CN110579422A - 一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法，包括以下步骤：启动测量与控制程序，将真空罐内的湿度调节至饱和湿度；在常压常温以及饱和湿度环境下，将预处理后的试样置于所述真空罐内，通过位移传感器记录所述试样的初始长度，通过载荷传感器记录所述试样的初始质量；启动测量记录程序密闭所述真空罐，抽真空，对试样进行真空抽湿干燥处理；采集真空罐内的湿度、温度以及气压数据，并记录所述试样的质量变化量和长度变化量；调节所述真空罐内为常压，停止测量与控制程序。本发明提供的测试方法将试样的吸湿过程提到测试前，测试过程中采用真空抽湿，有效地缩短了测量时间，也避免了电测量仪器固有时漂引入的测量偏差。

Description

一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法

技术领域

本发明涉及复合材料的性能测试领域，特别涉及一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料由于具有较高的比强度和比刚度，较好的可设计性和抗疲劳断裂性能，已成为航空航天飞行器结构件中的重要材料。现国内航天复合材料制造装配的一般环境条件要求为：温度20-25℃，湿度≤75％,而在南方地区，雨季的湿度常在85％以上，甚至90％，如此大的湿度变化范围，复合材料构件在地面贮存，包括成型、装配、试验过程中，由于复合材料树脂基体的高分子结构以及复合材料内部孔隙、气泡的存在，导致复合材料会吸收水分膨胀；且在外空间服役环境条件下时，复合材料又会发生逆向的湿气析出过程。上述吸湿和去湿都会在复合材料结构件内产生应力的变化，从而导致结构件外形尺寸发生变化，甚至力学性能下降。

复合材料的吸湿过程主要受环境温度和相对湿度的影响，其中材料的饱和吸湿量与环境的相对湿度有关，而扩散系数的变化则依赖环境温度。因此，需要在恒定温度和湿度条件下测定复合材料层压板的湿膨胀系数。而对于复合材料层压板的湿膨胀系数通常以常温高湿条件下试样的尺寸变化，来评价湿度对复合材料尺寸稳定性的影响。

目前多采用测试试样在吸湿过程中的起始状态和终了状态的长度和质量变化来测量，也即测试的是试样在吸湿过程中的湿膨胀系数。然而，吸湿过程需要缓慢的分子扩散过程才能达到平衡，而达到平衡所需时间往往较长，这就导致测量所需时间很长，且由于测量时间长，电测量的时漂累积很大，往往超过了物理量的变化而导致测量超差而失效。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决现有技术测试湿膨胀系数所需时间长、测量误差大的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法，包括以下步骤：

S1、启动测量与控制程序，并将所述真空罐内的湿度调节至饱和湿度；

S2、在常压常温以及饱和湿度环境下，将预处理后的试样置于所述真空罐内，并将所述试样固定在所述石英测试件上，通过位移传感器记录所述试样的初始长度，通过载荷传感器记录所述试样的初始质量；

S3、启动测量记录程序，密闭所述真空罐，抽真空，对所述试样进行真空抽湿干燥处理；

S4、通过所述湿度传感器、所述温度传感器以及所述气压传感器分别采集所述真空罐内的湿度、温度以及气压数据，并通过所述位移传感器记录所述试样的质量变化量，通过所述载荷传感器记录所述试样的长度变化量；

S6、调节所述真空罐内为常压，停止测量与控制程序。

可选地，步骤S2中，所述预处理具体为：将所述试样在恒温恒湿箱中作吸湿处理，使所述试样达到饱和湿度。

可选地，所述真空罐包括从上到下依次连接的第一测试室、环境室和第二测试室，所述石英测试件贯穿所述环境室，并在所述环境室内与所述试样可拆卸连接；所述石英测试件的顶端固定在所述第一测试室内并与所述载荷传感器连接，所述石英测试件的底端悬垂于所述第二测试室内；其中，所述石英测试件的顶端和所述石英测试件的底端在相对应的位置分别设置有所述位移传感器。

