一種測試覆冰或塗層結合強度的裝置和方法

2023-07-19 14:38:26

專利名稱：一種測試覆冰或塗層結合強度的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種測試各種材料之間粘結強度的測試裝置和方法。特別涉 及一種用於測試覆冰與金屬材料或塗料之間的粘結強度的測試裝置和方法。
背景技術：
在冬季，因氣溫較低，溼度較高，導線容易結有覆水；隨著氣溫的降低 和低溫時間的延長，覆水的厚度越來越大，由此給高壓導線帶來的重量載荷 越來越大，當覆冰的總重量大到超過導線的強度極限時，即會造成斷纜進而 塔架倒塌的嚴重後果，另外，輸電設備上產生覆冰後，絕緣水平大大下降， 很多設備產生"冰閃，，放電現象，大量設備因故障跳閘，特別是在氣溫回升， 線路覆水融化的過程中，極易發生線路閃絡事故，對電網安全運行和可靠供 電將造成嚴重威脅。此外，例如閩北等樹竹茂密的地區，樹竹嚴重覆水倒覆 在線路上，也會造成斷纜進而倒杆等後果。覆水對人類的生產和生活都產生 了極大危害。目前，各個領域的防覆冰措施多種多樣，其中較為常用的包括 在本體上塗覆防覆冰塗料和採用與覆冰之間粘合強度較小的材料作為本體。 因此研究覆水與各種材料的粘合強度是非常必要的。國外有關覆水結合力的 報導大部分是剪切粘合力的測試，如美國寒冷地區研究與工程實驗室基於 ASTM D3528-96 (2002)測試標準，沒計了雙層招、接切應力測試方案，用來測 量水與基體之間的剪切結合強度；美國海軍實驗室自製了軸向圓筒剪切力測 試裝置，通過對中心位置圓筒施加推力或拉力，來測定水與圓筒表面的剪切 粘合力。對於水層的垂直粘合力的相關測試裝置還鮮有報導。
國內的現有技術裡有許多研究塗層與基體材料的結合強度的裝置，中國 專利文獻CN1321881A ^R出了一種測量塗層結合強度的試樣，該試樣由一個
5帶有上錐孔和下錐孔的支撐圈和一個插入支撐圈下錐孔的堵塞組成，通過拉 伸連接裝置將試樣連接在拉伸測量裝置上，拉伸測量裝置對支撐圈與堵塞進 行施力分離。該發明的試樣結構簡單，能夠較為準確的測出材料之間的結合
強度，但還存在如下問題做各種塗層粘合強度測試時，往往要根據需要提 供材料不一，表面狀況如光滑、粗糙、裂痕等多樣的覆料面，由於該發明的 覆料面為堵塞上的一個面，因此，在測試前，須製作許多材料不一，表面狀 況多樣的堵塞，而且由於試樣的支撐圈和堵塞相互配合面的表面粗4造度和配 合度對測試結果有很大影響，因此多個對加工要求高的堵塞的製作，不僅浪 費時間，增加不必要的製造成本，而且由於製成堵塞所需的材料不一樣，多 個堵塞加工質量不可能保證完全一樣，使得堵塞的表面粗糙度，錐度，以及 堵塞與支撐圈的配合度都存在差異，這將導致堵塞與支撐圈之間所受的摩擦 力有異,使得在做同種塗層與不同種材料做成的堵塞之間粘合強度的測試結 果時存在誤差不一致，不便於進行同種塗層與不同種材料之間粘合強度的比 較，這些都嚴重製約了該發明試樣的使用。

發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在於現有技術中一種測量塗層結合強 度的試樣的堵塞只能完成一次試驗，成本較高，誤差較大，進而提供一種一 個堵塞就能完成多種試驗的測試塗層結合強度的測試裝置和方法。
本發明進一 步解決的技術問題在於提供 一種能夠測試覆水與多種金屬 材料或塗料基體之間結合強度的測試裝置和方法。
