用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法
2023-04-29 08:27:36
專利名稱：用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法
技術領域：
本發明屬於方學技術領域中的材料性能測試的測量方法，具體地說是涉及一種能在寬溫區(4.2K-300K)中用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法。
背景技術：
聚合物基泡沫材料由於具有較高的比模量、比強度和優良的熱絕緣性能而被廣泛地應用於封裝、緩衝和低溫隔熱材料等領域。這就需要研究聚合物基泡沫材料的拉伸、壓縮等力學性能。實際操作中，聚合物基泡沫材料的拉伸與壓縮強度的測量相對較為容易，而其彈性模量的測試較為困難。因為材料的彈性模量測試主要在於精確測量材料的應力-應變(σ-ε)關係，而應力-應變測量的關鍵是應變測量；利用材料實驗機可直接得到材料的應力-應變關係，但測量的系統誤差較大，測量精度較低。實驗機一般配備的引伸計也可測量材料的應變，但是其體積較大，而且適用的溫區範圍較小。
電阻應變片也可用來測量材料的微應變，但是應變片量程很小，且只能一次性使用。
發明內容
本發明的目的在於是為了克服上述測量材料的應力-應變關係的方法存在的存在諸多問題，而提供一種用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法。
本發明的技術方案如下本發明提供的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，包括如下步驟1)將待測的聚合物基泡沫材料的測量區固定在一位移傳感器兩鉗臂的端部，並一併置入電子萬能材料實驗機；
2)將位移傳感器的相互連接成惠斯通橋的電阻應變片的連接引線分別與應變儀電連接，應變儀與計算機相連接；3)對待測聚合物基泡沫材料施加壓縮力或拉伸力，應變儀測得的該待測聚合物基泡沫材料的應力-應變數據輸入至計算機，由計算機根據採集的應力-應變數據繪製出該待測聚合物基泡沫材料的應力-應變關係曲線，由所得應力-應變關係曲線便可得出該待測聚合物基泡沫材料特性模量。
所使用的位移傳感器的結構包括一鉗形主體100，該鉗形主體100包括一金屬材質的矩形本體1和沿該矩形本體1對稱的兩側面向同一方向延伸的具有一厚度的金屬材質的鉗臂11和鉗臂22；還包括用耐低溫環氧膠粘貼在鉗臂11和鉗臂22靠近矩形本體1根部內外兩側面上的電阻應變片R1，R2，R3和R4，所述電阻應變片R1，R2，R3和R4的電阻值相同，並相互連接成惠斯通橋；所述相互連接成惠斯通橋的所述電阻應變片R1，R2，R3和R4的連接引線分別與應變儀電連接；該位移傳感器的鉗臂11與鉗臂22之間間距為5-20mm。
所使用的位移傳感器的電阻應變片(R1，R2，R3和R4)電阻值在90-350Ω之間。
所使用的位移傳感器還包括用耐低溫環氧膠粘貼在矩形本體1外側面上的接線板3，4，所述相互連接成惠斯通橋的電阻應變片R1，R2，R3和R4的連接引線分別固定在接線板3，4之後，再與應變儀電連接。
本發明的利用位移傳感器測量聚合物泡沫材料彈性模量的過程為根據被測樣品選擇測量區，通過夾具將被測樣品的測量區粘貼在位移傳感器的鉗臂11和鉗臂22的端部；對於拉伸試樣，夾具間的距離小於所述位移傳感器的原始標距(即鉗臂11與鉗臂22之間的間距)；而對於壓縮試樣，夾具間的距離等於所述位移傳感器的原始標距(即鉗臂11與鉗臂22之間的間距)，進行測量時，將試樣、夾具和位移傳感器裝配成一整體，並一體地放入電子萬能材料實驗機；由電阻應變片R1，R2，R3和R4相互連接成惠斯通橋電路的4條連接引線按規則接入一外接應變採集儀上，應變採集儀再通過RS-232接口連接到計算機上；測試時通過計算機的相關軟體對應變採集儀實時採集到的位移信號進行處理，並繪製出待測樣品的應力-應變的關係曲線，由該應力-應變的關係曲線便可以得到待測樣品的彈性模量。
