CN110398409B - 一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，包括压缩柱、成型模具、放置模具和底座，所述放置模具的中间设放置区，所述放置区内设贯穿放置模具的注射孔，所述成型模具上设与所述的注射孔相配合的试样孔，所述试样孔贯穿成型模具设置，所述压缩柱设于放置模具的上端，所述放置模具的下端设于成型模具的上端，所述成型模具的下端设于底座的上端；一种超弹材料压缩疲劳生热试样的测试方法，包括制模、制样、循环试验和性能检测，本发明提供的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，解决了现有试验方法中所存在的制样困难、试验效率低、不可改变环境温度和试验结果不精确的问题，并提供了一种制样简单、测试效率高和试验结果准确的方法。
Description
技术领域
本发明属于疲劳性能试验技术领域，具体涉及一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法。
背景技术
绝大部分超弹材料均为热的不良导体，在对超弹材料做不间断地压缩循环时，超弹材料由于疲劳而产生的热量不能被快速释放，从而导致超弹材料内外部之间的温差较大，当超弹材料的内部温度升高到一定程度时会导致材料的失效，因此对于超弹材料的疲劳生热性能进行测试非常重要。
目前主要采用在超弹材料内部插入热电偶的方式测量材料的温度，但是该方法制作试样比较困难，而且需要在疲劳试验机上进行长时间的疲劳试验，测试效率较低，不能任意改变环境温度，并且存在热电偶传感器在测试过程中脱出的现象，影响测试结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法，以解决现有试验方法中所存在的制样困难、试验效率低和试验结果不精确的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，包括压缩柱、成型模具、放置模具和底座，所述放置模具的中间设放置区，所述放置区内设贯穿放置模具的注射孔，所述成型模具上设与所述的注射孔相配合的试样孔，所述试样孔贯穿成型模具设置，所述压缩柱设于放置模具的上端，所述放置模具的下端设于成型模具的上端，所述成型模具的下端设于底座的上端。
进一步的，所述成型模具和放置模具上均设相适配的定位孔。
进一步的，所述放置区凹设于放置模具上，所述压缩柱的下端设与放置区相配合的凸块。
进一步的，所述注射孔设至少一个，所述试样孔和注射孔的数量保持一致。
进一步的，所述试样孔的直径为5mm～30mm，所述试样孔的高度为10mm～50mm。
进一步的，所述注射孔的直径小于试样孔0.1mm～5mm。
进一步的，所述放置模具的放置区的上端侧围设0.5～10mm厚的石棉布。
进一步的，所述成型模具上对应放置区的凹陷处侧围设0.5～10mm厚的石棉布。
进一步的，所述底板的上端、对应成型模具的下端处铺设0.5～10mm厚的石棉布。
一种超弹材料压缩疲劳生热试样的测试方法，包括如下步骤：
S1、制模，将试样成型模具放置于底板上，然后将材料放置模具放于试样成型模具上，并且使定位孔上下对齐，并且将制造试样材料放入材料放置区，最后放置压缩柱于材料放置模具之上；
S2、制样，将S1中制好的整套模具放置于可控温度的平板压力机中，在平板压力计中设置所需的压力，平板压力机可以对压缩柱1施加10MPa的压力，放置于材料放置区的材料在高压的作用下通过注射孔进入试样孔内，当试样孔内的材料装满时，再对平板压力机的加热装置设置所需温度和硫化时间，最终使试样成型并从试样孔中取出；
S3、循环试验，将S2中制得的圆柱形试样放置于电子万能试验机中进行压缩循环试验，按待测材料的性质设定压缩试验所需的压缩速度、循环次数和压缩温度，记录循环压缩数据；
S4、检测性能，将S3中记录的循环压缩数据处理为相应的应力应变曲线图，根据应力应变曲线图计算出超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失数值，并将该数值与其他试样的试验数据作对比，得知待测试样的性能。
进一步的，步骤S3中所述的电子万能试验机包括温控箱、温度传感器、下压缩夹具和上压缩夹具，使用时，将试样放置于下压缩夹具的中心位置，然后使上压缩夹具下降到试样的上表面。
进一步的，步骤S4中，超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失数值的计算满足：
其中，x表示试样的应变(％)，y表示试样的应力(MPa)。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法，放置模具和成型模具上设有多个相适配的注射孔和试样孔，采用一次注射成型的方法，可以一次生成多个试样，减少试验所用时间，提高测试效率。
2、本发明提供的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法，同时可制备多种不同配方的超弹材料，采用对比试验，可以对比不同配方的超弹材料压缩疲劳性能。
