專利名稱：聚合物熱機(jī)械性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物，特別是一種聚合物熱機(jī)械性能的測試裝置。
背景技術(shù)：
聚合物材料大范圍溫度壓力變化范圍時，聚合物的熱機(jī)械特性，例如膨脹系數(shù)，彈性模量，玻璃化溫度等重要參數(shù)決定其適用范圍。廠家提供一般材料參數(shù)膨脹系數(shù)，彈性模量，玻璃化溫度，但這些參數(shù)均是在常溫下測定的，由于聚合物材料本身具有粘彈性，熱穩(wěn)定原因，這些參數(shù)并非線性變化，因而對于在其它溫度壓力條件下，聚合物材料的熱機(jī)械性能變化并未給出，這在很大程度上限制了聚合物材料的應(yīng)用。在許多工程實際環(huán)境中，溫度壓力變化范圍很大，對聚合物使用要求很嚴(yán)格，因此有必要采用一定方案實現(xiàn)對聚合物材料特性進(jìn)行研究，確定其適用范圍并對其進(jìn)行改進(jìn)，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚合物熱機(jī)械性能的測試裝置，該裝置能在溫度壓力變化很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，而且具有使用方便，控制靈活，測量穩(wěn)定性、重復(fù)性良好和靈敏度高的特點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，由光源、耦合器、波長解調(diào)裝置、一光纖光柵傳感器與待測聚合物固定在一起的測量件、液壓裝置、可控溫箱、匹配液組成，其連接關(guān)系如下光源發(fā)出的寬帶光由光纖連接所述的耦合器的輸入端，該耦合器的輸出端接光纖光柵傳感器的輸入端，該耦合器的另一輸入端接波長解調(diào)裝置，以觀測光纖光柵傳感器的波長漂移，將測量件置于液壓裝置中，然后將液壓裝置置于控溫箱中。
所述的測量件是將光纖光柵傳感器粘貼在待測固態(tài)聚合物的外表面而形成一體的。
所述的測量件另一種形式是將光纖光柵傳感器和待測的液態(tài)聚合物封裝在金屬套管內(nèi)，然后升溫將聚合物固化形成的。
所述的測量件中所述的金屬套管與待測的聚合物之間還有一層導(dǎo)熱膠。


圖1是本發(fā)明聚合物熱機(jī)械性能測試裝置的具體結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的測量件的結(jié)構(gòu)示意3是測量件中光纖光柵傳感器的波長與溫度響應(yīng)特性曲線4是對應(yīng)的測量件中聚合物熱膨脹系數(shù)與溫度變化的特性曲線5是測量件中光纖光柵傳感器壓力響應(yīng)靈敏度隨溫度變化趨勢圖6是測量件中聚合物的彈性模量隨溫度的變化曲線圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例1首先選用一種待測聚合物4對光纖光柵傳感器3進(jìn)行灌封，在灌封過程中先將金屬套管1傾斜，然后沿該金屬套管1緩慢注入聚合物4的液體，將光纖光柵傳感器3封裝在金屬套管1中，最后對聚合物4進(jìn)行升溫固化形成一個測量件8，如圖2所示。將測量件8置于液壓裝置9中，然后將該液壓裝置9置于一控溫箱6中，以實現(xiàn)對其同時施加溫度與壓力。寬帶光源(BBS)5發(fā)出的光經(jīng)3dB耦合器10入射到光纖光柵傳感器3中，被反射后又經(jīng)3dB耦合器10送到波長解調(diào)裝置7，通過波長解調(diào)裝置7觀察光纖光柵傳感器3的反射峰中心波長的變化Δλc和帶寬Δλ3dB。通過高精度壓力表測得液壓裝置9中的壓力值，然后與光纖光柵傳感器3所測得的值進(jìn)行比較。高精度電子溫度計用來計量控溫箱6內(nèi)的溫度值。
采用逐步升溫法來測量聚合物4的熱膨脹系數(shù)和玻璃化溫度。先通過控溫室6對測量件8升溫，光纖光柵傳感器3升至不同溫度，得到光纖光柵傳感器3的波長與溫度的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示，然后根據(jù)下列公式進(jìn)行計算αsub=ΔλBλΔT-ξe1-pe≈ΔλBλ(1-pe)ΔT]]>得到聚合物4的熱膨脹系數(shù)變化特性以及玻璃化溫度，如圖4所示。公式中pe為光纖彈光系數(shù)，ΔT為溫度變化，λ為光纖光柵傳感器傳感器的中心波長，ΔλB為由溫度引起的光柵波長變化量。
