本發(fā)明涉及材料性能測(cè)試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨之而來(lái)的對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究也越來(lái)越多。界面粘結(jié)強(qiáng)度作為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其測(cè)量技術(shù)的精確性一定程度關(guān)乎纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的使用性能。

傳統(tǒng)界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試多采用臨界斷裂長(zhǎng)度法、單纖維拔出法、微脫粘法與頂出法。臨界斷裂長(zhǎng)度法對(duì)制樣要求極高，且對(duì)基體材料性能有一定要求，應(yīng)用范圍有限；單纖維拔出法不易實(shí)現(xiàn)纖維自適應(yīng)校準(zhǔn)；微脫粘法對(duì)制樣要求極高，操作不便；頂出法對(duì)測(cè)試條件的要求極高，不易掌控。

因此，需要提供高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，該裝置操作簡(jiǎn)單方便，具有纖維拉拔方向自適應(yīng)校準(zhǔn)功能，可大幅提高纖維與高分子材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試精度。

進(jìn)一步的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，包括上夾持裝置和下夾持裝置，所述上夾持裝置裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁，上夾持裝置上表面設(shè)置橫梁，上夾持裝置上表面兩側(cè)均設(shè)置鍵槽，橫梁通過(guò)銷(xiāo)軸與滾子連接，滾子可在鍵槽內(nèi)滾動(dòng)；所述橫梁中部通過(guò)緊固件與纖維夾持裝置連接，纖維夾持裝置下部夾持待測(cè)試?yán)w維；所述下夾持裝置對(duì)應(yīng)設(shè)置于上夾持裝置下方，下夾持裝置裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，所述下夾持裝置設(shè)有t型槽，所述待測(cè)試?yán)w維底部帶有螺母，螺母與t型槽過(guò)渡配合。

本發(fā)明的測(cè)試裝置中滾子可在上夾持裝置的鍵槽內(nèi)滾動(dòng)，可保證纖維拉拔方向在水平方向的調(diào)節(jié)。下夾持裝置上設(shè)置t型槽，螺母在t型槽內(nèi)滑動(dòng)可保證纖維拉拔方向在前后方向的調(diào)節(jié)。上夾持裝置的橫梁的左右移動(dòng)、下夾持裝置t型槽以及纖維澆注成型的螺母的自重力實(shí)現(xiàn)纖維拉拔方向的自適應(yīng)垂直校準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，所述上夾持裝置在鍵槽的外側(cè)設(shè)置限位凸起。設(shè)置限位凸起，可以防止纖維拉拔加載過(guò)程中由于高分子材料材料塑性變形、纖維拉斷沖擊造成橫梁滑出。

進(jìn)一步的，所述緊固件為緊固螺母，緊固螺母和橫梁之間設(shè)置墊片。

進(jìn)一步的，所述纖維夾持裝置設(shè)置鍵銷(xiāo)，纖維夾持裝置通過(guò)鍵銷(xiāo)與待測(cè)試?yán)w維連接。在纖維夾持裝置上設(shè)置鍵銷(xiāo)，待測(cè)纖維纏繞鍵銷(xiāo)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)量纖維與纖維夾持裝置的連接。

進(jìn)一步的，所述螺母與待測(cè)試?yán)w維一體澆注成型。

進(jìn)一步的，所述螺母卡合設(shè)置于t型槽內(nèi)，螺母可沿t型槽滑動(dòng)。螺母在t型槽內(nèi)滑動(dòng)，帶動(dòng)纖維移動(dòng)，可保證纖維拉拔方向在前后方向的調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述t型槽為半通槽，t型槽由下夾持裝置的開(kāi)口端向封閉端延長(zhǎng)設(shè)定距離。

進(jìn)一步的，所述下夾持裝置在開(kāi)口端對(duì)應(yīng)于t型槽處設(shè)置卡夾，所述卡夾與下夾持裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接。防止纖維拉拔加載過(guò)程中由于高分子材料材料塑性變形、纖維拉等沖擊造成螺母滑出。

進(jìn)一步的，所述卡夾帶有卡槽，所述下夾持裝置設(shè)有與卡槽相配合的卡軸，所述卡夾可轉(zhuǎn)動(dòng)卡合于卡軸。卡夾與下夾持裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)連接處設(shè)置于開(kāi)口端一側(cè)，卡軸設(shè)置于開(kāi)口端另一側(cè)，將卡夾轉(zhuǎn)動(dòng)后，卡夾的卡槽與下夾持裝置的卡軸相配合，將螺母檔于t型槽內(nèi)而無(wú)法滑出。

