母的内孔当做浇铸模具，利用高分子材料将待测试纤维与螺母浇注为一体；
2)将待测量纤维缠绕键销后装入纤维夹持装置内，手动预紧，将上夹持装置固定于电子万能试验机的上横梁上；
3)待螺母静止后装入下夹持装置，并将下夹持装置装夹于电子万能试验机上，接通电子万能试验机电源，设定加载速率，测定纤维界面粘结强度。
高精密界面粘结强度测试装置，包括上夹持装置，所述上夹持装置装夹于电子万能试验机的上横梁，上夹持装置上表面设置横梁，上夹持装置上表面两侧均设置键槽，横梁通过销轴与滚子连接，滚子可在键槽内滚动；所述横梁中部通过紧固件与纤维夹持装置连接，纤维夹持装置下部夹持待测试纤维；所述待测试纤维底部与螺母一体浇注成型，所述螺母装夹于电子万能试验机。螺母的直径在15mm～40mm。
高精密界面粘结强度测试装置的测试方法，包括以下步骤：
1)将螺母的内孔当做浇铸模具，利用高分子材料将待测试纤维与螺母浇注为一体；
2)将待测量纤维缠绕键销后装入纤维夹持装置内，手动预紧，将上夹持装置固定于电子万能试验机的上横梁上；
3)将螺母装夹于电子万能试验机上，接通电子万能试验机电源，设定加载速率，测定纤维界面粘结强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过滚子与键槽的配合，可保证纤维拉拔方向在水平(左右)方向的调节。
2)本发明中通过t型槽的设置，可保证纤维拉拔方向在前后方向的调节。
3)本发明中通过利用高分子材料将螺母与纤维浇注一体，可利用螺母的自重力，配合水平方向和前后方向的调节，实现纤维拉拔方向的自适应垂直校准，从而大幅度提高了界面粘结强度测试精度。
4)本发明中通过利用高分子材料将螺母与纤维浇注一体，防止纤维拉拔过程中由于高分子材料与模具之间界面粘结性能较差而出现的高分子材料与螺母间的相对滑移对纤维界面粘结强度测试结果的影响。
5)本发明中通过利用高分子材料将螺母与纤维浇注一体，并设置下夹持装置(或直接装夹螺母)，防止直接装夹高分子材料时的装夹力对纤维产生挤压，从而避免了界面粘结强度值测量值比实际值偏大。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为高精密界面粘结强度测试装置结构简图；
图2为高精密界面粘结强度测试装置的上夹持装置主视图；
图3为高精密界面粘结强度测试装置的上夹持装置俯视图；
图4为高精密界面粘结强度测试装置的下夹持装置主视图；
图5为高精密界面粘结强度测试装置的下夹持装置俯视图；
图6为高精密界面粘结强度测试装置另一示例结构简图；
图中，1.限位凸起，2.滚子，3.螺母，4.垫片，5.销轴，6.键槽，7.上夹持装置，8.纤维夹持装置，9.键销，10.下夹持装置，11.纤维，12.卡夹，13.螺母，14.横梁，15.t型槽，16.卡轴。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义是相符的。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种高精密界面粘结强度测试装置及方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-5所示，提供了一种高精密界面粘结强度测试装置，包括：限位凸起1、滚子2、螺母3、垫片4、销轴5、键槽6、上夹持装置7、纤维夹持装置8、键销9、下夹持装置10、纤维11、卡夹12、螺母13、横梁14、t型槽15。上夹持装置7装夹于电子万能试验机的上横梁，上夹持装置7设置有键槽6，上夹持装置7的横梁14通过销轴5与滚子2连接，滚子2可在键槽6内滚动。纤维11通过纤维夹持装置8实现装夹，纤维夹持装置8通过紧固件连接于横梁14中部，与纤维11浇注成型的螺母13与下夹持装置10的t型槽15成过渡配合，下夹持装置10装夹于电子万能试验机上。
