CN111678942B - 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法 - Google Patents

一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111678942B
CN111678942B CN202010380289.XA CN202010380289A CN111678942B CN 111678942 B CN111678942 B CN 111678942B CN 202010380289 A CN202010380289 A CN 202010380289A CN 111678942 B CN111678942 B CN 111678942B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
test
water tank
samples
core tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010380289.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111678942A (zh
Inventor
刘福东
王文强
李良图
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Yuzhi Basin Management Technology Research Institute Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Yuzhi Basin Management Technology Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Yuzhi Basin Management Technology Research Institute Co ltd filed Critical Jiangsu Yuzhi Basin Management Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN202010380289.XA priority Critical patent/CN111678942B/zh
Publication of CN111678942A publication Critical patent/CN111678942A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111678942B publication Critical patent/CN111678942B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/16—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal coefficient of expansion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开一种用于测试纤维复合材料湿膨胀系数的装置和方法，加热控制器通过流体管道分别与恒温水箱、冷却水箱相连，冷却水箱还连接于冷却机组；所述真空室中设置有恒温器，恒温器包括核心筒和空心壳，核心筒安装于空心壳内，核心筒外周设置有若干试样槽，试样槽上安装有位移传感器，试样槽内放置待测试样；核心筒和空心壳均与流体管道相连，核心筒通过流体管道由恒温水箱输入恒温水，然后经出水管流入冷却水箱。本发明解决现有技术中纤维复合材料湿膨胀系数测试周期过长的问题，并考虑纤维方向对纤维复合材料湿膨胀系数的影响。

Description

一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法
技术领域
本发明属于材料检测技术，具体涉及一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法。
背景技术
作为一种精密的部件，航天器部件往往需要具有高度的尺寸稳定性，先进的纤维复合材料在航天器部件的制作中得到了广泛的应用。复合材料具有广泛的机械和物理性能，通过合理的材料选择以及合理的堆垛顺序，纤维复合材料的热稳定性可以得到保证。然而，纤维复合材料的尺寸稳定性受潮湿环境的影响较大，容易引起树脂体系的膨胀和塑化。此外，在空间环境中，纤维复合材料结构会发生水分的脱附，引起材料的收缩。在大多数情况下，纤维复合材料吸湿膨胀和脱水收缩所引起的尺寸变化需要得到准确的评估，因此，了解纤维复合材料的湿膨胀系数十分必要。
目前，国内尚未形成测定纤维复合材料湿膨胀系数的标准试验方法。现有的技术方法通过测量试样从干燥状态至吸湿饱和状态过程中尺寸及质量的变化来测试其吸湿膨胀系数。但是这些方法试验周期长，测量精度差，且少有考虑纤维方向对湿膨胀系数的影响，因此，试验结果难以准确评估纤维复合材料在潮湿环境下的尺寸变化。基于此，一种科学合理的纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和方法亟待开发。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法，本发明解决现有技术中纤维复合材料湿膨胀系数测试周期过长的问题，并考虑纤维方向对纤维复合材料湿膨胀系数的影响。
