[发明专利]一种高模量聚乙烯绳索恒定载荷蠕变测试装置

说明书

一种高模量聚乙烯绳索恒定载荷蠕变测试装置，属高分子纤维绳索性能检测领域。由用于对蠕变试样施加恒定载荷的加载系统和用于对蠕变试样两端位移进行测量的蠕变测定系统组成；加载系统由双速机械驱动机构、加载机构、载荷控制系统和安装承载各机构的卧式机架组成，用以实现施加于蠕变试样的载荷为恒定，实现在恒定载荷条件下进行待测绳索蠕变性能的测试功能；蠕变测定系统，由图像采集和处理系统、嵌入式控制系统、触摸显示屏组成，用以测定蠕变试样的蠕变伸长率、蠕变速率。其在载荷恒定、试样测试长度恒长的测试条件下，进行高模量聚乙烯绳索蠕变性能的测定，可用于建立断裂强力不同的、各种线密度的高模量聚乙烯绳索的蠕变性能模型。

技术领域

本发明属于高分子纤维绳索性能检测领域，具体涉及一种高模量聚乙烯绳索的恒定载荷蠕变测试装置。

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；在断裂强力相同时其直径最细，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；疲劳强度极高，在加速疲劳后测试的强力保持率＞100％。

高模量聚乙烯绳索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，高模量聚乙烯绳索用作于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。由于现有的蠕变持久试验机的试样环境温度为高温且其试样长度值小，而GB/T 8834《绳索有关物理和机械性能的测定》标准要求的试样环境温度为环境大气或标准大气的常温、试样有效长度最少为1800mm，因此不适用于高模量聚乙烯绳索蠕变性能的测定。

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。而在GB/T 8834《绳索有关物理和机械性能的测定》标准要求的试样环境温度为常温，绳索测试伸长率需加载千牛级别的载荷，试样的轴向不存在可以测量蠕变位移的端面，因此该技术方案不适用于高模量聚乙烯绳索蠕变性能的测定。

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绳索蠕变性能的测试需要以小时为单位的蠕变时间。该技术方案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。因此其测定的是纤维的拉伸蠕变伸长率，不是纤维的恒定载荷蠕变伸长率。