[发明专利]一种纤维单丝拉伸弹性模量的测试装置

说明书

本发明公开了一种纤维单丝拉伸弹性模量的测试装置，其在上拉伸部上设置有载荷传感器和上狭缝，在下拉伸部上设置有下狭缝，试样衬的两端能够分别能够可拆卸且自由地夹持到上狭缝与下狭缝内并用销钉固定；在上拉伸部和下拉伸部上分别设置有水平基准面和对该水平基准面进行测量的分光干涉式激光位移计。该测试装置，能够提高纤维单丝拉伸弹性模量的测定准确性，以得到对纤维单丝的拉伸性能的有效评价。

技术领域

本发明涉及纤维单丝拉伸性能测试领域，具体是一种能够快速且准确地对纤维单丝的拉伸弹性模量进行检测的测试装置。

背景技术

碳纤维、玄武岩纤维等高性能纤维具有高强度、高模量、耐化学介质性等优点，广泛应用于海洋工程、轨道交通、舰船车辆、航空航天等领域。作为复合材料的重要增强材料，其性能指标对于复合材料的设计、制作和应用极为关键，例如强度和弹性模量是进行复合材料结构设计的重要参数。纤维单丝拉伸性能测试以单根纤维作为测试对象，测定纤维单丝拉伸强度、拉伸弹性模量，能够深入、系统地对纤维拉伸强度及其离散度进行表征，测试结果对于研究高性能纤维及其复合材料的力学性能具有重要意义。

碳纤维、玄武岩纤维单丝直径在7～9μm左右，这些直径只有几微米的纤维由于模量较高，在测试过程产生的变形量极小，试验机加载系统和夹持系统引起的微小变形均会对拉伸弹性模量的测试产生影响，所以如何准确测定纤维拉伸过程中的实际变形量成为准确表征纤维单丝拉伸弹性模量的最重要一点。在现有的测量系统中，虽然对单根纤维变形测量进行了修正，但由于试验机加载及夹持装置等不可避免的影响，系统柔量较难准确控制，其测定过程也较为繁琐。以至于纤维单丝拉伸弹性模量测试数据不准确、结果不稳定，对纤维生产单位、用户以及检测机构都造成使用不便。

发明内容

本申请的目的在于克服上述缺陷，提供一种新的测试装置，以至少提高纤维单丝拉伸弹性模量的测定准确性，以得到对纤维单丝的拉伸性能的有效评价，具体的技术方案为：

一种纤维单丝拉伸弹性模量的测试装置，其包括上拉伸部、下拉伸部、试样衬和销钉；该上拉伸部包括上底座、安装在上底座的下侧的载荷传感器以及安装在载荷传感器的下侧的上夹具；在上夹具上沿竖直方向开设有上狭缝，该上狭缝向下贯穿上夹具的下端面；

该下拉伸部包括下底座和安装在下底座上的下夹具，在下夹具上沿竖直方向开设有下狭缝，该下狭缝向上贯穿下夹具的上端面；该下狭缝与上狭缝上下相对，沿竖直方向观察，上狭缝与下狭缝至少部分重叠；

该试样衬包括本体，本体的相对的两端分别形成为一夹持端，在每一夹持端均设置有一定位孔，该试样衬的两夹持端分别能够可拆卸且自由地夹持到上狭缝与下狭缝内；销钉可拆卸地安装在上拉伸部和下拉伸部上、并插入到定位孔内，将试样衬的两端分别固定在上拉伸部与下拉伸部上；

在上拉伸部或下拉伸部两者之一上设有一水平基准面，在上拉伸部或下拉伸部两者之另一上固定安装有一分光干涉式激光位移计，该分光干涉式激光位移计能够对该水平基准面的距离进行测量。

在该测试装置工作时，首先将待检测的纤维单丝粘结在试样衬上，然后将试样衬夹持在上狭缝和下狭缝中，完成待检测纤维单丝的固定，然后在保证纤维单丝完整性的情况下将试样衬剪断，然后使上拉伸部向上移动，对纤维单丝进行拉伸，载荷传感器和分光干涉式激光位移计对相应的数据进行检测并输出，利用该数据即可完成对纤维单丝的拉伸弹性模量的检测。

在该测试装置中，设置了试样衬，利用试样衬将待检测的纤维单丝固定在上下拉伸部之间，避免了直接对纤维单丝进行固定时，易于对纤维单丝的表面造成一定的损伤，导致检测数据的误差较大的问题。利用具有高精度检测能力的分光干涉式激光位移计，在拉伸过程中直接对拉伸距离进行一次检测，替代现有技术中试验机横梁位移测量的方法。在目前采用试验机测量横梁位移的方法中，由于其测量精度较低仅为0.02mm，且需要进行不同标距下试样衬的纤维单丝拉伸试验，以进行系统柔量测定来校准位移数据，现有方法操作繁琐、耗时耗力，已无法满足纤维单丝拉伸测试的发展现状及趋势。