CN110672823B - 硅胶收缩率的测试方法和工装 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅胶收缩率的测试方法，包括步骤：S1:准备两块厚度和面积均已知的透明板片，所述两块透明板片的形状和面积完全相同；采用待测试硅胶将所述两块透明板片完全对齐地粘接在一起，使待测试硅胶充满于所述两块透明板片之间且控制硅胶的厚度均匀分布，对硅胶固化处理制得被测试样；测定此时所述被测试样的总厚度；S2：烘烤所述被测试样，硅胶在烘烤下发生收缩，形成若干不规则形状的硅胶收缩的空穴面；S3:测量每个不规则形状的硅胶收缩空穴面的面积和相应硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度；S4：计算待测硅胶的收缩率，收缩率等于收缩的硅胶总体积/收缩前硅胶总体积*100％。利用本发明的硅胶收缩率测试方法，可快速测定不同种类的硅胶经不同温度加热后的收缩率。
Description
技术领域
本发明涉及硅胶性能测试技术领域，尤其是一种硅胶收缩率的测试方法和工装。
背景技术
硅胶是透明或乳白色粒状固体，硫化后成为柔软的弹性固态材料，其在-65℃至200℃下可长期使用并保持其柔软弹性性能。有机硅产品都具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。有机硅除了具有优良的耐热性外，还具有优异的拒水性、耐臭氧、耐气候老化，无腐蚀性，有生理惰性，无毒无味，线收缩率低，由于其优良的特性，常用作稳定的电绝缘材料，被广泛应用于电子、电气工业上。
硅胶的收缩率是考察硅胶性能的一个重要指标，尤其涉及到透明硅胶用于光路中的器件粘接时。透明硅胶在不同温度环境下的收缩率大小会直接影响光路效果。因此，通过测量硅胶的收缩率有助于选择符合特定使用要求的硅胶，以避免粘接脱胶、增加器件的使用长效性。为了快速帮助研究人员了解各硅胶在不同温度下的收缩率，通过特定手段或方法测量特定温度下硅胶的收缩率，是一项重要且有意义的工作。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种硅胶收缩率的测试方法和工装，用于测试不同硅胶在不同的温度和或湿度环境下的收缩率。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种硅胶收缩率的测试方法，其包括步骤：
S1:制作被测试样
准备两块厚度和面积均已知的透明板片，所述两块透明板片的形状和面积完全相同；采用待测试硅胶将所述两块透明板片完全对齐地粘接在一起，使待测试硅胶充满于所述两块透明板片之间且控制硅胶的厚度均匀分布，对硅胶固化处理制得被测试样；测定此时所述被测试样的总厚度；
S2：烘烤所述被测试样
将所述被测试样于设置温度下烘烤预定时间后取出；经烘烤后所述两块透明板片之间的硅胶在烘烤下发生收缩，形成若干个不规则形状的硅胶收缩空穴面；
S3:测量经烘烤后的被测试样
测量每个不规则形状的硅胶收缩空穴面的面积和相应硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度；
S4：计算所述待测硅胶的收缩率
收缩率C＝收缩的硅胶总体积/收缩前硅胶总体积*100％。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S4中，所述待测硅胶的收缩率计算公式为：
其中：
C表示硅胶收缩率；n表示经烘烤后的被测试样中硅胶发生收缩后形成的硅胶收缩空穴面的数量；Ai表示第i个硅胶收缩空穴面的面积，δi表示第i个硅胶收缩空穴面的厚度；S表示烘烤前被测试样中硅胶的面积，S＝透明板片的面积；δ0表示烘烤前被测试样中硅胶的厚度；
其中：δi＝Hi-两块透明板片的厚度之和；
δ0＝H0-两块透明板片的厚度之和；
