[发明专利]一种精确测量高模量单丝纤维模量的方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种精确测量高模量单丝纤维杨氏模量的方法。

背景技术

目前针对高模量单丝纤维杨氏模量的国内外标准测量方法有ASTMC1557-03，GJB1871-1994等，这些测试方法比较相似，均是将单根纤维粘结在试样卡上，以设定的夹持长度及拉伸速度在等速伸长型试验机上拉至断裂，然后根据仪器记录的负荷伸长曲线及测得的平均截面积计算拉伸强度及拉伸弹性模量。然而由于仪器记录的伸长包含了测试系统的变形量以及受到粘结胶位置及其效果等其他因素的影响，其值需要进行校正，校正过程比较繁琐，精确性受到很大的影响。尤其是对伸长较小的脆性高模量纤维而言，精确测量纤维拉伸过程中的实际伸长量成为准确表征纤维模量的最关键也是非常困难的一环。采用光电引伸计对拉伸过程进行连续追踪是用的较多的一类方法，例如冯祖德（CN101251455B）发明的一种试验机单纤维夹具与拉伸强度测量方法中，应用光电引伸计追踪脆性陶瓷单纤维的应变，然而由于追踪的是夹持纸框边距，易将纸框与纤维之间粘胶的影响引入误差。雷振坤等在纤维上涂上对比强烈的标记而进行标记点变形测量，利用单镜头CCD记录拉伸变形前后的数字图像，对其进行相关运算，得到位移以用于模量的计算。但其产生的图像或者光信号需要借助很苛刻的光照环境和复杂的算法来完成转换计算，而且对于跨距长而应变小的细丝纤维，精确性明显下降，受环境因素和人为操作影响大。也有利用激光干涉技术，或激光三角反射法测量样品变形，然而由于需要夹持激光发射器及反光器件，样品负担较重，未见应用于脆性单丝纤维的模量测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确测量高模量单丝纤维杨氏模量的方法，旨在解决现在对于低应变率高模量纤维材料在模量测量中的出现的种种弊端。

本发明是这样实现的，一种精确测量高模量单丝纤维杨氏模量的方法，包括以下步骤：

（1）将单根纤维置于试样卡上，用粘结剂将纤维两端固定，待粘结剂固化后，将试样卡装入单丝拉伸实验机；

（2）在纤维上粘结两个垂直于所述纤维长度方向的标记，两个标记位于两端粘结剂之间；

（3）在单丝拉伸实验机的拉伸仪夹持器一侧放置LED发射器，另一侧放置HL-CCD接收器以及与所述HL-CCD接收器整合的CMOS监控摄像机，激光光幕平行穿过试样卡，标记遮挡的光束缺口通过HL-CCD接收器和CMOS摄像机的光信号转换成数字信号，数字信号与电脑相连接，实时读取并保存位移变化数据；

（4）沿试样卡标记位置剪断试样卡，开动拉伸仪夹持器，上夹具静止，下夹具按指定拉伸速度向下移动拉伸试样卡；

（5）记录拉伸力值及两个标记之间距离变化量，除以标记间原长，得到对应的应变，由拉伸力值与纤维的截面积计算得到纤维受到的应力，拉伸断裂后，根据获得的应力应变曲线拟合求出纤维的模量E值。

优选地，所述纤维直径为5～30μm。

优选地，所述纤维为脆性单丝。

优选地，在步骤（1）中，所述单根纤维为按照标准制样方法从束丝随机抽取得到。

优选地，在步骤（1）中，所述试样卡为方形纸卡，且所述试样卡两相对端设为供单丝拉伸实验机夹持的夹持区，所述单根纤维置于两夹持区之间。

优选地，在步骤（1）中，所述单根纤维经粘结剂固定后，两端粘结剂之间 的纤维长度为不小于10mm；

优选地，在步骤（2）中，所述两个标记在位于同一平面，且所述两个标记均与步骤（3）中的激光光幕垂直。

优选地，在步骤（3）中，所述LED发射器为高强度GaN绿色LED发射器。