一種用于檢測環境應力開裂指標的應力加載裝置的制作方法

專利名稱：一種用于檢測環境應力開裂指標的應力加載裝置的制作方法
技術領域：
一種用于檢測環境應力開裂指標的應力加載裝置
技術領域：
本實用新型屬于塑料材料力學性能檢測領域，特別是提供一種在檢測塑料環境應 力開裂指標實驗中，對測試片施加機械應力的裝置。
背景技術：
塑料是一種重要的有機高分子材料。目前，各種塑料制品已經在日常生活用品、電 子、汽車等行業中得到了廣泛應用。隨著塑料的合成與改性技術的發展，塑料正取代更多的 傳統材料與金屬材料，應用領域也更豐富。但是，在實際應用中，塑料制品必須面對自然的、 化學的使用環境，如高低溫環境，包括超高溫與極低溫并存的極端環境；高濕熱環境；接觸 燃油、潤滑油、清洗劑、各種涂料色漆的化學環境；以及在紫外線、臭氧，甚至是射線環境中 的暴露與接觸。此外，除了這些自然的、化學的環境影響外，還時刻受到各種應力的作用。于 是，環境與應力共同導致了塑料制品的老化與失效。據業界統計，塑料制品的損壞，其中25%屬于環境應力開裂。因此，環境應力開裂指標是塑料等高分子材料的一個重要指標——通過環境應力 開裂指標可以判別塑料材料的優劣，也可以跟蹤塑料制品的使用狀態。“環境應力開裂”(Environmental Stress Cracking，簡寫為ESC)，是指塑料等高 分子材料在有應力存在的狀態下，受到化學試劑或惡劣自然環境的作用，而發生降解，進而 開裂，最終導致組分損壞的現象。業界研究表明，ESC損壞歷程類似于蠕變損壞，包括流體 吸收、塑性化、細紋出現、紋裂擴展和最終破壞等幾個階段。塑料ESC過程的典型特征是脆 性斷裂，多重開裂，細微裂紋殘留，伸展的小纖維，交錯帶等。總而言之，ESC過程歸根結底 取決于化學物質在聚合物結構內的擴散，即流體吸收速率，是裂紋擴展和開裂擴大的決定 性因素。此外，塑料等高分子材料在環境與應力協同作用下，除了會發生ESC外，還存在有 應力松弛現象。“應力松弛”，是指在固定的溫度和形變下，高分子材料內部的應力隨時間增 加而逐漸衰減的現象——實現同樣的形變量，所需的力越來越小。高分子材料的應力松弛 的分子機理是拉伸時張力迅速作用使纏繞的分子鏈伸長，但這種伸直的構象時不平衡的， 由于熱運動分子鏈會重新卷曲，但形變量被固定不變，于是鏈可能解纏結而轉入新的無規 卷曲的平衡態，于是應力松弛為零。交聯聚合物不能解纏結，因而應力不能松弛到零。因此，在研究、生產與使用塑料制品的過程中，就需要對這些塑料制品進行環境 應力開裂指標的檢測與跟蹤。為了測定環境應力開裂指標，已有相關文獻披露，如GB/ T9341-2000、GB/T 11547-2008、CN200820138415. 5、CN92108343. 2、CN91232995. 5 等。但 是，縱觀這些技術與檢測裝置，可以發現對于現有檢測技術與檢測裝置，均只采集一個因 素——或環境或應力。然而，在真實ESC過程中，環境與應力并存，此外，還包括應力松弛現 象。更為顯著的是，與單一因素(或環境或應力)相比，環境與應力的復合作用對塑料等高 分子材料的破壞作用要嚴重得多。顯然，現有檢測技術與裝置的檢測結果并不科學。因此， 我們不能夠單一檢測環境或應力，而應該是環境與應力的統一檢測。
發明內容針對上述現有技術的不足，結合塑料等高分子材料的研究、生產與使用的實際需 求，本實用新型提供一種用于檢測塑料環境應力開裂指標的應力加載裝置，該裝置可置于 各種環境測試系統中，包括高、低溫系統，鹽霧系統，紫外線輻照系統，放射性射線輻照系統 等，或其任意組合。從而在環境應力開裂指標檢測實驗中，實現了環境與應力的統一檢測， 檢測結果真實、科學地反映了環境與應力對塑料等材料的協同影響。為進一步實現上述技術目的，本實用新型提供的用于檢測塑料環境應力開裂指標 的應力加載裝置，包括一測試片放置臺，與之垂直設置的壓桿，在壓桿上裝配有壓力傳感 器。