[发明专利]一种多功能薄膜材料胀形测试装置

说明书

本发明属于材料力学测试技术领域，公开了一种多功能薄膜材料胀形测试装置，包括胀形测试箱，测试箱壳体内设置有横置主管，横置主管上部设置有多个竖置支管，竖置支管顶部用于安装薄膜材料试样；竖置支管与横置主管密封连接构成气压腔室；横置主管一端连接有进气管路，另一端连接有气压表；进气管路与气缸连接，气缸通过音圈电机与位移控制系统连接；位移控制系统根据气压表的反馈对音圈电机的中心杆位移进行控制，从而通过气缸的排气量对气压腔室的气压进行定量调节。本发明能够使薄膜材料发生便捷可控的胀形变形，例如提供速率可控的持续加压条件、频率可控的循环卸压加压条件等，从而实现对薄膜材料的失效机理和耐久性进行更有效的表征评估。

技术领域

本发明属于材料力学测试技术领域，具体的说，是涉及一种薄膜材料胀形测试装置。

背景技术

目前，针对薄膜材料的力学性能测试试验机大多是基于传统的平面单轴或者平面双轴所设计。但由于大多数薄膜材料应用场合的特殊性，例如燃料电池中的质子交换膜、户外电子设备中的防水透气膜等，并非仅承受平面载荷，而往往服役于复杂的三维多轴应力环境。传统力学性能测试试验机的测试条件与其实际工况相差较大，难以对其实际应用工况中的真实疲劳寿命及失效机理进行良好的表征与分析。

因而，针对于薄膜材料的新型表征手段——胀形测试应运而生，胀形测试即为使薄膜材料因受压差而产生鼓泡变形的测试方法，其可以使薄膜材料受力状态更贴近其服役环境，以弥补传统平面测试的不足。但目前已有的胀形测试装置存在着功能单一、胀形实现条件较为复杂及难以调控等缺点。例如：通过连接注射器和改装的世伟洛克接头从而使夹持的薄膜材料发生胀形变形，但该种方法仅能实现一次变形膨胀至爆破失效，不能实现可控的胀形疲劳测试，单个注射器的加压体积十分有限，而且存在着较大的人为操作误差；也有通过自制胀形夹具通过气管连接到储气罐实现胀形变形，并通过控制针阀、电磁阀实现对气压的控制，但该种方法线路设计复杂，需定期更换储气罐，且难以为薄膜材料添加对其力学性能影响较大的温湿度环境以及变形检测环境。因此，设计出一套结构简单、气压控制便捷、精度高、便于施加温湿度条件和变形检测条件的胀形测试装置十分必要。

发明内容

本发明旨在解决薄膜材料胀形测试的相关技术问题，而提供一种多功能薄膜材料胀形测试装置，能够使薄膜材料发生便捷可控的胀形变形，例如提供速率可控的持续加压条件、频率可控的循环卸压加压条件等，同时搭配可控的温湿度条件以及变形检测条件，从而实现对薄膜材料的失效机理和耐久性进行更有效的表征评估。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

本发明提供了一种多功能薄膜材料胀形测试装置，包括胀形测试箱，所述胀形测试箱包括测试箱壳体，所述测试箱壳体内设置有横置主管，所述横置主管上部设置有多个竖置支管，所述竖置支管顶部用于安装薄膜材料试样；所述竖置支管与所述横置主管密封连接，使所述横置主管和所述竖置支管内部连通构成气压腔室；所述横置主管一端连接有进气管路，用于向所述气压腔室通入气体；另一端连接有气压表，用于监测所述气压腔室的气压值；

所述进气管路与气缸的气口连接，所述气缸的活塞与所述音圈电机的中心杆连接，所述音圈电机的中心杆由位移控制系统控制；所述位移控制系统与所述气压表连接，用于根据所述气压表的反馈对所述音圈电机的中心杆位移进行控制，从而通过所述气缸的排气量对所述气压腔室的气压进行定量控制。

进一步地，所述竖置支管顶部通过环向均布的螺栓连接有空心端盖，所述空心端盖与所述竖置支管之间夹持所述薄膜材料试样。

进一步地，所述测试箱壳体内部设置有加热棒和温度传感器，所述加热棒和所述温度传感器均与温度控制器连接，所述温度控制器根据所述温度传感器的反馈，通过所述加热棒调节所述胀形测试箱内部温度。

更进一步地，所述温度传感器的安装位置与所述薄膜材料试样处于同一水平面。