CN103674345A - 一种定向有机玻璃消向应力的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料物理性能测量技术，尤其是涉及一种针对定向有机玻璃消向应力的测量方法。本发明规定了定向有机玻璃板材在不同厚度情况下的试样制备方式，采用测力装置记录样品从室温状态升温至软化温度以上的过程中所受的作用力，根据记录的最大的消向载荷推算定向有机玻璃的消向应力，并给出计算式。本发明特别是适用于板材厚度大于4mm的定向有机玻璃消向应力的测量，进一步提高了消向应力测量的准确性，增加了实验数据的可比性，对于定向有机玻璃性能研究的深入和制备工艺的改进具有重要作用。

Description

一种定向有机玻璃消向应力的测量方法

技术领域

本发明涉及一种材料物理性能测量技术，尤其是涉及一种针对定向有机玻璃消向应力的测量方法。

背景技术

定向拉伸成型有机玻璃也称定向有机玻璃，是将有机玻璃浇铸板在升温到软化温度以上后经双轴拉伸制成的，因此，在软化温度以上时，处于自由状态的定向有机玻璃会回缩到拉伸前尺寸。这是由于定向有机玻璃的取向分子链束之间有较强的作用力，在常温状态下，这种力被冻结在分子链束结构中，当温度到达软化温度后，这种力被表现出来，使定向有机玻璃中的分子链束恢复到被拉伸前状态，即浇注状态。这种使定向有机玻璃软化后，分子链束恢复浇注状态的力被称为定向有机玻璃的消向应力。

消向应力可以用来评价定向有机玻璃取向分子链束之间的作用力。同时，消向应力与定向有机玻璃制备时的拉伸程度、工艺条件和冷却规范等密切相关，因此，消向应力曲线可以用来研究定向有机玻璃拉伸过程分子结构的变化过程。

近年来由于汽车工业和航空航天技术的发展，对于风挡玻璃等透明件的性能要求也更加苛刻，定向有机玻璃作为一种具有高透光、高比强度和良好成型加工性能的功能材料被广泛采用，对于其物理性能的研究也更加深入。旧的消向应力测量方法较为简单，仅规定了其通过加热方式使试样收缩后测量最大载荷值，这种方法的准确性较低，加热过程的升温过程没有明确的规定，使测量中不确定因素增加；另外测量数据的可比性较差，对于不同厚度定向有机玻璃的试样制备方法等未明确规定，造成性能数据分散性较大，不易于数据间的分析对比。

发明内容

本发明目的在于提供一种定向有机玻璃消向应力的测量方法。该方法适用于板材厚度大于4mm的定向有机玻璃消向应力的测量。

本发明的技术解决方案是，首先，测量试样工作部分，即除去上下夹头夹持部分外的区域的长度、宽度和厚度尺寸，每个方向上测量三点取平均值，精确到0.02mm，然后，将试样安装到测量设备中的固定装置中固定，调节固定装置使测量设备中的测力装置显示载荷为0；开启测量设备中的加热装置，加热装置的工作温度范围满足室温～250℃，加热装置炉腔内温度均匀性不大于±2℃，加热装置以0.5～10.0℃/min的升温速度加热，并用测力装置记录试样的载荷变化；当温度升高到35℃时，恒温消除固定装置的夹头和试样的残余应力，恒温时间15～30min，使加热装置内温度均匀；之后仍以相同升温速度继续加热，当测力装置记录的载荷值达到最大值后，结束测量过程；推算出应力变化分为两种情况，

（1）当恒温时间15～30min后，加热装置内温度均匀，计算定向有机玻璃升温过程中试样所受载荷变化的消向应力，其计算公式：

$\mathrm{\σ}=\frac{P}{b\·h}$

式中，σ为消向过程中的应力，MPa；

P为消向过程中的载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm；

（2）得到最大消向载荷后，计算定向有机玻璃的消向应力，其计算公式：

${\mathrm{\σ}}_s=\frac{P_{\max }}{b\·h}$

式中，σ_s为消向应力，MPa；

P_max为最大消向载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm。

所述试样的取样方法为平行取样或垂直取样，对于厚度小于8mm的定向有机玻璃，采用平行取样；厚度大于等于8mm的定向有机玻璃，分别采用平行和垂直取样两种方式进行测量，且仅相同取样方式的试验结果具有可比性。