測試片放置臺上，壓桿與測試片接觸后，壓力傳感器將檢測并傳遞壓桿與測試片間的作 用力。為進一步實現上述技術目的，還包括有與壓力傳感器相連接的壓力顯示記錄儀， 用于顯示和記錄壓力傳感器檢測到的壓桿與測試片間的作用力及其變化。壓力顯示記錄儀 可以實時的觀察、記錄測試壓力數據，可以整理成曲線反應壓力變化過程。可以自備存儲功 能，也可以通過電腦接口，輸出數據。為進一步實現上述技術目的，還包括有一與壓桿同軸的Y型壓力傳遞桿及壓力傳 遞桿固定架。采用Y型壓力傳遞桿，可以擴大檢測范圍，使檢測到的數據更精準。Y型壓力 傳遞桿可以起到固定測試片在測試片放置臺的上表面上，并且可以準確的將測試片反彈力 傳遞給壓力傳感器3。為進一步實現上述技術目的，包括一 E型支架，用于固定所述壓桿及所述Y型壓力 傳遞桿。為進一步實現上述技術目的，測試片放置臺安設在E型支架的底部平臺上，放置 臺上表面設置為半徑為R、弧度為L的圓柱體弧面。為進一步實現上述技術目的，E型支架的中梁垂直設有一固定Y型壓力傳遞桿的 通孔，Y型壓力傳遞桿的前端與測試片放置臺上表面相對，尾端插在E型支架中梁上的通孔 內。為進一步實現上述技術目的，壓桿采用調節細螺紋絲桿，在E型支架的上梁設有 一與通孔同軸的通孔，在通孔壁上開有螺紋與絲桿外圍的螺紋相配合，壓力傳感器設在調 節細螺紋絲桿的前端。為進一步實現上述技術目的，Y型壓力傳遞桿的尾端(上端)為一凹形圓弧，圓弧 內配設有一不銹鋼支撐球，與上方壓力傳感器接觸處可以在水平面自由滑動。為進一步實現上述技術目的，在調節細螺紋絲桿上配設有一鎖緊螺母。本實用新型的有益之處在于1、結構緊湊，設計巧妙。本實用新型通過一個圓柱弧面的放置臺來支撐固定塑料 測試片，通過調節細螺紋絲桿以及Y型壓力傳遞桿給測試片施加壓力，使測試片產生形變。 對測試片施加的壓力通過壓力傳感器傳遞，由壓力顯示和記錄裝置顯示，整個測試過程將 被持續記錄。2、適用性強。本實用新型可以置于各種環境測試系統中，環境系統包括高低溫環 境，鹽霧系統，紫外光發生器，輻射射線系統中的任意一種，或者任意兩種、兩種以上的測試環境系統中進行測試。實現了在外力和環境協同作用下，測試ESC的目的。檢測結果真實 地反映了環境與應力共同對塑料的復合性影響。3、本實用新型在測試的過程中，還可以根據壓力記錄儀的記錄，了解測試材料的 應力松弛狀況。

圖1是本實用新型一個優選實施例的結構示意圖。圖2是本實用新型測試塑料片壓在圓弧上受力示意圖。圖3是本實用新型在流體化學環境中測試塑料受力條件下開裂性。圖4是本實用新型在恒溫恒濕，惡劣環境下測試塑料片受力情況下開裂性。
具體實施方式
以下結合附圖所示最佳實施例作進一步詳述。圖1是本實用新型一個優選實施例的結構示意圖。包括一 E型支架6。一個測試 片放置臺1安設在E型支架6的底部平臺上，放置臺1上表面11設置為半徑為R、弧度為L 的圓柱體弧面。E型支架6的中梁垂直設有一通孔61，其間固定有一 Y型壓力傳遞桿5，Y 型壓力傳遞桿5的前端與測試片放置臺1上表面11相對。在E型支架6的上梁設有一與通孔61同軸的通孔62，在通孔62壁上開有螺紋63， 其內安設有一調節細螺紋絲桿2，調節細螺紋絲桿2的前端設有一壓力傳感器3。在壓力傳 感器3上連接有一壓力顯示記錄儀4。Y型壓力傳遞桿5的尾端(上端)為一凹形圓弧，圓弧內配設有一不銹鋼支撐球 7,與壓力傳感器3接觸處可以在水平面自由滑動，以保證塑料的彈力可以精確地被壓力傳 感器3檢測到。另外，在調節細螺紋絲桿2上配設有一鎖緊螺母8，當調整好壓力后，使用鎖緊螺 母8可固定絲桿位置，這樣Y型壓力傳遞桿5就可以很好的壓住測試塑料片。Y型壓力傳遞桿5與放置在放置臺1上表面11上的測試片接觸后，測試片的反彈 作用力將經Y型壓力傳遞桿5傳遞至調節細螺紋絲桿2前端的壓力傳感器3，壓力傳感器3 檢測并傳遞信號至壓力顯示記錄儀4。