紧固件为紧固螺母3，紧固螺母3和横梁14之间设置垫片4。
上述高精度界面粘结强度测试装置，上夹持装置7的横梁14上设置有滚子2，滚子2可在上夹持装置7的键槽6内滚动，可保证纤维拉拔方向在水平方向的调节。下夹持装置10上设置t型槽15，可保证纤维拉拔方向在前后方向的调节。上夹持装置7的横梁14的左右移动、下夹持装置t型槽15以及纤维11浇注成型的螺母13的自重力实现纤维拉拔方向的自适应垂直校准。
上述高精密界面粘结强度测试装置，纤维11与高分子材料界面粘结强度测试试样模具可采用标准螺母13，防止纤维11拉拔过程中由于高分子材料与模具之间界面粘结性能较差而出现的高分子材料与螺母间的相对滑移对纤维11界面粘结强度测试结果的影响。防止直接装夹高分子材料时装夹力对纤维11产生的挤压，从而使界面粘结强度值测量值比实际值偏大。
纤维夹持装置8设置键销9，纤维夹持装置8通过键销9与待测试纤维11连接。在纤维夹持装置上设置键销，待测纤维缠绕键销，实现待测量纤维与纤维夹持装置的连接。
上述高精度界面粘结强度测试装置，在上夹持装置7对应于键槽6的外侧设置限位凸起1，防止纤维拉拔加载过程中由于高分子材料材料塑性变形、纤维拉断等冲击造成的横梁14滑出。
如图5所示，螺母13可在t型槽15内滑动，t型槽15为半通槽，t型槽由下夹持装置的开口端(即图5中的前端)向封闭端(即图5中的后端)延长设定距离。
下夹持装置10在开口端对应于t型槽15处设置卡夹12，卡夹12与下夹持装置10转动连接，卡夹12带有卡槽，下夹持装置10设有与卡槽相配合的卡轴16，卡夹12可转动卡合于卡轴16。卡夹与下夹持装置的转动连接处设置于开口端一侧，卡轴设置于开口端另一侧，将卡夹转动后，卡夹的卡槽与下夹持装置的卡轴相配合，将螺母档于t型槽内，防止纤维11拉拔加载过程中由于高分子材料材料塑性变形、纤维拉断等冲击造成的螺母13滑出。
本发明结构新颖，操作方便，能够实现纤维拉拔方向的自适应垂直校准功能，从而大幅度提高了界面粘结强度测试精度。
上述的测试装置可用于钢纤维、氧化铝纤维、钼纤维、碳纤维等柔性纤维与环氧树脂、聚乙烯等高分子材料的界面粘结强度测试，避免了直接装夹高分子材料包裹纤维时对纤维产生的挤压，大幅度地提高纤维与高分子材料的界面粘结强度测试精度。
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于高精度界面粘结强度测试装置的测试方法，步骤如下：
1)提供如上所述的高精密界面粘结强度测试装置；
2)把螺母的内孔当做浇铸模具，利用高分子材料把纤维与螺母浇注为一体；
3)将待测量纤维缠绕键销后装入待测物夹持机构纤维夹持装置内，手动预紧，将上夹持装置固定于电子万能试验机的上横梁上；
4)待螺母静止后装入下部夹持装置，并将下部夹持装置装夹于电子万能试验机上，接通电子万能试验机电源，设定加载速率，测定纤维界面粘结强度。
在本发明的另一实施例中，当采用较大螺母13时高精密界面粘结强度测试装置省略下部夹持机构，如图6所示，直接将与纤维连接的螺母13与电子万能试验机进行连接。螺母的直径在15mm～40mm。
相应地，一种高精度界面粘结强度测试方法，步骤如下：
1)提供如上所述的高精密界面粘结强度测试装置；
2)把螺母的内孔当做浇铸模具，利用高分子材料把纤维与螺母浇注为一体；
3)将待测量纤维缠绕键销后装入纤维夹持装置内，手动预紧，将上部夹持机构固定于电子万能试验机的上横梁上；
4)待螺母装夹于电子万能试验机上，接通电子万能试验机电源，设定加载速率，测定纤维界面粘结强度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。