本发明特别涉及一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统及方法，属于碳纳米管性能测试技术领域。
背景技术：
碳纳米管是一种一维结构的纳米材料，由类似的单层石墨卷曲成环状结构，具有优异的力学、电学、热学等性能。在航空航天、电磁屏蔽材料、储能、轻质导线、安全防护、生物材料等领域有广阔的应用前景。而碳纳米管纤维由于管间近似平行排列，更有利于力、电、热的传导。利用碳纳米管纤维轻质、高强的特点，可以应用航空航天以及安全防护等领域；同时在热防护、阻燃、微波吸收、热辐射、复合材料等领域具有广泛的应用前景。材料应用在航空航天领域，需要其在高温条件下也具有很好的力学性能，目前，碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试还鲜有报道。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统及方法。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统，包括：
力学性能测试装置，其用于向待测试碳纳米管纤维施加测试所需的力；
供电装置，其用于向待测试碳纳米管纤维通入电流，以使待测试碳纳米管纤维自加热；
气体保护装置，其至少用于向测试时的待测试碳纳米管纤维提供保护性气体环境；以及
温度测试装置，其用于检测待测试碳纳米管纤维的温度。
本发明实施例还提供了一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试方法，其包括：
将待测试碳纳米管纤维置入保护性气体环境中，并将待测试碳纳米管纤维与力学性能测试装置连接；
以供电装置向待测试碳纳米管纤维内通入足以使待测试碳纳米管纤维自加热的电流；
以温度测试装置监测待测试碳纳米管纤维的温度；以及
以力学性能测试装置向待测试碳纳米管纤维施加测试所需的力。
与现有技术相比，本发明提供的碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统，其结构简单，容易搭建，稳定可靠；其实现了碳纳米管纤维在高温条件下的力学性能测试，以通电加热的方式能够使待测碳纳米管纤维的温度达到2000℃以上，并能够通过改变电流大小而改变待测碳纳米管纤维的温度，从而能够获得不问温度下的力学性能测试数据。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试方法的流程示意图；
图3是本发明实施例1-5中待测碳纳米管纤维中通入的电流值与温度值的关系图；
图4是本发明实施例1-5中不同温度待测碳纳米管纤维的抗张强度变化曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统，包括：
力学性能测试装置，其用于向待测试碳纳米管纤维施加测试所需的力；
供电装置，其用于向待测试碳纳米管纤维通入电流，以使待测试碳纳米管纤维自加热；
气体保护装置，其至少用于向测试时的待测试碳纳米管纤维提供保护性气体环境；以及
温度测试装置，其用于检测待测试碳纳米管纤维的温度。
进一步的，所述力学性能测试装置包括万能材料试验机。
进一步的，所述供电装置包括直流电源，所述直流电源通过导线与待测试碳纳米管纤维电连接。
进一步的，所述气体保护装置包括容器和惰性气体供给装置，所述惰性气体供给装置与所述容器的内腔连通，在测试时，由所述惰性气体供给装置输入所述容器内腔的惰性气体至少足以使所述容器内腔的局部区域形成所述的保护性气体环境。
优选的，所述容器包括三口石英管。
进一步的，所述温度测试装置采用非接触式温度测试装置。
优选的，所述非接触式温度测试装置包括红外测温仪。
本发明实施例还提供了一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试方法，其包括：
将待测试碳纳米管纤维置入保护性气体环境中，并将待测试碳纳米管纤维与力学性能测试装置连接；
以供电装置向待测试碳纳米管纤维内通入足以使待测试碳纳米管纤维自加热的电流；
以温度测试装置监测待测试碳纳米管纤维的温度；以及
以力学性能测试装置向待测试碳纳米管纤维施加测试所需的力。
