物体表面抗凝冰性能测试系统及方法

1.本发明属于材料表面处理以及表面性能测试领域，特别是一种物体表面抗凝冰性能测试系统及方法。


背景技术：

2.据统计，在冬季约有60％的高速公路存在积雪结冰现象，而路面的凝冰会对路面的抗滑能力造成不利影响，大大降低车辆轮胎与路面之间的摩擦力，使路面附着系数大大降低，车辆制动时间显著延长，甚至可能出现刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。因此，经济高效的路面防冰及除冰技术成为当下的研究热点，但是现今仍旧没有一个较好的评价路面抗凝冰性能的方法。
3.材料表面抗凝冰性能一般以材料表面结冰点(附着于材料表面的水膜达到冰点的温度) 与材料表面冰层粘附力(材料表面与冰层之间的粘附能力)进行表征。目前多数抗凝冰评价方法多为定性分析，少有的定量分析如长沙理工大学的林奕、谭忆秋教授的抗凝冰性能测试方法缺少准确性、可复制性。由此本发明设计一种方法和设备测量物体表面冰层粘结力来定量表征物体表面抗凝冰性能。
4.材料表面的粘附力与材料的性能有着很大的联系，也是道路交通、输电线路、飞机制造等方面的重要研究对象之一。当材料表面有着低粘附力意味着有着较好的疏水性，能够实现自清洁、防垢、防腐等性能，在工业中也极具应用价值和市场前景。
5.通常情况下，测试材料表面的粘附力，特别是表面凝冰与材料之间的粘附力，周围环境的影响较大，测试过程中不可避免的与外界环境接触，造成凝冰不同程度的融化，对试验的准确性造成干扰。恒温恒湿箱可以保证试验温度以及试验湿度在一个相对恒定的范围内变化，减少环境因素对试验结果的影响。
6.现有技术中，针对低温情况下，观测材料表面抗凝冰、测量凝冰与材料表面的粘附力的情况下，很少有能不受或者较少受到外界环境的影响，很容易因为外界环境的温度变化而导致凝冰的融化等情况；存在的能够测量恒温恒湿环境下试验的设备也往往功能单一，不便另作他用。因此，如何能够不受环境影响、高效便利的进行实验分析是目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明目的在于通过测量物体表面与覆冰层粘结力实现对物体表面抗凝冰性能的定量分析，提供了一种物体表面抗凝冰性能测试系统及方法，该系统及方法借助恒温恒湿箱，能够不受环境影响、高效便利的进行实验定量分析。
8.一种物体表面抗凝冰性能测试系统，包括恒温恒湿箱、测力系统、双轴滑台模组和探头；
9.所述测力系统设于所述双轴滑台模组上；
10.所述探头设于所述双轴滑台模组上；
11.所述恒温恒湿箱内设有待测物体。
12.进一步的，所述恒温恒湿箱内设有井字架，所述井字架用于固定待测物体。所述井字架通过卡住待测物体四周从而固定待测物体。
13.进一步的，所述双轴滑台模组包括：伺服器、控制器、双轴滑台和支架；
14.所述控制器控制所述伺服器的转速和转数；
15.所述伺服器带动所述双轴滑台，用于设定所述双轴滑台的移动速度和移动距离；
16.所述双轴滑台表面存在螺孔，通过在上面固定钢板并在钢板上固定测力计使测力计可随滑台稳态匀速移动。
17.所述支架与所述双轴滑台相连接，用于支撑所述双轴滑台。
18.进一步的，所述支架通过8个直角固定件与所述双轴滑台和试验台连接，作为传力和支撑结构。
19.进一步的，所述测力系统包括测力计，所述测力计固定在所述双轴滑台上。并在测力计末端通过钢杆连接探头延长探头测量范围。
20.进一步的，所述探头包括铁铲和推手；所述铁铲由铲刀和铲把组成，所述铲刀和铲把通过螺母连接，角度可调整；所述推手由半环形的推手与铲把组成，通过螺母连接，角度可调整；所述铲把与推手与测力计末端连接。
21.一种物体表面抗凝冰性能测试方法，包括如下步骤：
22.s1、制备试验试件，将待测试件放入温度为-15℃的冰柜中预冻10-20小时；
23.s2、在试件表面生成覆冰层；
24.s3、将待测试件固定到恒温恒湿箱中，通过控制器使滑台带动测力计及探头铲除试件上的覆冰层；
25.s4、读取最大粘结力，进行至少三组平行试验，取算数平均值；
26.s5、用测量的试件表面冰层所能承受的最大水平推力来定量表征物体表面抗凝冰性能。
27.进一步的，s2中，覆冰层生成方法：用锡纸包裹待测试件制造出水槽并对其进行密封处理，低温环境下对试件表面不断滴洒水15ml至结冰，使其厚度达到1-2cm，放入-15℃冰柜中进行冷冻5小时，直至冰层完全凝结，并将环境箱开启，设置温度，静待1h。
28.进一步的，s4中粘结力为除冰过程中最大除冰力值，通过测力系统绘制受力曲线，读取最大受力值。
29.本发明的有益效果是：
30.1、能够完成试件表面凝冰粘附力测试，并得到有效数据；
31.2、本发明利用恒温恒湿箱的特征，将其与滑台以及测力计较好的连接在一起，并创新性的将所测反力作为评价路面抗凝冰性能的一个标准，为后续研究提供思路；
