[发明专利]一种充湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置及方法

说明书

本发明提供了一种充湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置和方法，测试装置包括真空罐及设置在所述真空罐内的石英测试件、湿度传感器、温度传感器、气压传感器、位移传感器和载荷传感器；所述真空罐包括从上到下依次连接的第一测试室、环境室和第二测试室，所述石英测试件与所述第一测试室固定连接，且悬垂贯穿所述环境室和所述第二测试室，所述第一测试室、所述环境室和所述第二测试室通过所述石英测试件连通，所述石英测试件在所述环境室内与试样可拆卸连接；所述载荷传感器与所述位移传感器分别用以测试所述试样的质量变化和长度变化。本发明提供的测试装置及方法，可实现从0‑95％间任一恒定湿度条件下充湿过程的质量和长度变化的动态测量。

技术领域

本发明涉及复合材料的性能测试领域，特别涉及一种充湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置及方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料由于具有较高的比强度和比刚度，较好的可设计性和抗疲劳断裂性能，已成为航空航天飞行器结构件中的重要材料。现国内航天复合材料制造装配的一般环境条件要求为：温度20-25℃，湿度≤75％, 而在南方地区，雨季的湿度常在85％以上，甚至90％，如此大的湿度变化范围，复合材料构件在地面贮存，包括成型、装配、试验过程中，由于复合材料树脂基体的高分子结构以及复合材料内部孔隙、气泡的存在，导致复合材料会吸收水分膨胀，从而导致结构件外形尺寸发生变化，甚至力学性能下降。

复合材料的吸湿过程主要受环境温度和相对湿度的影响，其中材料的饱和吸湿量与环境的相对湿度有关，而扩散系数的变化则依赖环境温度，因此，需要在恒定温度和湿度条件下测定复合材料的湿膨胀系数。

而目前多采用从低相对湿度到高相对湿度的分段测量的方式，分别测量各段湿度阶段内稳态下的湿膨胀数据，但这种静态测量方法一方面数据采集量有限，膨胀值与含湿率间关系易受测量误差的影响，从而影响整个吸湿膨胀过程测量的准确性；另一方面，吸湿过程中，想到达到某一湿度阶段内的稳态，需要很长时间，而在非稳态情况下，试件内部与表面的湿度梯度有可能差距较大，导致无法准确反应吸湿过程中复合材料长度和质量的变化规律；此外，在静态测量时，通常没有考虑测试环境对测量仪器的影响，导致在长时间测试中，测量仪器受温度或湿度影响，出现测量误差甚至测量失效的情况。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决现有技术在充湿条件下对复合材料湿膨胀系数测试精度不高的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种充湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置，包括真空罐及设置在所述真空罐内的石英测试件、湿度传感器、温度传感器、气压传感器、位移传感器和载荷传感器；所述真空罐包括从上到下依次连接的第一测试室、环境室和第二测试室，所述第一测试室设置有真空阀和干燥气阀，所述环境室设置有恒湿空气阀，所述第二测试室设置有所述干燥气阀；所述石英测试件贯穿所述环境室，并在所述环境室内与所述试样可拆卸连接；所述石英测试件的顶端固定在所述第一测试室内，所述石英测试件的底端悬垂于所述第二测试室内；所述湿度传感器、所述温度传感器和所述气压传感器均设置在所述环境室内；所述载荷传感器固定在所述石英测试件顶端，用以测试所述试样的质量变化；所述位移传感器固定在所述石英测试件上，用以测试所述试样的长度变化；其中，所述位移传感器和所述载荷传感器均与计算机控制与分析系统电连接。

可选地，所述石英管式基准架为中空结构，所述石英杆位于所述石英管式基准架的中空腔内，且所述石英杆顶端穿过所述石英管式基准架与所述载荷传感器连接；所述石英杆包括贯穿所述第一测试室和所述环境室的第一连接段以及贯穿所述环境室和所述第二测试室的第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段之间留有容置所述试样的距离。

可选地，所述第一连接段位于所述环境室内的一端和所述第二连接段位于所述环境室内的一端均设有U形槽和连接孔，所述U形槽适于与所述试样卡接，所述连接孔适于通过销钉与所述试样可拆卸连接。

可选地，所述第一测试室和所述环境室之间、所述环境室与所述第二测试室之间设置有密闭隔热层和流量阀。