[發明專利]一種水凝膠拉伸試樣的制備與夾持測試方法

有效

• 申請號: 201711439386.6
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108195675B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 馬國軍;吳承偉;丁帥文;馬建立;張偉;呂永濤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04;G01N1/28
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種水凝膠拉伸試樣的制備方法，其特征在于以下步驟：

第一步，制備澆鑄模具(1)

采用3D打印或常規機加工成型的方法制備澆鑄模具(1)，澆鑄模具(1)的外輪廓為長方形，其模腔整體成啞鈴型，沿長度方向，依次為夾持段(I)、過渡段(II)、標距段(III)、過渡段(II)、夾持段(I)，以標距段(III)為中心，左右兩端為對稱結構；所述模腔各部分的橫截面均為矩形，夾持段(I)、標距段(III)處的深度、寬度、長度均為常數，過渡段(II)處模腔深度和寬度沿長度方向為弧形過渡變化；

所述澆鑄模具(1)各部分尺寸參數滿足以下要求：所述夾持段(I)處模腔深度不小于標距段(III)處模腔深度的2倍，寬度不小于標距段(III)處模腔寬度的7.5倍，長度不小于標距段(III)處模腔寬度的7.5倍；所述過渡段(II)處模腔長度不小于標距段(III)處模腔長度的1/3，采用弧形過渡，避免應力集中；所述標距段(III)處模腔的深度、寬度和長度滿足試驗標準；

第二步，加工一對夾持環

采用3D打印或常規機加工成型方法，加工一對夾持環(3)，外部結構形式為圓柱型，內部結構根據試驗機夾具確定；當試驗機夾具采用楔形自鎖式夾具(4)或對夾式夾具(5)時，夾持環(3)內部為實心結構或空心結構；當采用銷釘式夾具(6)時，夾持環(3)采用空心結構，夾持環(3)的內孔直徑大于銷釘外徑；

所述夾持環(3)的尺寸滿足以下要求：夾持環(3)的高度大于澆鑄模具(1)夾持段(I)處的模腔深度；夾持環(3)的外徑不小于澆鑄模具(1)的標距段(III)寬度的2.5倍；當夾持環(3)內部為空心結構時，其壁厚要求能夠保證試驗過程中夾持環(3)不被夾具夾壞；

第三步，將加工好的兩個夾持環(3)預先放置并固定在澆鑄模具(1)的夾持段(I)處，夾持環(3)的中心在澆鑄模具(1)長度方向的中心線上，夾持環(3)靠近端部的外緣到模腔端部邊緣的距離不小于澆鑄模具(1)標距段(III)處模腔寬度的3.5倍，夾持環(3)靠近過渡段外邊緣距過渡段(II)的邊緣距離不小于模腔標距段(III)寬度的1.5倍，夾持環(3)兩側外緣到澆鑄模具(1)夾持段(I)處模腔內邊緣的距離不小于模腔標距段(III)寬度的2.5倍；

第四步，將調配好的水凝膠溶液倒入預置夾持環(3)的澆鑄模具(1)內，固化后脫模，得到變厚度并預置夾持環的水凝膠拉伸試樣(2)，水凝膠拉伸試樣(2)與模腔形狀一致。

2.根據權利要求1所述的一種水凝膠拉伸試樣的制備方法，其特征在于，所述夾持環(3)的高度比夾持段(I)處的模腔深度大1～5mm。

3.根據權利要求1或2所述的一種水凝膠拉伸試樣的制備方法，其特征在于，當采用3D打印制備澆鑄模具(1)時，成型材料為工程塑料，當采用常規機加工成型方法制備澆鑄模具(1)時，成型材料為金屬材料。

4.根據權利要求1或2所述的一種水凝膠拉伸試樣的制備方法，其特征在于，所述的夾持環(3)的材質為硬質塑料或金屬。

5.根據權利要求3所述的一種水凝膠拉伸試樣的制備方法，其特征在于，所述的夾持環(3)的材質為硬質塑料或金屬。

6.采用權利要求1-5任一所述的制備方法得到的變厚度并預置夾持環的水凝膠拉伸試樣的夾持測試方法，其特征在于以下步驟：

第一步，將制備好的水凝膠拉伸試樣(2)裝到試驗機夾具之上，根據所使用拉伸試驗機配備的夾具選擇相應的夾持方法，所述的試驗機配備的夾具包括楔形自鎖式夾具(4)、對夾式夾具(5)、銷釘式夾具(6)；具體如下：

①若夾具為常規自鎖式楔形夾具(4)，在拉伸過程中，楔塊靠摩擦力夾住夾持環(3)運動，夾持環(3)作用于水凝膠拉伸試樣(2)，拉伸水凝膠拉伸試樣(2)；

②若夾具為對夾式夾具(5)，作用原理與常規自鎖式楔形夾具(4)相似，夾持環(3)被對夾式夾具(5)的螺紋桿頂住的摩擦塊夾持一起運動；

③若夾具為銷釘式夾具(6)，將銷釘穿過夾持環(3)的內孔拉伸即可；

第二步，在水凝膠拉伸試樣(2)表面上標注光學斑點用于非接觸式應變測量，設定好試驗條件開始拉伸試驗并記錄數據；

第三步，試驗完成后，保存并進行數據分析，得到水凝膠的各項拉伸力學性能參數，整個試驗結束。