所述试样工作部分尺寸，选取试样长度方向上20～40mm作为测量工作部分。

所述试样的取样尺寸为60mm×8mm×4mm，尺寸偏差小于0.2mm，且试样表面没有划伤、崩边、分层的缺陷。

本发明具有的优点和有益效果，本发明规定了定向有机玻璃板材在不同厚度情况下的试样制备方式，采用测力装置记录样品从室温状态升温至软化温度以上的过程中所受的作用力，根据记录的最大的消向载荷推算定向有机玻璃的消向应力，并给出计算式。本发明特别是适用于板材厚度大于4mm的定向有机玻璃消向应力的测量，进一步提高了消向应力测量的准确性，增加了实验数据的可比性，对于定向有机玻璃性能研究的深入和制备工艺的改进具有重要作用。

附图说明

图1为本发明所采用的实验设备的示意图。

图中，1为测力装置、2为上拉杆、3为加热装置、4为上夹头、5为试样、6为下夹头、7为下拉杆、8为固定装置、9为底座。

图2为本发明测量方法的试样取样图例。

图中，10为垂直取样、11为平行取样、12为原板厚度。

图3为本发明测量过程中应力变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一个实施方式进行详细说明，但本发明不受以下实施方式的任何限制，可在本发明目的范围内适当加以变更来实施本发明。

本发明实施的设备举例：

图1是测量定向有机玻璃消向应力的实验设备的例子。具体使用过程为，试样5通过上下夹头4、6装载入设备加热装置的炉腔3中，夹头与上下拉杆2、7相连，再调节安装在底座9的固定装置8使试样的拉伸方向载荷固定，并通过测力装置1测量和记录试样拉伸方向载荷的数值。测量前应确保试样在所受拉伸方向载荷为0。测量过程中加热装置均匀升温，试样消向载荷随升温过程而变化，通过测力装置记录载荷变化的过程。另外，加热装置的温度均匀性应能保证不大于±2℃。

本发明实施对试样的要求：

本发明适用于原板厚度12大于4mm的定向有机玻璃板材。测定试样尺寸应为60mm×8mm×4mm的长条形，尺寸偏差应小于0.2mm，每组试样不少于2条，且试样表面不能存在划伤、崩边、分层等缺陷。试样的取样方法有垂直取样10和平行取样11两种，如图2所示，对于厚度小于8mm的定向有机玻璃，采用平行取样方式；厚度不小于8mm的定向有机玻璃，可分别采用平行取样和垂直取样两种方式进行测量，且仅相同取样方式的试验结果可进行对比。取样后试样还需确定工作部分尺寸，即除去上下夹头夹持部分外的区域，可选取试样长度方向上20～40mm作为工作部分，并在试样中部标记。

本发明实施的具体步骤：

首先，用中性洗涤剂清洗试样表面，并用脱脂棉吸干试样表面水分。测量试样工作部分的长度、宽度和厚度尺寸，每个方向上测量三点取平均值，精确到0.02mm。然后将试样安装到测量设备中固定，调节固定装置使测力装置显示载荷为0。开启加热装置，可以选用（0.5～10.0）℃/min的升温速度加温，并用测力装置开始记录消向应力数值，当温度升高到35℃时，应恒温（15～30）min，消除夹头和试样的残余应力，使加热装置内温度均匀。之后仍以相同升温速度继续升温，当测力装置测量试样所受的载荷达到最大值后，结束测量过程。

