一种高分子弹性体回弹性能试验装置及方法与流程

1.本发明涉及一种在可变化的温度下高分子弹性体材料回弹性能实验装置及试验方法，属于高分子弹性体材料回弹性测试领域，涉及多种高分子弹性体材料在不同温度下的回弹特性的测试方法以及测试装置的设计及制作。


背景技术：

2.受压回弹性能是高分子弹性体材料的一个重要特性。在失去加载的瞬间，高分子弹性体材料即会发生回弹，逐渐恢复原有的形状。当材料的回弹性能不足时，可能引发高分子弹性体材料部件的恢复不充分，从而导致机械整体发生使用的不良情况的发生。
3.现有的回弹性能试验装置多是使用落球法进行测试，所以无法对材料整体的回弹性能进行评价。
4.有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种使其更具有产业上的利用价值的高分子弹性体的性能试验装置及方法。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种为了避免现有技术的不足，本发明提出一种可变化温度下对高分子弹性体回弹性能试验装置及方法，针对现有的高分子弹性体材料回弹性能无法直观测试的问题，提出一种切实可行的标准测试装置，并提供利用该装置进行高分子弹性体材料回弹性能的测试方法。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种高分子弹性体回弹性能试验装置，包括上夹具、下夹具、液压机以及保温箱，所述上夹具和下夹具的四个角上分别开设有滑孔和螺纹孔，所述上夹具和下夹具之间通过四根贯穿所述滑孔和螺纹孔的单头螺杆连接，所述下夹具通过四根贯穿所述下夹具四个角上螺纹孔的单头螺杆和相适配的螺母固定在所述液压机的液压平台上，所述上夹具的上表面固定在位于所述液压平台上方的所述液压机的液压杆上，所述液压机、上夹具和下夹具设于配套的保温箱中。
8.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验装置作进一步改进，所述螺母位于所述上夹具和下夹具之间。
9.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验装置作进一步改进，所述单头螺杆的一端设有与所述螺纹孔相适配的外螺纹，所述单头螺杆的另一端设为能够滑动的贯穿所述滑孔的滑杆。
10.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验装置作更进一步改进，所述所述保温箱是四个侧壁均为透明的保温箱。
11.一种高分子弹性体回弹性能试验方法，包括以下步骤：
12.步骤一：将下夹具水平放置在液压机的液压平台上；
13.步骤二：将4根固定用的单头螺杆由下至上的穿过液压平台后装入下夹具中，并用
螺母锁紧；
14.步骤三：在待测试样的侧面上做好直线标记或者直线标记物，并放置于下夹具上的中心处；
15.步骤四：将上夹具固定在液压机的液压杆底部，并使用将和液压杆连接的上夹具调整到位于待测试样上方刚刚接触到待测试样上表面的位置；
16.步骤五：将上夹具、下夹具、待测试样以及液压机放置在可调控温度的保温箱中，将温度调节到测试所需的温度；
17.步骤六：调节液压机中液压杆的下压作用力至实验所需的压力大小或将液压杆连接的上夹具的位置调节至恒定压缩比例的高度，并保持实验所需的时间；
18.步骤七：使用液压装置快速拉升上夹具，此时待测试样进入自由回弹阶段，使用高速图像记录设备对待测试样上标记的长度变化进行记录，记录间隔为0.1ms
‑
1ms之间；
19.步骤八：以下夹具的上表面为x轴，垂直于下夹具的上表面方向为y轴，建立二维直角坐标系，对待测试样上的标记在y轴的变化进行记录；
20.步骤九：从采集的数据中提取出标记的y轴待测试样在回弹过程中高度变化对时间的曲线，即为待测样品回弹时间的变化曲线。
21.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法作进一步改进，所述步骤五中温度的选取是介于待测试样的玻璃化转变温度与热变形温度之间。
22.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法作进一步改进，所述待测试样是规则形状，高速图像记录设备中的摄像头设为1或者2个，所述试待测试样外表是不规则的表面，高速图像记录设备中的摄像头设为2至4个。
