[实用新型]测试微米级非金属复合材料力-电特性的单丝拔出试件

说明书

技术领域

本实用新型属于单丝拔出试件技术领域，具体涉及一种测试微米级非金属复合材料力-电特性的单丝拔出试件。 

背景技术

碳纤维水泥基复合材料具有应变敏感的功能特征，可开发作为本征智能材料应用于混凝土大坝等重要工程的无损自诊断检测。已有的研究表明：碳纤维水泥基复合材料体积电阻率的变化与材料内部裂纹的闭合与扩展有关；纤维的拔出与插入会引起界面接触电阻的变化，从而使碳纤维混凝土的体积电阻率发生变化。也就是复合材料界面结构的变化直接影响到材料电导率的变化。 

复合材料的界面非常复杂。表征复合材料界面的技术主要可分为两大类：仪器分析法和力学方法。力学方法主要用来表征不同界面微观结构的宏观响应，研究界面力学性能的最常用有直接法和间接法两大类。其中单丝拔出及其它单丝埋置模型是一种典型的直接方法。 

Brontman首先提出了用单丝拔出试验来测量界面粘接强度。单丝拔出实验的最大优点是比较直观，无论从几何上，从固化引起的残余应力上，还是从破坏引发上，都和实际情况比较接近。该法广泛用于测量玻璃纤维、玻璃棒、金属丝等在不同基体中的粘接强度。 

单丝拔出实验试件主要有两种：单丝推拉试件和单丝拔出试件。单丝拔出试件是将一根单丝穿过基体，做成棒-盘“十字头”试样，或者将纤维部分地埋置在基体中制成实验试件。这两种试件在制作时，对直径太细的纤维，尤其是微米级非金属纤维，纤维埋藏深度的控制上，在纤维固定以及试件做好后夹持到试验机上都是困难的（苏波，刘凤荣.复合材料界面的表征——单丝力学方法[J]宇航材料工艺.1987(03):10-15）。 

此外单丝拔出实验除了测试粘接强度外，应用单丝拔出实验测试其它力学特性前尚处在实验阶段，没有统一的测试仪器和制样测试标准。很多实验需要特殊的单纤维复合材料制备模具，特殊测量仪器和自制夹具(袁海根.表面处理对Kevlar纤维复合材料界面结合强度的影响[J]化学推进剂与高分子材料.2005,3(05):38-41)。通过碳纤维单丝拔出实验，对碳纤维水泥基复合材料电导率随界面应力的变化规律进行测试时，由于碳纤维直径是微米级，其抗剪能力弱，因此原有的实验试件模型制作是困难的，存在着纤维埋藏深度的难以控制，碳纤维的 不易固定，试件做好后在试验机上的难以夹持，纤维在固定和夹持过程中容易剪断的缺点，且原有类似实验试件夹持采用的是特制夹具。 

发明内容

本实用新型旨在克服上述的技术问题，目的是提供一种选材普通，制作简单，操作方便的测试微米级非金属复合材料力-电特性的单丝拔出试件，本试件能用来测试其他微米级纤维和不同基体的力-电特性。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：在矩形绝缘纸板的宽边中垂线的中间位置处开有一菱形孔，在矩形绝缘纸板的宽边中垂线的上部粘结有水泥基体，碳纤维单丝的上端埋入水泥基体中，上端埋入水泥基体的长度L为3～5mm，碳纤维单丝的下端采用粘结剂固定于矩形绝缘纸板的宽边中垂线的下部。 

在距水泥基体上端的10mm和20mm处依次设有第四电极和第三电极，在距菱形孔正下方的10mm和20mm处依次设有第二电极和第一电极，第四电极、第三电极、第二电极和第一电极均位于矩形绝缘纸板的宽边中垂线上，在第四电极、第三电极、第二电极和第一电极上采用银胶依次胶接有第四铜导线、第三铜导线、第二铜导线和第一铜导线。 

所述矩形绝缘纸板(5)是长×宽×厚为100×40×(0.1～0.2)mm的绝缘纸板。 

所述菱形孔对角线的宽为矩形绝缘纸板宽的0.6～0.7倍，菱形孔对角线的长为矩形绝缘纸板长的0.12～0.16倍。 

所述水泥基体的长×宽×厚为20×40×5mm，水泥基体采用水泥﹕碳黑﹕分散剂﹕水的质量比为100﹕1.1﹕2.2﹕30的混合料模压浇注而成。 

所述碳纤维单丝为PAN基碳纤维长丝，长度为50～60mm。 

本实用新型作为单丝拔出细观试件，试验时，将第一铜导线1通过恒流电源15与第四铜导线4连接，将第三铜导线3通过电压表14与和第二铜导线2连接。 

用四电极法测量电阻，在第一电极和第四电极的两电极间施加恒定电流，通过测量中间两电极间因电流而产生的电压，按照欧姆定律求得第二电极和第三电极两电极间的电阻。将矩形绝缘纸板的两个边夹持在微观实验拉伸仪上，伸出的四根铜导线与外部多功能数据采集仪联结。沿菱形孔的孔切口将纸剪断，施加拉伸位移进行单丝拔出实验，记录单丝拔出时电阻随拉伸位移的变化关系。 

由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：