CN218766490U - 一种监测光固化材料收缩应力的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种监测光固化材料收缩应力的测试装置，红外光谱仪发出红外光至流变仪平台下方，采用平面反射镜作衰减全反射介质，红外光从具有高折射率的平面反射镜投射到低折射率的光固化材料样品表面，当入射角大于临界角时，红外全反射会在流变仪平台的界面处发生，样品有选择地吸收红外光，使反射回的光强发生减弱；红外信号接收器通过分析衰减的红外光信号，从而获得材料表层的化学结构信息；紫外激光器发出紫外光辐射至样品上方；力学传感器用以监测材料的收缩应力。本实用新型运用红外光谱仪与旋转流变仪联用技术实时监测光固化材料收缩应力的变化，不仅能实时监测收缩应力的变化，而且能记录材料力学性能和微观基团反应程度的改变。
Description
技术领域
本实用新型涉及光固化技术领域，具体涉及一种监测光固化材料收缩应力的测试装置。
背景技术
光固化技术是一种快速、高效且低能耗的固化手段，在诸多领域有广泛的应用，然而固化后材料的体积收缩无可避免，导致复合材料内部产生裂纹、翘曲或褶皱等缺陷，进而严重影响材料的成型精度、性能及使用寿命。因此，准确的检测树脂复合材料在固化过程的体积收缩是至关重要的。
现有树脂收缩应力的研究方法有：有限元法、光弹性法、激光衍射法等。
有限元方法是将树脂样品分为有限个单元格，对各个单元格进行受力分析，反映整个树脂样品的受力。其中的有限元模型具有很大的限制性，因树脂由单体聚合为网状大分子，材料的性能是逐渐变化的而非固定的，所以无法实时监测收缩应力，不能反映树脂收缩的动态过程。
光弹性法是利用光学原理进行应力应变测量中具有代表性的方法之一，采用的是环氧树脂等各向同性的透明材料，因其受应力时折射率随所受应力而改变，由此反映物体的受力情况。当物体的应力状态与光交互作用，可以通过光弹条纹推知物体的应力状态，它的主要优点是可以了解外力作用瞬间的应力分布。但是存在以下缺点：工艺比较复杂测量周期比较长；通常需要使用树脂材料在被测结构表面进行平面和曲面贴片处理；对于一些大型构件需要按比例制作3D光弹性模型，制作工艺相对复杂；需要将被测对象置于偏振光环境中，光学系统相对复杂等。
而其他方法如激光全息干涉法、散斑干涉法和云纹干涉法等由于测量范围较小一般在1μm到1mm之间，且对实验环境的要求高，操作复杂，具有很大的局限性。
所以本实用新型提出了一种可实时监测光固化材料收缩应力的测试装置。
实用新型内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种监测光固化材料收缩应力的测试装置，运用红外光谱仪与旋转流变仪联用技术实时监测光固化材料收缩应力的变化，即利用流变仪轴向上的力学传感器，实时监测光固化过程中由于体积收缩带来的应力变化，能全面评估光固化材料各方面性能的变化，检测结果更为准确。
本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
一种监测光固化材料收缩应力的测试装置，包括：
旋转流变仪，其包括上部中空转子、流变仪平台、平面反射镜、流变仪控制器和力学传感器；光固化材料样品放置于流变仪平台上；平面反射镜设置于流变仪平台下方；流变仪控制器控制上部中空转子进行旋转，流变仪控制器控制流变仪平台进行小幅振荡；
红外光谱仪，其发出红外光至流变仪平台下方，并在流变仪平台与光固化材料样品之间的界面处发生全反射；采用平面反射镜作衰减全反射介质，红外光从具有高折射率的平面反射镜投射到低折射率的光固化材料样品表面，当入射角大于临界角时，红外全反射会在流变仪平台的界面处发生，光固化材料样品有选择地吸收红外光，使反射回的光强发生减弱，衰减的红外光经平面反射镜反射至红外信号接收器；
红外信号接收器，其通过分析衰减的红外光信号，从而获得光固化材料表层的化学结构信息；
紫外激光器，其发出紫外光至上部中空转子，利用上部中空转子辐射至光固化材料样品上方；与此同时，放置在流变仪平台上的光固化材料样品在小幅振荡模式下进行流变测试，力学传感器用以监测光固化材料的收缩应力。
作为优选地，所述红外光谱仪的右仓与旋转流变仪的左下部通过塑料管道相连，红外光从红外光谱仪的主仓发出，并通过塑料管道引入至流变仪平台下方。