23.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法作进一步改进，2个以上摄像头位于同一平面的等分角处。
24.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法作进一步改进，所述待测试样是不规则的表面时，选择多线段型或锯齿线型进行线段型的标记。
25.对本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法作进一步改进，为了使其在摄像头视野内被完整记录，为了使其在摄像头视野内被完整记录，
26.多线段型的标记，起始点在水平方向的投影距离x与试样的半径r以及摄像头离样品的距离l应满足：
27.x≤(2r√(l^2 2rl))/(l r)；
28.锯齿线型的标记，应保证在每个摄像头视野内存在3个或以上的高点以及3个或以上的低点，以使得数据分析时取到准确的平均值。
29.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
30.1、使用坐标系以及标记对待测试样的受压回弹过程进行记录分析，确保了试验结果的准确性与可靠性；
31.2、使用液压机对弹性体进行加载压力，保持加载的长期稳定性，可用于长期受压回弹的分析；
32.3、使用液压机进行加载压力，可进行恒定载荷与恒定形变的试验；
33.4、高分子弹性体材料回弹性能实验装置理论简单，操作简便，测量精度高，维护方便。
34.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
36.图1是本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验装置的正视图；
37.图2是本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法中待测试样的回弹特性尺寸保有—时间(ms)曲线图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
40.实施例
41.本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验装置包括上夹具1、下夹具2、液压机3以及保温箱4，所述上夹具1和下夹具2的四个角上分别开设有滑孔和螺纹孔，所述上夹具1和下夹具2之间通过四根贯穿所述滑孔和螺纹孔的单头螺杆5连接，所述下夹具2通过四根贯穿所述下夹具2四个角上螺纹孔的单头螺杆5和相适配的螺母6固定在所述液压机3的液压平台7上，所述上夹具1的上表面固定在位于所述液压平台7上方的所述液压机3的液压杆8上，所述液压机3、上夹具1和下夹具2设于配套的保温箱4中。
42.在本发明提供的一种高分子弹性体回弹性能试验装置中，作进一步改进，所述螺母6位于所述上夹具1和下夹具2之间。
43.在本发明提供的一种高分子弹性体回弹性能试验装置中，作进一步改进，所述单头螺杆5的一端设有与所述螺纹孔相适配的外螺纹，所述单头螺杆5的另一端设为能够滑动的贯穿所述滑孔的滑杆。
44.在本发明提供的一种高分子弹性体回弹性能试验装置中，作进一步改进，所述保温箱4是四个侧壁均为透明的保温箱4。
45.本发明的一种高分子弹性体回弹性能试验方法的具体实施例中，包括以下步骤：
46.步骤一：下夹具2水平放置于具有液压拉伸压缩功能的液压机3的液压平台7上；
47.步骤二：将4根固定用单头螺杆5穿过液压机3上的液压平台7后装入下夹具2中，并
用固定用的螺母6锁紧；
48.步骤三、在待测试样的侧面或者透明保温箱4的外壁上做好直线标记，并放置于下夹具2板的中心处；
49.步骤四、将上夹具1固定在液压机3中作为拉伸夹具的液压杆8底部，并使用液压机3的控制软件调整上夹具1的内顶面刚刚接触到待测试样的上表面；
50.步骤五、将整套装置即上夹具1、下夹具2、待测试样和液压机3放置在可变温度的保温箱4中，将温度调节到测试所需的温度；
51.步骤六、调节液压机3的下压作用力至实验所需的压力大小或将其位置调节至恒定压缩比例的高度，并保持实验所需的时间；
52.步骤七、控制液压机3连动上夹具1迅速上升，同时高分子弹性体的待测试样由压缩状态进行回弹恢复。
53.以上步骤完成一次试验动作。
54.采用非接触方法，选用现有的高速图像记录设备，摄像机时间分辨率0.1ms；图像分辨率1280x1024。
55.在测试过程中，使用的待测试样若是圆柱形或规则形状，摄像头选择1至2个；