技术方案：本发明的一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置，包括加热控制器(例如AI-516P智能温度控制器)、恒温水箱、冷却水箱和真空室，所述加热控制器通过流体管道分别与恒温水箱、冷却水箱相连，冷却水箱还连接于冷却机组；所述真空室中设置有恒温器，恒温器包括核心筒和空心壳，核心筒安装于空心壳内，核心筒外周设置有若干试样槽，试样槽上安装有位移传感器，试样槽内放置待测试样；所述核心筒和空心壳均与流体管道相连，核心筒通过流体管道由恒温水箱输入恒温水，然后经出水管流入冷却水箱。
其中，真空室的设置是为了模拟纤维复合材料在真空环境下的水分脱附及尺寸收缩；而所有流体管道中的水温均为加热控制器和冷却机组共同控制。
进一步的，所述冷却水箱中的水先由冷却机组冷却，随后通过加热控制器加热，最终供给恒温水箱；所述恒温水箱中的水供给恒温器，使得恒温器中水温保持恒定，水温变化范围在±0.01K之内。
进一步的，所述位移传感器采用LVDT位移传感器，所述恒温器整体为铝制(能够确保良好的热传导以及温度的均匀性)，所述空心壳由两个半圆柱形中空壳组成。考虑到测量材料变形对精度要求很高，且本发明中热量的交换是通过热辐射进行的，此处空壳能够增加辐射的面积，保证热量均匀。
进一步的，所述试样槽共设有六个，在试验开始前将六个试样槽沿核心筒外周呈等边六边形均匀布置，且位于空心壳与核心筒之间；其中五个试样槽中放置有待测试试样、另一个试样槽中放置材料物理参数均已知的对比试样。为确保热量交换，所述试样槽与位移传感器表面均涂有高辐射发射率的黑色涂料；为减小试验误差，所述试样槽均采用因瓦合金制成。放置对比试样的试样槽上装有热电偶(能够监测试验过程中温度的变化，当监测温度达到设定温度时，开始采集试件的变形数据。)。
本发明还公开一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
(1)考虑纤维方向对湿膨胀系数的影响，共准备A、B两组试样，每组试样包含五个测试试样以及一个对比试样，A组试验针对纵向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定，B组试验针对横向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定；
(2)：针对每组试验，首先将待测试样放于气候室内，设定环境温度为348K，环境湿度设定为95％RH，对六个试样进行加速吸收循环试验，试验过程中不断测量试样重量变化ΔM，直至稳定(即ΔM趋于稳定不再变化)；
(3)：加速吸收循环试验结束后，准备五个待测试样和一个对比试样；并这六个试样分别安装于对应的试样槽内，试样槽上位移传感器调零；
(4)：将装有试样的试样槽安装于核心筒外周，并对真空室进行抽真空，真空气压约为10-3Pa；设定恒温器水温为333K，使得试样中水分不断挥发，通过位移传感器不断测量其尺寸变化ΔL，直至稳定(即ΔL趋于稳定不再变化)；
(5)：根据加速吸收循环试验以及蒸发试验所得结果，由下式计算试样的湿膨胀系数β：
β＝(ΔL/L)/(ΔM/M)％
式中，L为试样试验前尺寸，M为试样试验前重量。
有益效果：本发明中每次试验可同时测若干试样，保证了同组试样的试验环境一致，减少了环境及系统的变化产生的误差；采用LVDT位移传感器受环境干扰因素小，测量结果准确；测试方法考虑了纤维方向对纤维复合材料湿膨胀系数的影响，试验结果更加科学合理。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中恒温器结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置，包括加热控制器、恒温水箱、冷却水箱和真空室，所述加热控制器通过流体管道分别与恒温水箱、冷却水箱相连，冷却水箱还连接于冷却机组；所述真空室中设置有恒温器，恒温器包括核心筒和空心壳，核心筒安装于空心壳内，核心筒外周设置有若干试样槽，试样槽上安装有位移传感器，试样槽内放置待测试样；所述核心筒和空心壳均与流体管道相连，核心筒通过流体管道由恒温水箱输入恒温水，然后经出水管流入冷却水箱。其中，真空室的设置是为了模拟纤维复合材料在真空环境下的水分脱附及尺寸收缩；而所有流体管道中的水温均为加热控制器和冷却机组共同控制。流入恒温器的水可经由管道流入核心筒以及半圆柱形空心壳，并最终通过管道流入水箱。
进一步的，所述冷却水箱中的水先由冷却机组冷却，随后通过加热控制器加热，最终供给恒温水箱；所述恒温水箱中的水供给恒温器，使得恒温器中水温保持恒定，水温变化范围在±0.01K之内。
进一步的，所述位移传感器采用LVDT位移传感器，所述恒温器整体为铝制(能够确保良好的热传导以及温度的均匀性)，所述空心壳由两个半圆柱形中空克组成。
