本發(fā)明屬于短纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具及其制件方法。

背景技術(shù)：

纖維在水泥基體中的粘結(jié)拔出特性是開發(fā)高性能纖維水泥基復(fù)合材料、發(fā)展纖維水泥基復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)模型以及對纖維合理改性的重要依據(jù)，而單根纖維在基體中的拔出實(shí)驗(yàn)是確定臨界嵌入長度(即超過此長度纖維將以很高的概率從基體拉斷，短于此長度將會有很高的概率發(fā)生拔出破壞)的最直接試驗(yàn)方法，而發(fā)生纖維拔出破壞情況下的單根纖維拔出實(shí)驗(yàn)結(jié)果則可直接用于確定纖維在基體或復(fù)合材料中的摩擦粘結(jié)強(qiáng)度、化學(xué)粘結(jié)強(qiáng)度和滑移硬化系數(shù)等細(xì)觀力學(xué)參數(shù)。針對短切有機(jī)纖維在基體中的拔出實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的制樣方法有以下突出的問題：1、許多研究者都盡可能使用相應(yīng)的長纖維來制作有關(guān)試樣，但在實(shí)際中，更多的研究者根本無法獲得與短切纖維相對應(yīng)的長纖維，并且在使用長纖維的情況下還將面臨以下一些問題：

1)許多纖維，尤其是親水性纖維，典型如聚乙烯醇纖維，即使是在經(jīng)過表面處理情況下其在水泥基基體中的臨界嵌入長度也僅有1mm左右甚至更短，而現(xiàn)有的方法是采取利用長纖維制樣而后使用切割機(jī)切出指定厚度(同纖維嵌入長度)，而當(dāng)纖維臨界嵌固長度僅有1mm左右甚至更短時(shí)，切割操作將變得非常困難，即使非常熟練和小心仍然很容易損壞試件，并且在切割時(shí)很可能導(dǎo)致纖維嵌固端的尾部發(fā)生明顯的變形，進(jìn)而可能導(dǎo)致測試結(jié)果與實(shí)際不符。

2)切割出來試件的切割面一旦出現(xiàn)不平整或是傾斜的現(xiàn)象，單根纖維拔出試樣將還需要進(jìn)行磨平處理，而這一處理過程同樣可能損壞或損傷試件，同樣可能導(dǎo)致纖維嵌固端的尾部發(fā)生明顯變形，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際不符。

3)現(xiàn)有的方法直接將經(jīng)切割和磨平處理后的試件使用膠水直接粘貼于試驗(yàn)輔具(通常是金屬質(zhì)地)上，纖維的尾部有接觸到膠水的風(fēng)險(xiǎn)，一旦纖維尾部接觸到膠水，則將導(dǎo)致拔出實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可信。

2、發(fā)現(xiàn)的極少數(shù)的研究者利用了短纖維制作單根纖維拔出試驗(yàn)試樣，但其未采取合理的手段控制纖維的方向，即該制樣方法纖維在基體中的嵌入方向幾乎不受控制，其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響完全不受控制，難以估計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上缺點(diǎn)，立足于解決現(xiàn)有纖維拉拔試驗(yàn)試樣制作困難，纖維長度不易控制的問題。提出了一種直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具及其制件方法，該模具及制件方法通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可準(zhǔn)確控制纖維在試樣基體中的嵌入長度，同時(shí)可以確保纖維不發(fā)生破壞并保持原貌，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具，包括緊固件，其特征是，所述緊固件穿過橫向擋板、模具底板、第一定位柱、第一定位板、第二定位柱和第二定位板將其鎖緊為一體；橫向擋板和縱向擋板安裝在所述模具底板上面圍成試件模腔，蓋板蓋在橫向擋板和縱向擋板上面；所述第一定位板和第二定位板順次安裝在模具底板下方；所述蓋板、模具底板、第一定位板和第二定位板上面均設(shè)有處于同一軸心的多個(gè)穿針孔。