Ai是在步骤S3中测量和计算出来，Hi是在步骤S3中测量得到的第i个硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度，H0是在步骤S1中测量得到的所述被测试样的总厚度。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S3中，先用测量显微镜下勾勒出全部的不规则形状的硅胶收缩空穴面的图形,进一步用测量显微镜软件计算出各硅胶收缩空穴面对应的图形面积Ai,同时用测量显微镜测量出各硅胶收缩空穴面所在位置处对应的被测试样厚度Hi。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S1中，所述透明板片为耐高温的亚克力板片或玻璃板片。耐高温在此处主要是指在烘烤温度下，两个透明板片基本不发生形变或收缩(厚度不变)。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S1中，制作被测试样时，还用到等高块和配重块；具体操作为：
S11:所述两块透明板片分别为第一透明板片和第二透明板片，将第一透明板片平置一个水平台面上，在其表面均匀涂布硅胶，将第二透明板片盖合在硅胶上，使第二透明板片与第一透明板片以完全对齐的方式粘接在一起；
S12:在所述第一透明板片的周围放置若干所述等高块，所述等高块的高度等于或略小于第二透明板片上表面的高度，将所述配重块放置在第二透明板片和所述等高块的上表面；在配重块重力作用下，将部分硅胶从所述两块透明板片的接缝处挤出，待挤出一部分后，所述配重块被所述等高块支撑不再继续挤出硅胶，使硅胶厚度分布均匀；对硅胶进行固化处理，制得被测试样，被测试样包含第一透明板片、硅胶和第二透明板片；
S13：将从所述两块透明板片的接缝处挤出硅胶清理干净，通过测量显微镜观测所述两块透明板片之间的硅胶是否均匀布满所述两块透明板片之间，是则为合格被测试样用于下一步测试，反之则为不合格。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S12中，所述等高块的侧面为标准的竖直平面，放置在所述第一、第二透明板片的周围，借助所述标准的竖直平面的限制作用，使第二透明板片与第一透明板片呈正对齐的状态粘接和固化在一起。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S11中，在粘接所述第一透明板片和第二透明板片时，通过反复研磨的方式将硅胶中的气泡赶出；或者通过使第二、第一透明板片相对来回移动的方式将硅胶中的气泡赶出。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S12中，所述第一透明板片和第二透明板片均为正方形或长方形；所述等高块的数量为至少4块，对应围绕在所述第一、第二透明板片的四条边放置。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S2中，使用可设定温度的高低温循环箱，在设定条件下对所述被测试样进行烘烤。
根据本发明一个较佳实施例，步骤S2中，所述设定条件包括升温速度、最高烘烤温度、烘烤时间、降温速度和/或湿度。
根据以上构思，本发明还提供一种硅胶收缩率测试工装，所述测试工装用于制作被测试件，所述工装包括：
第一透明板片和第二透明板片，所述第一透明板片和第二透明板片的厚度和面积已知，且第一、第二透明板片的形状和面积大小一致，表面平整光滑；
等高块，所述等高块包括2个或2个以上，围绕在所述第一、第二透明板片的周围放置；
配重块，放置在所述等高块、以及相互叠置的第一和第二透明板片的上表面。
根据本发明较佳实施例，所述等高块的侧面为标准的竖直平面，放置在所述第一、第二透明板片的周围，借助所述标准的竖直平面的限制作用，使第二透明板片与第一透明板片呈正对齐的状态叠置。
根据本发明较佳实施例，所述第一透明板片和第二透明板片均为正方形或长方形；所述等高块的数量为至少4块，对应围绕在所述第一、第二透明板片的四条边放置。