本发明实施的数据分析：

本发明的测量方法能够获得升温过程中试样所受载荷的变化，从而确定应力的变化，升温过程应力变化示意图如图3所示。从图中可以看出随着温度的升高，过程（Ⅰ）中应力不断减小，试样受热膨胀；过程（Ⅱ）应力逐渐增加，并达到最大值，冻结在试样中的力逐步释放，使试样收缩；过程（Ⅲ）高温下应力松弛；过程（Ⅳ）试样收缩后断裂。

本发明测量方法能够计算根据定向有机玻璃升温过程中，试样所受载荷变化的消向应力，其计算公式：

$\mathrm{\σ}=\frac{P}{b\·h}$

式中，σ为消向过程中的应力，MPa；

P为消向过程中的载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm。

本发明测量方法能够根据测量获得的最大消向载荷，计算出定向有机玻璃消向应力，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_s=\frac{P_{\max }}{b\·h}$

式中，σ_s为消向应力，MPa；

P_max为最大消向载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm。

最后，分别计算出每组两根试样的消向应力，并取平均值。

实施例1

本实例采用厚度均为10mm、编号为1#和2#的两组定向有机玻璃测量其消向应力，分别用平行取样和垂直取样两种取样方式制备试样，并规定了升温速度为2.0℃/min，工作部分尺寸为32mm×8mm×4mm，依据本发明测量方法得到两组样品的消向应力值，见下表：

实施例2

本实例采用厚度均为6mm、编号为3#和4#的两组定向有机玻璃测量其消向应力，工作部分尺寸分别用22mm×8mm×4mm、32mm×8mm×4mm和42mm×8mm×4mm三种规格，试样取样方法均为平行取样，确定升温速度为1.0℃/min，依据本发明测量方法可以得到的两组样品的消向应力值见下表：

Claims (4)

1.一种定向有机玻璃消向应力的测量方法，其特征在于，

首先，测量试样工作部分，即除去上下夹头夹持部分外的区域的长度、宽度和厚度尺寸，每个方向上测量三点取平均值，精确到0.02mm，然后，将试样安装到测量设备中的固定装置中固定，调节固定装置使测量设备中的测力装置显示载荷为0；开启测量设备中的加热装置，加热装置的工作温度范围满足室温～250℃，加热装置炉腔内温度均匀性不大于±2℃，加热装置以0.5～10.0℃/min的升温速度加热，并用测力装置记录试样的载荷变化；当温度升高到35℃时，恒温消除固定装置的夹头和试样的残余应力，恒温时间15～30min，使加热装置内温度均匀；之后仍以相同升温速度继续加热，当测力装置记录的载荷值达到最大值后，结束测量过程；推算出应力变化分为两种情况，

（1）当恒温时间15～30min后，加热装置内温度均匀，计算定向有机玻璃升温过程中试样所受载荷变化的消向应力，其计算公式：

$\mathrm{\σ}=\frac{P}{b\·h}$

式中，σ为消向过程中的应力，MPa；

P为消向过程中的载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm；

（2）得到最大消向载荷后，计算定向有机玻璃的消向应力，其计算公式：

${\mathrm{\σ}}_s=\frac{P_{\max }}{b\·h}$

式中，σ_s为消向应力，MPa；

P_max为最大消向载荷，N；

b为试样的宽度，mm；

h为试样的厚度，mm。

2.根据权利要求1所述的一种定向有机玻璃消向应力的测量方法，其特征在于，所述试样的取样方法为平行取样或垂直取样，对于厚度小于8mm的定向有机玻璃，采用平行取样；厚度大于等于8mm的定向有机玻璃，分别采用平行和垂直取样两种方式进行测量，且仅相同取样方式的试验结果具有可比性。

3.根据权利要求1所述的一种定向有机玻璃消向应力的测量方法，其特征在于，所述试样工作部分尺寸，选取试样长度方向上20～40mm作为测量工作部分。

4.根据权利要求1所述的一种定向有机玻璃消向应力的测量方法，其特征在于，所述试样的取样尺寸为60mm×8mm×4mm，尺寸偏差小于0.2mm，且试样表面没有划伤、崩边、分层的缺陷。

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