进一步的，所述的测试方法还包括：记录待测试碳纳米管纤维在不同温度下的力学性能测试结果。
进一步的，所述测试所需的力包括用于测试所述待测试碳纳米管纤维的拉伸强度的力。
进一步的，所述的测试方法是基于所述的碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统实施的。
进一步的，所述待测碳纳米管纤维包括化学气相沉积法或物理方法制备形成的碳纳米管纤维。
更进一步的，所述待测碳纳米管纤维包括可纺丝阵列拉膜法或浮动催化法制备的碳纳米管纤维。
优选的，至少在测试过程中保持待测碳纳米管纤维垂直设置。
优选的，待测碳纳米管纤维的通电加热和力学性能测试同步进行。
优选的，所述保护气体包括惰性气体。
进一步的，所述的测试方法包括：改变通入待测碳纳米管纤维中的电流大小以使待测碳纳米管纤维被加热至不同的测试温度。
如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1和图2，一种碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试方法，包括：
s1.提供碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统(如图1所示)，将三口石英管2垂直固定于铁架台1上，将待测碳纳米管纤维3的两端分别经由两根导线4连接，经导线4从三口石英管2上下两端口穿出，并采用万能材料试验机6的两个夹具7分别对应夹紧两根导线4，碳纳米管纤维3保持垂直状态；
s2.将两根导线4分别接入直流电源5的正极端、负极端，设定电流值并保持电流值恒定，测试开始前由惰性气体接入机构8向三口石英管2中通入惰性气体以排除空气(持续通入一分钟)，并在测试过程中持续通入惰性气体；
s3.将红外测温仪9的目镜瞄准待测碳纳米管纤维3的中部，并提前打开，记录通电过程中的温度变化(红外测温仪通过测量碳纳米管纤维在通电过程中辐射的能量，从而获得其温度)；
s4.同时启动直流电源5以及万能材料试验机6，从而测试待测碳纳米管纤维在高温状态写的力学性能，并得到不同电流值对应的温度值。
优选的，待测碳纳米管纤维包括可纺丝阵列拉膜法或浮动催化法制备的碳纳米管纤维。
实施例1
采用浮动催化法制备的碳纳米管纤维，用铜丝连接碳纳米管纤维两端，将铜丝穿出石英管上下两端口，并用万能材料试验机的两个夹具夹紧导线，碳纳米管纤维保持垂直状态；
将直流电源接入导线，设定电流为0.3a，并保持不变，石英管中提前通入惰性气体，通气一分钟以排除空气，并在测试过程中持续通入惰性气体；
将红外测温仪的目镜瞄准碳纳米管纤维的中部，并提前打开红外测试开关，记录通电过程中碳纳米管纤维的温度变化；
同时打开直流电源以及万能材料试验机的开始按钮，从而测试碳纳米管纤维在高温状态的力学性能，并得到该电流下的对应温度为1060℃；测试结果如图4所示。
实施例2
设定直流电源的电流为0.4a，碳纳米管纤维温度为1340℃，其余的步骤同实施例1，测试碳纳米管纤维在1340℃的温度下的力学性能，测试结果如图4所示。
实施例3
设定直流电源的电流为0.5a，碳纳米管纤维温度为1600℃，其余的步骤同实施例1，测试碳纳米管纤维在1600℃的温度下的力学性能，测试结果如图4所示。
实施例4
设定直流电源的电流为0.6a，碳纳米管纤维温度为1820℃，其余的步骤同实施例1，测试碳纳米管纤维在1820℃的温度下的力学性能，测试结果如图4所示。
实施例5
设定直流电源的电流为0.7a，碳纳米管纤维温度为2020℃，其余的步骤同实施例1，测试碳纳米管纤维在2020℃的温度下的力学性能，测试结果如图4所示。
其中实施例1-5中待测碳纳米管纤维中通入电流大小和对应的温度值的关系图如图3所示。
本发明提供的碳纳米管纤维在高温状态下的力学性能测试系统，其结构简单，容易搭建，稳定可靠；其实现了碳纳米管纤维在高温条件下的力学性能测试，以通电加热的方式能够使待测碳纳米管纤维的温度达到2000℃以上，并能够通过改变电流大小而改变待测碳纳米管纤维的温度，从而能够获得不问温度下的力学性能测试数据。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。