可选地，步骤S1中，所述将所述真空罐内的湿度调节至饱和湿度，具体过程包括：向所述第一测试室和所述第二测试室注入干燥空气，向所述环境室注入恒湿空气，并通过设置在所述第一测试室与所述环境室之间、所述环境室与所述第二测试室之间的流量阀，调节所述环境室内的湿度至饱和湿度。

可选地，所述流量阀的流量控制为8-10ml/min。

可选地，步骤S3中，所述密闭所述真空罐，抽真空，对所述试样进行真空抽湿干燥处理，具体过程还包括：

对所述真空罐抽真空，至所述真空罐内的气压小于1×10^-1MPa，控制所述环境室温度为25±1℃，对所述试样抽湿处理的时间为7-8h。

可选地，根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S5后，还包括步骤：

S6、将所述试样更换为标准石英试样，并重复所述步骤S1-S5，以测试与所述试样相同测试环境下的背底信号。

可选地，所述试样为碳纤维增强氰酸酯基复合材料层压板，且所述试样的尺寸为200mm＊50mm＊2mm。

可选地，所述位移传感器的最大量程为2000μm，长度分辨率为0.05μm。

可选地，所述载荷传感器的最大量程为80g，质量分辨率为0.01mg。

相对于现有技术，本发明提供的抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置及方法具有以下优势：

本发明提供的测试方法，将预先吸湿(可达到湿饱和)的试样，采用逆向抽湿过程(也即在湿度降低过程中)来动态检测试样质量和长度的变化，一方面，将试样的吸湿过程提到测试前进行，利用真空能显著加速分子扩散的基本原理，通过抽真空加快抽湿过程，使得试样可快速达到干燥状态，极大地缩短了测试时间，避免电测量仪器由于测量时间长而引入固有时漂，导致测量出现偏差；另一方面，利用高精度的质量传感器和位移传感器，可实现从0-95％间任一恒定湿度条件下试样的质量和长度变化的动态测量，具有测试范围宽、分辨率高等特点。

附图说明

图1为本发明实施例所述的抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的试样抽湿过程中空气压力、湿度和时间关系图；

图4为本发明实施例所述的试样抽湿过程中空气湿度、温度和时间关系图；

图5为本发明实施例所述的试样抽湿过程中长度变化量与时间关系图；

图6为本发明实施例所述的试样抽湿过程中质量变化量与时间关系图。

附图标记说明：

1-第一测试室，2-环境室，3-第二测试室，4-石英管式基准架，5-石英杆，6-密闭隔热层，7-湿度传感器，8-温度传感器，9-气压传感器，10-位移传感器，11-载荷传感器，12-红外热源，13-真空阀，14-干燥气阀，15-恒湿空气阀，16-流量阀，17-试样。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，下述在提到每个结构件的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶端”、“底端”这些位置关系仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。

现有的关于纤维增强树脂基复合材料的吸湿特性研究，国内外有多种相关标准试验方法，但是各标准规范所采用的试样尺寸和试验参数(试验温度，试验湿度等)各不相同。测试湿膨胀系数主要方法有：(1)按试验周期，常见有两种测试方法，一是平衡吸湿法，即复合材料达到吸湿平衡时停止试验，二是固定时间法，即是测试达到规定时间即停止试验；(2)按吸湿方式，有湿热箱法和恒温水浴浸泡法两种；(3)按测试方法，一是静态测试方法，即分别测试试样的起始状态和终了状态的长度和质量，例如参照ASTMD5229/D5229M-1992(2004)标准《聚合物基复合材料吸湿性能和浸润平衡的标准实验方法》，但方法不能反映吸湿或逆向的除湿过程中长度和质量的变化规律，二是动态测试方法，即在湿度变化过程中测试质量和长度的变化，但此方法一方面受测试装置以及所用传感器的精度限制，膨胀值与含湿率间关系易受测量误差的影响，另一方面，通常测试的为试样吸湿过程中的湿膨胀系数，不仅测量时间长(有可能需要几十天)，且长时间的测试时间里，电测量的时漂累积很大，导致测量失败。因此，总的来说，目前湿膨胀系数的动态测试，国内外还未有成熟且统一的方法。

