[發明專利]一種三層復合紙各層面內彈性模量的測試方法

有效

• 申請號: 202010072424.4
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111220481B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 周平;閆英;康仁科;郭嘉霖;郭東明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明公開了一種三層復合紙各層面內彈性模量的測試方法，包括以下步驟：準備3種試樣；將3種試樣分別切成標準彎曲試樣，并測試彎曲剛度K；測試每一層材料的厚度；根據多層復合梁的彎曲特性，得到包含紙芯層彈性模量E₁、表面浸漬層彈性模量E₂和粘接層彈性模量E₃的三元一次方程，進而求解得到各層彈性模量。本發明直接采用成品復合紙進行測試，過程中無需將復合紙各層剝離，因此，操作簡單；本發明不存在剝離過程中材料變形過大而發生材料性能變化，測量結果能真實反應材料性能。本發明通過彎曲模量反演獲得各層彈性模量，彎曲應力和復合紙面內方向一致，得到的是復合紙面內方向的彈性模量，避免了現有方法用于結構分析可能存在的偏差。

技術領域

本發明屬于復合紙彈性模量測試實驗研究領域，特別是一種三層復合紙各層面內彈性模量的測試方法。

背景技術

復合紙由紙芯和表層材料疊加而成，在輕量化蜂窩結構、絕緣包覆結構等領域具有非常廣泛的應用前景。復合紙力學特性是相關結構設計和加工分析的基礎，然而，由于復合紙單層剝離困難，在剝離過程中會因較大的變形引起力學特性發生變化，無法采用均質材料力學特性測試方法獲得每一層的準確力學特性。此外，在復合紙制備過程中，工藝過程對紙芯和表層材料力學特性產生影響，其力學特性和原始材料的力學特性會有差異，原始材料例如紙芯原材料和浸漬層原材料的力學特性和成品復合紙各層力學特性存在一定差異。通過微觀力學壓縮試驗，并借助顯微鏡實時觀測，可以獲得在給定載荷下各層的壓縮量，進而得到各層壓縮力學特性。但是，這種測試方法得到的是厚度方向上的壓縮模量。而在復合紙結構中，例如芳綸紙蜂窩結構中，力的傳遞方向主要是蜂窩紙面內方向。在復合紙制備過程中，隨機纖維壓縮而成的紙芯層存在各向異性，面內和厚度方向的力學特性會存在差異。即便是高分子浸漬層，受分子鏈方向和固化過程影響，也會有各向異性特點。因此，如何對成品復合紙每一層的面內彈性模量進行測試是目前亟待解決的問題。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能對成品三層復合紙每一層的面內彈性模量進行測試的三層復合紙各層面內彈性模量的測試方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種三層復合紙各層面內彈性模量的測試方法，包括以下步驟：

步驟1：準備3種試樣，分別為單張復合紙試樣、2張復合紙粘接試樣和3張復合紙粘接試樣；所述的單張復合紙試樣由紙芯層和上下兩層表面浸漬層組成，所述的2張復合紙粘接試樣由上下2張單張復合紙試樣通過粘接層粘接而成；所述的3張復合紙粘接試樣由上中下3張單張復合紙試樣通過粘接層粘接而成；

步驟2：將3種試樣分別切成標準彎曲試樣，并測試彎曲剛度K；將3種試樣的彎曲剛度分別記為K₁、K₂、K₃；

步驟3：觀測3種試樣的截面，測試每一層材料的厚度，其中紙芯層厚度記為h₁，表面浸漬層厚度記為h₂，粘接層厚度記為h₃；

步驟4：根據多層復合梁的彎曲特性，3種試樣的彎曲剛度計算公式如下：

將測試獲得的彎曲剛度和每一層材料的厚度代入公式(1)-(3)，得到包含紙芯層彈性模量E₁、表面浸漬層彈性模量E₂和粘接層彈性模量E₃的三元一次方程，進而求解得到各層彈性模量。

進一步地，步驟2中所述的彎曲剛度測試方法，根據國際標準ISO 5628-2012或國家標準中關于彎曲剛度的測試方法，將試樣切成標準三點彎曲試樣或四點彎曲試樣，測試彎曲剛度；采用三點彎曲方式時，彎曲剛度K的計算公式為：