CN100487415C - 用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，包括如下步骤：1)将待测聚合物基泡沫材料的测量区固定在位移传感器的两钳臂的端部，并一并置入电子万能材料实验机；2)将位移传感器的相互连接成惠斯通桥的电阻应变片的连接引线分别与应变仪电连接，应变仪与计算机相连接；3)对待测的聚合物基泡沫材料施加压缩力或拉伸力，应变仪测得的该待测聚合物基泡沫材料的应力-应变数据输入计算机，由计算机绘制出该待测聚合物基泡沫材料的应力-应变关系曲线，由曲线便可得出该待测的聚合物基泡沫材料特性模量。该方法可在室温及低温下进行弹性模量的测量，操作简单，准确度和灵敏度较高。

Description

用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法
技术领域
本发明属于力学技术领域中的材料性能测试的测量方法，具体地说是涉及—种能在宽温区(4.2K-300K)中用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法。
技术背景
聚合物基泡沫材料由于具有较高的比模量、比强度和优良的热绝缘性能而被广泛地应用于封装、缓冲和低温隔热材料等领域。这就需要研究聚合物基泡沫材料的拉伸、压缩等力学性能。实际操作中，聚合物基泡沫材料的拉伸与压缩强度的测量相对较为容易，而其弹性模量的测试较为困难。因为材料的弹性模量测试主要在于精确测量材料的应力-应变(σ-ε)关系，而应力-应变测量的关键是应变测量；利用材料实验机可直接得到材料的应力-应变关系，但测量的系统误差较大，测量精度较低。实验机一般配备的引伸计也可测量材料的应变，但是其体积较大，而且适用的温区范围较小。
电阻应变片也可用来测量材料的微应变，但是应变片量程很小，且只能一次性使用。
发明内容
本发明的目的在于是为了克服上述测量材料的应力-应变关系的方法存在的存在诸多问题，而提供一种用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，包括如下步骤：
1)将待测的聚合物基泡沫材料的测量区固定在一位移传感器两钳臂的端部，并一并置入电子万能材料实验机；
2)将位移传感器的相互连接成惠斯通桥的电阻应变片的连接引线分别与应变仪电连接，应变仪与计算机相连接；
3)对待测聚合物基泡沫材料施加压缩力或拉伸力，应变仪测得的该待测聚合物基泡沫材料的位移信号输入至计算机，由计算机根据采集的应力—应变数据绘制出该待测聚合物基泡沫材料的应力—应变关系曲线，由所得应力—应变关系曲线便可得出该待测聚合物基泡沫材料弹性模量；
所使用的位移传感器的结构包括：
一钳形主体100，该钳形主体100包括一金属材质的矩形本体1和沿该矩形本体1对称的两侧面向同一方向延伸的具有一厚度的金属材质的钳臂11和钳臂22；
还包括用耐低温环氧胶粘贴在第一钳臂11和第二钳臂22靠近矩形本体1根部内外两侧面上的电阻应变片R1，R2，R3和R4，所述电阻应变片R1，R2，R3和R4的电阻值相同，并相互连接成惠斯通桥；
所述相互连接成惠斯通桥的所述电阻应变片R1，R2，R3和R4的连接引线分别与应变仪电连接；该位移传感器的第一钳臂11与第二钳臂22之间间距为5—20mm。
所使用的位移传感器的电阻应变片(R1，R2，R3和R4)电阻值在90—350Ω之间。
所使用的位移传感器还包括用耐低温环氧胶粘贴在矩形本体1外侧面上的接线板3，4，所述相互连接成惠斯通桥的电阻应变片R1，R2，R3和R4的连接引线分别固定在接线板3，4之后，再与应变仪电连接。
本发明的利用位移传感器测量聚合物泡沫材料弹性模量的过程为：
根据被测样品选择测量区，通过夹具将被测样品的测量区粘贴在位移传感器的第一钳臂11和第二钳臂22的端部；对于拉伸试样，夹具间的距离小于所述位移传感器的原始标距(即第一钳臂11与第二钳臂22之间的间距)；而对于压缩试样，夹具间的距离等于所述位移传感器的原始标距(即第一钳臂11与第二钳臂22之间的间距)，进行测量时，将试样、夹具和位移传感器装配成一整体，并一体地放入电子万能材料实验机；由电阻应变片R1，R2，R3和R4相互连接成惠斯通桥电路的4条连接引线按规则接入一外接应变采集仪上，应变采集仪再通过RS-232接口连接到计算机上；测试时通过计算机的相关软件对应变采集仪实时采集到的位移信号进行处理，并绘制出待测样品的应力—应变的关系曲线，由该应力—应变的关系曲线便可以得到待测样品的弹性模量。
室温下的弹性模量的测量，可直接在Reger-20A型电子万能材料实验机上进行，液氮、液氢温区的弹性模量的测量，可在配备了低温容器的实验机上进行，液氮温度由制冷剂液氮提供，液氢温度由制冷剂液氦并结合我们的控温系统实现。
本发明提供的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，其特点是：可测量室温及低温下(宽温区4.2K-300K)的聚合物基泡沫材料的弹性模量，具有较高的准确度；所使用的位移传感器可在宽温区(4.2K-300K)重复使用、灵敏度较高。
附图说明
图1为本发明的方法所使用的位移传感器的结构示意图；
图2为位移传感器的惠斯通桥电路的结构示意图；
图3为本发明的方法测试待测材料A的示意图；
图4为本发明的方法测试待测材料B的示意图；
具体实施方式
实施例1：测量一种PEI泡沫塑料室温下的压缩弹性模量：
位移传感器(其中连接成惠斯通桥电路的应变片R1，R2，R3和R4的电阻值为120)、夹具及试样组装后如图3所示：
首先根据待测试样的测量区，在第一钳臂11和第二钳臂22端部分别固定连接一与之垂直的连接片101和102(夹具)，再将所述连接片101和102分别与待测量的圆柱型聚合物泡沫材料的测量区侧壁两端部相连(如图3所示)；位移传感器中的惠斯通桥电路的连接导线与外接应变仪相连，应变仪与计算机相连(应变仪及计算机，图中未示，其连接未本技术领域的技术人员应知应会)。图中圆柱状物为待测泡沫材料，此材料为闭孔结构，密度为60kg/m3；测量该材料弹性区的应力-应变关系曲线，测得的该材料的压缩模量如表1所示：表1中的试样编号代表该同一材料的四种试样，该四种试样的压缩弹性模量的平均值便是该材料的压缩弹性模量(其标准偏差为0.60)。
表1：
Figure C200410009834D00061
实施例2：测量一种PEI泡沫塑料液氮温区拉伸弹性模量：
在位移传感器的第一钳臂11和第二钳臂22端部分别固定连接一与之垂直的连接片101和102，再将所述连接片101和102与待测量的圆柱型聚合物泡沫材料A的侧壁中部相连(如图4所示)；将位移传感器、位移传感器夹具和试样组装后如图4所示：位移传感器中的惠斯通桥电路的连接导线与外接应变仪相连，应变仪与计算机相连(应变仪及计算机，图中未示，其连接为本技术领域的技术人员应知应会)。测试泡沫材料为哑铃状，性能与实施例1所用材料相同。利用位移传感器测量此类泡沫材料在77K下的拉伸模量如表2所示。表2中的试样编号代表该同一材料的四种试样，该四种试样的拉伸弹性模量的平均值便是该材料的拉伸弹性模量(其标准偏差为2.08)。
表2：
实施例3，测量一种PEI泡沫塑料液氢温区压缩弹性模量：
位移传感器、位移传感器夹具和试样组装后同图3，利用液氦和控温设备实现液氢温度(20K)。测试材料与实施例1、2测试材料相同。测试得到材料液氢温度的压缩弹性模量如表3。表3中的试样编号代表该同一材料的四种试样，该四种试样的压缩弹性模量的平均值便是该材料的压缩弹性模量(其标准偏差为2.63)。
表3：一种PEI泡沫材料液氢温度下压缩弹性模量
Figure C200410009834D00071
实施例4，测量一种PU泡沫塑料室温拉伸弹性模量：待测试材料B为一种低密度聚氨酯泡沫材料，闭孔结构，密度为40kg/m3，位移传感器、夹具和试样组装后示意图同图4。测试过程与实施例2相同，测量得到此类泡沫材料室温拉伸弹性模量如表4。表4中的试样编号代表该同一材料的四种试样，该四种试样的拉伸弹性模量的平均值便是该材料的拉伸弹性模量(其标准偏差为0.237)。
表4：一种PU泡沫材料室温拉伸弹性模量
Figure C200410009834D00072
实施例5：测量一种PU泡沫材料液氮温区压缩弹性模量
待测材料与实施例4所测材料性能相同，测试得到此类材料液氮温区压缩弹性模量如表5。表5中的试样编号代表该同一材料的四种试样，该四种试样的压缩弹性模量的平均值便是该材料液氮温区的压缩弹性模量(其标准偏差为1.29)。
表5：一种PU泡沫材料液氮温度下压缩弹性模量：
Figure C200410009834D00073