为解决上述问题，本发明提供了一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置及方法，通过自制的真空恒温数控测试装置，并配合高精度的质量和位移传感器，采用逆向抽湿过程(即试样由起始的吸湿饱和状态，如95％相对湿度，通过抽真空加速去湿过程，快速达到干燥状态)来动态检测试样质量和长度的变化，实现在抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的动态测试；此测试方法可准确得到试样的湿膨胀数据，同时有效地缩短了测量时间，也避免了电测量仪器固有时漂引入的测量偏差。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

结合图1所示，一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法，该测试方法是基于包括真空罐及位于真空罐内的石英测试件、湿度传感器7、温度传感器8、气压传感器9、位移传感器10和载荷传感器11的测试装置来实现的，载荷传感器11与石英测试件顶端固定，用以测试试样17的质量变化；位移传感器10固定在石英测试件上，用以测试试样17的长度变化；

抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法包括以下步骤：

S1、启动测量与控制程序，并将所述真空罐内的湿度调节至饱和湿度；

S2、在常压常温以及饱和湿度环境下，将预处理后的试样17置于真空罐内，并将试样17固定在石英测试件上，通过位移传感器10记录试样17的初始长度，通过载荷传感器11记录试样17的初始质量；

S3、密闭真空罐，抽真空，对试样17进行真空抽湿干燥处理；

S4、设定动态采样率，启动测量记录程序，并通过湿度传感器7、温度传感器8以及气压传感器9分别采集所述真空罐内的湿度、温度以及气压数据，并通过位移传感器10记录试样17的质量变化量，通过载荷传感器11记录试样17的长度变化量；

S5、调节真空罐内为常压，停止测量与控制程序。

本发明实施例提供的抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法，将预先吸湿(可达到湿饱和)的试样，采用逆向抽湿过程(也即在湿度降低过程中)来动态检测试样质量和长度的变化，一方面，将试样的吸湿过程提到测试前进行，利用真空能显著加速分子扩散的基本原理，通过抽真空加快抽湿过程，使得试样可快速达到干燥状态，极大地缩短了测试时间，避免电测量仪器由于测量时间长而引入固有时漂，导致测量出现偏差；另一方面，利用高精度的质量传感器和位移传感器，可实现从0-95％间任一恒定湿度条件下试样的质量和长度变化的动态测量，具有测试范围宽、分辨率高等特点。

其中，测试试样17的预处理过程具体为：将试样17先在恒温恒湿箱中进行吸湿处理，使试样17达到饱和湿度，经预处理后的试样17的相对湿度为95％。可以理解的是，试样材料的不同，其吸湿处理时间不同，有的材料达到可能需要1周或几周，在此，试样预处理时间具体时间不做限定。相对于测试试样吸湿过程中的湿膨胀系数，因为材料的原因，使得有可能在吸湿过程没有达到平衡条件下测得试验结果，导致测试结果不可靠。本发明实施例，通过将试样的吸湿过程放在测试步骤之前，不仅有利于试样在达到饱和湿度的情况下，进行湿膨胀系数测量，同时减少了电测量仪器的测量误差，有效提高了测试准确度。

本发明实施例提供的测试方法是基于抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置来实现的。该测试装置包括：真空罐及位于真空罐内的石英测试件、湿度传感器7、温度传感器8、气压传感器9、位移传感器10和载荷传感器11，真空罐包括从上到下依次连接的第一测试室1、环境室2和第二测试室3，石英测试件贯穿环境室2，并在环境室2内与试样17可拆卸连接；石英测试件的顶端固定在第一测试室1内并与载荷传感器11连接，石英测试件的底端悬垂于第二测试室3内；其中，石英测试件的顶端和石英测试件的底端在相对应的位置分别设置有位移传感器10。

此外，第一测试室1与环境室2之间、环境室2与第二测试室3之间均设置有流量阀，流量阀用以调节所述第一测试室1、环境室2和第二测试室3内的气压；石英测试件与第一测试室1固定连接，且悬垂贯穿环境室2和第二测试室3，第一测试室1、环境室2和第二测试室3通过石英测试件连通；湿度传感器7、温度传感器8和气压传感器9均设置在环境室2内；载荷传感器11石英测试件顶端表面连接，用以测试试样17的质量变化；位移传感器10固定在石英测试件的上下两端，用以测试试样17的长度变化；其中，位移传感器10和载荷传感器11均与计算机控制与分析系统电连接。