56.测试过程中，使用的待测试样若是非规则表面的形状，摄像头选择2至4个；
57.如果是采用2个以上摄像头的情形，应当将摄像头放置于同平面的等分角处。
58.测试装置技术指标：
59.1、力源压力1
‑
1000kn，由液压机3提供，配套有控制器进行控制；
60.2、力源位移变化量：≥0.1mm是可以调节的。
61.样品标记规则：标记可以为线段型或锯齿线型两种；
62.1、测试使用的待测试样如果是圆柱形或规则形状，单一线段型或者多线段型或锯齿线型标记均可；
63.2、测试使用的待测试样如果是非规则表面的形状，选择多线段型或锯齿线型以降低观测带来的误差；为了使其在摄像头视野内被完整记录，
64.多线段型的标记，起始点在水平方向的投影距离x与试样的半径r以及摄像头离样品的距离l应满足：
65.x≤(2r√(l^2 2rl))/(l r)；
66.锯齿线型的标记，应保证在每个摄像头视野内存在3个或以上的高点以及3个或以上的低点，以使得数据分析时取到准确的平均值。
67.高分子弹性体回弹性能的定义：在卸去引起压缩形变的外力后，高分子弹性体材料的形状会随着时间的变化回复性能。
68.设高分子弹性体材料的原始厚度为h1；
69.达到压缩量的厚度为h2；
70.变形回复过程的厚度ht；
71.变形回复第n时刻tn；
72.tn时刻对应的高分子弹性体材料材料厚度hn；
73.则高分子弹性体材料材料的初始压缩应变
74.ε0＝(h1
‑
h2)/h1
75.tn时刻的应变量
76.εn＝(h1
‑
hn)/h1
77.tn时刻的形状保有率
78.pn＝1
‑
(h1
‑
hn)/h1
79.本具体实施例的测试试样：
80.直径(29
±
0.5)mm，高(12.5
±
0.5)mm圆柱体，数量1。
81.具体实施例测试步骤如下：
82.1、确定试验的高分子弹性体材料试样个数，对每个试样进行编号并将其作为图像采集存储的文件名称；
83.2、针对试样的形状选择标记类型，本实施例选用的是标准圆柱试样，即选用单一线段标记；
84.3、确定试验所需的温度，将温度设置为30℃后将测试装置及样品在其中放置；
85.4、对试样初始高度测量记录后，将待测试样放置在下夹具2中央，使用液压机3向下移动上夹具1直至液压机3配套传感器返回压力达到1000n，并调整摄像机位置使试样上的标记完整被记录；保持24h后，先打开摄像头的连续记录功能，再快速向上去除液压机3的加载，采集10s后相机停止采集，将所得图像导出；
86.5、完成第一个试样的测量后，按照第4步依次完成剩余试样的测量。
87.测试结果：
88.将第一个试样的测试图片打开，按照图片中下夹具2为x轴，x轴向上垂直方向为y轴建立直角坐标系，记录线段标记在y轴上的投影长度；对图像处理，处理得到分离0点对应高度以及后续10s内各时刻的对应高度；
89.依次对后续的试样进行同样的处理，得到其对应的回弹与时间的关系；
90.以试样1为例，其回弹尺寸保有—时间的关系如说明书附图2所示。从图中可知试样在经过1000n加载24h后的厚度保有率为75.5％，而在卸载后1s即可恢复原有形状的95％以上。
91.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
92.1、使用坐标系以及标记对待测试样的受压回弹过程进行记录分析，确保了试验结果的准确性与可靠性；
93.2、使用液压机3对弹性体进行加载压力，保持加载的长期稳定性，可用于长期受压回弹的分析；
94.3、使用液压机3进行加载压力，可进行恒定载荷与恒定形变的试验；
95.4、高分子弹性体材料回弹性能实验装置理论简单，操作简便，测量精度高，维护方便。
96.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指咧所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可
以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
97.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通.对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
98.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。