[发明专利]一种与X射线散射联用的超快速拉伸装置及其实验方法

权利要求书

1.一种与X射线散射联用的超快速拉伸装置，其特征在于：包括两个高精度伺服电机(1)，运动控制器(2)，扭矩传感器(3)，角度传感器(4)，空心辊筒夹具(5)，启制动控制装置(6)，分离式传动机构(7)，高分子薄膜样品(8)，其中：

两个高精度伺服电机(1)通过运动控制器(2)进行同步联动拉伸样品，两个高精度伺服电机(1)首先驱动加速至最高速度，然后启制动控制装置(6)驱动分离式传动机构(7)开始拉伸，同时利用空心辊筒夹具(5)，在相同的电机转速下提高拉伸速度从而提高应变速率，对拉伸过程进行测试和建模后，得到速度和加减速时间的对应关系，利用电机和启制动控制装置(6)控制应变和拉伸模式，拉伸过程中，扭矩传感器(3)跟踪拉力变化，表征流变学信息，角度传感器(4)组合了高速编码器和示波器，对拉伸过程的位置信息进行记录，可以得到应变和应变速率信息；拉伸温度由双通道温度控制器精确控制，样品加热腔内安装两个热电阻，探测的温度信息反馈到温度控制器，温度控制器自动调节工作状态以达到精确控温的目的；氮气的通入能够保证薄膜温度的均匀。

2.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸装置，其特征在于：利用分离式传动机构控制，充分利用电机功率和扭矩，对低转动惯量部分进行加速和减速，同时结合高速采集系统，实现高分子材料的超高速拉伸和测试，利用X射线超高速原位表征技术，对拉伸过程流动场下的结构信息进行跟踪，研究其相变理论和实际生产加工中的科学问题。

3.一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，利用权利要求1所述的超快速拉伸装置，与同步辐射宽角X射线散射和小角X射线散射实验站联用，原位研究拉伸过程中高分子结构演化行为与加工性能的关系；

该装置与X射线实验站联用时主要的实验步骤为：

步骤(1)、将电机驱动器分别与高精度伺服电机(1)及运动控制器(2)连接，分离式传动机构(7)与启制动控制装置(6)连接，传感器与采集系统连接，使用温度控制器控制加热腔体温度，然后开启电源；

步骤(2)、装夹高分子薄膜样品(8)，并将装置置于同步辐射实验站上；

步骤(3)、设定高分子薄膜样品(8)拉伸温度，在熔点之上设定温度消除热历史10min，然后降温至结晶温度，待高分子薄膜样品(8)达到设定温度时，开启X射线光源；

步骤(4)、控制高精度伺服电机(1)开始连续旋转；

步骤(5)、待电机到达最高速度并运行稳定后，利用启制动控制装置(6)控制分离式传动机构(7)开始对高分子薄膜样品(8)实施拉伸；

步骤(6)、拉伸过程中同时记录拉力、应变变化及高分子薄膜样品(8)结构演化，通过对不同高分子样品实施不同拉伸速率及拉伸比，系统研究分子参数及外场参数对结晶结构和动力学的影响，将这些数据耦合起来得到高分子熔体在流场下的相变行为和流变行为的关系。

4.如权利要求3所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，其特征在于：通过分离式传动机构及其控制，充分利用电机功率和扭矩，实现高分子材料的超快速拉伸，研究远离平衡条件下高分子材料的相变行为。

5.如权利要求3所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，其特征在于：采用便于拆卸的空心辊筒夹具，减小转动惯量，提高拉伸速度，满足不同材料的测试需求，并能与材料强度和相变条件进行耦合。

6.如权利要求3所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，其特征在于：可以实现对薄膜样品的精确控温，且能实现薄膜样品表面温度均匀性。

7.如权利要求3所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，其特征在于：可以在高速拉伸过程中表征结构变化，同时记录材料应变和力学信息，得到材料相变的多尺度数据。

8.如权利要求3所述的一种与X射线散射联用的超快速拉伸实验方法，其特征在于：装置可以与同步辐射X射线实验站联用，原位跟踪材料结构演化。