通过将真空罐设置为分隔的三个腔体，可将放置位移传感器10和载荷传感器11的环境与测试试样17的环境分隔开，避免测试环境的变化影响移传感器10和载荷传感器11的精密度，甚至由于湿度较大对损坏仪器造成损坏。

结合图2所示，具体地，真空罐为可密闭抽真空的罐状结构，且从上到下，真空罐分为第一测试室1、环境室2和第二测试室3，第一测试室1和第二测试室3用于放置测量仪器，环境室2用于放置试样17，由于测量仪器对环境温度、湿度要求较高，而测试时需要调整环境湿度来检测试样17的质量和长度变化量，因此，环境室2的温度、湿度以及压力是需要可控的。为了同时满足试样17的测量和测量仪器对环境的需求，第一测试室1、环境室2和第二测试室3之间通过密闭隔热层6分隔开，这样使得，在对环境室2进行抽湿、保温过程中，不会对第一测试室1和第二测试室3内的环境产生影响，避免降低测量仪器的精度。

为了便于对设置在环境室2内的试样17进行测量，且提高测量准确度，第一测试室1、环境室2和第二测试室3又必须在试样17的测试处是连通的，因此，设置贯穿第一测试室1、环境室2和第二测试室3的石英测试件，且第一测试室1、环境室2和第二测试室3通过石英测试件连通，测量仪器固定在石英测试件位于第一测试室1或第二测试室3的部位，将试样17固定在石英测试件位于环境室2的部位上，在此情况下，就可以通过改变环境室2的湿度、温度条件，测试试样17在湿度下降过程中的质量和长度变化量，且环境室2模拟的抽湿过程时不会对测量仪器产生不利影响。可以理解的是，采用利用石英测试件是利用石英晶体对温度、湿度的膨胀系数较小，可以作为尺寸测试标度，保证了复合材料的湿膨胀性能测试的准确性。

可以理解的是，动态测量是指由传感器测得非电物理信号，然后转为电信号，经过放大、滤波等适调环节，对信号进行处理显示。在本发明实施例中，位移传感器10和载荷传感器11均与计算机控制与分析系统电连接，计算机控制与分析系统是将动态信号采集、显示、存贮、分析集成一体的仪器设备，一般有2-4个输入通道，一个信号源输出，且每个输入通道由程控放大器、抗混滤波器、采样/保持器和模数转换器组成；通过计算机控制与分析系统，可以准确获取预设的每一时间采样点的质量变化量和位移变化量结果。

此外，载荷传感器11为日本岛津公司生产的AUW-D系列天平，其最大量程为80g，质量分辨率为0.01mg。位移传感器10为日本基恩士公司生产的激光位移传感器10LK-G10，此位移传感器10为非接触式，通过接收反射光的大小来确定位移，最大量程为2000μm，长度分辨率为0.05μm。利用高精度的载荷和位移传感器，可以极大提高抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试精确度，提高对复合材料湿稳定性的评价可靠度。

结合图2所示，本发明实施例提供的测试装置，通过在真空罐中分别设置检测室和环境室2，且设置贯穿连通上述三室的石英测试件，将试样17模拟抽湿环境与对试样17的检测环境分开，这样不仅可以利用高精度的位移传感器10和载荷传感器11对试样17的质量和长度变化量进行实时检测，且测试过程中不会影响测量仪器的精度，满足复合材料湿膨胀系数精度的测试要求，得到的试验结果准确、可靠，利于分析和研究，满足工程设计使用要求。

其中，石英测试件包括石英管式基准架4和石英杆5，石英管式基准架4为中空结构，石英杆5顶端在第一测试室1内与石英管式基准架4固定连接且位于石英管式基准架4的中空腔内；石英杆5包括贯穿第一测试室1和环境室2的第一连接段以及贯穿环境室2和第二测试室3的第二连接段，第一连接段和第二连接段之间留有容置试样17的距离。