室溫下的彈性模量的測量，可直接在Reger-20A型電子萬能材料實驗機上進行，液氮、液氫溫區的彈性模量的測量，可在配備了低溫容器的實驗機上進行，液氮溫度由製冷劑液氮提供，液氫溫度由製冷劑液氦並結合我們的控溫系統實現。
本發明提供的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，其特點是可測量室溫及低溫下(寬溫區4.2K-300K)的聚合物基泡沫材料的彈性模量，具有較高的準確度；所使用的位移傳感器可在寬溫區(4.2K-300K)重複使用、靈敏度較高。
圖1為本發明的方法所使用的位移傳感器的結構示意圖；圖2為位移傳感器的惠斯通橋電路的結構示意圖；圖3為本發明的方法測試待測材料A的示意圖；圖4為本發明的方法測試待測材料B的示意圖；具體實施方式
實施例1測量一種PEI泡沫塑料室溫下的壓縮彈性模量位移傳感器(其中連接成惠斯通橋電路的應變片R1，R2，R3和R4的電阻值為120)、夾具及試樣組裝後如圖3所示首先根據待測試樣的測量區，在鉗臂11和鉗臂22端部分別固定連接一與之垂直的連接片101和102(夾具)，再將所述連接片101和102分別與待測量的圓柱型聚合物泡沫材料的測量區側壁兩端部相連(如圖3所示)；位移傳感器中的惠斯通橋電路的連接導線與外接應變儀相連，應變儀與計算機相連(應變儀及計算機，圖中未示，其連接未本技術領域的技術人員應知應會)。圖中圓柱狀物為待測泡沫材料，此材料為閉孔結構，密度為60kg/m3；測量該材料彈性區的應力-應變關係曲線，測得的該材料的壓縮模量如表1所示表1中的試樣編號代表該同一材料的四種試樣，該四種試樣的壓縮彈性模量的平均值便是該材料的壓縮彈性模量(其標準偏差為0.60)。
表1
實施例2測量一種PEI泡沫塑料液氮溫區拉伸彈性模量在位移傳感器的鉗臂11和鉗臂22端部分別固定連接一與之垂直的連接片101和102，再將所述連接片101和102與待測量的圓柱型聚合物泡沫材料A的側壁中部相連(如圖4所示)；將位移傳感器、位移傳感器夾具和試樣組裝後如圖4所示位移傳感器中的惠斯通橋電路的連接導線與外接應變儀相連，應變儀與計算機相連(應變儀及計算機，圖中未示，其連接為本技術領域的技術人員應知應會)。測試泡沫材料為啞鈴狀，性能與實施例1所用材料相同。利用位移傳感器測量此類泡沫材料在77K下的拉伸模量如表2所示。表2中的試樣編號代表該同一材料的四種試樣，該四種試樣的拉伸彈性模量的平均值便是該材料的拉伸彈性模量(其標準偏差為2.08)。
表2
實施例3，測量一種PEI泡沫塑料液氫溫區壓縮彈性模量位移傳感器、位移傳感器夾具和試樣組裝後同圖3，利用液氦和控溫設備實現液氫溫度(20K)。測試材料與實施例1、2測試材料相同。測試得到材料液氫溫度的壓縮彈性模量如表3。表3中的試樣編號代表該同一材料的四種試樣，該四種試樣的壓縮彈性模量的平均值便是該材料的壓縮彈性模量(其標準偏差為2.63)。
表3一種PEI泡沫材料液氫溫度下壓縮彈性模量
實施例4，測量一種PU泡沫塑料室溫拉伸彈性模量待測試材料B為一種低密度聚氨酯泡沫材料，閉孔結構，密度為40kg/m3，位移傳感器、夾具和試樣組裝後示意圖同圖4。測試過程與實施例2相同，測量得到此類泡沫材料室溫拉伸彈性模量如表4。表4中的試樣編號代表該同一材料的四種試樣，該四種試樣的拉伸彈性模量的平均值便是該材料的拉伸彈性模量(其標準偏差為0.237)。
表4一種PU泡沫材料室溫拉伸彈性模量