高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)將螺母的內(nèi)孔當(dāng)做澆鑄模具，利用高分子材料將待測(cè)試?yán)w維與螺母澆注為一體；

2)將待測(cè)量纖維纏繞鍵銷(xiāo)后裝入纖維夾持裝置內(nèi)，手動(dòng)預(yù)緊，將上夾持裝置固定于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁上；

3)待螺母靜止后裝入下夾持裝置，并將下夾持裝置裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，接通電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電源，設(shè)定加載速率，測(cè)定纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度。

高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，包括上夾持裝置，所述上夾持裝置裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁，上夾持裝置上表面設(shè)置橫梁，上夾持裝置上表面兩側(cè)均設(shè)置鍵槽，橫梁通過(guò)銷(xiāo)軸與滾子連接，滾子可在鍵槽內(nèi)滾動(dòng)；所述橫梁中部通過(guò)緊固件與纖維夾持裝置連接，纖維夾持裝置下部夾持待測(cè)試?yán)w維；所述待測(cè)試?yán)w維底部與螺母一體澆注成型，所述螺母裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。螺母的直徑在15mm～40mm。

高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)將螺母的內(nèi)孔當(dāng)做澆鑄模具，利用高分子材料將待測(cè)試?yán)w維與螺母澆注為一體；

2)將待測(cè)量纖維纏繞鍵銷(xiāo)后裝入纖維夾持裝置內(nèi)，手動(dòng)預(yù)緊，將上夾持裝置固定于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁上；

3)將螺母裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，接通電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電源，設(shè)定加載速率，測(cè)定纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明通過(guò)滾子與鍵槽的配合，可保證纖維拉拔方向在水平(左右)方向的調(diào)節(jié)。

2)本發(fā)明中通過(guò)t型槽的設(shè)置，可保證纖維拉拔方向在前后方向的調(diào)節(jié)。

3)本發(fā)明中通過(guò)利用高分子材料將螺母與纖維澆注一體，可利用螺母的自重力，配合水平方向和前后方向的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)纖維拉拔方向的自適應(yīng)垂直校準(zhǔn)，從而大幅度提高了界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試精度。

4)本發(fā)明中通過(guò)利用高分子材料將螺母與纖維澆注一體，防止纖維拉拔過(guò)程中由于高分子材料與模具之間界面粘結(jié)性能較差而出現(xiàn)的高分子材料與螺母間的相對(duì)滑移對(duì)纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響。

5)本發(fā)明中通過(guò)利用高分子材料將螺母與纖維澆注一體，并設(shè)置下夾持裝置(或直接裝夾螺母)，防止直接裝夾高分子材料時(shí)的裝夾力對(duì)纖維產(chǎn)生擠壓，從而避免了界面粘結(jié)強(qiáng)度值測(cè)量值比實(shí)際值偏大。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的上夾持裝置主視圖；

圖3為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的上夾持裝置俯視圖；

圖4為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的下夾持裝置主視圖；

圖5為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的下夾持裝置俯視圖；

圖6為高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置另一示例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖中，1.限位凸起，2.滾子，3.螺母，4.墊片，5.銷(xiāo)軸，6.鍵槽，7.上夾持裝置，8.纖維夾持裝置，9.鍵銷(xiāo)，10.下夾持裝置，11.纖維，12.卡夾，13.螺母，14.橫梁，15.t型槽，16.卡軸。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義是相符的。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置及方法。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1-5所示，提供了一種高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，包括：限位凸起1、滾子2、螺母3、墊片4、銷(xiāo)軸5、鍵槽6、上夾持裝置7、纖維夾持裝置8、鍵銷(xiāo)9、下夾持裝置10、纖維11、卡夾12、螺母13、橫梁14、t型槽15。上夾持裝置7裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁，上夾持裝置7設(shè)置有鍵槽6，上夾持裝置7的橫梁14通過(guò)銷(xiāo)軸5與滾子2連接，滾子2可在鍵槽6內(nèi)滾動(dòng)。纖維11通過(guò)纖維夾持裝置8實(shí)現(xiàn)裝夾，纖維夾持裝置8通過(guò)緊固件連接于橫梁14中部，與纖維11澆注成型的螺母13與下夾持裝置10的t型槽15成過(guò)渡配合，下夾持裝置10裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上。