具体地，由于石英测试件用于固定试样17，且贯穿连通第一测试室1、环境室2和第二测试室3，在本发明实施例中，将石英测试件设置为顶端固定在第一测试室1上的石英管式基准架4和活动连接在石英管式基准架4内部的石英杆5，石英管式基准架4为呈“I”型的中空的管式结构，且“I”型结构的横段分别位于第一测试室1和第二测试室3内，“I”型结构的竖段位于环境室2内。相应地，石英杆5为分离的两段式结构，第一连接段跨越第一测试室1和环境室2的上部分，第二连接段跨越环境室2的下部分和第二测试室3，第一连接段与第二连接段的距离小于或等于试样17的长度，这样就可以将试样17的两端分别与第一连接段和第二连接段固定，将试样17的长度变化量转移到石英杆5的位移变化上，以此对试样17的长度变化量进行测量。

由于石英杆5为两段式结构，相应地，本发明实施例的位移传感器10设置有两个，两个位移传感器10分别位于处于第一测试室1和第二测试室3内的石英管式基准架4的中空腔内，并分别设置在第一连接段与第二连接段的两端，两个位移传感器10置呈垂直布置，且安装在相应位置的固定板上。固定板为套设在石英杆5外壁，并沿外壁向垂直中心轴方向向外延伸的板状结构，这样使两个位移传感器10相对设置，可以保证其检测精度。

载荷传感器11用于测量试样17的质量，其位于石英管式基准架4的顶端，石英管式基准架4的顶端还设置有容纳石英杆5穿过的通孔，第一连接段上端穿过通孔与载荷传感器11固定连接；第二连接段为可活动段，当试样17固定在第一连接段和第二连接段之间后，三者形成一整体构件，并悬垂在石英管式基准架4的中空腔内，此时，载荷传感器11可以实时测量此整体构件的质量变化，以此实现对试样17的质量变化量的测量。

为了提高试样17的连接稳定性，第一连接段位于环境室2内的一端和第二连接段位于环境室2内的一端均设有U形槽和连接孔，U形槽适于与试样17卡接，连接孔适于通过销钉与试样17可拆卸连接。当然，试样17在相应位置也设置有与销钉匹配的连接孔，在安装过程中，先将试样17的两端分别卡在第一连接段和第二连接段上的U形槽内，然后将销钉穿过试样17和石英杆5上的连接孔，并固定。这样在卡接和销钉连接的共同作用下，提高了试样17的连接稳定性，避免在测试过程中试样17出现晃动甚至脱落，导致测试结果出现误差。

可以理解的是，为了调控真空罐内的湿度、温度以及气压，使之达到测试条件，在第一测试室1的外壁设置有真空阀13、干燥气阀14，真空阀13可以调节真空罐内的真空度，干燥气阀14保证第一测试室1内处于干燥环境；环境室2的外壁上设置有恒湿空气阀15，通过恒湿空气阀15可以调节环境室2的湿度，模拟试样17的抽湿过程；第二测试室3的外壁上设置有干燥气阀14，该干燥气阀14同样用于保证第二测试室3内处于干燥环境。其中，第一测试室1与环境室2之间、环境室2与第二测试室3之间均设置有流量阀16，流量阀16与干燥气阀14连接，调节流量阀16，可以使得3个室的气压相等。

此外，环境室2内设有湿度传感器7、温度传感器8和气压传感器9，用于检测环境室2内的温度、湿度以及空气压力，且湿度传感器7、温度传感器8和气压传感器9均与计算机控制与分析系统电连接，便于计算机控制与分析系统实时记录和调控试样17的模拟抽湿环境，提高测试结果的准确度。同时，环境室2内还设有红外热源12，红外热源12与温度传感器8电连接，用以控制环境室2内的温度。

在本发明提供的一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法中，步骤S1，所述的将所述真空罐内的湿度调节至饱和湿度，具体过程包括：向第一测试室1和第二测试室3注入干燥空气，向环境室2注入恒湿空气，并通过设置在第一测试室1与环境室2之间、环境室2与第二测试室3之间的流量阀16，调节环境室2内的湿度至饱和湿度。