實施例5測量一種PU泡沫材料液氮溫區壓縮彈性模量待測材料與實施例4所測材料性能相同，測試得到此類材料液氮溫區壓縮彈性模量如表5。表5中的試樣編號代表該同一材料的四種試樣，該四種試樣的壓縮彈性模量的平均值便是該材料液氮溫區的壓縮彈性模量(其標準偏差為1.29)。
表5一種PU泡沫材料液氮溫度下壓縮彈性模量
權利要求
1.一種用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，包括如下步驟1)將待測的聚合物基泡沫材料的測量區固定在一位移傳感器兩鉗臂的端部，並一併置入電子萬能材料實驗機；2)將位移傳感器的相互連接成惠斯通橋的電阻應變片的連接引線分別與應變儀電連接，應變儀與計算機相連接；3)對待測聚合物基泡沫材料施加壓縮力或拉伸力，應變儀測得的該待測聚合物基泡沫材料的應力—應變數據輸入至計算機，由計算機根據採集的應力—應變數據繪製出該待測聚合物基泡沫材料的應力—應變關係曲線，由所得應力—應變關係曲線便可得出該待測聚合物基泡沫材料特性模量。
2.按權利要求1所述的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，其特徵在於，所使用的位移傳感器的結構包括一鉗形主體(100)，該鉗形主體(100)包括一金屬材質的矩形本體(1)和沿該矩形本體(1)對稱的兩側面向同一方向延伸的具有一厚度的金屬材質的鉗臂(11)和鉗臂(22)；還包括用耐低溫環氧膠粘貼在鉗臂(11)和鉗臂(22)靠近矩形本體(1)根部內外兩側面上的電阻應變片(R1，R2，R3和R4)，所述電阻應變片(R1，R2，R3和R4)的電阻值相同，並相互連接成惠斯通橋；所述相互連接成惠斯通橋的所述電阻應變片(R1，R2，R3和R4)的連接引線分別與應變儀電連接。
3.按權利要求2所述的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，其特徵在於，所使用的位移傳感器的鉗臂(11)與鉗臂(22)之間間距為5-20mm。
4.按權利要求2所述的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，其特徵在於，所使用的位移傳感器的電阻應變片(R1，R2，R3和R4)電阻值在90-350Ω之間。
5.按權利要求2所述的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，其特徵在於，所使用的位移傳感器還包括用耐低溫環氧膠粘貼在矩形本體(1)外側面上的接線板(3，4)，所述相互連接成惠斯通橋的電阻應變片(R1，R2，R3和R4)的連接引線分別固定在接線板(3，4)之後，再與應變儀電連接。
全文摘要
本發明涉及的用位移傳感器測量聚合物基泡沫材料彈性模量的方法，包括如下步驟1)將待測聚合物基泡沫材料的測量區固定在位移傳感器的兩鉗臂的端部，並一併置入電子萬能材料實驗機；2)將位移傳感器的相互連接成惠斯通橋的電阻應變片的連接引線分別與應變儀電連接，應變儀與計算機相連接；3)對待測的聚合物基泡沫材料施加壓縮力或拉伸力，應變儀測得的該待測聚合物基泡沫材料的應力－應變數據輸入計算機，由計算機繪製出該待測聚合物基泡沫材料的應力－應變關係曲線，由曲線便可得出該待測的聚合物基泡沫材料特性模量。該方法可在室溫及低溫下進行彈性模量的測量，操作簡單，準確度和靈敏度較高。
文檔編號G01B7/16GK1779432SQ20041000983
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月22日 優先權日2004年11月22日
發明者付紹雲, 黃傳軍, 潘勤彥, 趙立中 申請人:中國科學院理化技術研究所