3、本发明提供的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置及测试方法，结合可控温度的平板压力机和配温控箱的电子万能试验机提供一种制样简单、测试效率高和试验结果准确的方法，并且可以在不同环境温度下对试样进行测试，提高测试结果的准确性。
附图说明
图1是本发明一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置结构示意图。
图2是超弹材料试样在电子万能试验机上进行压缩循环试验的示意图。
图3为圆柱形压缩疲劳性能测试试样在电子万能试验机上进行一次压缩循环得到的应力应变曲线图。
图中：1、压缩柱；2、放置模具；3、成型模具；4、底板；5、定位孔；6、放置区；7、注射孔；8、试样孔；9、温控箱；10、温度传感器；11、下压缩夹具；12、上压缩夹具。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，包括压缩柱1、成型模具3、放置模具2和底座4，所述放置模具2的中间设放置区6，所述放置区6内设贯穿放置模具2的注射孔7，所述成型模具3上设与所述的注射孔7相配合的试样孔8，所述试样孔8贯穿成型模具3设置，所述压缩柱1设于放置模具2的上端，所述放置模具2的下端设于成型模具3的上端，所述成型模具3的下端设于底座4的上端。
所述成型模具3和放置模具2上均设相适配的定位孔5。
所述放置区6凹设于放置模具2上，所述压缩柱1的下端设与放置区6相配合的凸块。
所述注射孔7设至少一个，所述试样孔8和注射孔7的数量保持一致。
所述注射孔7的直径小于试样孔80.1mm～5mm。
使用时，将试样成型模具3放置于底板4上，然后将材料放置模具2放于试样成型模具3上，并且使定位孔5上下对齐，并且将制作试样的材料放入材料放置区6，最后放置压缩柱1于材料放置模具2之上。将整套模具放置于可控温度的平板压力机中，为平板压力机设置一定的压力，则平板压力机可以对压缩柱1施加压力，放置于材料放置区6的材料通过注射孔7进入试样孔8内，当试样孔8内的材料装满时，再对平板压力机设置一定的压力和温度，最终使试样成型并从试样孔8中取出。
放置模具2和成型模3具上设有多个相适配的注射孔7和试样孔8，采用一次注射成型的方法，可以一次生成多个试样，减少试验所用时间，提高测试效率。同时可制备多种不同配方的超弹材料，采用对比试验，可以对比不同配方的超弹材料压缩疲劳性能。
实施例2
在实施例1的基础上，结合图2，电子万能试验机包括温控箱9、温度传感器10、下压缩夹具11和上压缩夹具12，检测时，将试样放置于下压缩夹具11的中心位置，然后使上压缩夹具12下降到试样的上表面，可以测试试样在不同环境温度下的压缩疲劳性能。
将圆柱形试样放置于配有温控箱的电子万能试验机中进行压缩循环试验，得到压缩循环的应力应变曲线见图3所示，图3中的闭合阴影区域即为超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失部分，阴影的面积越大，表示能量损失越多，表明该材料的回弹性越差，即压缩疲劳性能越差。
实施例3
一种超弹材料压缩疲劳生热试样的测试方法，包括如下步骤：
S1、制模，将试样成型模具3放置于底板上，然后将材料放置模具2放于试样成型模具3上，并且使定位孔5上下对齐，并且将制造试样材料放入材料放置区6，最后放置压缩柱1于材料放置模具2之上；
S2、制样，将S1中制好的整套模具放置于可控温度的平板压力机中，在平板压力计中设置所需的压力，平板压力机对压缩柱1施加压力，放置于材料放置区6的材料在高压的作用下通过注射孔7进入试样孔8内，当试样孔8内的材料装满时，再对平板压力机的加热装置设置所需温度和硫化时间，最终使试样成型并从试样孔8中取出；
S3、循环试验，将S2中制得的圆柱形试样放置于电子万能试验机中进行压缩循环试验，按待测材料的性质设定压缩试验所需的压缩速度、循环次数和压缩温度，记录循环压缩数据；
S4、检测性能，将S3中记录的循环压缩数据处理为相应的应力应变曲线图，根据应力应变曲线图计算出超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失数值，并将该数值与其他试样的试验数据作对比，得知待测试样的性能。
步骤S3中所述的电子万能试验机包括温控箱9、温度传感器10、下压缩夹具11和上压缩夹具12，检测时，将试样放置于下压缩夹具11的中心位置，然后使上压缩夹具12下降到试样的上表面，可以测试试样在不同环境温度下的压缩疲劳性能。
实施例4
结合图1-3，以橡胶为例，将试样成型模具3放置于底板4上，然后将材料放置模具2放于试样成型模具3上，并且使定位孔5上下对齐，并且将制造试样的混炼天然橡胶材料放入材料放置区6，最后放置压缩柱1于材料放置模具2之上。将整套模具放置于可控温度的平板压力机中，为平板压力机设置10MPa的压力，则平板压力机可以对压缩柱1施加10MPa的压力，放置于材料放置区6的材料在高压的作用下通过注射孔7进入试样孔8内，当试样孔8内的混炼天然橡胶材料装满时，再对平板压力机的加热装置设置150℃的温度，定时硫化15min，最终使试样13成型并从试样孔8中取出。
