[發(fā)明專利]一種精確測(cè)量高模量單絲纖維模量的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410130848.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104062178A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)婷;費(fèi)又慶;寧曉魏;楊希迎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精確測(cè)量高模量單絲纖維楊氏模量的方法。

背景技術(shù)

目前針對(duì)高模量單絲纖維楊氏模量的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法有ASTMC1557-03，GJB1871-1994等，這些測(cè)試方法比較相似，均是將單根纖維粘結(jié)在試樣卡上，以設(shè)定的夾持長(zhǎng)度及拉伸速度在等速伸長(zhǎng)型試驗(yàn)機(jī)上拉至斷裂，然后根據(jù)儀器記錄的負(fù)荷伸長(zhǎng)曲線及測(cè)得的平均截面積計(jì)算拉伸強(qiáng)度及拉伸彈性模量。然而由于儀器記錄的伸長(zhǎng)包含了測(cè)試系統(tǒng)的變形量以及受到粘結(jié)膠位置及其效果等其他因素的影響，其值需要進(jìn)行校正，校正過(guò)程比較繁瑣，精確性受到很大的影響。尤其是對(duì)伸長(zhǎng)較小的脆性高模量纖維而言，精確測(cè)量纖維拉伸過(guò)程中的實(shí)際伸長(zhǎng)量成為準(zhǔn)確表征纖維模量的最關(guān)鍵也是非常困難的一環(huán)。采用光電引伸計(jì)對(duì)拉伸過(guò)程進(jìn)行連續(xù)追蹤是用的較多的一類(lèi)方法，例如馮祖德（CN101251455B）發(fā)明的一種試驗(yàn)機(jī)單纖維夾具與拉伸強(qiáng)度測(cè)量方法中，應(yīng)用光電引伸計(jì)追蹤脆性陶瓷單纖維的應(yīng)變，然而由于追蹤的是夾持紙框邊距，易將紙框與纖維之間粘膠的影響引入誤差。雷振坤等在纖維上涂上對(duì)比強(qiáng)烈的標(biāo)記而進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)變形測(cè)量，利用單鏡頭CCD記錄拉伸變形前后的數(shù)字圖像，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到位移以用于模量的計(jì)算。但其產(chǎn)生的圖像或者光信號(hào)需要借助很苛刻的光照環(huán)境和復(fù)雜的算法來(lái)完成轉(zhuǎn)換計(jì)算，而且對(duì)于跨距長(zhǎng)而應(yīng)變小的細(xì)絲纖維，精確性明顯下降，受環(huán)境因素和人為操作影響大。也有利用激光干涉技術(shù)，或激光三角反射法測(cè)量樣品變形，然而由于需要夾持激光發(fā)射器及反光器件，樣品負(fù)擔(dān)較重，未見(jiàn)應(yīng)用于脆性單絲纖維的模量測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種精確測(cè)量高模量單絲纖維楊氏模量的方法，旨在解決現(xiàn)在對(duì)于低應(yīng)變率高模量纖維材料在模量測(cè)量中的出現(xiàn)的種種弊端。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種精確測(cè)量高模量單絲纖維楊氏模量的方法，包括以下步驟：

（1）將單根纖維置于試樣卡上，用粘結(jié)劑將纖維兩端固定，待粘結(jié)劑固化后，將試樣卡裝入單絲拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)；

（2）在纖維上粘結(jié)兩個(gè)垂直于所述纖維長(zhǎng)度方向的標(biāo)記，兩個(gè)標(biāo)記位于兩端粘結(jié)劑之間；

（3）在單絲拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)的拉伸儀夾持器一側(cè)放置LED發(fā)射器，另一側(cè)放置HL-CCD接收器以及與所述HL-CCD接收器整合的CMOS監(jiān)控?cái)z像機(jī)，激光光幕平行穿過(guò)試樣卡，標(biāo)記遮擋的光束缺口通過(guò)HL-CCD接收器和CMOS攝像機(jī)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)與電腦相連接，實(shí)時(shí)讀取并保存位移變化數(shù)據(jù)；

（4）沿試樣卡標(biāo)記位置剪斷試樣卡，開(kāi)動(dòng)拉伸儀夾持器，上夾具靜止，下夾具按指定拉伸速度向下移動(dòng)拉伸試樣卡；

（5）記錄拉伸力值及兩個(gè)標(biāo)記之間距離變化量，除以標(biāo)記間原長(zhǎng)，得到對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，由拉伸力值與纖維的截面積計(jì)算得到纖維受到的應(yīng)力，拉伸斷裂后，根據(jù)獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線擬合求出纖維的模量E值。

優(yōu)選地，所述纖維直徑為5～30μm。

優(yōu)選地，所述纖維為脆性單絲。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述單根纖維為按照標(biāo)準(zhǔn)制樣方法從束絲隨機(jī)抽取得到。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述試樣卡為方形紙卡，且所述試樣卡兩相對(duì)端設(shè)為供單絲拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)夾持的夾持區(qū)，所述單根纖維置于兩夾持區(qū)之間。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述單根纖維經(jīng)粘結(jié)劑固定后，兩端粘結(jié)劑之間 的纖維長(zhǎng)度為不小于10mm；

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述兩個(gè)標(biāo)記在位于同一平面，且所述兩個(gè)標(biāo)記均與步驟（3）中的激光光幕垂直。

優(yōu)選地，在步驟（3）中，所述LED發(fā)射器為高強(qiáng)度GaN綠色LED發(fā)射器。