优选地，所述等高块的高度略大于所述第一、第二透明板片叠置的总厚度。在第一透明板片、第二透明板片叠置的两个相对面之间填充了硅胶层后，此时第一透明板片、硅胶层、第二透明板片的总厚度略大于所述等高块的高度。
根据本发明较佳实施例，所述第一、第二透明板片的材料为耐高温不易变形的透明材质，如亚克力或玻璃等。借此，使被测试样在烘烤前后，第一、第二透明板片的厚度基本不发生变化。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
利用本发明的硅胶收缩率测试方法，可快速测定不同种类的硅胶经不同温度加热后的收缩率，从而根据实际应用的需求选择符合特定使用要求的硅胶，如用于粘接光学器件时，根据光学器件工作环境选择适当的硅胶，以避免粘接脱胶、增加器件的使用长效性。
附图说明
图1为本发明硅胶收缩率测试方法的基本流程图。
图2为本发明硅胶收缩率测试方法中被测试样的制作过程示意图。
图3为本发明硅胶收缩率测试方法中被测试样的组成示意图。
图4为本发明硅胶收缩率测试方法中被测试样烘烤前的示意图。
图5为本发明硅胶收缩率测试方法中被测试样烘烤后的示意图一。
图6为本发明硅胶收缩率测试方法中被测试样烘烤后的示意图二。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明公开一种硅胶收缩率的测试方法，其基本步骤包括：
S1:制作被测试样
准备两块厚度和面积均已知的透明板片，所述两块透明板片的形状和面积完全相同；采用待测试硅胶将所述两块透明板片完全对齐地粘接在一起，使待测试硅胶充满于所述两块透明板片之间且控制硅胶的厚度均匀分布，对硅胶固化处理制得被测试样；测定此时所述被测试样的总厚度；
S2：烘烤所述被测试样
将所述被测试样于设置温度下烘烤预定时间后取出；经烘烤后所述两块透明板片之间的硅胶在烘烤下发生收缩，形成若干个不规则形状的硅胶收缩空穴面(即硅胶空洞)；
S3:测量经烘烤后的被测试样
测量每个不规则形状的硅胶收缩空穴面的面积和相硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度；
S4：计算所述待测硅胶的收缩率
收缩率C＝收缩的硅胶总体积/收缩前硅胶总体积*100％。
以下结合图2-6对以上各步骤详细举例说明如下。
步骤一：制作被测试样
结合图2-4所示，选用两块正方形的透明亚克力板片(定义为第一透明板片1和第二透明板片2)，这两个透明亚克力板片尺寸相同，厚度均匀且表面平整，厚度分别为h1和h2，面积大小为S1＝S2。
制作被测试件时，使用的工装除了第一透明板片1和第二透明板片2之外，还包含四块具有高垂直精度的等高块4以及控制胶层厚度的配重块5。具体操作为：
①:将第一透明板片1平置一个水平台面上，在其表面均匀涂布硅胶3，将第二透明板片2盖合在硅胶3上，以将第二透明板片2与第一透明板片1以完全对齐的方式粘接在一起。
在粘接所述第一透明板片1和第二透明板片2时，通过来回研磨的方式将硅胶中的气泡赶出；或者通过使第二、第一透明板片相对来回移动的方式将硅胶中的气泡挤出。
②第一透明板片1和第二透明板片2以硅胶3暂时粘接在一起后，在第一透明板片1的四周(矩形的四条边)分别放置一块等高块4，一共放置4块等高块4。等高块4朝向第一透明板片1的一侧面为高精度的竖直平面，利用该竖直平面的推挤，使第二透明板片2与第一透明板片1呈完全对齐的状态叠置在一起，详见图2所示。在等高块4和第二透明板片2的上表面搁置配重块5。配重块5可为玻璃块或陶瓷块，有一定的自重。工装按照上述步骤组装后，整体进行硅胶固化处理。硅胶的固化处理条件依照硅胶的不同而相应调整。
等高块4的高度略小于第二透明板片2上表面的高度。在配重块5重力作用下，第二透明板片2被下压并将部分硅胶3从两块透明板片(1、2)的对接面处挤出，而硅胶3被挤出一部分后，配重块5被等高块4所支撑，不再挤出硅胶3，使硅胶3能被控制为均匀厚度。经固化处理后，制得被测试样6。被测试样6包含第一透明板片1、硅胶3和第二透明板片2。