结合图2，将直径为17mm、高度为25mm的圆柱形试样13放置于配有温控箱9的电子万能试验机中进行压缩循环试验，首先将试样13放置于下压缩夹具11的中心位置，然后使上压缩夹具12下降到试验13的上表面，设定一定的预紧力，设置电子万能试验机压缩速度为100mm/min，循环次数为5次，设置压缩试验时的环境温度为40℃，通过温度传感器10获取温控箱9内的温度，取较好的一次循环压缩数据，经过处理得到压缩循环的应力应变曲线见图3所示，图3中的闭合阴影区域即为超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失部分，根据下述公式计算实际数值，记录下该数值，并与其他试样的试验数据做对比，可以得知该试样的性能。
超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失数值的计算满足：
其中，x表示试样的应变(％)，y表示试样的应力(MPa)。
对于采用不同配方制成的的橡胶，若闭合区域的阴影的面积越大，表示能量损失越多，表明该材料的回弹性越差，即压缩疲劳性能越差。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，其特征在于：包括压缩柱(1)、成型模具(3)、放置模具(2)和底座(4)，所述放置模具(2)的中间设放置区(6)，所述放置区(6)内设贯穿放置模具(2)的注射孔(7)，所述成型模具(3)上设与所述的注射孔(7)相配合的试样孔(8)，所述试样孔(8)贯穿成型模具(3)设置，所述压缩柱(1)设于放置模具(2)的上端，所述放置模具(2)的下端设于成型模具(3)的上端，所述成型模具(3)的下端设于底座(4)的上端；
所述成型模具(3)和放置模具(2)上均设相适配的定位孔(5)；
将成型模具放置于底座上，然后将放置模具放于成型模具上，并且使定位孔上下对齐，并且将制作试样的材料放入放置区，最后放置压缩柱于放置模具之上；将整套模具放置于可控温度的平板压力机中，为平板压力机设置一定的压力，则平板压力机对压缩柱施加压力，放置于放置区的材料通过注射孔进入试样孔内，当试样孔内的材料装满时，再对平板压力机设置一定的压力和温度，最终使试样成型并从试样孔中取出。
2.根据权利要求1所述的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，其特征在于：所述放置区(6)凹设于放置模具(2)上，所述压缩柱(1)的下端设与放置区(6)相配合的凸块。
3.根据权利要求1所述的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，其特征在于：所述注射孔(7)设至少一个，所述试样孔(8)和注射孔(7)的数量保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种超弹材料压缩疲劳生热试样制备装置，其特征在于：所述注射孔(7)的直径比试样孔(8)小0.1mm～5mm。
5.利用权利要求1所述装置进行的一种超弹材料压缩疲劳生热试样的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制模，将成型模具(3)放置于底座上，然后将放置模具(2)放于成型模具(3)上，并且使定位孔(5)上下对齐，并且将制造试样材料放入放置区(6)，最后放置压缩柱(1)于放置模具(2)之上；
S2、制样，将S1中制好的整套模具放置于可控温度的平板压力机中，在平板压力机中设置所需的压力，平板压力机对压缩柱(1)施加压力，放置于放置区(6)的材料在高压的作用下通过注射孔(7)进入试样孔(8)内，当试样孔(8)内的材料装满时，再对平板压力机的加热装置设置所需温度和硫化时间，最终使试样成型并从试样孔(8)中取出；
S3、压缩循环试验，将S2中制得的圆柱形试样放置于电子万能试验机中进行压缩循环试验，按待测材料的性质设定压缩循环试验所需的压缩速度、循环次数和压缩温度，记录压缩循环数据；
S4、检测性能，将S3中记录的压缩循环数据处理为相应的应力应变曲线图，根据应力应变曲线图计算出超弹材料压缩疲劳性能测试中的能量损失数值，并将该数值与其他试样的试验数据作对比，得知待测试样的性能。
6.根据权利要求5所述的一种超弹材料压缩疲劳生热试样的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述的电子万能试验机包括温控箱(9)、温度传感器(10)、下压缩夹具(11)和上压缩夹具(12)，检测时，将试样（13）放置于下压缩夹具(11)的中心位置，然后使上压缩夹具(12)下降到试样的上表面。
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| CN110398409A (zh) | 2019-11-01 |
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