優(yōu)先地，所述橫向擋板和/或縱向擋板內(nèi)側(cè)開設(shè)有槽口,槽口與試件模腔鄰接邊緣高度低于其自身對應(yīng)的頂面高度0.5-2mm，其高差宜控制在不超過基體原料中物料最大粒徑的1.5～2倍，通過多次實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選1mm，當(dāng)槽口靠近試件模腔低1mm時(shí)，在蓋板蓋上之后，多余的制件物料會被壓入槽口內(nèi)，確保試件表面平整。橫向擋板和縱向擋板也可以單獨(dú)開設(shè)槽口。另外，槽口的截面形狀可以是弧形、矩形、梯形、倒梯形或倒三角形。

優(yōu)先地，所述第二定位板的穿針孔下方還開設(shè)有螺紋孔，螺絲旋在螺紋孔內(nèi)，采用此種設(shè)計(jì)方式，可以精確控制纖維在試件基體中的嵌入長度，滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求。

優(yōu)先地，模具底板底面覆有橡膠片，橡膠片采用1mm～2mm厚的橡膠片，橡膠片與試件基體接觸面不需要涂刷脫模劑即可與試件分離，可避免脫模劑對所接觸基體可能產(chǎn)生的不利影響，尤其是避免當(dāng)纖維嵌入長度很短時(shí)脫模劑可能對基體產(chǎn)生的不利影響。

在試樣的制作中，纖維和基體可能呈現(xiàn)不同傾角，因此，穿針孔與各板形成的夾角為15-90度，這樣穿針孔可以根據(jù)試驗(yàn)要求，既可以垂直穿過也可以傾斜穿過布設(shè)在蓋板、模具底板、第一定位板和第二定位板上面。

基于上述裝置，本發(fā)明還提出了一種直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具制件方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將纖維的一端通過漿糊黏貼在鋼針的尾部，靜置直到漿糊固化使纖維連接固定在鋼針上；

2)將橡膠片利用漿糊平整地黏貼在試模底板上，待漿糊固化后，使用與穿針孔匹配的鋼針將試模穿針孔上方的橡膠片扎穿；

3)調(diào)整好螺絲在螺紋孔內(nèi)旋入高度，以保證尾部固定纖維的鋼針在穿過第二定位板上的穿針孔抵達(dá)螺絲頂部時(shí)，纖維尾部留在基體內(nèi)的長度為目標(biāo)長度；

4)將樣料倒入試件模腔內(nèi)，蓋上蓋板將試樣表面壓平，多余的漿料被壓入槽口內(nèi)；

5)開始將步驟1)制成的鋼針帶著纖維順著蓋板上面的穿針孔開始依次下穿，最后鋼針頂部頂在螺絲到達(dá)設(shè)定位置，此時(shí)纖維尾部以目標(biāo)長度嵌在試件基體內(nèi)；

6)基于步驟5)，將整個(gè)裝置放置24小時(shí)以上，使試件固化成型；

7)基于步驟6)，卸下蓋板和定位鋼針，將整個(gè)裝置放入水中浸泡10-30分鐘，使鋼針與纖維黏結(jié)的漿糊軟化，兩者分離完成；

8)基于步驟7)，卸下螺絲，使鋼針自動掉落，卸下橡膠片，利用切割機(jī)將連排分布的多個(gè)試樣切成獨(dú)立的單絲纖維拉拔試樣即完成試件制作。

在上述制件方法中，步驟1所述的漿糊為米漿漿糊、淀粉漿糊或面粉漿糊，這三種材料最容易獲得，同時(shí)其效果不是永久性的，若用水浸泡，可以使其黏性自動失效，滿足本實(shí)驗(yàn)不破壞纖維的要求。

