本發(fā)明屬于材料結(jié)構(gòu)性能分析檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當前國內(nèi)外碳纖維、凱夫拉、高強聚乙烯、聚醚醚酮等先進高聚物纖維在航空航天等軍事裝備及民用制品等方面都得到廣泛的應(yīng)用。這些纖維材料在生產(chǎn)過程中往往通過拉伸操作改善結(jié)構(gòu)來提高纖維的力學(xué)性能。而纖維制品的損壞失效與外加負荷超載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變質(zhì)密切相關(guān)。正應(yīng)為此，外加應(yīng)力對材料結(jié)構(gòu)的積極與消極作用的探討，一直是高聚物纖維研究工作的重要課題。但是目前缺少一種能夠用于高聚物纖維力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)機檢測的動態(tài)拉伸實驗裝置，且該實驗裝置應(yīng)當至少能夠?qū)崿F(xiàn)：聯(lián)機檢測、原位檢測、快速測量和小型化等才能滿足現(xiàn)有實驗測試的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于高聚物纖維力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)機檢測的動態(tài)拉伸實驗裝置，主要由拉伸儀、x射線衍射儀和樣品固定裝置組成。所述樣品固定裝置和拉伸儀均固定于x射線衍射儀中，樣品固定裝置位于x射線衍射儀的衍射光路上。

其中，樣品固定裝置由樣品盒8和樣品盒蓋板12組合構(gòu)成一個中空的方形柱狀筒體；筒體中部為通孔9；樣品盒8兩端的筒口位置設(shè)置有拉伸桿滑動定位槽10；拉伸桿4安裝于拉伸桿滑動定位槽10內(nèi)，對于露在樣品盒8外的拉伸桿4連接到拉伸儀的拉伸卡具上；拉伸桿4的數(shù)量是2個，兩個拉伸桿4相對的位置設(shè)有轉(zhuǎn)接夾具插槽3；轉(zhuǎn)接夾具插槽3用于安裝固定纖維束轉(zhuǎn)接夾具2；纖維束轉(zhuǎn)接夾具2用于夾緊高聚物纖維束1；

優(yōu)選地，拉伸桿滑動定位槽10上設(shè)有固定螺絲11；調(diào)松一個或兩個固定螺絲，即可對纖維束試樣實施單向或雙向的拉伸操作。

優(yōu)選地，樣品盒8底部安裝有均溫板5；均溫板5由導(dǎo)熱材料制成，其內(nèi)設(shè)有電熱絲6和熱電偶7；電熱絲6和熱電偶7與電熱溫度調(diào)控儀器相連接；均溫板5安裝時須使均溫板5上表面與由高聚物纖維束1、纖維束轉(zhuǎn)接夾具2以及拉伸桿4組成的平面相接觸且可相互滑動；均溫板5優(yōu)選由溫度均勻性良好的銅或鋁材料制成；樣品盒蓋板12由隔熱材料制成。

優(yōu)選地，x射線衍射儀配有二維探測器，樣品固定裝置通過精密底座固定安裝在x射線衍射儀中。

本發(fā)明的有益效果：

1、可實現(xiàn)聯(lián)機檢測技術(shù)：本發(fā)明所公開的用于高聚物纖維力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)機檢測的動態(tài)拉伸實驗裝置，通過精密連接器件準確的配置到x射線衍射儀的衍射光路之中，并實現(xiàn)了在纖維拉伸過程中，對纖維拉伸應(yīng)力、應(yīng)變與纖維的多項結(jié)構(gòu)參量實時對應(yīng)聯(lián)機檢測。

2、可實現(xiàn)小型化技術(shù)：保有通常的纖維拉伸儀多項功能和檢測精確度的條件下，實施了小型化處理，以適應(yīng)x射線衍射儀的設(shè)備環(huán)境對與之聯(lián)機裝置體積方面的要求。

3、可實現(xiàn)原位檢測技術(shù)：高聚物纖維材料往往存在結(jié)構(gòu)參量分布不均勻性。為避免這種不均勻性對纖維拉伸條件與結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系的準確測量，本發(fā)明所公開的拉伸實驗裝置采用雙向拉伸技術(shù)，使得纖維試樣在長度方向上的中心點在拉伸過程中保持位置不變，并始終處于衍射儀的測量位置上，也就是確保聯(lián)機檢測設(shè)備在拉伸過程中提供的微結(jié)構(gòu)參量數(shù)據(jù)始終是來源于纖維同一位置。

4、可實現(xiàn)快速測量技術(shù)：高聚物纖維拉伸儀直至斷裂，往往較短時間內(nèi)完成，為適應(yīng)這種情況，拉伸實驗裝置的操作采用自動快速系統(tǒng)來完成，聯(lián)機設(shè)備的x射線衍射儀也使用二維高速探測系統(tǒng)，以配合快速測量的要求。