进一步的，所述试样槽共设有六个，在试验开始前将六个试样槽沿核心筒外周呈等边六边形均匀布置，且位于空心壳与核心筒之间；其中五个试样槽中放置有待测试试样、另一个试样槽中放置材料物理参数均已知的对比试样。为确保热量交换，所述试样槽与位移传感器表面均涂有高辐射发射率的黑色涂料；为减小试验误差，所述试样槽均采用因瓦合金制成。
上述纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
(1)考虑纤维方向对湿膨胀系数的影响，共准备A、B两组试样，每组试样包含五个测试试样以及一个对比试样，A组试验针对纵向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定，B组试验针对横向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定；
(2)：针对每组试验，首先将待测试样放于气候室内，设定环境温度为348K，环境湿度设定为95％RH，对所有试样进行加速吸收循环试验，试验过程中不断测量试样重量变化ΔM，直至稳定；
(3)：准备五个待测试样和一个对比试样；并这六个试样分别安装于对应的试样槽内，试样槽上位移传感器调零；
(4)：加速吸收循环试验结束后，将装有试样的试样槽安装于核心筒外周，并对真空室进行抽真空，真空气压约为10-3Pa；设定恒温器水温为333K，使得试样中水分不断挥发，并不断测量其尺寸变化ΔL，直至稳定；
(5)：根据加速吸收循环试验以及蒸发试验所得结果，由下式计算试样的湿膨胀系数β：
β＝(ΔL/L)/(ΔM/M)％
式中，L为试样试验前尺寸，M为试样试验前重量。
上述过程中，共进行两组试验，每组试验需准备六个试样，五个纤维复合材料试样以及一个为因瓦合金制得的对比试样；其中第一组纤维复合材料试样纤维朝向为沿试样长向，另外一组为垂直于试件长向；试件尺寸为200×25×4mm。
通过上述实施例可以看出，本发明大大缩短了试验周期，提高了测试效率；每次试验可同时测多个试样，减少了环境及系统的变化产生的误差；LVDT位移传感器受环境干扰因素小，测量结果准确；此外，测试方法考虑了纤维方向对纤维复合材料湿膨胀系数的影响，试验结果更加科学合理。

Claims (3)

1.一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置，其特征在于：包括加热控制器、恒温水箱、冷却水箱和真空室，所述加热控制器通过流体管道分别与恒温水箱、冷却水箱相连，冷却水箱还连接于冷却机组；所述真空室中设置有恒温器，恒温器包括核心筒和空心壳，核心筒安装于空心壳内，核心筒外周设置有若干试样槽，试样槽上安装有位移传感器，试样槽内放置待测试样；所述核心筒和空心壳均与流体管道相连，核心筒和空心壳均通过流体管道由恒温水箱输入恒温水，然后经出水管出水流入冷却水箱；所述位移传感器采用LVDT位移传感器，所述恒温器整体为铝制，所述空心壳由两个半圆柱形中空壳组成；所述试样槽共设有六个，在试验开始前将六个试样槽沿核心筒外周呈等边六边形均匀布置，其中五个试样槽中放置有待测试试样、另一个试样槽中放置材料物理参数均已知的对比试样；所述试样槽与位移传感器表面均涂有高辐射发射率的黑色涂料；所述试样槽均采用因瓦合金制成。
2.根据权利要求1所述的纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置，其特征在于：所述冷却水箱中的水先由冷却机组冷却，随后通过加热控制器加热，最终供给恒温水箱；所述恒温水箱中的水供给恒温器，使得恒温器中水温保持恒定，水温变化范围在±0.01K之内。
3.一种根据权利要求1至2任意一项所述的纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤： (1)：考虑纤维方向对湿膨胀系数的影响，共准备A、B两组试样，每组试样包含五个测试试样以及一个对比试样，A组试验针对纵向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定，B组试验针对横向纤维对纤维复合材料湿膨胀系数的测定；(2)：针对每组试验，首先将待测试样放于气候室内，设定环境温度为348K，环境湿度设定为95％RH，对六个试样进行加速吸收循环试验，试验过程中不断测量试样重量变化ΔM，直至稳定； (3)：加速吸收循环试验结束后，准备五个待测试样和一个对比试样；并这六个试样分别安装于对应的试样槽内，试样槽上位移传感器调零； (4)：将装有试样的试样槽安装于核心筒外周，并对真空室进行抽真空，真空气压为10-3Pa；设定恒温器水温为333K，使得试样中水分不断挥发，通过位移传感器不断测量其尺寸变化ΔL，直至稳定； (5)：根据加速吸收循环试验以及蒸发试验所得结果，由下式计算试样的湿膨胀系数β： β＝(ΔL/L)/(ΔM/M)％ 式中，L为试样试验前尺寸，M为试样试验前重量。