在上述的制件方法中，鋼針頂部是設(shè)有缺口的，由于纖維的直徑很細(xì)，可以將其通過黏糊黏在鋼針的缺口位置，這樣確保每根纖維在試樣上的撥出長度都相同。在上述的制件方法中，步驟2)所述的將橡膠片使用米漿漿糊、淀粉漿糊或面粉漿糊平整地黏貼在試模底板上，待漿糊固化后進(jìn)行后續(xù)操作。

在上述的制件方法中，步驟2)使用與穿針孔匹配的鋼針預(yù)先將模具底板正上方的橡膠片扎穿，以減小制樣時(shí)尾部帶纖維鋼針穿針穿過橡膠片時(shí)的阻力，橡膠片本身具備的彈性特征優(yōu)將保證鋼針拔出后基本閉合，從而保證澆筑試件時(shí)的集體材料不會透過橡膠片上的穿針孔流失。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可準(zhǔn)確控制纖維在試樣中的拔插長度，同時(shí)可以確保纖維不發(fā)生破壞，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和可靠性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制件方便，適宜推廣使用。

附圖說明

現(xiàn)在接下來借助于實(shí)施例的附圖來對本發(fā)明進(jìn)行簡短的描述。附圖中：

圖1示出了本發(fā)明直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具的主視圖；

圖2示出了本發(fā)明直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具的側(cè)視圖；

圖3示出了本發(fā)明制件區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明制件鋼針穿拔試件流程示意圖。

圖中：1、橫向擋板，2、鋼針，3、穿針孔，4.蓋板，5、模具底板，6、第一定位板，7、第二定位板，8、支柱，9、螺紋孔，10、縱向擋板，11、螺絲，12、試件模腔，13、橡膠片，14、緊固件，15、第一定位柱，16、第二定位柱，17、定位鋼絲。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

利用本發(fā)明制備的模具制作單根玄武巖纖維拔出試樣：目標(biāo)試樣使用直型短切玄武巖纖維，纖維的長度和直徑分別為15mm和9μm，試樣中纖維嵌入到基體中的長度為1mm，穿針孔3垂直穿過蓋板4、模具底板5、第一定位板6和第二定位板7。

如圖所示，直型短切纖維拉拔試驗(yàn)試樣成型模具，包括緊固件14，緊固件14為螺絲。緊固件14穿過橫向擋板1、模具底板5、第一定位柱15、第一定位板6、第二定位柱16和第二定位板7將其鎖緊為一體形成整個(gè)模具。另外，第二定位板7的下方還連接有支柱8，支柱8可以將整個(gè)模具撐起，便于試件的制作。橫向擋板1和縱向擋板10安裝在所述模具底板5上面圍成試件模腔12，模具底板5底面覆有橡膠片13。橫向擋板1和縱向擋板10內(nèi)側(cè)開設(shè)有槽口,槽口與試件模腔12鄰接邊緣高度低于其自身對應(yīng)的端面高度0.5mm，本實(shí)施例中，槽口的截面形狀為弧形。

蓋板4蓋在橫向擋板1和縱向擋板10上面；所述第一定位板6和第二定位板7順次安裝在模具底板5下方；所述蓋板4、模具底板5、第一定位板6和第二定位板7上面均設(shè)有處于同一軸心的多個(gè)穿針孔3。在整個(gè)模具的安裝過程中，為了保證各部件的穿針孔3都準(zhǔn)確位于同一軸心，可以通過定位鋼絲17穿在各部件的預(yù)留孔中，進(jìn)行定位，然后在鎖緊緊固件14。

在模具使用中，為了準(zhǔn)確控制纖維在試件上面的拔出長度，滿足不同的實(shí)驗(yàn)要求，我們在第二定位板7的穿針孔3下方還開設(shè)有螺紋孔9，螺絲11旋在螺紋孔9內(nèi)，可以通過螺絲11旋入螺紋孔9內(nèi)的距離來頂住鋼針，從而能準(zhǔn)確控制纖維的撥出長度。