作为优选地，所述紫外光水平射入上部中空转子内部，经镜面反射，穿过底部石英晶片从上方垂直照射光固化材料样品表面。
作为优选地，所述监测光固化材料收缩应力的测试装置还包括与紫外激光器电连接的紫外激光源，所述紫外激光源用于驱动紫外激光器发出紫外光。
作为优选地，所述光固化材料样品的厚度通过上部中空转子与流变仪平台的间距调节。
作为优选地，所述流变仪控制器还用于控制固化温度。
作为优选地，所述监测光固化材料收缩应力的测试装置测试前需对上部中空转子进行校正，消除上部中空转子本身重量对测试的影响。
作为优选地，所述旋转流变仪还包括圆盘光强计，所述圆盘光强计用于测量紫外辐射强度。
作为优选地，所述紫外光和红外光的波长范围不重叠。
作为优选地，所述紫外光的辐射波长为200nm～500nm；红外光为中红外波段，波长为2.5μm～25μm，对应波数为4000cm-1～400cm-1。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：
本实用新型运用红外光谱仪与旋转流变仪联用技术实时监测光固化材料收缩应力的变化，另外，从微观与宏观角度联系收缩应力与材料模量和化学转化率的关系，因此可以将收缩应力与材料模量、化学结构的变化相关联；不仅能实时监测收缩应力的变化，而且能记录材料力学性能和微观基团反应程度的改变。由于避免了紫外引发光源与红外监测光源之间的干扰，使得监测光固化材料收缩应力的变化结果更为精确。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型监测光固化材料收缩应力的测试装置的结构示意图；
图2是本实用新型监测光固化材料收缩应力的测试装置的局部放大图；
附图标记说明：
1、红外光谱仪；2、旋转流变仪；21、上部中空转子；22、流变仪平台；23、平面反射镜；24、流变仪控制器；3、红外信号接收器；4、紫外激光源；5、紫外激光器；6、光固化材料样品。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示，本实用新型提供一种监测光固化材料收缩应力的测试装置，包括红外光谱仪1、旋转流变仪2、红外信号接收器3、紫外激光源4和紫外激光器5。
所述旋转流变仪2包括上部中空转子21、流变仪平台22、平面反射镜23、流变仪控制器24和力学传感器；光固化材料样品6放置于流变仪平台22上；平面反射镜23设置于流变仪平台22下方；流变仪控制器24控制上部中空转子21进行旋转，流变仪控制器24控制流变仪平台22进行小幅振荡。
所述红外光谱仪1的右仓与旋转流变仪2的左下部通过塑料管道相连，红外光从红外光谱仪1的主仓发出，并通过塑料管道引入至流变仪平台22下方，并在流变仪平台22与光固化材料样品6之间的界面处发生全反射；采用平面反射镜23作衰减全反射介质，红外光从具有高折射率的平面反射镜23投射到低折射率的光固化材料样品6表面，当入射角大于临界角时，红外全反射会在流变仪平台22的界面处发生，光固化材料样品6有选择地吸收红外光，使反射回的光强发生减弱，衰减的红外光经平面反射镜23反射至红外信号接收器3。
所述红外信号接收器3通过分析衰减的红外光信号，从而获得光固化材料表层的化学结构信息。
所述紫外激光源4驱动紫外激光器5发出紫外光，利用改进的上部中空转子21，紫外光水平射入上部中空转子21内部，经镜面反射，穿过底部石英晶片从上方垂直照射光固化材料样品6表面，避免了引发紫外光与红外光的干扰。与此同时，放置在流变仪平台22上的光固化材料样品6在小幅振荡模式下进行流变测试，旋转流变仪2顶部内置有力学传感器，用以监测材料的收缩应力。
同时，光固化材料样品6的厚度可通过上部中空转子21与流变仪平台22的间距调节。固化温度由流变仪控制器24进行控制，保证联用时材料固化条件的一致性。测试前需对上部中空转子21进行校正，消除上部中空转子21本身重量对测试的影响。紫外辐射强度由圆盘光强计测量得到。
所述紫外光和红外光的波长范围不重叠；紫外光的辐射波长为200nm～500nm；红外光为中红外波段，波长为2.5μm～25μm，对应波数为4000cm-1～400cm-1。