為解決上述技術問題，本發明的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，包括 堵塞和中心具有通孔的堵塞支撐裝置，所述堵塞能夠插入所述堵塞支撐裝置 的通孔內，其中所述堵塞的插入部分與所述堵塞支撐裝置的通孔配合，且插 入部分的長度小於所述堵塞支撐裝置通孔的深度，所述堵塞的插入部分的頂 端可拆卸的連接有覆料基體，所述覆料基體是與覆水接觸的表面或帶有塗層 表面的基體，其截面積適於隨所述堵塞的插入部分從所述通孔內抽出。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述堵塞支撐裝置在所述通孔的周圍設有包圍所述覆料基體的阻水壁。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述堵塞支撐裝置的拉伸連接 裝置通過穩固裝置與所述堵塞支撐裝置可拆卸連接，所述穩固裝置具有容納 所述阻水壁和所述覆料基體的腔體。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述覆料基體隨所述堵塞一 同 插入所述堵塞支撐裝置的通孔後，所述; 隻料基體的工作面與所述堵塞支撐裝 置的工作表面處於同一平面內。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述堵塞的插入部為圓錐體， 與所述堵塞插入部分匹配的所述堵塞支撐裝置的通孔的相應段為圓錐孔。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述圓錐體和所述圓錐孔的相 配合的表面的粗糙度均不大於0. 8微米。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述堵塞與所述堵塞支撐裝置 通過定位連接裝置可拆卸地固定連接。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，所述覆料基體包括具有工作面 的覆料部分以及設置於所述覆料部分工作面的相對表面的連接部分，所述連 接部分為螺紋柱或螺紋孔，以與所述堵塞插入部分頂端上的螺紋孔或螺紋柱 配合連4妄。
上述的測試覆水或塗層結合強度的裝置，所述堵塞支撐裝置的通孔與所 述覆料基體相鄰的位置成型有凹槽。
一種使用上述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置的方法，包括如下步
驟①將待測覆料基體連接到堵塞的插入部分的頂端，並一同插入堵塞支撐 裝置的通孔內，在拉伸試—瞼機上測試分離所述堵塞與所述堵塞支撐裝置所需 的力Gl;②將連接有所述覆料基體的所述堵塞插入所述堵塞支撐裝置的通 孑L;③在經所述步驟②裝配好的所述覆料基體的工作面及與其相鄰的所述堵 塞支撐裝置的表面設置待測塗層，並在所述拉伸試驗機上測試分離設有所述 待測塗層的所述堵塞與所述堵塞支撐裝置所需的力G2;④用所述步驟③中測得的力G2減去所述步驟①中測得的力Gl後再除以所述覆料基體工作面的 面積，從而得到所述測試塗層與覆料基體的結合強度。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的方法，所述塗層為水層，所述堵塞支 撐裝置在所述通孔的周圍設有包圍所述覆料基體的阻水壁，以在所述覆料基 體的工作面及與其相鄰的所述堵塞支撐裝置的工作表面設置冰層。
上述的測試覆冰或塗層結合強度的方法，在所述步驟①和②中還具有在 所述覆料基體的非工作面設置密封材料的步驟。
上述的測試覆水或塗層結合強度的方法，所述密封材料設置於所述堵塞 支撐裝置的通孔與所述^隻料基體相鄰的位置成型的凹槽中。
上述的測試覆水或塗層結合強度的方法，所述密封材料為凡士林等。