32.3、安装拆卸便利，不影响恒温恒湿箱的其他使用，大大减小了研发成本。
附图说明
33.图1为本发明具体实施方式系统的示意图；
34.图2为测力计与滑台通过钢板的连接结构示意图；
35.图3为铁铲测试探头结构示意图；
36.图4为推手测试探头结构示意图；
37.图5为井字架的结构示意图；
38.图6为用来固定试件的结构示意图；
39.图7为除冰力值数据图；
40.标号说明：1、控制器；2、双轴直线滑台；3、伺服器；4、测力计；5、探头；6、恒温恒湿箱；7、钢杆；8、井字架；9、试验试件；10、支架；11、钢板；12、探头与杠杆连接结构；13、铁铲；14、螺栓连接结构；15、推手；16、固定试件的卡扣。
具体实施方式
41.为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大和缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
42.下面将结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
43.如图1-6所示，一种物体表面抗凝冰性能测试系统，包括：
44.控制器1控制滑台水平移动速率以及移动距离，滑台2上固定测力计4带动测力计4 水平移动，探头5为推动试件表面的装置，可通过更换不同的样式来实现多样化的功能。
45.从上述描述可知，通过调节控制器1，能够实现滑台的移动速度可调范围为 2mm/s～16mm/s，移动范围为500mm，能够实现测量过程中不同速率以及测量范围的需求。
46.所用测力计4的测量精度为0.1％，可根据需求更换1kg、5kg、10kg等不同量程。
47.所述探头5为连接试件测量部分，可更换为不同角度的铁铲等实现针对材料表面不同的测量需求。
48.实例1：
49.以沥青路面为例：
50.按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程t0702-2011完成标准马歇尔试件制备。
51.将马歇尔试件放入-15℃的冰柜中预冻16小时，使试件完全冻透，用锡纸包裹住马歇尔试件，制造出圆柱形水槽并对其进行密封处理防止水分流出，然后在试件表面不断滴洒水30ml直至结冰，冰层厚度达到1-2cm，放入-15℃冰柜中进行冷冻5小时，直至冰层完全凝结，与试件表面紧密粘结。
52.将恒温恒湿箱温度调节至-15℃，将试件放入恒温恒湿箱内静置1h，通过井字支架固定，调节好水平位置和高度，探头换为推手，测力计量程为50kg，设定滑台移动速度为4mm/s。
53.移动滑台，测量覆冰层与试件表面的粘附力，通过测力系统读取数据，见图7：
54.实例2：
55.为提高路面抗凝冰性，以路面涂层为手段制备了氧化锌硬脂酸环氧树脂复合涂层提高路面抗凝冰性能，并以素大理石板作为对照组，对两种材料表面进行抗凝冰性能测试，以此为具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
56.按设计好的配比制备氧化锌硬脂酸环氧树脂溶液，将溶液倒入喷枪内，喷枪压力
设为 3mpa，喷涂时间30s(压力与时间可根据实际情况调整)，将溶液均匀喷涂在大理石板上，常温养护24h，完成涂层试件制备。
57.将试件放入-15℃的冰柜中预冻5小时(大理石板较薄，冷藏时间缩小)，使试件完全冻透，用锡纸包裹住试件，包裹面积取标准马歇尔试件表面面积，以101.6
±
0.2mm为直径制造出圆柱形水槽并对其进行密封处理防止水分流出，然后在试件表面不断滴洒水至结冰，冰层厚度达到1-2cm，再放入-15℃冰柜中进行冷冻5小时，直至冰层完全凝结，与试件表面紧密粘结，取下锡纸进行试验。
58.将恒温恒湿箱温度设为-15℃，生成低温环境，将待测试件放入恒温恒湿箱静置1h，通过井字支架固定，调节好水平位置和高度。
59.使用铁铲模拟除冰动作，沿水平方向移动探头，使探头铲动覆冰层直至覆冰层从试件表面脱落，读取数显测力计的最大数值。进行三组平行试验，测定结果取三个平行测定结果的算术平均值取
60.以素大理石板为试件，重复上述步骤。
[0061][0062]
表2
[0063]
由表2可得出各平行试验数据误差控制在1.5％以内，准确率较高，且针对两种不同试件，测试结果差异性较大，验证了该方法测试精度和可靠性。
[0064]
综上所述，本发明的一种物体表面抗凝冰性能的实验装置与试验方法实现了物体表面抗凝冰性能准确、可靠的定量分析，以材料表面冰层粘结力为表征，借助恒温恒湿箱，避免环境干扰，提高试验准确性、可靠性，依靠滑台模组、测力系统提高抗凝冰试验流程规范化，提高试验可复制性，保证高效便利的进行实验定量分析。
[0065]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。