本实用新型运用红外光谱仪与旋转流变仪联用技术实时监测光固化材料收缩应力的变化，另外，从微观与宏观角度联系收缩应力与材料模量和化学转化率的关系，因此可以将收缩应力与材料模量、化学结构的变化相关联；不仅能实时监测收缩应力的变化，而且能记录材料力学性能和微观基团反应程度的改变。由于避免了紫外引发光源与红外监测光源之间的干扰，使得监测光固化材料收缩应力的变化结果更为精确。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，包括：
旋转流变仪，其包括上部中空转子、流变仪平台、平面反射镜、流变仪控制器和力学传感器；光固化材料样品放置于流变仪平台上；平面反射镜设置于流变仪平台下方；流变仪控制器控制上部中空转子进行旋转，流变仪控制器控制流变仪平台进行小幅振荡；
红外光谱仪，其发出红外光至流变仪平台下方，并在流变仪平台与光固化材料样品之间的界面处发生全反射；采用平面反射镜作衰减全反射介质，红外光从具有高折射率的平面反射镜投射到低折射率的光固化材料样品表面，当入射角大于临界角时，红外全反射会在流变仪平台的界面处发生，光固化材料样品有选择地吸收红外光，使反射回的光强发生减弱，衰减的红外光经平面反射镜反射至红外信号接收器；
红外信号接收器，其通过分析衰减的红外光信号，从而获得光固化材料表层的化学结构信息；
紫外激光器，其发出紫外光至上部中空转子，利用上部中空转子辐射至光固化材料样品上方；与此同时，放置在流变仪平台上的光固化材料样品在小幅振荡模式下进行流变测试，力学传感器用以监测光固化材料的收缩应力。
2.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述红外光谱仪的右仓与旋转流变仪的左下部通过塑料管道相连，红外光从红外光谱仪的主仓发出，并通过塑料管道引入至流变仪平台下方。
3.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述紫外光水平射入上部中空转子内部，经镜面反射，穿过底部石英晶片从上方垂直照射光固化材料样品表面。
4.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述监测光固化材料收缩应力的测试装置还包括与紫外激光器电连接的紫外激光源，所述紫外激光源用于驱动紫外激光器发出紫外光。
5.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述光固化材料样品的厚度通过上部中空转子与流变仪平台的间距调节。
6.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述流变仪控制器还用于控制固化温度。
7.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述监测光固化材料收缩应力的测试装置测试前需对上部中空转子进行校正，消除上部中空转子本身重量对测试的影响。
8.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述旋转流变仪还包括圆盘光强计，所述圆盘光强计用于测量紫外辐射强度。
9.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述紫外光和红外光的波长范围不重叠。
10.根据权利要求1所述的监测光固化材料收缩应力的测试装置，其特征在于，所述紫外光的辐射波长为200nm～500nm；红外光为中红外波段，波长为2.5μm～25μm，对应波数为4000cm-1～400cm-1。
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| CN (1) | CN218766490U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116559112A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-08 | 武汉大学 | 测试材料收缩和收缩应力的耦合测试装置及方法 |
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2022
- 2022-09-16 CN CN202222457241.1U patent/CN218766490U/zh active Active
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