上述的測試覆水或塗層結合強度的方法，所述覆料基體的工作面與所述 冰層之間還設置有覆冰基層，以測試所述覆冰基層和所述冰層之間的結合強 度。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點，(1 )堵塞的插入部 分的頂端可拆卸的連接有覆料基體，在做各種材料的粘結強度測試時，只需 拆換由待測材料製成的覆料基體，覆料基體相對於堵塞加工比較簡單，體積 較小，成本少，避免了每次測試中，都要製造一個堵塞，使得堵塞可以得到 反覆利用，有效降低了成本，並且在做同種塗層與不同種材料做成的覆料基 體之間粘合強度的測試結果時，由於測試時使用的是同一個堵塞，因此堵塞 表面與堵塞支撐裝置之間的摩擦力完全相同，避免了使用不同堵塞而帶來的 誤差，便於進行同種塗層與不同種材料之間粘合強度的比較；(2)堵塞支撐 裝置在通孔的周圍設有包圍覆料基體的阻水壁，能夠使水在覆料基體和堵塞 支撐裝置的工作面上形成覆冰之前阻擋水的流失，非常適於測試冰與各種材 料之間的粘結強度；(3)穩固裝置具有容納所述阻水壁和覆料基體的腔體， 可以防止在拉伸測試中阻水壁內的冰層融化直接滴落到拉伸試一驗機上，損傷 拉伸試-險機；(4 )堵塞與堵塞支撐裝置通過設置於所述堵塞支撐裝置中的內 置螺栓以及堵塞相應位置上的螺紋孔來進行可拆卸地固定連接，拉伸測試前，固定連接所述堵塞與所述堵塞支撐裝置能防止所述堵塞與所述堵塞支撐 裝置在被拉伸測試前發生相對移動而引起塗層與覆料基體的過早脫離或移 動，影響測試結果，此外，在做覆水粘結強度測試時，能夠防止阻水壁內待 結水的水因所述堵塞與所述堵塞支撐裝置未進行固接而導致二者之間配合 鬆散，間隙較大，水流入所述堵塞與所述堵塞支撐裝置、所述堵塞支撐裝置 與所述覆料基體之間的配合處而凍結；(5 )堵塞支撐裝置的通孔與覆料基體 相鄰的位置成型有凹槽，向凹槽內填充凡士林，可以防止在估文覆水測試時， 過冷水傾入堵塞和堵塞支撐裝置、堵塞支撐裝置以及覆料基體的配合處而凍 結。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施 例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
圖l是金屬表面覆塗層粘結強度測試的整體配合圖2是金屬表面覆冰粘結強度測試的整體配合圖3是防覆冰塗料表面覆水粘結強度測試的裝置整體配合圖4是覆水粘結強度測試示意圖。
圖中附圖標記表示為1-堵塞支撐裝置，2-堵塞，3-覆料基體，4-阻水 壁，5-穩固裝置，6-覆冰層，7-定位連接裝置，8-覆料部分，9-拉伸連接裝置， 10-凹槽，11-插入部分，12-覆料基體的工作面，13-連接部分，14-塗層， 15-堵塞支撐裝置的工作面。
具體實施例方式
如圖l所示，本實施例的測試覆水或塗層結合強度的裝置，包括堵塞2 和中心具有通孔的堵塞支撐裝置1,所述堵塞2能夠插入所述堵塞支撐裝置 1的通孔內，其中所述堵塞2的插入部分11為圓錐體，與所述堵塞2的圓 錐體匹配的所述堵塞支撐裝置1的通孔的相應段為圓錐孔，所述圓錐體和所 述圓錐孔的相配合的表面的粗糙度均不大於0. 8微米，在拉伸測試時，表面 光潔的圓錐體與圓錐孔的配合，可以減小接觸摩擦力的影響。所述圓錐體的
9長度小於所述堵塞支撐裝置1通孔的深度，所述堵塞的圓錐體的頂端可拆卸 的連接有覆料基體3，所述覆料基體3的截面積適於隨所述堵塞的圓錐體從 所述通孔內抽出。在做各種材料的粘結強度測試時，只需拆換由待測材料制 成的覆料基體，覆料基體相對於堵塞加工比較筒單，體積較小，成本少，避 免了每次測試中，都要製造一個堵塞，使得堵塞可以得到反覆利用，且在做 同種塗層與不同種材料做成的覆料基體之間粘合強度的測試結果時，由於測 試時使用的是同一個堵塞，避免了使用不同堵塞而帶來的誤差，便於進行同
