專利名稱：聚合物長時標開裂試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種測定聚合物長時標開裂過程和裂端細觀特點的試驗裝置。
聚合物制品在小載荷作用下，短時標內通常是安全的，但在長時標條件下，小載荷也可能使制品開裂導致破壞。小載荷長時標開裂的典型例子之一是蠕變開裂。這種蠕變開裂如在環境試劑，尤其是帶腐蝕性環境試劑作用下將加速進行。由于聚合物材料在遠低于其屈服強度的小載荷長時標作用下的開裂特點與其制品的長期壽命密切相關，故一直是人們關心的問題。
工業上評價聚合物材料長時標開裂的方法，通常是在一定條件下對聚合物樣條施加一恒定應變后觀察開裂破壞時間，如GB1842-80(中華人民共和國國家標準《聚乙烯環境應力開裂試驗方法》)、ASTMD1693(美國材料測試學會標準《乙烯塑料的環境應力開裂》)。由于不同的聚合物樣品只有不同的模量，加之還存在應力松弛現象，因此，這些方法既不能在環境應力開裂性較好的樣品中比較出優劣來，又得不到有關開裂的動力學過程和裂端細觀特點的信息，只能用作常規分析。
國外在深入研究聚合物長時標開裂特點時，研制了一些試驗裝置。這些試驗裝置的共同原理是對樣條施加恒定載荷，用顯微鏡不斷地觀察樣條上預置裂紋的演變過程。但現報導的試驗裝置都分別存在一些問題。
如文獻“材料科學雜志”(J.Mater.Sci.，26(1991)881-888)報導的試驗裝置。由于該裝置樣條是置于空氣介質中，顯微鏡觀察方向又與樣條裂紋延伸方向一致，故該裝置適用范圍窄，而且不能直接得到有關裂紋長度和裂端細觀特點的信息。
又如文獻“聚合物科學雜志，物理卷”(J.Polymer Sci.，Polymer Physics Edition，19(1981)749-761)報導的試驗裝置。該裝置雖能在恒定載荷和液體介質存在下，用行程顯微鏡直接追蹤觀察數毫米尺寸裂紋的長度變化和裂端細觀特點，但未配備加熱和溫度調節控制系統，不能進行高溫條件下的開裂試驗。
除此之外，文獻報導的試驗裝置都是一個試驗工作位配置一臺顯微鏡，加之長時標開裂試驗需要長時間占用試驗工作位，因而都存在試驗成本高，試驗效率低等缺點。
本實用新型的目的旨在解決已有技術存在的問題，提供一種多個試驗工作位共用一臺行程顯微鏡的聚合物長時標開裂試驗裝置。該裝置可對浸泡在不同液體介質中，控制在不同溫度下，施加以不同拉伸應力的預置裂紋樣條的裂紋演化過程和裂端細觀特點進行跟蹤觀察、測定和拍照。
本實用新型的目的是通過下述技術方案達到的。
本技術方案展示的聚合物長時標開裂試驗裝置包括工作臺、試驗工作位、載荷機構、行程顯微鏡、光源、照象機、加熱器和溫度調節控制儀。
試驗工作位為二個或二個以上，排列于工作臺上。每個試驗工作位都由液槽、試樣夾持機構組成。液槽上與光學通路相配合的部位開有視窗，該視窗用玻璃加耐熱橡膠墊密封，以解決高溫條件下盛裝液體介質，尤其是腐蝕性液體介質的問題。試驗時，試樣由試樣夾持機構固定于液槽中，夾持機構一端與載荷機構相連，使試樣承受到拉伸應力。
行程顯微鏡由導軌支撐，并可沿導軌平穩迅速地移動至指定試驗工作位。光源和行程顯微鏡相對置于其中安置了試樣的液槽視窗兩側，照象機安于行程顯微鏡上。
