[发明专利]静态热机械分析仪测试木质文物线膨胀系数的方法及系统

说明书

本发明公开一种静态热机械分析仪测试木质文物线膨胀系数的方法及系统，属于分析测试技术方法领域。该方法包括：从木质文物裁切出木质文物试样并干燥，将干燥后的木质文物试样表面加工平整；将所述木质文物试样放置于静态热机械分析仪上并固定住，测量记录测试方向上的初始试样长度；设置静态热机械分析仪的升温程序并开始实验，记录所述木质文物试样的形变随温度变化的曲线；在静态热机械分析仪数据分析软件中处理试验得到的形变随温度变化的曲线，计算所述木质文物在该温度区间内的平均线膨胀系数。本方法用于木质文物线膨胀系数测试，适用于轻度、中度、重度降解木质文物在温度变化下的尺寸稳定性评估。

技术领域

本发明属于分析测试技术方法领域，具体涉及一种利用静态热机械分析仪测试木质文物线膨胀系数的方法及系统。

背景技术

木质文物通常在地下环境或水下环境埋藏较久，考古发掘后木质文物会出现尺寸不稳定的问题。木材天然的各向异性致使轴向、径向、弦向三个解剖方向上的尺寸变化量有所不同，三个方向上线膨胀系数的不匹配易造成木质文物的变形、扭曲，增加安全风险。木质文物在埋藏过程中发生非均匀降解，其物理化学性质相较于现代健康木材发生较大变化，线膨胀规律不同于现代健康木材。木质文物在文物库房等存储时的温度波动可能会使木质文物发生尺寸变化，因此对木质文物轴向、径向、弦向的线膨胀系数的精确测定，对于掌握木质文物尺寸随温度的变化规律、评估木质文物存储安全性具有重要意义。

线膨胀系数是固体物质的温度每改变1℃时，其长度的变化与其在初始温度下的长度之比。目前用于检测考古材料线膨胀系数的方法仪器仅有热膨胀仪，通常从室温升温到800℃以上，尺寸要求25mm×5mm×5mm，多用于陶器和瓷器的烧成温度检测，木质文物上未见使用。木质文物通常不均匀性较大，大尺寸取样受限，存储中经历冬冷夏热，线膨胀系数测定应包含库房一般环境温度区间，如-10℃～50℃，热膨胀仪不适用低温区测试，因此不能用于木材线膨胀系数检测。

静态热机械分析(Thermomechanical analyzer,TMA)是一种在程序控温、非振动负载下精密测量试样形变与温度关系的技术，适用于塑料等材料的线膨胀试验。此方法所需样品量少(样品测试方向高度大于2mm即可)，灵敏度高(载荷分辨率为9.8μN，形变分辨率为0.01μm)，控温范围为-98℃～600℃，可满足文物实际存储环境的测试需求，样品炉内可持续通入氮气使样品保持干燥状态避免湿度变化的影响。因此有望利用静态热机械分析测试木质文物的线膨胀系数，目前尚未见相关方法的专利和文献报道。

发明内容

本发明提供了一种静态热机械分析仪测试木质文物线膨胀系数的方法及系统，采用静态热机械分析法，测试范围覆盖木质文物实际存储环境温度，所需样品数量少，尺寸小，测试精度高。本方法用于木质文物线膨胀系数测试，适用于轻度、中度、重度降解木质文物在温度变化下的尺寸稳定性评估。

根据本发明的技术方案第一方面，提供一种用静态热机械分析仪测试木质文物线膨胀系数的方法，包括：

(1)制样步骤：从木质文物裁切出木质文物试样并干燥，将干燥后的木质文物试样表面加工平整；

(2)放样步骤：将所述木质文物试样放置于静态热机械分析仪上并固定住，测量记录测试方向上的初始试样长度；

(3)试验步骤：设置静态热机械分析仪的升温程序并开始实验，记录所述木质文物试样的形变随温度变化的曲线；

(4)数据处理步骤：在静态热机械分析仪数据分析软件中处理试验得到的形变随温度变化的曲线，计算所述木质文物在该温度区间内的平均线膨胀系数。

优选地，所述制样步骤具体为：从木质文物上选取适当位置，裁切取下木质文物试样并干燥，将干燥后的木质文物试样表面加工平整，切除干燥后的木质文物试样表面不平整部分，并用600目砂纸缓慢轻轻打磨至上下表面平行并垂直于测试方向。

优选地，所述木质文物试样的含水状态为绝干。