[发明专利]一种高模量聚乙烯纤维恒定载荷蠕变测试装置和方法

说明书

一种高模量聚乙烯纤维恒定载荷蠕变测试装置和方法，属高分子纤维性能检测领域。测试装置由恒定载荷的加载系统、环境温度加热的温控系统以及对试样两端位移进行测量的蠕变测定系统三部分构成；其恒定载荷的加载系统包括用于悬挂试样及重力式载荷的第一支架、第二支架和上、下两个夹持器，用以实现施加于试样的载荷为恒定；其温控系统为恒温烘箱，用以使试样处于恒温环境；其蠕变测定系统包括上位移轮、下位移轮、与上位移轮和下位移轮分别对应设置的上、下角位移器及单片机，用以测量得到试样的蠕变伸长率、蠕变速率並予以贮存。其提供了一种试样测试长度恒长、环境恒温、载荷恒定的高模量聚乙烯纤维蠕变性能测试的装置和方法。

技术领域

本发明属于高分子纤维性能检测领域，具体涉及一种高模量聚乙烯纤维恒定载荷蠕变测试装置和方法。

背景技术

高模量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶之后出现的第三代高性能纤维，用其制造的绳索的断裂强度是最高的，为钢丝绳的8倍；在断裂强力相同时所需直径最细，为聚丙烯绳的50％；在相同直径时其断裂强力最大，为聚丙烯绳的3.8倍；其疲劳强度极高，在加速疲劳后测试的强力保持率＞100％。

高模量聚乙烯纤维的高性能，决定了其在海洋平台锚缆定位系统中系泊缆的应用日益拓展，高模量聚乙烯系泊缆(亦称高模量聚乙烯绳索)发展为海洋油气资源开发的关键配套的高端装备之一。

蠕变是指在某温度和恒定应力下所发生的随时间缓慢而连续增大的塑性变形现象。

高模量聚乙烯纤维由于分子链长、分子间作用力小，在恒定载荷长期作用下会产生分子链滑移现象，即不可逆转的变形—蠕变，这种现象强烈取决于负载、时间和温度。

高模量聚乙烯系泊缆在恒定载荷下长期工作，其蠕变性能关系到海洋平台的安全。因此，高模量聚乙烯纤维在用作海洋平台的系泊缆时，必须建立一个对应的蠕变性能文档模型。

目前，现有的蠕变持久试验机是依据GB/T2039《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》、JJG276《高温蠕变、持久强度试验机》等标准的相关规定，主要用于金属材料在高温环境下进行蠕变伸长、蠕变断裂时间的测定。由于该机的试样环境温度为高温且其拉伸恒力的偏差值远远超过GB/T 19975《高强化纤长丝拉伸性能试验方法》标准的要求，因此不适用于高模量聚乙烯纤维蠕变性能的测定。

授权公告号为CN 100468039C，授权公告日为2009年3月11日的中国发明专利，公开了一种自动采集拉伸蠕变测试装置和方法，该发明适用于金属材料在不同温度和拉伸载荷下高温蠕变性能的测定。包括用于对蠕变试样进行固定及加载载荷的加载系统；对蠕变试样周围环境温度进行加热及控制的环境加热及温度控制系统；及用于采集蠕变试样的蠕变信号数据及对蛁变信号数据进行处理的数据自动采集系统。明显地，该方法是将位移控制器固定于蠕变试样的下方空间，以对蠕变试样下端面的蠕变位移进行测量，采集高温下产生的蠕变位移信号。但是，由于高模量聚乙烯纤维不耐高温(短时间耐温为100℃、长时间为70℃)，且高模量聚乙烯纤维试样的轴向不存在可以测量蠕变位移的下端面。因此该技术方案不适用于高模量聚乙烯纤维蠕变性能的测定。

授权公告号为CN 103234841 B，授权公告日为2016年2月10日的中国发明专利，公开了一种测试超高分子量聚乙烯纤维拉伸蠕变性能的方法，其采用纤维拉伸试验机在常温下以蠕变载荷、拉伸速度、蠕变时间、纤维测试长度为自变量，进行纤维蠕变伸长率的测定。在该技术方案中，将纤维试样的二端分别夹入上、下夹持器中，在设定拉伸速度下逐渐施加载荷，从初负荷至蠕变载荷后维持一定的蠕变时间，记录的试样伸长率即为蠕变伸长率。该方法的蠕变时间最大为100min，这不符合高模量聚乙烯纤维蠕变性能的测试需要以小时乃至以天为单位的蠕变时间。同时，由于该方法在蠕变时间内试验机停止拉伸后虽然伸长率不变，但是纤维所受的拉应力随着时间的延续而递减。因此该技术方案所测定的是测试对象的拉伸蠕变伸长率，而不是测试对象的恒定载荷蠕变伸长率。