每個試驗工作位都配備有加熱器，每個加熱器的加熱溫度由通過導線相連的溫度調節控制儀調節、控制。
本實用新型與已有技術相比，其主要優點有①可在高溫下進行聚合物長時標開裂試驗；②可在較低試驗裝置成本條件下用多個試驗工作位同時安排大量試驗，效率高、節省時間。
圖1為本實用新型主視結構示意圖；圖2為本實用新型側視結構示意圖；圖3為本實用新型俯視結構示意圖；圖4為本實用新型液槽和液槽蓋剖視結構示意圖。
以下結合附圖給出實施例并對本實用新型作進一步說明。
由圖1可知，本實用新型主要包括工作臺1、試驗工作位、載荷機構、行程顯微鏡22、光源28、照象機29、加熱器35和溫度調節控制儀36。
試驗工作位可為二個或二個以上，本實施例的試驗工作位為十個，水平方向平行排列于工作臺1上，見圖1、3。每個試驗工作位都由液槽2、液槽蓋3和試樣夾持機構組成，見圖4。液槽2為矩形，短邊槽沿上開有對應的缺口，另一側槽邊上焊接有一伸入槽中的溫度計套管7。液槽蓋3也為矩形，其中部與液槽2底部同光學通路相配合的部位對應開有視窗4，視窗4用玻璃5加耐熱橡膠墊6密封。考慮到液槽2與液槽蓋3接觸的液體介質可能是腐蝕性液體，且又可能處在高溫條件下，故液槽2、液槽蓋3需選用耐高溫、耐腐蝕的材料加工，最好用不銹鋼，而視窗4的密封最好用氟橡膠墊6密封。為了使液槽蓋3視窗4的玻璃5能與液槽2中盛裝的液體介質接觸，以消除因液體蒸發而造成的視野模糊現象，液槽蓋3中部呈凹形。試樣夾持機構由一對呈“ ”形的動、靜夾具8、9構成。動、靜夾具8、9分別通過凸起部份與液槽2短邊槽沿的缺口配合，騎跨其上并限位，見圖2。靜夾具9由其外沿邊通過連接件38固連在一根橫梁11上。動夾具8的外沿邊通過連接件38與載荷機構相連，并可在載荷的拉力下運動。動、靜夾具8、9的內沿邊及其上各帶的活動夾板10，都開有對應的連接孔，可通過連接件38的配合把試樣夾持其中。試樣夾持機構最好也選用不銹鋼材料制作。
載荷機構由砝碼12、滑輪13、滑輪架14和鋼絲繩15構成，見圖2。滑輪13由固連在工作臺1后側的滑輪架14支撐固定，鋼絲繩15一端與動夾具8相連，另一端繞過滑輪13與懸掛在工作臺1后側下方的砝碼12相連。砝碼12可根據需要增減。
為了保證預置裂紋試樣在受力后不致因裂紋張開改變力的方向，導致試驗誤差，在每個試驗工作位的動夾具8和載荷機構的鋼絲繩15之間還連接有保證加載線平行移動的載荷導向傳遞機構16，見圖2、3。該機構由負荷桿17、軸承18和與之配合的限位通道構成。軸承18每二個一組，相對固連在負荷桿17兩側。負荷桿17上的軸承18至少為四組，每組軸承18相互交錯垂直安裝。本實施例為四組軸承，限位通道由底座19和“ ”形蓋板20構成，“ ”形蓋板20通過兩沿邊螺孔用螺釘與底座19相連。當安裝有軸承18的負荷桿17在此形成的通道內移動時，既不會造成力的傳導損耗，又能保證試樣沿力的拉伸方向平行移動。此外，在通道兩端還各固連了一塊帶孔的檔板21以防塵。負荷桿17兩端從檔板21的孔中伸出，與鋼絲繩15相連的端頭為一個環套，與動夾具8相連的端頭為一上有連接孔的連接板。