③对制作完成的被测试样进一步处理，筛选合格的被测试样。将被测试四周挤出硅胶清理干净，通过测量显微镜观测两块透明板片(1、2)间的硅胶是否均匀布满所述两块透明板片的对接面之间、是否有遗漏、气泡等，将观察“硅胶布满两块透明板片的对接面之间”的被测试样6判断为合格，用于下一步；反之，若观察存在遗漏、气泡的则视为不合格。将每个合格的被测试样6标示好对应的硅胶种类。
结合图4所示，为合格的被测试样6的示意图。测量此时(被烘烤前)该被测试样6的总高度为H0，已知第一透明板片1的厚度为h1，已知第二透明板片2的厚度为h2，故此时(未烘烤前)硅胶3的厚度为δ0＝H0-(h1+h2),铺展面积为S(与第一透明板片或第二透明板片等面积)。
步骤二：烘烤被测试样
将选出的合格的被测试样6于设置温度下烘烤预定时间后取出。具体地，使用可设定温度的高低温循环箱，在设定条件下对被测试样6进行烘烤。设定条件包括升温速度、最高烘烤温度、烘烤时间、降温速度和/或湿度。例如，设定的条件为：60℃，48小时，自然湿度；设定高低温循环箱温度缓慢上升，以1℃/min的标准从常温上升的60℃，然后进行恒温60度的48小时烘烤，当烘烤48小时完成后，再以1℃/min的标准逐渐降低到室温，将样品取出。
经烘烤后，被测试样6的两块透明板片(1、2)之间的硅胶3在烘烤下发生收缩，形成n个不规则形状的硅胶收缩空穴面31(图5所示的四角处的空洞)。
步骤三：测量经烘烤后的被测试样
如图5-6所示，由于收缩后，各不规则硅胶收缩空穴面31的面积非常小，且形状不规则(例图5-6所示，硅胶收缩成4个不规则图形硅胶收缩空穴面31，面积为A1、A2、A3、A4)。测量时，先在测量显微镜下勾勒(构造)出全部的(n个)不规则形状的硅胶收缩空穴面31的图形，进一步用测量显微镜的相关面积计算软件计算出各硅胶收缩空穴面31对应的图形面积Ai,同时用测量显微镜测量出各硅胶收缩空穴面31所在位置处对应的被测试样厚度Hi(图6中所示，4个不规则图形硅胶收缩空穴面31所在位置处被测试样的厚度变为H1、H2、H3、H4)。
由于第一、第二透明板片为耐高温(60℃下)几乎不发生变形材料(如亚克力)制成，因此其厚度保持为h1和h2。
此时，各硅胶收缩空穴面31对应的厚度δi＝Hi-(h1+h2)。
步骤四：计算所述待测硅胶的收缩率
收缩率C＝收缩的硅胶总体积/收缩前硅胶总体积*100％。
收缩前硅胶总体积＝S*δ0，其中S为烘烤前硅胶铺展面积，与S1/S2相等且已知，δ0＝H0-(h1+h2)为已知，故收缩前硅胶总体积可计算出来。
根据以下公式即可计算出，某种硅胶经某一特定温度烘烤处理后的收缩率C。
其中：
C表示硅胶收缩率；n表示经烘烤后的被测试样中硅胶发生收缩后形成的硅胶收缩空穴面的数量；Ai表示第i个硅胶收缩空穴面的面积，δi表示第i个硅胶收缩空穴面的厚度；S表示烘烤前被测试样中硅胶的面积，S＝S1＝S2；δ0表示烘烤前被测试样中硅胶的厚度；
其中：δi＝Hi-(h1+h2)；δ0＝H0-(h1+h2)；
Ai为烘烤后硅胶收缩形成的不同硅胶收缩空穴面31的单个面积，Hi为烘烤后，第i个硅胶收缩空穴面31所在位置处对应的被测试样厚度，H0为被测试样在烘烤前的初始厚度。
利用本发明的硅胶收缩率测试方法，可快速测定不同种类的硅胶经不同温度加热后的收缩率，从而根据实际应用的需求选择符合特定使用要求的硅胶，如用于粘接光学器件时，根据光学器件工作环境选择适当的硅胶，以避免粘接脱胶、增加器件的使用长效性。
Claims (8)
1.一种硅胶收缩率的测试方法，其特征在于，包括步骤：
S1:制作被测试样
准备两块厚度和面积均已知的透明板片，所述两块透明板片的形状和面积完全相同；采用待测试硅胶将所述两块透明板片完全对齐地粘接在一起，使待测试硅胶充满于所述两块透明板片之间且控制硅胶的厚度均匀分布，对硅胶固化处理制得被测试样；测定此时所述被测试样的总厚度；
S2：烘烤所述被测试样
