[发明专利]复合材料杆件湿膨胀系数测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种复合材料杆件湿膨胀系数测量装置，所述测量装置包括：恒温恒湿箱、长度测量系统及重量测量装置；所述长度测量系统和所述重量测量装置放置在所述恒温恒湿箱的平台上；所述长度测量系统采用电容式位移传感器对所述复合材料杆件进行长度测量。本发明还提供了一种复合材料杆件湿膨胀系数的测量方法。本发明的测量装置，测量精度高，温度和湿度可调，根据需求进行不同湿度环境下的湿膨胀性能测试。

技术领域

本发明属于材料性能测量技术领域，具体涉及一种复合材料杆件湿膨胀系数测量装置。

本发明还涉及一种复合材料杆件湿膨胀系数的测量方法。

背景技术

湿线膨胀系数定义：β＝△L/(L*△M)，其中△M为材料湿度变化量，△L为材料长度变化量，材料湿度M为材料的含水量集度(moisture concentration)，用百分数表示。一般材料的湿度特性为吸水膨胀，失水收缩。β的物理意义是每百分之一湿度变化引起的材料体的线应变。在自由膨胀的情况下，假如在某时刻有湿度增量△M，则线应变增量为β△M。若材料的变形受到约束，不能实现自由的膨胀收缩，就会出现相应的湿应力。

高分子材料的吸湿过程一般遵循Fick定律，即在吸湿的初始阶段，材料吸收的水的质量随着时间的平方根呈线性增加，然后增加逐渐变缓，直到达到饱和状。低湿胀系数碳纤维复合材料在某一湿度环境下达到平衡，质量不再发生变化时，由湿度原因引起的质量变化与初始质量的比值，即平衡吸湿率。材料湿度变化量△M通过公式推导又可以转化成材料质量的变化量，因此，只要知道试件质量的变化量就知道了材料湿度变化量△M。

以航天复合材料产品为例，在制造和装配过程中洁净间控制空气湿度一般为50％RH左右，碳纤维环氧树脂复合材料吸收水分并达到平衡，在吸水过程中发生膨胀引起产品尺寸和性能的变化。但目前国内尚无测定复合材料湿膨胀系数的标准试验方法

现有技术中提出使用三坐标测量仪和电子微量天平进行复合材料杆件湿膨胀系数测试工作，通过三坐标测量仪接触式打点来测量试验杆件长度变形量，通过电子微量天平测量试验杆件质量变化。而长度测量所采用三坐标测量仪的精度为0.9um，精度有限，接触式测量方式在长度测量过程中会受到人为操作的影响；而质量测试时所处的实验环境也没有进行严格的湿度控制，也不能测量不同湿度环境下的数据。

因此，急需一种能够进行不同湿度环境下复合材料杆件湿膨胀系数测量的高精度测量装置。

发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料杆件湿膨胀系数测量装置。能够进行大尺寸复合材料杆件湿膨胀系数的精密测量并且测量精度高，同时本发明中恒温恒湿箱的温度和湿度可调，根据需求进行不同湿度环境下的湿膨胀性能测试。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料杆件湿膨胀系数测量装置，所述测量装置包括：恒温恒湿箱、长度测量系统及重量测量装置；所述长度测量系统和所述重量测量装置放置在所述恒温恒湿箱的平台上；所述长度测量系统采用电容式位移传感器对所述复合材料杆件进行长度测量。

优选的，所述长度测量系统包括电容式位移传感器，位移测量套筒、试件安装套筒和支撑架，所述位移测量套筒的内孔端面和所述复合材料杆件的一端的端面接触，所述试件安装套筒的内孔端面和所述复合材料杆件的另一端的端面接触，所述电容式位移传感器间隔预设距离正对所述位移测量套筒，所述支撑架用于支撑所述复合材料杆件。

优选的，所述长度测量系统还包括：基板、试件安装套筒底座、升降台、传感器安装架及传感器安装架底座；所述试件安装套筒底座、升降台及传感器安装架底座固定设置在所述基板上；所述传感器安装架固定设置在所述传感器安装架底座上；所述电容式位移传感器固定设置在所述传感器安装架上，所述试件安装套筒与所述试件安装套筒底座固定连接，所述支撑架设置在所述升降台上。