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一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法與流程

作者:CEO 時間:2023-05-02

信息摘要:本發(fā)明涉及復合材料的性能測試領(lǐng)域,特別涉及一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法。背景技術(shù):纖維增強樹脂基復合材料由于具有較高的比強度和比剛度,較好的可設(shè)計性和抗疲勞斷裂性能,已成為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)件中的重要材料?,F(xiàn)國內(nèi)航天復合材料制造裝配的一般環(huán)境

一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法與流程

一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法與流程

  本發(fā)明涉及復合材料的性能測試領(lǐng)域,特別涉及一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法。

  背景技術(shù):

  纖維增強樹脂基復合材料由于具有較高的比強度和比剛度,較好的可設(shè)計性和抗疲勞斷裂性能,已成為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)件中的重要材料?,F(xiàn)國內(nèi)航天復合材料制造裝配的一般環(huán)境條件要求為:溫度20-25℃,濕度≤75%,而在南方地區(qū),雨季的濕度常在85%以上,甚至90%,如此大的濕度變化范圍,復合材料構(gòu)件在地面貯存,包括成型、裝配、試驗過程中,由于復合材料樹脂基體的高分子結(jié)構(gòu)以及復合材料內(nèi)部孔隙、氣泡的存在,導致復合材料會吸收水分膨脹;且在外空間服役環(huán)境條件下時,復合材料又會發(fā)生逆向的濕氣析出過程。上述吸濕和去濕都會在復合材料結(jié)構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力的變化,從而導致結(jié)構(gòu)件外形尺寸發(fā)生變化,甚至力學性能下降。

  復合材料的吸濕過程主要受環(huán)境溫度和相對濕度的影響,其中材料的飽和吸濕量與環(huán)境的相對濕度有關(guān),而擴散系數(shù)的變化則依賴環(huán)境溫度。因此,需要在恒定溫度和濕度條件下測定復合材料層壓板的濕膨脹系數(shù)。而對于復合材料層壓板的濕膨脹系數(shù)通常以常溫高濕條件下試樣的尺寸變化,來評價濕度對復合材料尺寸穩(wěn)定性的影響。

  目前多采用測試試樣在吸濕過程中的起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的長度和質(zhì)量變化來測量,也即測試的是試樣在吸濕過程中的濕膨脹系數(shù)。然而,吸濕過程需要緩慢的分子擴散過程才能達到平衡,而達到平衡所需時間往往較長,這就導致測量所需時間很長,且由于測量時間長,電測量的時漂累積很大,往往超過了物理量的變化而導致測量超差而失效。

  技術(shù)實現(xiàn)要素:

  本發(fā)明旨在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)測試濕膨脹系數(shù)所需時間長、測量誤差大的問題。

  為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法,包括以下步驟:

  s1、啟動測量與控制程序,并將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度;

  s2、在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下,將預處理后的試樣置于所述真空罐內(nèi),并將所述試樣固定在所述石英測試件上,通過位移傳感器記錄所述試樣的初始長度,通過載荷傳感器記錄所述試樣的初始質(zhì)量;

  s3、啟動測量記錄程序,密閉所述真空罐,抽真空,對所述試樣進行真空抽濕干燥處理;

  s4、通過所述濕度傳感器、所述溫度傳感器以及所述氣壓傳感器分別采集所述真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù),并通過所述位移傳感器記錄所述試樣的質(zhì)量變化量,通過所述載荷傳感器記錄所述試樣的長度變化量;

  s6、調(diào)節(jié)所述真空罐內(nèi)為常壓,停止測量與控制程序。

  可選地,步驟s2中,所述預處理具體為:將所述試樣在恒溫恒濕箱中作吸濕處理,使所述試樣達到飽和濕度。

  可選地,所述真空罐包括從上到下依次連接的第一測試室、環(huán)境室和第二測試室,所述石英測試件貫穿所述環(huán)境室,并在所述環(huán)境室內(nèi)與所述試樣可拆卸連接;所述石英測試件的頂端固定在所述第一測試室內(nèi)并與所述載荷傳感器連接,所述石英測試件的底端懸垂于所述第二測試室內(nèi);其中,所述石英測試件的頂端和所述石英測試件的底端在相對應(yīng)的位置分別設(shè)置有所述位移傳感器。

  可選地,步驟s1中,所述將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度,具體過程包括:向所述第一測試室和所述第二測試室注入干燥空氣,向所述環(huán)境室注入恒濕空氣,并通過設(shè)置在所述第一測試室與所述環(huán)境室之間、所述環(huán)境室與所述第二測試室之間的流量閥,調(diào)節(jié)所述環(huán)境室內(nèi)的濕度至飽和濕度。