基于上述裝置，所使用的鋼針2為頂部設(shè)有缺口的鋼針，本實(shí)施中的制件方法，包括以下步驟：

1)將纖維的一端通過米漿漿糊黏貼在鋼針2的尾部，靜置20分鐘，直到漿糊固化使纖維連接固定在鋼針2上；

2)將橡膠片13利用漿糊平整地黏貼在試模底板上，待漿糊固化后，使用與穿針孔匹配的鋼針將試模穿針孔上方的橡膠片13扎穿；

3)調(diào)整好螺絲在螺紋孔9內(nèi)旋入高度，以保證尾部固定纖維的鋼針在穿過第二定位板7上的穿針孔抵達(dá)螺絲頂部時(shí)，纖維尾部留在基體內(nèi)的長度為目標(biāo)長度；

4)將樣料倒入試件模腔12內(nèi)，蓋上蓋板4將試樣表面壓平，多余的漿料被壓入槽口內(nèi)；

5)開始將步驟1)制成的鋼針2帶著纖維順著蓋板4上面的穿針孔開始依次下穿，最后鋼針頂部頂在螺絲11到達(dá)設(shè)定位置，此時(shí)纖維尾部以目標(biāo)長度嵌在試件基體內(nèi)；

6)基于步驟5)，將整個(gè)裝置放置25小時(shí)，使試件固化成型；

7)基于步驟6)，卸下蓋板和定位鋼針，將整個(gè)裝置放入水中浸泡10分鐘，使鋼針與纖維黏結(jié)的漿糊軟化，兩者分離完成；

8)基于步驟7)，卸下螺絲11，使鋼針2自動掉落，卸下橡膠片13，利用切割機(jī)將連排分布的多個(gè)試樣切成獨(dú)立的單絲纖維拉拔試樣即完成試件制作。

實(shí)施例2

本實(shí)施例模具的結(jié)構(gòu)于實(shí)施1相同，本實(shí)施例是用來制作單根聚乙烯纖維拔出試樣，纖維直徑為25μm，纖維長度為12mm，纖維嵌入到基體中的目標(biāo)長度為2mm，所使用的鋼針2為頂部設(shè)有缺口的鋼針且穿針孔3傾斜45度穿過蓋板4、模具底板5、第一定位板6和第二定位板7，包括以下步驟：

1)將纖維的一端通過面粉漿糊黏貼在鋼針2的尾部，靜置30分鐘，直到漿糊固化使纖維連接固定在鋼針2上；

2)將橡膠片13利用漿糊平整地黏貼在試模底板上，待漿糊固化后，使用與穿針孔匹配的鋼針將試模穿針孔上方的橡膠片13扎穿；

3)調(diào)整好螺絲在螺紋孔9內(nèi)旋入高度，以保證尾部固定纖維的鋼針在穿過第二定位板7上的穿針孔抵達(dá)螺絲頂部時(shí)，纖維尾部留在基體內(nèi)的長度為目標(biāo)長度；4)將樣料倒入試件模腔12內(nèi)，蓋上蓋板4將試樣表面壓平，多余的漿料被壓入槽口內(nèi)；

5)開始將步驟1)制成的鋼針2帶著纖維順著蓋板4上面的穿針孔開始依次下穿，最后鋼針頂部頂在螺絲11到達(dá)設(shè)定位置，此時(shí)纖維尾部以目標(biāo)長度嵌在試件基體內(nèi)；

6)基于步驟5)，將整個(gè)裝置放置25小時(shí)，使試件固化成型；

7)基于步驟6)，卸下蓋板和定位鋼針，將整個(gè)裝置放入水中浸泡30分鐘，使鋼針與纖維黏結(jié)的漿糊軟化，兩者分離完成；

8)基于步驟7)，卸下螺絲11，使鋼針2自動掉落，卸下橡膠片13，制件完成，沿著與纖維平行的方向，在相鄰兩根纖維中間位置切開即可制得最終單個(gè)單根纖維拔出試樣。