為達到多個試驗工作位共用一臺行程顯微鏡的目的，行程顯微鏡22由導軌30支撐，位于排列的試驗工作位上方，見圖1、2。本實施例的導軌30為一對平行的圓柱形導軌，由位于工作臺1兩側的導軌支撐座31固定支撐。行程顯微鏡22通過底座上安裝的四組軸承18分別與兩根導軌30滑動連接，并可沿導軌30迅速平穩地移動至指定試驗工作位。軸承18每二個一組，相互垂直安裝。考慮試驗觀察時行程顯微鏡22易在導軌30移動的影響，在行程顯微鏡22底座前側固連了一塊呈反“L”形的定位板32，板32的垂直段下端有一帶彈簧的定位銷33，該定位銷33與工作臺1板前側上開的銷孔34配合，可使行程顯微鏡22定位。定位板32的水平段伸入工作臺1下方，光源28固定其上。當行程顯微鏡22移動時，光源28也隨之移動。照象機29安裝在行程顯微鏡22上。固定各個試驗工作位靜夾具9的橫梁11焊接于導軌支撐座31上。
每個試驗工作位的液槽2下都配備了一個加熱器35，每個加熱器35都通過導線與溫度調節控制儀36相連，并由其控制加熱溫度，以根據需要做不同溫度下的試驗。加熱器35為電爐。溫度調節控制儀36選用市售的TDA系列電子式溫度顯示調節儀，與其配用的熱電偶或熱電阻溫度計插在液槽上的溫度計套管7中溫度可在室溫至150℃間調節。由于本實用新型的行程顯微鏡22是按透射光方式對試樣進行觀察、測定的，故在與液槽2底視窗4對應的工作臺1板和加熱器35部位開有光線通路。
試驗時，首先將試樣37制成單邊預置裂紋的長條形樣條，兩端開夾持孔并分別固定于動、靜夾具8、9中；然后根據需要加入液體介質并升溫；其次加上砝碼12重力通過載荷導向傳遞機構16使樣條37承受到拉伸應力，這時，裂紋按張開型方式開裂；再次拉動定位銷33將行程顯微鏡22移至觀察試驗工作位，松開定位銷33使之和工作臺1板前側的銷孔34鎖定，這時再根據觀察的視場情況，分別旋動旋鈕I、II23、24，使顯微鏡22下的主、付燕尾機構26、27動作，從而帶動顯微鏡22沿導軌30平行方向或垂直方向運動。焦距由旋鈕III25調節。觀察、測定后需拍照，即可通過安裝在顯微鏡22上的照象機29進行。需要觀察、測定另一個試樣時，拉動定位銷33將行程顯微鏡22移至另一個試驗工作位鎖定即可。
在本實用新型提供的裝置上進行聚合物長時標開裂試驗，可得到裂紋長度、切口張開位移、裂端鈍化、銀紋區尺寸、二次裂紋、銀紋區空化為裂紋、開裂誘導期、開裂穩定增長期、開裂活化能等參數和現象的試驗資料。
權利要求1.一種聚合物長時標開裂試驗裝置，包括工作臺(1)、試驗工作位、載荷機構、行程顯微鏡(22)、光源(28)和照象機(29)，試驗工作位、行程顯微鏡(22)和光源(28)位于工作臺(1)上，試樣(37)固定于試驗工作位上，一端與載荷機構相連，光源(28)和行程顯微鏡(22)相對置于試樣(37)兩側，照象機(29)安于行程顯微鏡(22)上，其特征在于①試驗工作位為二個或二個以上，每個試驗工作位都由液槽(2)、試樣夾持機構組成，液槽(2)上開有視窗(4)，視窗(4)由玻璃(5)加耐熱橡膠墊(6)密封；②行程顯微鏡(22)由導軌(30)支撐；③每個試驗工作位配備有加熱器(35)，每個加熱器(35)通過導線與溫度調節控制儀(36)相連。
2.根據權利要求1所述的聚合物長時標開裂試驗裝置，其特征在于每個試驗工作位與對應的載荷機構之間還連接有載荷導向傳遞機構(16)，該機構由負荷桿(17)、軸承(18)和與之配合的限位通道構成，軸承(18)每二個一組，相對固連在負荷桿(17)兩側，負荷桿(17)上的軸承(18)至少為四組，且相互交錯垂直安裝。
