[发明专利]一种测试高分子材料形状记忆性能的装置、测试方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及形状记忆材料领域，具体涉及一种新型形状记忆性能测试装置、测试方法及其应用。

背景技术

形状记忆高分子材料是一类能够在一定的条件下改变其初始形状并固定在一个临时形状，通过外界条件的刺激又能够恢复其初始形状的智能材料，具有非常广泛的用途。形状记忆高分子材料的形状恢复触发方式有多种，如温度、磁场、湿度、光照等。形状记忆高分子材料能够在原始形状和各种临时形状间转换的基本原理是其临时形状的固定和解除可由高分子的相态转变（结晶态与熔融态转变，或者玻璃态转变）来控制实现，这个相态转变温度被称为材料的形状转变温度（T_sw）。形状记忆高分子材料的核心性能指标是其形状回复率和形状固定率，形状回复率反映的是材料回复到原始形状的能力和程度，形状固定率反映的是材料固定在临时形状的能力和程度，这两个性能参数对于评价材料的优劣及其是否适合某一具体应用是至关重要的。

以最普遍的热致型形状记忆高分子材料为例，目前基本都是利用配备有控温箱的电子万能试验机来测量材料的形状固定率和形状回复率。通过控温箱对材料进行加热和降温处理，同时通过程序控制电子万能试验机使材料在特定温度下发生拉伸形变、保持形变、卸载拉力和自由回复等过程，并且记录材料在不同阶段的形变量，最后计算得到材料的形状固定率和形状回复率。这种常用方法存在的突出问题是：1.测试所用设备昂贵，不易获得，使用成本高，而且设备的工作环境要求比较苛刻，设备的维护保养要求高；2.测试所用设备体积大、配件多、重量大，无法移动，不能进行现场快速测试；3.测试需要对电子万能试验机设置复杂的测控程序，还要与控温箱协调配合，操作难度大，对使用人员要求高；4.在测试过程中，电子万能试验机无法与控温箱分离，因此需要对控温箱进行反复的升温和降温以使材料处于特定的测试温度，而控温箱升温和降温过程用时很长，极大增加了测试所需的时间，特别是对于多次循环测量材料性能的情况，耗时巨大。

发明内容

本发明的目的是针对当前测试设备昂贵、成本高，测试过程复杂、耗时长，设备体积大、无法移动等缺点，提出一种成本低、易于携带、操作简单、精确度高的新型测试装置，从而提供一种简便的测试高分子材料形状记忆性能的方法。

本发明提出的一种测试高分子材料形状记忆性能的装置，由游标卡尺和固定夹片组成，所述游标卡尺包括尺身和游标尺，所述尺身上设有第一外测量爪，所述游标尺上设有第二外测量爪，其特征在于所述第一外测量爪上固定有第一固定夹片，第二外测量爪上固定有第二固定夹片，将测试样品的两端分别固定在第一固定夹片和第二固定夹片上，使固定在第二固定夹片的一端可随游标尺移动，而使测试样品发生拉伸形变，保证在拉伸过程中测试样品的两端均不会与装置发生相对移动。

本发明中，测试样品的两端分别通过螺栓及螺母紧固地夹持在第一外测量爪与第一固定夹片以及第二外测量爪与第二固定夹片之间。

本发明提出的测试装置的测量方法，具体步骤如下：

1）室温下，将测试样品的两端分别固定于游标卡尺的第一外测量爪与第一固定夹片以及第二外测量爪与第二固定夹片之间，保证测试样品在拉伸形变过程中不与固定装置发生相对位移。旋紧游标卡尺的紧固螺钉，此时游标卡尺的读数即为测试样品的原始长度l₀；

2）将装置的第一外测量爪、第一固定夹片、第二外测量爪、第二固定夹片及测试样品浸没于热源中，控制热源的温度高于测试样品的形状转变温度（T_sw）5~10℃，等待5分钟，使测试样品温度达到热源的温度；

3）保持测试样品的浸没状态，旋松游标卡尺的紧固螺钉，根据实际测试要求，移动游标尺至两个测量爪的间距为l₀的1.5~5倍，即将样条拉伸至50~400%，旋紧游标卡尺的紧固螺钉，此时游标卡尺的读数即为测试样品的拉伸形变长度l₁；

4）将装置从热源中取出冷却，保持测试样品两端固定，等待测试样品温度降至室温，松开测试样品固定在游标卡尺上的一端，测量其长度，此时游标卡尺的读数即为测试样品的形状固定长度l₂；

5）再次将测试样品浸没于热源中，等待5分钟，使测试样品充分进行形状回复后，测量其长度，此时游标卡尺的读数即为测试样品的形状回复长度l₃；

6）应用以下公式即可求得材料的形状固定率和形状回复率，以表征其形状记忆性能；

形状固定率=