5、可對拉伸過程中高聚物纖維拉伸應(yīng)力，拉伸應(yīng)度等力學(xué)參量實現(xiàn)動態(tài)檢測，同時還跟蹤給出結(jié)晶度、取向度、晶粒大小及晶胞參數(shù)等重要微觀結(jié)構(gòu)參量的動態(tài)測量結(jié)果?？筛鎸崪蚀_的揭示拉伸過程中纖維微觀結(jié)構(gòu)的變化與拉伸應(yīng)力變化之間的內(nèi)在聯(lián)系。

附圖說明

圖1纖維束轉(zhuǎn)接夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2拉伸桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3均溫板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4樣品盒結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例中一種用于高聚物纖維力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)機檢測的動態(tài)拉伸實驗裝置，主要由拉伸儀、x射線衍射儀和樣品固定裝置組成。所述樣品固定裝置和拉伸儀均固定于x射線衍射儀中，樣品固定裝置位于x射線衍射儀的衍射光路上。

其中，樣品固定裝置由樣品盒8和樣品盒蓋板12組合構(gòu)成一個中空的方形柱狀筒體；筒體中部為通孔9筒體中部為通孔9；樣品盒8兩端的筒口位置設(shè)置有拉伸桿滑動定位槽10；拉伸桿4安裝于拉伸桿滑動定位槽10內(nèi)，對于露在樣品盒8外的拉伸桿4連接到拉伸儀的拉伸卡具上；拉伸桿4的數(shù)量是2個，兩個拉伸桿4相對的位置設(shè)有轉(zhuǎn)接夾具插槽3；轉(zhuǎn)接夾具插槽3用于安裝固定纖維束轉(zhuǎn)接夾具2；纖維束轉(zhuǎn)接夾具2用于夾緊高聚物纖維束1；

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在于拉伸桿滑動定位槽10上設(shè)有固定螺絲11；調(diào)松一個或兩個固定螺絲，即可對纖維束試樣實施單向或雙向的拉伸操作。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處樣品盒8底部安裝有均溫板5；均溫板5由導(dǎo)熱材料制成，其內(nèi)設(shè)有電熱絲6和熱電偶7；電熱絲6和熱電偶7與電熱溫度調(diào)控儀器相連接；均溫板5安裝時須使均溫板5上表面與由高聚物纖維束1、纖維束轉(zhuǎn)接夾具2以及拉伸桿4組成的平面相接觸且可相互滑動；均溫板5優(yōu)選由溫度均勻性良好的銅或鋁材料制成。

以上實施例中x射線衍射儀選擇配有二維探測器的x射線衍射儀，其衍射探測范圍不小于60度，衍射線角分開率不低于0.04度。

所述高聚物纖維拉伸實驗裝置，可適用于纖維單絲和纖維束。為了能夠與x射線衍射儀聯(lián)機，樣品盒的外形尺寸應(yīng)不大于10cmx5cmx5cm。拉伸纖維試樣長度范圍為2cm～5cm，試樣延伸率可在5％～150％之間變動，拉伸速度可在0.02mm/s～0.5mm/s之間連續(xù)調(diào)節(jié)，總拉伸力不小于40kg。

與高聚物纖維拉伸實驗裝置聯(lián)機的x射線衍射儀配有二維探測器，高聚物纖維拉伸實驗裝置可通過精密底座與x射線衍射儀聯(lián)機，以確保直徑約為300μmx射線原光束光斑中心準確照射到纖維試樣長度的中心點上，兩者之間的偏差應(yīng)小于100μm，這種對應(yīng)關(guān)系在拉伸過程中應(yīng)一值保持。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
用于高聚物纖維力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)機檢測的動態(tài)拉伸實驗裝置，屬于材料結(jié)構(gòu)性能分析檢測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置主要由拉伸儀、X射線衍射儀和樣品固定裝置組成；通過樣品固定裝置和拉伸儀實現(xiàn)與X射線衍射儀聯(lián)機，在檢測高聚物纖維拉伸過程中應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)參量變化規(guī)律的同時，也同步實現(xiàn)對纖維取向度、結(jié)晶度、晶粒尺寸及晶胞參數(shù)等結(jié)構(gòu)參量的動態(tài)原位檢測，這一檢測試驗裝置及聯(lián)機檢測技術(shù)可應(yīng)用于：通過改進生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)高聚物纖維微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及對高聚物纖維斷裂失效機制分析等生產(chǎn)和科研活動。

技術(shù)研發(fā)人員：高忠民;唐海通;呂光銳;李向山
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.18
技術(shù)公布日：2017.08.18