[发明专利]一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置及其实验方法

权利要求书

1.一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：包括滚珠丝杆(1)，拉力传感器(2)，样品腔盖把手(3)，夹头(4)，样品腔盖(5)，轴承(6)，温湿度传感器(7)，加热棒(8)，水阀(9)，氮气气路(10)，样品水槽(11)，液位计(12)，联轴器(13)和高精度伺服电机(14)，其中，

通过定位架将滚珠丝杆(1)固定与底座，并通过联轴器(13)将滚珠丝杆(1)与高精度伺服电机(14)相连，滚珠丝杆(1)两端螺纹相反，两个丝杆轴承分别套装于滚珠丝杆(1)两端，夹头一端与丝杆轴承直接相连，另外一端与拉力传感器(2)相连，拉力传感器与丝杆轴承相连；拉伸腔体中，设有温湿度传感器(7)；下方样品水槽(11)中，氮气气路(10)外部与氮气阀相连，氮气气路(10)内部置于样品水槽(11)；加热棒(8)通过螺纹固定在样品水槽(11)一端，液位计(12)通过螺纹固定与样品水槽(11)另一端；

高精度伺服电机(14)驱动滚珠丝杆(1)运动，将高精度伺服电机(14)转动转化为直线运动，滚珠丝杆(1)带动纵向夹头(4)运动，实现对薄膜样品的拉伸，运行速度连续可调，能够很好地配合不同材料对拉伸速度的响应；拉伸过程中，拉力传感器(2)跟踪拉力变化，Labview软件控制系统对高精度伺服电机(14)的控制和拉力传感器(2)信号采集进行集成，能够进行同步控制与数据采集，拉力数据采集使用美国国家仪器公司生产的NI-USB6008数据采集卡，薄膜拉伸温度由温度控制器精确控制，样品水槽(11)内设有一个加热棒(8)，温湿度传感器(7)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，通过氮气通入的流速调控实现控制拉伸腔体湿度在20-98％RH以及腔体温度的均匀。

2.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：装置的腔体可以根据需要进行切换，实现湿度环境和溶液环境的拉伸。

3.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：装置通过设计5mm光程，有效减少溶液及蒸汽环境对于X射线的吸收。

4.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：装置的最小样品间距为20mm，并增加拉伸腔体长度，能够获得10倍以上的拉伸倍率。

5.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：通过可编译运动控制器实现单轴拉伸、循环往复拉伸、应力松弛等多种外场施加模式。

6.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置，其特征在于：装置模拟湿度环境拉伸加工条件时，实现对薄膜的拉伸比和拉伸倍率的精确调控，且能保证薄膜处于饱和湿度环境，同时能采集拉伸过程中拉力的变化，原位检测拉伸之后薄膜结构演化，解释薄膜加工中结构演化行为与加工性能的关系。

7.一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置的实验方法，如权利要求1所述的湿度环境拉伸装置，与同步辐射小角X射线散射实验站联用，原位研究薄膜拉伸加工中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装置电机和控制电脑主机连接，将拉力采集控制柜分别与传感器及控制电脑主机连接，连接温度控制器与装置加热棒，开启电源，装置水槽中中加入水，并连接好氮气气路；

步骤2、装夹高分子薄膜样品；

步骤3、打开Labview软件控制界面，设定电机的拉伸速率与拉伸时间；

步骤4、设定薄膜拉伸温度，通入氮气，待样品达到设定温度时，开启X射线光源，对样品实施拉伸，同时记录拉伸过程中拉力变化及拉伸后薄膜样品结构演化；

步骤5、通过不同薄膜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薄膜结构演化的影响，将这些数据耦合起来获得加工参数-薄膜结构-产品性能的关系。

8.如权利要求7所述一种与X射线散射联用的湿度环境拉伸装置的实验方法，其特征在于，基于Labview控制软件，通过控制电机的的转速和时间，精确实现不同的拉伸速率和拉伸比。