具体地，通过计算机控制与分析系统，启动测量与控制程序，关闭设置在第一测试室1上的真空阀13，打开设置在第一测试室1和第二测试室3上的干燥气阀14和设置在环境室2上的恒湿空气阀15，并打开设置在第一测试室1与环境室2之间、环境室2与第二测试室3之间的流量阀16，调节环境室2内的湿度至饱和湿度。

先将试样17进行吸湿处理，尽量增大试样17的含水量至湿饱和状态，增大了后续抽湿过程中试样17的测试上限，扩大湿度测试范围，避免由于试样17没有达到湿度平衡，而影响测试精度。

且在本发明实施例中，流量阀16与恒湿空气阀15(95％RH)和干燥气阀3相连，调节流量阀16的阀门，使得3个腔室的气压相等，这样第一测试室1和第二测试室3是干燥气，而环境室2是等压的设定湿度的空气。通过流量控制使得环境室2达到所需要的恒定湿度，若流量过小会延长环境室达到设定湿度所需要的时间，因此，在本发明实施例中，优选地，流量阀16的流量控制为8-10ml/min。

在步骤S2中，在常压常温以及饱和湿度环境下，将达到湿饱和的试样17置于上述测试装置内，具体的使试样17的上下两端分别于石英杆5的第一连接段和第二连接段固定连接，以保证试样17的安装稳定性。通过设置在环境室2内的湿度传感器7、温度传感器8和气压传感器9实时检测环境室2内的湿度、气压，以及试样17表面的温度，实时检测的数据会传递到计算机控制与分析系统，还通过位移传感器10记录试样17的初始长度L0，通过载荷传感器11记录试样17的初始质量M0，相应地，记录数据也会传递至计算机控制与分析系统。

在步骤S3中，启动测量记录程序前，通常设定动态采样率，设定动态采样率可以细化抽湿过程中，每一采样点的质量和长度变化量，而可以知道的是，采样点越多，根据采样点做出的变化曲线图越准确，也即越能反应抽湿过程中，试样17长度与质量的动态变化。在本发明实施例中，优选地，将动态采样率设置为1个/秒。

设定动态采样率，启动测量记录程序，密闭所述真空罐，抽真空，对试样17进行真空抽湿干燥处理，具体过程包括：关闭干燥气阀14、恒湿空气阀15和流量阀16，以密闭真空罐，然后打开真空阀13，对真空罐进行抽真空处理，抽真空至真空罐内的气压小于1×10-1MPa，同时打开红外热源12对环境室2进行升温，控制环境室2温度为25±1℃，且在温度和压力条件下，对试样17进行抽湿处理，抽湿处理的时间为7-8h。

步骤S4中，通过采集的湿度、温度以及气压数据，以及通过位移传感器10记录试样17的质量变化量ΔM，通过载荷传感器11记录试样17的长度变化量L0，并结合在步骤S3中记录的试样17的初始长度和初始质量M0，通过下式可以计算得到每一湿度下的湿膨胀系数CME：

CME＝(ΔL/L0)/(ΔM/M0)

根据采集的数据，可形成如图3所示的空气压力、湿度和时间关系曲线、图4所示的空气湿度、温度和时间关系曲线、图5所示的抽湿过程中长度变化量与时间关系曲线、图6所示的抽湿过程中质量变化量与时间关系曲线。根据图3-6的变化曲线图，可以查询计算出0-95％湿度范围内，任一湿度下的长度和质量变化，而根据这些基础数据带入上述湿膨胀系数CME计算公式，即可从0至95％间任一恒定湿度条件下抽湿过程的质量和长度变化的动态测量，以此表征各种纤维增强树脂基复合材料的动态湿变形情况，为之后的材料选择、结构设计提供理论依据。

为进一步提高测试准确性，在步骤S5停止测量与控制程序后，还包括步骤S6、将样品更换为标准石英试样，并重复步骤S1-S5，以测试与试样相同测试环境下的背底信号。

且由于本发明实施例选择质量分辨率为0.01mg的载荷传感器11，长度分辨率为0.05μm的位移传感器10，因此，在获得动态测量参数的同时，其测量精度较高，满足工程设计使用要求。