3.根據權利要求1或2所述的聚合物長時標開裂試驗裝置，其特征在于①試驗工作位平行排列，其液槽(2)水平放置，其上有一中部呈凹形的液槽蓋(3)，與液槽(2)底視窗對位的液槽蓋(3)上也有一視窗(4)，該視窗(4)也由玻璃(5)加耐熱橡膠墊(6)密封；②導軌(30)為一對平行的圓柱型導軌，由位于工作臺(1)兩側的導軌支撐座(31)固定支撐，行程顯微鏡(22)通過底座上安裝的四組軸承(18)分別與兩根導軌(30)滑動連接，行程顯微鏡(22)底座前側固連有一塊呈反“L”形的定位板(32)，板(32)的垂直段下端有一帶彈簧的定位銷(33)，該定位銷(33)與工作臺(1)前側上開的銷孔(34)配合，可使行程顯微鏡(22)定位，板(32)的水平段伸入工作臺(1)下方，光源(28)固定其上；③試樣夾持機構由一對呈“ ”形的動、靜夾具(8、9)構成，動、靜夾具(8、9)分別騎跨在液槽(2)短邊槽沿的缺口上，靜夾具(9)由其外沿邊通過連接件(38)固連在一根橫梁(11)上，該橫梁(11)兩端又固連在導軌(30)支撐座上，動夾具(8)的外沿邊通過連接件(38)與負荷桿(17)相連，動、靜夾具(8、9)的內沿邊及其上的活動夾板(10)開有對應的連接孔，試樣(37)通過連接孔與連接件(38)的配合被夾持在動、靜夾具(8、9)內沿邊和活動夾板(10)之間；④載荷機構由砝碼(12)、滑輪(13)、滑輪架(14)和鋼絲繩(15)構成，滑輪(13)由固連在工作臺(1)后側的滑輪架(14)支撐固定，鋼絲繩(15)一端與載荷導向傳遞機構(16)的負荷桿(17)相連，另一端繞過滑輪(13)與懸掛在工作臺(1)后側下方的砝碼(12)相連；⑤與液槽(2)底視窗(4)對應的工作臺(1)板和加熱器(35)部位開有光線通路。
4.根據權利要求1所述的聚合物長時標開裂試驗裝置，其特征在于①加熱器(35)為電爐；②液槽(2)上焊接有一伸入槽中的溫度計套管(7)。
5.根據權利要求3所述的聚合物長時標開裂試驗裝置，其特征在于①加熱爐(35)為電爐；②液槽(2)上焊有一伸入槽中的溫度計套管(7)。
6.根據權利要求2所述的聚合物長時標開裂試驗裝置，其特征在于限位通道由底座(19)和“ ”形蓋板(20)構成，“ ”形蓋板(20)通過沿邊螺孔用螺釘與底座(19)相連，通道兩端各有一塊帶孔檔板(21)。
專利摘要本實用新型涉及一種聚合物長時標開裂試驗裝置，試驗工作位為二個或二個以上，分別由液槽、試樣夾持機構組成，液槽視窗用耐熱橡膠墊密封，并安于工作臺上；每個試驗工作位都配有加熱器并由溫度調節控制儀調節、控制、行程顯微鏡由導軌支撐，與光源相對置于試驗工作位兩側，可沿導軌移動，其上安裝有照象機；試驗工作位與載荷機構之間連接有一載荷導向機構。該裝置可對預置裂紋試樣的裂紋演化過程和裂端細觀特點進行觀察、測定和拍照。
文檔編號G01N21/00GK2239029SQ9524291
公開日1996年10月30日 申請日期1995年3月23日 優先權日1995年3月23日
發明者董孝理, 劉光琳 申請人:四川聯合大學