CN202010380289.XA 2020-05-08 2020-05-08 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法 Active CN111678942B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010380289.XA CN111678942B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010380289.XA CN111678942B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111678942A CN111678942A (zh) 2020-09-18
CN111678942B true CN111678942B (zh) 2023-09-19

Family

ID=72434120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010380289.XA Active CN111678942B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111678942B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0659091A (ja) * 1992-08-06 1994-03-04 Hitachi Ltd 温度制御型材料照射装置
KR20090097237A (ko) * 2008-03-11 2009-09-16 재단법인 한국건자재시험연구원 강관용 냉온반복시험기
CN102062745A (zh) * 2010-11-25 2011-05-18 河北工业大学 一种岩土传热性能测试仪
CN104330544A (zh) * 2014-10-31 2015-02-04 桂林理工大学 土体一维热湿传递的模拟装置和测量方法
CN105651732A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 哈尔滨工业大学 外加电场和温度场协同作用下测量液体折射率的方法
CN205719913U (zh) * 2016-05-03 2016-11-23 重庆交通大学 一种定量评价沥青与粗集料粘附性的试验装置
CN106444886A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 长江师范学院 一种干湿度控制系统
CN108844883A (zh) * 2018-05-24 2018-11-20 北京航空航天大学 一种用于复合材料湿热力学性能测试的环境模拟装置
CN109254028A (zh) * 2018-11-07 2019-01-22 苏州纽迈分析仪器股份有限公司 核磁共振测试系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2823308B1 (fr) * 2001-04-05 2003-12-19 Inst Francais Du Petrole Cellule de confinement thermostatee pour echantillon destine a des mesures par rmn et une methode pour sa mise en oeuvre
KR100920102B1 (ko) * 2008-10-31 2009-10-01 한국항공대학교산학협력단 길이 방향 열피로 균열 형성장치
CN103344748B (zh) * 2013-07-05 2015-07-29 上海大学 温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法
KR101692824B1 (ko) * 2015-10-29 2017-01-05 국방과학연구소 고도모사 시험장치 및 시험방법
CN106153669A (zh) * 2016-06-27 2016-11-23 肥西县碧涛建材有限公司 一种化纤长丝热收缩率的测试装置及其测试方法
CN106290798B (zh) * 2016-09-14 2018-07-20 长江师范学院 一种高精度盐胀试验设备
KR102422106B1 (ko) * 2017-03-22 2022-07-15 스미스 아날리티컬 엘엘씨 증류 프로브 및 유체를 샘플링하고 조절하기 위한 방법
CN107367523A (zh) * 2017-08-28 2017-11-21 武汉理工大学 一种实时监测热固性复合材料有效化学收缩率的方法
CN109459471A (zh) * 2018-12-05 2019-03-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 复合材料杆件湿膨胀系数测量装置及其测量方法
CN109470736A (zh) * 2018-12-30 2019-03-15 安徽科居新材料科技有限公司 木塑复合材料热膨胀系数测量装置
CN110095496B (zh) * 2019-05-31 2021-11-23 长安大学 一种用于测试半刚性基层盐胀与温胀的综合测试仪及方法