種塗層與不同種材料之間粘合強度的比較。所述覆料基體3隨所述堵塞2 — 同插入所述堵塞支撐裝置1的通孔後，所述覆料基體3的工作面12與所述 堵塞支撐裝置1的工作表面15處於同一平面內。所述堵塞與所述堵塞支撐 裝置1通過設置於所述堵塞支撐裝置1中的內置螺栓以及所述堵塞相應位置 上的螺紋孔來進行可拆卸地固定連接，拉伸測試前，固定連接所述堵塞與所 述堵塞支撐裝置能防止所述堵塞與所述堵塞支撐裝置在被拉伸測試前發生 相對移動而引起塗層與覆料基體的過早脫離或移動，影響測試結果，此外， 在做覆冰粘結強度測試時，能夠防止阻水壁內待結水的水因所述堵塞與所述 堵塞支撐裝置未進行固接而導致二者之間配合鬆散，間隙較大，水流入所述 堵塞與所述堵塞支撐裝置、所述堵塞支撐裝置與所述覆料基體之間的配合處 而凍結。所述覆料基體3包括具有工作面12的覆料部分8以及設置於所述 覆料部分8工作面12的相對表面的連接部分13，在本實施例中，所述連接 部分13為螺紋柱，以與所述堵塞插入部分ll頂端上的螺紋孔配合連接。為 了防止在做覆水粘結強度測試時，過冷水傾入堵塞和堵塞支撐裝置、堵塞支 撐裝置以及覆料基體的配合處而凍結，所述堵塞支撐裝置1的通孔與所述覆 料基體3相鄰的位置成型有凹槽10且凹槽內填充凡士林。
本實施例的使用上述測試覆冰或塗層結合強度的裝置的方法，包括如下 步驟①將待測覆料基體3連接到堵塞2的插入部分11的頂端，並一同插 入堵塞支撐裝置1的通孔內，在拉伸試驗機上測試分離所述堵塞2與所述堵 塞支撐裝置1所需的力Gl;②將連接有所述覆料基體3的所述堵塞2插入 所述堵塞支撐裝置1的通孔；③在經所述步驟②裝配好的所述覆料基體3的工作面12及與其相鄰的所述堵塞支撐裝置1的表面設置待測塗層，並在所
述拉伸試驗機上測試分離設有所述待測塗層的所述所述堵塞2與所述堵塞 支撐裝置1所需的力G2;④用所述步驟③中測得的力G2減去所述步驟①中 測得的力Gl後再除以所述覆料基體3工作面12的面積，從而得到所述測試 塗層與覆料基體3的結合強度。
如圖2和圖4所示，本發明的第二實施例的測試覆水或塗層結合強度的 裝置，所述堵塞支撐裝置1在所述通孔的周圍還設有包圍所述覆料基體3的 阻水壁4,能夠使待結冰的水在覆料基體和堵塞支撐裝置的工作面上形成覆 水之前阻擋水的流失。所述堵塞支撐裝置1的拉伸連接裝置9通過穩固裝置 5與所述堵塞支撐裝置1可拆卸連接，所述堵塞支撐裝置1與所述穩固裝置 5之間的連接是通過螺紋連接，連接方便迅速，避免了安裝所述堵塞支撐裝 置1與所述穩固裝置5的時間過長造成冰層融化。所述穩固裝置5具有容納 所述阻水壁4和所述;ff料基體3的腔體，可以防止在拉伸測試中阻水壁內的 水層融化直接滴落到拉伸試驗機上，損傷拉伸試驗機。所述覆料基體3的所 述連接部分13為螺紋孔，以與所述堵塞插入部分11頂端上的螺紋柱配合連 接。
本發明第二實施例的使用上述測試覆水或塗層結合強度的裝置的方法， 包括如下步驟①在所述覆料基體3的非工作面以及所述堵塞支撐裝置1的 通孔與所述覆料基體3相鄰的位置成型的凹槽10中設置凡士林，將待測覆 料基體3連接到堵塞2的插入部分11的頂端，並一同插入堵塞支撐裝置1 的通孔後；之後將整個裝置;^文入冰拒中(-14. 98°C， 80%RH)，冷藏2小時後， 將穩固裝置裝好，在拉伸試驗機上測試分離所述堵塞2與所述堵塞支撐裝置 1所需的力Gl;②在所述覆料基體3的非工作面以及所述堵塞支撐裝置1的 通孔與所述覆料基體3相鄰的位置成型的凹槽10中設置凡士林，將連接有 所述覆料基體3的所述堵塞2插入所述堵塞支撐裝置1的通孔；③將整個裝 置放入冰拒中(-14. 