[发明专利]一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置

说明书

本发明公开了一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置，属于纤维材料力学性能测试装置。此装置可独立完成纤维或纤维细绳的应力松弛测试，也可以安装在万能材料试验机上，进行纤维材料或纤维细绳的拉伸性能测试与应力松弛测试。试验装置包括加载装置和数据采集装置，加载装置内部夹具的夹持方式可减少纤维在测试过程中产生的应力集中和纤维滑移的情况。加载装置尺寸较小，可将多个试样放置于环境试验箱中进行环境试验，提高试验效率。

技术领域

本发明涉材料力学性能测试装置，具体是一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置。

背景技术

随着科学技术的发展与进步。新的纤维品种不断出现，特别是随着航空航天、新能源、海洋、生物医学、通讯信息、军工等高科技产业的迅速发展。对纤维材料性能的要求越来越高，也促进了对新型纤维的研究与开发。因此诞生了一大批高性能纤维。其中，芳纶纤维经过近几十年的发展与改进，具有超高强度、高模量和耐高温、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能。这些性能特点也使其成为了综合性能最优越的高性能纤维。

由芳纶纤维制备的增强复合材料具有轻质、高强、耐磨等一系列优异性能，因此在许多工程领域都有重要应用。如在航空工业中，芳纶复合材料可用于制造雷达天线罩、贮藏箱柜、空气风道和整流罩等。有研究表明，在使用有一定预应力的芳纶纤维制备一些复合材料构件时，可提高构件的破坏荷载，改善其在使用阶段的力学性能。因此研究纤维由于预应力而产生的应力松弛情况，对芳纶纤维及其复合材料应用有重要的积极作用。

目前纤维材料应力松弛的测试方法主要是参考纤维材料拉伸性能的测试方法，在纤维两端使用强力胶将纤维固定在加强片上。然后使用万能材料试验机的拉伸测试方法进行应力松弛测试。在测试过程中纤维纤维束极易产生滑移，导致测试失败；或者由于夹具加持力过大导致夹具对纤维产生剪切力，导致夹持部位纤维产生损伤。所以纤维束失效部位往往发生于夹持部位。除此之外，因应力松弛测试周期较长，需要长时间占用材料试验机。而且目前的方法和装置无法满足研究纤维在不同环境条件下的应力松弛性能。因此，需要开发出一种高效可靠、可满足在环境试验条件下进行应力松弛试验试验方法及其试验装置。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

在本发明提供的一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置，所述装置包括加载装置和数据采集装置两部分。加载装置具有以下特征：加载装置包括安装架、上夹具、下夹具、垫块和调节螺母。下夹具通过双头螺栓与安装架进行连接固定。上、下夹具包括双头连接螺栓、安装块、圆柱形平衡块、球头形缓冲块、纤维夹持块。球头形缓冲块有较大弧长的应力缓冲区域，缓冲块通过螺栓与安装块连接。圆柱形平衡块通过螺栓与安装块连接，通过圆柱形平衡块来调整整个夹具的平衡状态。上、下夹具也可以与万能材料试验机连接，进行纤维材料的拉伸性能测试与应力松弛性能测试。

在本发明提供的一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置还可以具有这样的特征：数据采集装置包括垫圈式压力传感器、信号放大器、数据采集卡(AD模块)和采集上位机。数据采集卡具有24位高精度高速采集功能，通信协议为MODBUS-RTU协议。采集上位机采用应答模式与AD模块进行通信。采集上位机可利用图形化编程软件NILabVIEW进行设计采集软件相应的采集功能。

附图说明

图1为本发明一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置的总体结构示意图。

图2为本发明一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置的侧视图。

图3为本发明一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置的俯视图。

图4为本发明一种芳纶纤维及纤维细绳的应力松弛试验方法及试验装置的压力采集系统示意图。