CN110579422A (zh) * 2019-10-14 2019-12-17 哈尔滨工业大学 一种抽湿条件下复合材料湿膨胀系数的测试方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0659091A (ja) * 1992-08-06 1994-03-04 Hitachi Ltd 温度制御型材料照射装置
KR20090097237A (ko) * 2008-03-11 2009-09-16 재단법인 한국건자재시험연구원 강관용 냉온반복시험기
CN102062745A (zh) * 2010-11-25 2011-05-18 河北工业大学 一种岩土传热性能测试仪
CN104330544A (zh) * 2014-10-31 2015-02-04 桂林理工大学 土体一维热湿传递的模拟装置和测量方法
CN105651732A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 哈尔滨工业大学 外加电场和温度场协同作用下测量液体折射率的方法
CN205719913U (zh) * 2016-05-03 2016-11-23 重庆交通大学 一种定量评价沥青与粗集料粘附性的试验装置
CN106444886A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 长江师范学院 一种干湿度控制系统
CN108844883A (zh) * 2018-05-24 2018-11-20 北京航空航天大学 一种用于复合材料湿热力学性能测试的环境模拟装置
CN109254028A (zh) * 2018-11-07 2019-01-22 苏州纽迈分析仪器股份有限公司 核磁共振测试系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
碳纤维复合材料湿膨胀系数试验方法;尹京智;材料工程(第05期);第26-27页 *
蒸箱高温定形自动控制;张彤 等;江苏丝绸;第5-6页 *
退火过程中Fe-6. 5%Si 冷轧薄板组织及织构的演变;王文强 等;材料热处理学报;第34卷(第4期);第111-117页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111678942A (zh) 2020-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104215660B (zh) 一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统
CN103185735B (zh) 基于变界分段能平衡的软测量方法、多功能湿蒸汽测针及湿蒸汽吸热量测控装置
CN112666210A (zh) 一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法
CN203798759U (zh) 一种玻璃热物性测试仪
CN111678942B (zh) 一种纤维复合材料湿膨胀系数的测试装置和测试方法
CN116337929A (zh) 一种非均匀功率高温热管传热极限测试的实验装置及方法
CN108956686B (zh) 一种非规则固体壁面实时传热量的测量方法
CN109507232A (zh) 一种快速测试织物保温性能测试仪
CN206756728U (zh) 一种良导体导热系数实验仪
CN102621178A (zh) 一种滚筒干燥过程中烟丝热物性在线测试装置和方法
CN115616030B (zh) 一种导热系数的测量方法
CN111307858A (zh) 常功率平面热源非稳态多单元热导率测试仪及测试方法
CN111122647A (zh) 一种锂离子电池极片导热性能的测试方法
CN103499601B (zh) 一种测试纺织品动态热传递特性的方法和装置
CN111413366A (zh) 一种片状样品导热系数的测试方法
Ma et al. Role of a single shield in thermocouple measurements in hot air flow
CN202066816U (zh) 一种用于测试隔热阻燃材料的装置
CN115266814B (zh) 一种低温热导率测量装置和测量方法
CN116718401A (zh) 液态金属高温脉动热管风冷装置和测试方法
CN111537557B (zh) 全热交换膜的性能测试方法、系统、介质及设备
CN114384113B (zh) 一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法
CN220120749U (zh) 一种测试高温热管性能的摇摆测试台架
CN117092162B (zh) 一种点阵夹层结构隔热与对流传热一体化试验装置
CN212514361U (zh) 一种热力管道保温性能小型模拟装置
Guo et al. Simultaneous Test of Heat and Moisture Transfer in Aerogel Blankets

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant