[实用新型]一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及在多种光源下研究高分子材料拉伸性能的拉伸装置，其能够在不同应变和应变速率范围内原位测试高分子薄膜材料的拉伸性能以及与其他检测设备连用在线表征材料在拉伸变形过程中结构的变化，得到高分子薄膜材料在不同应变和应变速率下的结构变化，结晶度以及取向度等参数，随后将这些参数与力学数据耦合起来得到材料拉伸变形的机理。

背景技术

高分子薄膜的力学性能在日常使用中具有重要的意义，研究力学性能的基本方法是采用拉伸装置对薄膜材料进行拉伸，得到材料的力学参数。实验室常用的研究高分子材料力学性能的装置，如日本岛津的岛津拉伸试验机等，是采用单轴单向拉伸（一端固定，通过拉伸另外一端）的方式得到其力学性能。常规拉伸装置如岛津拉伸试验机等体积庞大，占地广，无法实现与多种原位检测装置连用并原位在线检测整个拉伸（压缩）过程中其微观结构的变化，不适合作为理论研究拉伸变形机理的工具。在采用单轴单向拉伸过程中样品不同区域是一直运动的，无法准确定位研究区域（光斑）所在的位置，这样得到的结果与真实结果相比就会产生误差。研究拉伸过程中高分子薄膜的变形机理的实验不仅需要装置简便，而且通常需要和同步辐射线站（同步辐射红外和X射线散射等）以及偏光显微镜等常规检测装置配合使用，故检测窗口需要可拆卸替换，光通道必须非常灵活。最后由于在线检测过程中需要采用不同的检测方式，不同的检测方式其时间分辨是不同的，因此我们需要拉伸速度区间宽且连续可调的方式来间接实现不同的时间分辨。

综上所述，我们设想的理想的适合于研究高分子薄膜材料的拉伸装置需要具有以下方面的特点：1、拉伸方式为单轴双向拉伸（样品固定在两端夹头上面，通过拉伸夹头的方式对样品进行拉伸）；2、装置应该质轻，体积小，容易拆卸和安装，这样适合在同步辐射线站以及其他常规检测设备上面进行试验；3、对于不同的样品，其力学性能差距非常大且对应变的响应速是不同的。因此我们需要装置的拉力和位移量程范围范围足够大、拉伸速率变化区间大且连续可调；4、不同检测手段所需要的通光孔材料是不同的，故通光孔附近的材料必须可以灵活可换。

总结以上四点，我们可以得出研究高分子薄膜材料力学性能的人员需要的是一台质轻、体积小、容易拆卸和安装，拉伸方式为单轴双向拉伸，位移和拉力量程范围大、拉伸速度变化范围大且连续可调，通光孔附近材料容易更换的拉伸装置。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种可以在同步辐射线站，显微镜，光散射等条件下测试高分子薄膜材料的力学性能，并可实时原位的进行结构检测的拉伸装置。该拉伸装置具有质轻、体积小、容易拆卸和安装，拉力和位移量程范围大且拉伸速度连续可调，拉伸方式为单轴双向拉伸，具有多通道实时数据采集等特点。采用该装置可以得到拉伸变形过程中材料的力学强度，结晶度，取向度等参数，为研究薄膜材料在拉伸变形过程中的变形机理提供帮助。

本实用新型采用的技术方案为：一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，包括高精度伺服电机，行星齿轮箱，编码器，驱动器，拉力传感器，数据采集卡，系统集成化的LabVIEW软件控制系统，其中：

该装置采用高精度伺服电机作为转动的动力系统；

该装置采用了LabVIEW软件编写高精度伺服电机控制系统将拉力传感器的力学与拉伸位移实时数据采集以及拉伸速度进行了集成化，可以进行同步控制与数据采集；

该装置在拉伸过程通过用电机驱动反向丝杆转动，随后将丝杆的运动通过导轨上面的滑块传递到夹头上面，实现单轴双向拉伸。

其中，当材料被控制于拉伸或回弹的往复运动时，系统可以高精度的进行位移及拉力的控制与原位数据的采集，在对应的要求下可以调整为以恒力输出的恒力拉伸装置。

本实用新型上述用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置的实验方法为：

所述的拉伸装置利用上述的原位结构检测的高分子材料薄膜拉伸装置，该方法可以在同步辐射红外和X射线散射线站，显微镜，光散射等条件下测试高分子薄膜材料的力学性能，将薄膜材料置于装置的夹头上面，在线检测薄膜材料在不同应变时所受到的拉力，将该装置与其他检测设备连用时主要的实验步骤为：

步骤（1）、将拉伸装置，控制柜和电脑主机进行连接，开启控制柜的电源，同时将我们需要测试的样品安装在微型拉伸装置上面，需要保证样条与夹头垂直；

步骤（2）、打开Labview软件控制窗口，设定加减速度，拉伸速率和拉伸位移；