可以理解的是，工程设计所需要的复合材料湿膨胀数据所用试样17要尽量大，保证达到一定的抽湿表面积与质量比，美标通常为200mm＊40mm＊2mm,试样17质量达到几十克，而目前现有的湿膨胀系数测试方法由于装置和精度的限制，只能使用尺寸较小的试样17，均达不到美标的标准。

而在本发明实施例中，通过采用自制的抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试装置，且配合高精度的载荷和位移传感器10，所测试的试样17尺寸可以为200mm＊50mm＊2mm，充分满足国际标准。试样17优选为：碳纤维增强氰酸酯基复合材料层压板，该复合材料的湿膨胀系数较小，是通用的较优异的材料。

可以理解的是，本发明的初衷是提供一种标准测试方法，而标准通常主要规范方法，其具体测试条件(如温度、湿度)需要根据工程实际需求来定。因此，本发明实施例虽然提供了以碳纤维增强氰酸酯基复合材料层压板为试样17的测试装置以及测试方法，但这只是为了更方便描述而采用的实施例，并不构成对测试装置以及测试方法的限定；在其他实施例中，可以根据选择的试样17的不同，对测试装置以及测试条件进行适应性的调整。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动测量与控制程序，将真空罐内的湿度调节至饱和湿度；

S2、在常压常温以及饱和湿度环境下，将预处理后的试样(17)置于所述真空罐内，并将所述试样(17)固定在所述真空罐内的石英测试件上，通过位移传感器(10)记录所述试样(17)的初始长度，通过载荷传感器(11)记录所述试样(17)的初始质量；

S3、启动测量记录程序，密闭所述真空罐，抽真空，对所述试样(17)进行真空抽湿干燥处理；

S4、通过湿度传感器(7)、温度传感器(8)以及气压传感器(9)分别采集所述真空罐内的湿度、温度以及气压数据，并通过所述位移传感器(10)记录所述试样(17)的质量变化量，通过所述载荷传感器(11)记录所述试样(17)的长度变化量；

S5、调节所述真空罐内为常压，停止测量与控制程序。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤S2中，所述预处理的过程具体为：将所述试样(17)在恒温恒湿箱中作吸湿处理，使所述试样(17)达到饱和湿度。

3.根据权利要求1或2中所述的测试方法，其特征在于，所述真空罐包括从上到下依次连接的第一测试室(1)、环境室(2)和第二测试室(3)，所述石英测试件贯穿所述环境室(2)，并在所述环境室(2)内与所述试样(17)可拆卸连接；所述石英测试件的顶端固定在所述第一测试室(1)内并与所述载荷传感器(11)连接，所述石英测试件的底端悬垂于所述第二测试室(3)内；其中，所述石英测试件的顶端和所述石英测试件的底端在相对应的位置分别设置有所述位移传感器(10)。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，步骤S1中，所述将所述真空罐内的湿度调节至饱和湿度，具体过程包括：

向所述第一测试室(1)和所述第二测试室(3)注入干燥空气，向所述环境室(2)注入恒湿空气，并通过设置在所述第一测试室(1)与所述环境室(2)之间、所述环境室(2)与所述第二测试室(3)之间的流量阀(16)，调节所述环境室(2)内的湿度至饱和湿度。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述流量阀(16)的流量控制为8-10ml/min。

6.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，步骤S3中，所述密闭所述真空罐，抽真空，对所述试样(17)进行真空抽湿干燥处理，具体过程包括：

对所述真空罐抽真空，至所述真空罐内的气压小于1×10^-1MPa，控制所述环境室(2)温度为25±1℃，对所述试样(17)抽湿处理的时间为7-8h。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S5后，还包括步骤：

S6、将所述试样(17)更换为标准石英试样，并重复所述步骤S1-S5，以测试与所述试样(17)相同测试环境下的背底信号。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述试样(17)为碳纤维增强氰酸酯基复合材料层压板，且所述试样(17)的尺寸为200mm＊50mm＊2mm。

9.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述位移传感器(10)的最大量程为2000μm，长度分辨率为0.05μm。

10.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述载荷传感器(11)的最大量程为80g，质量分辨率为0.01mg。