測量聚合物4的機(jī)械性能同樣采用逐步升溫法，先通過控溫箱6將光纖光柵傳感器3升溫至不同溫度，待光纖光柵傳感器3的反射峰中心波長穩(wěn)定后，通過液壓裝置9在不同溫度下對光纖光柵傳感器3施加壓力，觀察光纖光柵傳感器3壓力響應(yīng)特性與溫度響應(yīng)特性之間的關(guān)系，得到一系列光纖光柵傳感器的壓力響應(yīng)靈敏度系數(shù)隨溫度變化趨勢，如圖5所示。根據(jù)公式E=-pe(1-pe)(1-2μ)λBΔPΔλB,]]>通過線性擬合分析比較聚合物4封裝后光纖光柵傳感器3在不同溫度下的升壓和降壓響應(yīng)特性，根據(jù)光纖光柵傳感器3的壓力靈敏度變化隨溫度變化趨勢，可以得出聚合物的熱機(jī)械性能的彈性模量的變化，如圖6所示，公式中μ為聚合物材料的泊松比系數(shù)，P為封裝光纖光柵傳感器3所受的壓力，ΔλB為由壓力引起的光柵波長變化量。
某些聚合物由于粘接性不好或者固化成型方法因素，無法直接與光纖光柵傳感器3進(jìn)行灌封，可以通過將光纖光柵傳感器3直接粘貼于固化后的聚合物材料4的表面，以保證聚合物材料4與光纖光柵傳感器傳感器之間力學(xué)傳遞效果。實驗步驟大致同上。本發(fā)明亦可應(yīng)用于金屬、陶瓷、復(fù)合材料、涂層材料、耐火材料等領(lǐng)域的材料性能測量。
通過以上分析和實驗表明，本發(fā)明該裝置能在溫度壓力變化很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，而且具有使用方便，控制靈活，測量穩(wěn)定性、重復(fù)性良好和靈敏度高的特點。
權(quán)利要求
1.一種聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，其特征在于它由光源(5)、耦合器(10)、波長解調(diào)裝置(7)、一光纖光柵傳感器(3)與待測聚合物4固定在一起的測量件(8)、液壓裝置(9)、控溫箱(6)、匹配液(11)組成，其連接關(guān)系如下光源(5)發(fā)出的寬帶光由光纖連接所述的耦合器(10)的輸入端，該耦合器(10)的輸出端接光纖光柵傳感器(3)的輸入端，該耦合器(10)的另一輸入端接波長解調(diào)裝置(7)，將測量件(8)置于液壓裝置(9)中，然后將液壓裝置(9)置于控溫箱(6)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，其特征在于所述的測量件(8)是將光纖光柵傳感器(3)粘貼在待測固體的聚合物(4)的外表面而形成一體的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，其特征在于所述的測量件(8)是將光纖光柵傳感器(3)和待測的聚合物液體(4)灌裝在金屬套管(1)，然后升溫將聚合物固化形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，其特征在于所述的測量件(8)中所述的金屬套管(1)與待測的聚合物(4)之間還有一層導(dǎo)熱膠(2)。
全文摘要
一種聚合物熱機(jī)械性能測試裝置，由光源、耦合器、波長解調(diào)裝置、一光纖光柵傳感器與待測聚合物固定在一起的測量件、液壓裝置、可控溫箱、匹配液組成，它將光纖光柵傳感器為核心的嵌入式聚合物材料熱機(jī)械性能監(jiān)測分析裝置，以控溫箱和液壓裝置組成調(diào)節(jié)部分，本發(fā)明裝置可以實現(xiàn)在大范圍的溫度變化下，對聚合物材料的熱膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變、熱固化形變、彈性模量變化等特性的測量。具有使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好，靈敏度高的特點。
文檔編號G01N25/00GK1828261SQ20061002535
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者孫安, 陳柏, 陳嘉琳, 林尊琪 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所