98°C， 80%RH)，保證所述覆料基體的工作面朝上放置， 冷藏2小時後，待整個裝置溫度達到零下時，向阻水壁內緩慢傾入水(採用 純淨水，水溫為0. 5°C-1°C)，等待長水，長水結束後，在所述拉伸試驗機④用所述步驟③中測得的力G2減去所述步驟①中測得的力Gl後再除以所述 覆料基體3工作面12的面積，從而得到所述冰層與覆料基體3的結合強度。
如圖3所示，在其他實施例中的使用上述測試覆冰或塗層結合強度的裝 置的方法，在步驟①前，所述覆料基體3的工作面12與所述水層之間還設 置有覆冰基層，以測試所述覆冰基層和所述冰層之間的結合強度。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式 的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做 出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮 舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍 之中。
權利要求
1. 一種測試覆冰或塗層結合強度的裝置，包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撐裝置(1)，所述堵塞(2)能夠插入所述堵塞支撐裝置(1)的通孔內，其中所述堵塞(2)的插入部分(11)與所述堵塞支撐裝置(1)的通孔配合，且插入部分(11)的長度小於所述堵塞支撐裝置(1)通孔的深度，其特徵在於所述堵塞的插入部分(11)的頂端可拆卸的連接有覆料基體(3)，所述覆料基體(3)的截面積適於隨所述堵塞的插入部分(11)從所述通孔內抽出。
2. 根據權利要求1所述的測試覆水或塗層結合強度的裝置，其特徵在 於所述堵塞支撐裝置(1 )在所述通孔的周圍設有包圍所述覆料基體(3 ) 的阻水壁(4)。
3. 根據權利要求1或2所述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述堵塞支撐裝置(1)的拉伸連接裝置(9 )通過穩固裝置(5 )與 所述堵塞支撐裝置(1)可拆卸連接，所述穩固裝置(5)具有容納所述阻水 壁(4 )和所述覆料基體(3 )的腔體。
4. 根據權利要求1或2所述的測試覆水或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述覆料基體(3 )隨所述堵塞(2 ) —同插入所述堵塞支撐裝置(1) 的通孔後，所述覆料基體(3)的工作面(12)與所述堵塞支撐裝置(1)的 工作表面(15)處於同一平面內。
5. 根據權利要求1或2所述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述堵塞(2)的插入部分(11)為圓錐體，與所述堵塞(2)插入 部分(11)匹配的所述堵塞支撐裝置(1)的通孔的相應段為圓錐孔。
6. 根據權利要求5所述的測試覆水或塗層結合強度的裝置，其特徵在於所述圓錐體和所述圓錐孔的相配合的表面的粗糙度均不大於0. 8微米。
7. 根據權利要求1或2所述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述堵塞與所述堵塞支撐裝置(1)通過定位連接裝置(7)可拆卸 地固定連接。