緊固件為緊固螺母3，緊固螺母3和橫梁14之間設(shè)置墊片4。

上述高精度界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，上夾持裝置7的橫梁14上設(shè)置有滾子2，滾子2可在上夾持裝置7的鍵槽6內(nèi)滾動(dòng)，可保證纖維拉拔方向在水平方向的調(diào)節(jié)。下夾持裝置10上設(shè)置t型槽15，可保證纖維拉拔方向在前后方向的調(diào)節(jié)。上夾持裝置7的橫梁14的左右移動(dòng)、下夾持裝置t型槽15以及纖維11澆注成型的螺母13的自重力實(shí)現(xiàn)纖維拉拔方向的自適應(yīng)垂直校準(zhǔn)。

上述高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，纖維11與高分子材料界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試試樣模具可采用標(biāo)準(zhǔn)螺母13，防止纖維11拉拔過(guò)程中由于高分子材料與模具之間界面粘結(jié)性能較差而出現(xiàn)的高分子材料與螺母間的相對(duì)滑移對(duì)纖維11界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響。防止直接裝夾高分子材料時(shí)裝夾力對(duì)纖維11產(chǎn)生的擠壓，從而使界面粘結(jié)強(qiáng)度值測(cè)量值比實(shí)際值偏大。

纖維夾持裝置8設(shè)置鍵銷(xiāo)9，纖維夾持裝置8通過(guò)鍵銷(xiāo)9與待測(cè)試?yán)w維11連接。在纖維夾持裝置上設(shè)置鍵銷(xiāo)，待測(cè)纖維纏繞鍵銷(xiāo)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)量纖維與纖維夾持裝置的連接。

上述高精度界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，在上夾持裝置7對(duì)應(yīng)于鍵槽6的外側(cè)設(shè)置限位凸起1，防止纖維拉拔加載過(guò)程中由于高分子材料材料塑性變形、纖維拉斷等沖擊造成的橫梁14滑出。

如圖5所示，螺母13可在t型槽15內(nèi)滑動(dòng)，t型槽15為半通槽，t型槽由下夾持裝置的開(kāi)口端(即圖5中的前端)向封閉端(即圖5中的后端)延長(zhǎng)設(shè)定距離。

下夾持裝置10在開(kāi)口端對(duì)應(yīng)于t型槽15處設(shè)置卡夾12，卡夾12與下夾持裝置10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，卡夾12帶有卡槽，下夾持裝置10設(shè)有與卡槽相配合的卡軸16，卡夾12可轉(zhuǎn)動(dòng)卡合于卡軸16?？▕A與下夾持裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)連接處設(shè)置于開(kāi)口端一側(cè)，卡軸設(shè)置于開(kāi)口端另一側(cè)，將卡夾轉(zhuǎn)動(dòng)后，卡夾的卡槽與下夾持裝置的卡軸相配合，將螺母檔于t型槽內(nèi)，防止纖維11拉拔加載過(guò)程中由于高分子材料材料塑性變形、纖維拉斷等沖擊造成的螺母13滑出。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)纖維拉拔方向的自適應(yīng)垂直校準(zhǔn)功能，從而大幅度提高了界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試精度。

上述的測(cè)試裝置可用于鋼纖維、氧化鋁纖維、鉬纖維、碳纖維等柔性纖維與環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯等高分子材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，避免了直接裝夾高分子材料包裹纖維時(shí)對(duì)纖維產(chǎn)生的擠壓，大幅度地提高纖維與高分子材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試精度。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于高精度界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置的測(cè)試方法，步驟如下：

1)提供如上所述的高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置；

2)把螺母的內(nèi)孔當(dāng)做澆鑄模具，利用高分子材料把纖維與螺母澆注為一體；

3)將待測(cè)量纖維纏繞鍵銷(xiāo)后裝入待測(cè)物夾持機(jī)構(gòu)纖維夾持裝置內(nèi)，手動(dòng)預(yù)緊，將上夾持裝置固定于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁上；

4)待螺母靜止后裝入下部夾持裝置，并將下部夾持裝置裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，接通電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電源，設(shè)定加載速率，測(cè)定纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，當(dāng)采用較大螺母13時(shí)高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置省略下部夾持機(jī)構(gòu)，如圖6所示，直接將與纖維連接的螺母13與電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行連接。螺母的直徑在15mm～40mm。

相應(yīng)地，一種高精度界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法，步驟如下：

1)提供如上所述的高精密界面粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置；

2)把螺母的內(nèi)孔當(dāng)做澆鑄模具，利用高分子材料把纖維與螺母澆注為一體；

3)將待測(cè)量纖維纏繞鍵銷(xiāo)后裝入纖維夾持裝置內(nèi)，手動(dòng)預(yù)緊，將上部夾持機(jī)構(gòu)固定于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上橫梁上；

4)待螺母裝夾于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，接通電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電源，設(shè)定加載速率，測(cè)定纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。