Claims (4)

1、一种用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，包括如下步骤：
1)将待测的聚合物基泡沫材料的测量区固定在一位移传感器两钳臂的端部，并一并置入电子万能材料实验机；
2)将位移传感器的相互连接成惠斯通桥的电阻应变片的连接引线分别与应变仪电连接，应变仪与计算机相连接；
3)对待测聚合物基泡沫材料施加压缩力或拉伸力，应变仪测得的该待测聚合物基泡沫材料的位移信号输入至计算机，由计算机根据采集的应力—应变数据绘制出该待测聚合物基泡沫材料的应力—应变关系曲线，由所得应力—应变关系曲线便可得出该待测聚合物基泡沫材料弹性模量；
所使用的位移传感器的结构包括：
一钳形主体(100)，该钳形主体(100)包括一金属材质的矩形本体(1)和沿该矩形本体(1)对称的两侧面向同一方向延伸的具有一厚度的金属材质的第一钳臂(11)和第二钳臂(22)；
还包括用耐低温环氧胶粘贴在第一钳臂(11)和第二钳臂(22)靠近矩形本体(1)根部内外两侧面上的电阻应变片(R1，R2，R3和R4)，所述电阻应变片(R1，R2，R3和R4)的电阻值相同，并相互连接成惠斯通桥；
所述相互连接成惠斯通桥的所述电阻应变片(R1，R2，R3和R4)的连接引线分别与应变仪电连接。
2、按权利要求1所述的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，其特征在于，所使用的位移传感器的第一钳臂(11)与第二钳臂(22)之间间距为5—20mm。
3、按权利要求1所述的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，其特征在于，所使用的位移传感器的电阻应变片(R1，R2，R3和R4)电阻值在90—350Ω之间。
4、按权利要求1所述的用位移传感器测量聚合物基泡沫材料弹性模量的方法，其特征在于，所使用的位移传感器还包括用耐低温环氧胶粘贴在矩形本体(1)外侧面上的接线板(3，4)，所述相互连接成惠斯通桥的电阻应变片(R1，R2，R3和R4)的连接引线分别固定在接线板(3，4)之后，再与应变仪电连接。
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