壓力顯示記錄儀4可以實時的觀察、記錄測試壓力數 據，可以整理成曲線反應壓力變化過程。可以自備存儲功能，也可以通過電腦接口，輸出數 據。采用Y型壓力傳遞桿5，可以擴大檢測范圍，使檢測到的數據更精準。圖2是本實用新型測試塑料片壓在圓弧上受力示意圖。在使用本實用新型裝置 時，塑料測試片100上涂覆有被測化學品101，然后置于測試片放置臺1的11弧面上，通過 調節細螺紋絲桿2向下旋轉，壓力傳感器3壓住光滑不銹鋼球7，給Y型壓力傳遞桿5施加 壓力。在Y型壓力傳遞桿5前端內側光滑圓柱體51的壓力下，塑料測試片100緊密的貼在 半徑為R的圓柱體表面11上。壓力傳感器3的壓力可以通過壓力顯示記錄儀4顯示和讀 出ο采用本實施例裝置，可以進行如下測試1.固定加載應力值的實施方式[0036]選定塑料測試片100放到測試片放置臺1，通過調節細螺紋絲桿2向下旋轉，壓力 傳感器3壓住光滑不銹鋼球7，給Y型壓力傳遞桿5施加壓力。在Y型壓力傳遞桿5前端內 側光滑圓柱體51的壓力下，塑料測試片100緊密的貼在半徑為R的圓柱體表面11上。通 過調節絲桿2，Y型壓力傳遞桿5將給塑料測試片100壓力并使其發生變形。在調整好壓力 后，使用鎖緊螺母8固定絲桿2位置，這樣Y型壓力傳遞桿5就可以很好的壓住測試塑料片 100。壓力傳感器3的壓力可以通過壓力顯示記錄儀4顯示和讀出。2.應力松弛測試實施方式塑料測試片在進行環境應力開裂試驗過程中，壓力顯示記錄儀4會實時記錄塑料 給Y型壓力傳遞桿5的作用力。這個作用力隨著應力松弛和塑料開裂變形，數值會發生變 化。而壓力記錄儀4的顯示數值會實時記錄并以曲線反應應力松弛性能。3.各向異性材料應力開裂性能測試本裝置由于是使材料彎曲向一個主方向，因此各向異性材料應力開裂試驗應該考 慮這一特征。各向異性材料的物理性能與方向有關，應使所選擇的試樣在試驗過程中，承受 彎曲應力的方向與其產品在使用時彎曲應力方向相同。當材料的彎曲特征在兩個主要方向 上顯示出有很大差別時，應在這兩個方向上進行試驗，并記錄試樣的取向與主方向的關系。 具體試驗條件可以選擇具體實施例中的任意一種方案進行。本實用新型可適用于以下各類高分子材料的ESC測試，而不僅限于塑料熱塑性模塑和擠塑材料，包括填充的和增強的未填充材料以及硬質熱塑性板材； 熱固性模塑材料，包括填充和增強材料，熱固性板材，包括層壓材料；纖維增強熱固性和熱 塑性復合材料；由預浸漬材料制成的板材；熱致液晶聚合物。本實用新型在具體使用時，所述的半徑為R、弧度為L的圓柱體弧度面11，其半徑R 可根據塑料彈性變形性能選擇。當檢測材料剛性較強，彈性變形性能較小時，半徑R采用較 大的尺寸值，從而可避免形變過大導致塑料發生非彈性形變，進而導致開裂。一般情況下， 半徑R的大小在50mm 500mm，優選80mm 200mm，保證變形小于斷裂彎曲應變。所述的塑料測試片，其長度為1，寬度為b，厚度為h的標準試驗片。為滿足試驗的 重復性，試驗片的大小尺寸要求是任意一點的厚度與厚度的平均值偏差不應大于5%，優 選小于2%;相應寬度偏差不應大于10%，優選小于3%。同時，所述的塑料測試片，試樣截 面應該是矩形且無倒角。在使用本實用新型裝置的過程中，調節螺紋絲桿2的位置時，要注意觀察壓力顯 示儀4的示數，可以幫助判斷塑料片100是否已經緊密的貼住圓柱體表面11。在塑料片可 以繼續施壓時，壓力示數應該是連續增加。當發現微小調節壓力值突然增加很多時，可能是 塑料片已經緊密貼住圓柱體，要回轉微調螺紋絲桿2。圖3是本實用新型在化學流體環境中測試塑料受力條件下開裂性。化學流體環境包括了液體浸潤，氣體氛試驗。流體試驗可以表征接觸各種化學試 劑的塑料制品，處于某種化合物氣體氛中的塑料制品，在受力條件情況下產生環境應力開 裂的性能。流體可以包括各種液體，如水，有機清洗劑，潤滑油，電鍍液等，或者純氧氣體，臭 氧等氧化性氣體，氨氣，鹽酸氣體等腐蝕性氣體。