8. 根據權利要求1或2所述的測試覆水或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述覆料基體(3)包括具有工作面(12)的覆料部分(8)以及設 置於所述覆料部分(8 )工作面(12 )的相對表面的連接部分(13 ),所述連 接部分(13)為螺紋柱或螺紋孔，以與所述堵塞插入部分(11)頂端上的螺 紋孔或螺紋柱配合連接。
9. 根據權利要求1或2所述的測試覆冰或塗層結合強度的裝置，其特 徵在於所述堵塞支撐裝置(1)的通孔與所述覆料基體(3)相鄰的位置成 型有凹槽(10)。
10. —種使用如權利要求1-9中任意一項所述的測試覆冰或塗層結合強 度的裝置的方法，其特徵在於，包括如下步驟①將待測覆料基體(3 )連接 到堵塞(2)的插入部分(11)的頂端，並一同插入堵塞支撐裝置(1)的通 孔內，在拉伸試驗機上測試分離所述堵塞(2)與所述堵塞支撐裝置(1)所 需的力Gl;②將連接有所述覆料基體(3)的所述堵塞(2)插入所述堵塞支 撐裝置(1)的通孔；③在經所述步驟②裝配好的所述覆料基體(3)的工作 面(12)及與其相鄰的所述堵塞支撐裝置(1)的表面設置待測塗層，並在所 述拉伸試驗機上測試分離設有所述待測塗層的所述堵塞(2)與所述堵塞支撐 裝置(1 )所需的力G2;④用所述步驟③中測得的力G2減去所述步驟①中測 得的力Gl後再除以所述覆料基體(3)工作面(12)的面積，從而得到所述 測試塗層與覆料基體(3)的結合強度。
11. 根據權利要求10所述的測試覆冰或塗層結合強度的方法，其特徵在 於所述塗層為冰層，所述堵塞支撐裝置(1)在所述通孔的周圍設有包圍所述覆料基體(3 )的阻水壁(4 ),以在所述覆料基體(3 )的工作面(U )及 與其相鄰的所述堵塞支撐裝置(1 )的工作表面(15 )設置冰層。
12. 根據權利要求11所述的測試覆冰或塗層結合強度的方法，其特徵在 於在所述步驟①和②中還具有在所述覆料基體(3)的非工作面設置密封材 料的步驟。
13. 根據權利要求12所述的測試覆冰或塗層結合強度的方法，其特徵在 於所述密封材料設置於所述堵塞支撐裝置(1)的通孔與所述覆料基體(3 ) 相鄰的位置成型的凹槽(10)中。
14. 根據權利要求12或13所述的測試覆水或塗層結合強度的方法，其 特徵在於所述密封材料為凡士林。
15. 根據權利要求11-13中任意一項所述的測試覆冰或塗層結合強度的 方法，其特徵在於所述覆料基體(3)的工作面(12)與所述水層之間還設 置有覆水基層，以測試所述覆水基層和所述冰層之間的結合強度。
全文摘要
一種測試覆冰或塗層結合強度的裝置，包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撐裝置(1)，所述堵塞(2)能夠插入所述堵塞支撐裝置(1)的通孔內，其中所述堵塞(2)的插入部分(11)與所述堵塞支撐裝置(1)的通孔配合，且插入部分(11)的長度小於所述堵塞支撐裝置(1)通孔的深度，所述堵塞的插入部分(11)的頂端可拆卸的連接有覆料基體(3)，所述覆料基體(3)是與覆冰接觸的表面或帶有塗層表面的基體，其截面積適於隨所述堵塞的插入部分(11)從所述通孔內抽出。該發明只需一個堵塞就能完成各種材料之間的粘合強度的測試，應用範圍廣，製作成本低。
文檔編號G01N19/00GK101482489SQ200910005590
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月6日 優先權日2009年2月6日
發明者偉 劉, 劉振強, 雄 周, 王國剛, 穆靜靜, 苗文華, 淼 郭 申請人:中國電力科學研究院;北京國電富通科技發展有限責任公司