[发明专利]一种可测试流体应力应变曲线的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体应力应变曲线的测试装置，具体来说是在传统万能材料 试验机的基础上，通过设计合适的样品载台和采用高精度的力学测试系统测量流 体在拉伸过程中力与位移的关系变化，属于高分子物理领域。

背景技术

应力应变曲线是描述材料力学性能的重要图形，呈现的是材料在外力作用下 发生形变而记录的应力和应变的关系。万能材料试验机是测试高强度材料力学性 能的常规设备，对于强度较低的纤维材料，单纤维强力仪可以很好的表征其力学 性能。然而对于熔体或者高分子溶液来说，从宏观上表征其拉伸过程中力与位移 的变化一直是个难题，但这对于高分子材料成型、胶黏剂研发和涂料工业又是极 其重要的。例如在纺丝成型过程中熔体或高分子溶液从喷丝孔挤出的单轴拉伸， 或者胶黏剂、涂料在使用时受到的拉伸等。为此市场上已有相应的拉伸流变仪诞 生，如SER(SentmanatExtensionalRheometer)通用测试平台可用于测定熔体拉伸 变形行为，CaBER(CapillaryBreakupExtensionalRheology)可用于测定高分子溶 液在单轴拉伸时溶液细丝直径随拉伸时间的变化曲线，同时他们都可以测定流体 的拉伸粘度等相关信息。

尽管如此，有关本发明所涉及的测定流体应力应变曲线的装置至今尚未见公 开，其装置设想和测试方法也是由本发明首次提及。

发明内容

本发明在传统万能材料试验机的基础上，提出采用圆形样品载台代替样品夹 具，再配备高精度力学测试系统，进而测量流体在拉伸过程中的应力应变曲线。

具体内容如下：

一种测试流体应力应变曲线的装置主要包括：(1)温度可控的样品载台和(2) 可测试mN级微小变化的力学测试元件，通过计算机控制上下载台的移动获得流 体拉伸过程中力随位移的变化曲线。

其中所述的流体可以是高分子熔体，也可以是高分子在溶剂中溶解而得到的 高分子溶液。

所述的样品载台为圆形，直径为5-15mm，可拆卸、更换，载台温度控制范 围为室温-250℃，其中温度控制可采用油浴循环加热或电加热方式。

所述的流体应变的发生可以是通过计算机控制上载台向上移动，也可以是控 制下载台向下移动来完成，其中上下载台的最大距离可达20cm，上下载台的移 动速度可控制在100-1000mm/min。

所采用的高精度力学测试元件可以测量10mN-5cN的力的变化。

此发明装置可以快速获得流体宏观拉伸性能的相关信息，在热塑性材料的吹 膜成形、高分子纤维制备、胶黏剂研发以及涂料行业具有应用价值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明，给出了测试纤维素离子液体溶液时采用的装置示 意图，如图1所示，图2是纤维素溶液在拉伸时的变化示意图，图3是测得的 纤维素溶液的应力应变曲线。

具体实施例

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之 后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本 申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

纤维素离子液体溶液在80℃时的应力应变曲线测试

选择直径为1cm的载台为本次试验的样品台，开启图1中的循环油浴并设 定温度在80℃，待上、下载台温度恒定时开始加样，为方便加样可通过计算机 调节下载台向下移动，待样品加好后回复至初始位置，为了防止载台温度的散失， 可通过加装图1中的防护罩进行保温，设定本次试验时上下载台距离8mm为初 始位置。此时因溶液表面张力的作用将会与上下载台形成如图2a的形状。通过 计算机设定下载台向下移动速度为300mm/min，在下载台下移的过程中纤维素 离子液体溶液受到拉伸，但因为表面张力的存在溶液被拉伸的状态会延续一段时 间，如图2b，c所示，最终溶液破裂到达测试终点，如图2d。在位移传感器和 测力传感器的记录下，将数据传到计算机中绘制出如图3所示的应力应变曲线。

实施例2

聚丙烯熔体的应力应变曲线测试

聚丙烯是可以熔融的高分子，其熔点大约是170℃，为此本次测试样品载台 的加热方式改为电加热，并固定下载台，通过上载台的上移进行拉伸试验。选择 载台的直径为15mm，设定上下载台距离10mm为初始位置。当载台温度加热到 170℃时，将一定量的聚丙烯颗粒放在载台上待其完全熔融后，将上载台返回至 初始位置，并用防护罩进行保温，在表面张力的作用下形成与实例1中图2a类 似的形状。设定上载台向上移动速度为800mm/min，直至熔体断裂，在位移传 感器和测力传感器的记录下得到聚丙烯熔体的应力应变曲线。