流體試驗涉及到流體的壓力，流體溫度等 指標。在測試裝置中，可以通過如圖3所示的裝置進行試驗。如圖3所示，本實用新型被置于密封的容器21內，容器21上設有密封蓋22。流體23可以通過進料口 24進入密封裝置，通過出料口 25流出密封裝置。本實驗過程中，可以通過進出化合物的溫度，控制密閉系統內的流體溫度，達到恒 溫實驗的目的。對于氣體，可以在密閉系統上增加氣壓測試表，測試系統內壓力。圖4是本實用新型在恒溫恒濕，惡劣環境下測試塑料片受力情況下開裂性。如圖4所示，本實用新型在裝好測試片后，置于恒溫恒濕箱中，測試塑料片耐溫耐 濕性能。其中電熱絲26，用于控制體系溫度；加濕口 27用于調控體系濕度。測試條件可以 選擇高溫，恒濕度的情況下進行一定的時間。測試結果觀察試片有無裂痕，記錄壓力傳感器 的壓力下降情況。盡管本實用新型被描述為有一定程度的特殊性，但是請理解當前的披露信息僅僅 只采用了圖示而已。在不偏離影響本實用新型的精神實質和范圍的情況下，在制作和安排 各種零部件的細節時，可以采取一系列的變更措施。
權利要求一種用于檢測環境應力開裂指標的應力加載裝置，其特征在于，包括一測試片放置臺(1)，與之垂直設置的壓桿(2)，在壓桿(2)上裝配有壓力傳感器(3)。
2.根據權利要求1所述的應力加載裝置，其特征在于，還包括有與壓力傳感器(3)相 連接的壓力顯示記錄儀(4)，用于顯示和記錄所述壓力傳感器(3)所感應到的所述壓桿(2) 與測試片間的作用力及其變化。
3.根據權利要求2所述的應力加載裝置，其特征在于，還包括有一與所述壓桿(2)同軸 設置的Y型壓力傳遞桿(5)。
4.根據權利要求3所述的應力加載裝置，其特征在于，包括一E型支架(6)，用于固定 所述壓桿(2)及所述Y型壓力傳遞桿(5)。
5.根據權利要求4所述的應力加載裝置，其特征在于，所述E型支架(6)的中梁垂直設 有一固定所述Y型壓力傳遞桿(5)的通孔(61)；所述Y型壓力傳遞桿(5)的尾端插在所述 通孔(61內)，前端與所述E型支架(6)的底部平臺相對。
6.根據權利要求5所述的應力加載裝置，其特征在于，所述壓桿(2)為調節細螺紋絲 桿，安設在所述E型支架(6)上梁與所述通孔(61)同軸的通孔(62)內；所述壓力傳感器 (3)設在所述調節細螺紋絲桿的前端。
7.根據權利要求6所述的應力加載裝置，其特征在于，所述測試片放置臺(1)安設在 所述E型支架(6)的底部平臺上；所述測試片放置臺(1)上表面(11)為半徑為R、弧度為L 的圓柱體弧度面。
8.根據權利要求7所述的應力加載裝置，其特征在于，所述半徑R在50mm 500mm之間。
9.根據權利要求6所述的應力加載裝置，其特征在于，所述Y型壓力傳遞桿(5)的尾端 為一凹形圓弧，圓弧內配設有一不銹鋼支撐球(7)，與所述壓力傳感器(3)接觸處可以在水平面自由滑動。
10.根據權利要求6所述的應力加載裝置，其特征在于，在所述調節細螺紋絲桿上配設 有一鎖緊螺母(8)，用于固定所述調節細螺紋絲桿。
專利摘要本實用新型涉及一種用于檢測塑料環境應力開裂指標的應力加載裝置，具體包括一測試片放置臺(1)，與之垂直設置的壓桿(2)，在壓桿(2)上裝配有壓力傳感器(3)；還包括有與壓力傳感器(3)相連接的壓力顯示記錄儀(4)，用于顯示和記錄所述壓力傳感器(3)所感應到的所述壓桿(2)與測試片間的作用力及其變化。在環境應力開裂指標檢測實驗中，采用本實用新型裝置實現了環境與應力的統一檢測，檢測結果真實、科學地反映了環境與應力共同對塑料等材料的復合性影響。
文檔編號G01N3/08GK201622211SQ201020155580
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者岳風樹, 李士成, 楊發達, 王虹 申請人:深圳市優寶惠新材料科技有限公司