将所述被测试样于设置温度下烘烤预定时间后取出；经烘烤后所述两块透明板片之间的硅胶在烘烤下发生收缩，形成若干个不规则形状的硅胶收缩空穴面；
S3:测量经烘烤后的被测试样
测量每个不规则形状的硅胶收缩空穴面的面积和相应硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度；
S4：计算所述待测硅胶的收缩率
收缩率＝收缩的硅胶总体积/收缩前硅胶总体积*100％。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤S4中，所述待测硅胶的收缩率计算公式为：
其中：
C表示硅胶收缩率；n表示经烘烤后的被测试样中硅胶发生收缩后形成的硅胶收缩空穴面的数量；Ai表示第i个硅胶收缩空穴面的面积，δi表示第i个硅胶收缩空穴面的厚度；S表示烘烤前被测试样中硅胶的面积，S＝透明板片的面积；δ0表示烘烤前被测试样中硅胶的厚度；
其中：δi＝Hi-两块透明板片的厚度之和；
δ0＝H0-两块透明板片的厚度之和；
Ai是在步骤S3中测量和计算出来，Hi是在步骤S3中测量得到的第i个硅胶收缩空穴面所在位置对应的被测试样厚度，H0是在步骤S1中测量得到的所述被测试样的总厚度。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，步骤S3中，先用测量显微镜下勾勒出全部的不规则形状的各硅胶收缩空穴面的图形,进一步用测量显微镜软件计算出各硅胶收缩空穴面对应的图形面积Ai,同时用测量显微镜测量出各硅胶收缩空穴面所在位置处对应的被测试样厚度Hi。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤S1中，所述透明板片为耐高温的亚克力板片或玻璃板片。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤S1中，制作被测试样时，还用到等高块和配重块；具体步骤为：
S11:所述两块透明板片分别为第一透明板片和第二透明板片，将第一透明板片平置一个水平台面上，在其表面均匀涂布硅胶，将第二透明板片盖合在硅胶上，使第二透明板片与第一透明板片以完全对齐的方式粘接在一起；
S12:在所述第一透明板片的周围放置若干所述等高块，所述等高块的高度等于或略小于第二透明板片上表面的高度，将所述配重块放置在第二透明板片和所述等高块的上表面；在配重块重力作用下，将部分硅胶从所述两块透明板片的接缝处挤出，待挤出一部分后，所述配重块被所述等高块支撑不再继续挤出硅胶，使硅胶厚度分布均匀；对硅胶进行固化处理，制得被测试样；被测试样包含第一透明板片、硅胶和第二透明板片；
S13：将从所述两块透明板片的接缝处挤出硅胶清理干净，通过测量显微镜观测所述两块透明板片之间的硅胶是否均匀布满所述两块透明板片之间，是则为合格被测试样用于下一步测试，反之则为不合格。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，步骤S12中，所述等高块的侧面为标准的竖直平面，放置在所述第一、第二透明板片的周围，借助所述标准的竖直平面的限制作用，使第二透明板片与第一透明板片呈正对齐的状态粘接、固化在一起。
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，步骤S11中，在粘接所述第一透明板片和第二透明板片时，通过反复研磨的方式将硅胶中的气泡赶出；或者通过使第二、第一透明板片相对来回移动的方式将硅胶中的气泡赶出。
8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，步骤S12中，所述第一透明板片和第二透明板片均为正方形或长方形；所述等高块的数量为至少4块，对应围绕在所述第一、第二透明板片的四条边放置。
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