  可選地,所述流量閥的流量控制為8-10ml/min。

  可選地,步驟s3中,所述密閉所述真空罐,抽真空,對所述試樣進行真空抽濕干燥處理,具體過程還包括:

  對所述真空罐抽真空,至所述真空罐內(nèi)的氣壓小于1×10-1mpa,控制所述環(huán)境室溫度為25±1℃,對所述試樣抽濕處理的時間為7-8h。

  可選地,根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試方法,其特征在于,所述步驟s5后,還包括步驟:

  s6、將所述試樣更換為標準石英試樣,并重復所述步驟s1-s5,以測試與所述試樣相同測試環(huán)境下的背底信號。

  可選地,所述試樣為碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板,且所述試樣的尺寸為200mm*50mm*2mm。

  可選地,所述位移傳感器的最大量程為2000μm,長度分辨率為0.05μm。

  可選地,所述載荷傳感器的最大量程為80g,質(zhì)量分辨率為0.01mg。

  相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明提供的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置及方法具有以下優(yōu)勢:

  本發(fā)明提供的測試方法,將預先吸濕(可達到濕飽和)的試樣,采用逆向抽濕過程(也即在濕度降低過程中)來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化,一方面,將試樣的吸濕過程提到測試前進行,利用真空能顯著加速分子擴散的基本原理,通過抽真空加快抽濕過程,使得試樣可快速達到干燥狀態(tài),極大地縮短了測試時間,避免電測量儀器由于測量時間長而引入固有時漂,導致測量出現(xiàn)偏差;另一方面,利用高精度的質(zhì)量傳感器和位移傳感器,可實現(xiàn)從0-95%間任定濕度條件下試樣的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量,具有測試范圍寬、分辨率高等特點。

  附圖說明

  圖1為本發(fā)明實施例所述的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法的流程圖;

  圖2為本發(fā)明實施例所述的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;

  圖3為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中空氣壓力、濕度和時間關(guān)系圖;

  圖4為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中空氣濕度、溫度和時間關(guān)系圖;

  圖5為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中長度變化量與時間關(guān)系圖;

  圖6為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中質(zhì)量變化量與時間關(guān)系圖。

  附圖標記說明:

  1-第一測試室,2-環(huán)境室,3-第二測試室,4-石英管式基準架,5-石英桿,6-密閉隔熱層,7-濕度傳感器,8-溫度傳感器,9-氣壓傳感器,10-位移傳感器,11-載荷傳感器,12-紅外熱源,13-真空閥,14-干燥氣閥,15-恒濕空氣閥,16-流量閥,17-試樣。

  具體實施方式

  需要說明的是,在不沖突的情況下,本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

  另外,下述在提到每個結(jié)構(gòu)件的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂端”、“底端”這些位置關(guān)系僅是為了便于描述和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對本發(fā)明的限制。另外,若本發(fā)明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。術(shù)語“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含義是非限制性的,即可加入不影響結(jié)果的其它步驟和其它成分。如無特殊說明的,材料、設(shè)備、試劑均為市售。

  現(xiàn)有的關(guān)于纖維增強樹脂基復合材料的吸濕特性研究,國內(nèi)外有多種相關(guān)標準試驗方法,但是各標準規(guī)范所采用的試樣尺寸和試驗參數(shù)(試驗溫度,試驗濕度等)各不相同。測試濕膨脹系數(shù)主要方法有:(1)按試驗周期,常見有兩種測試方法,一是平衡吸濕法,即復合材料達到吸濕平衡時停止試驗,二是固定時間法,即是測試達到規(guī)定時間即停止試驗;(2)按吸濕方式,有濕熱箱法和恒溫水浴浸泡法兩種;(3)按測試方法,一是靜態(tài)測試方法,即分別測試試樣的起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的長度和質(zhì)量,例如參照astmd5229/d5229m-1992(2004)標準《聚合物基復合材料吸濕性能和浸潤平衡的標準實驗方法》,但方法不能反映吸濕或逆向的除濕過程中長度和質(zhì)量的變化規(guī)律,二是動態(tài)測試方法,即在濕度變化過程中測試質(zhì)量和長度的變化,但此方法一方面受測試裝置以及所用傳感器的精度限制,膨脹值與含濕率間關(guān)系易受測量誤差的影響,另一方面,通常測試的為試樣吸濕過程中的濕膨脹系數(shù),不僅測量時間長(有可能需要幾十天),且長時間的測試時間里,電測量的時漂累積很大,導致測量失敗。因此,總的來說,目前濕膨脹系數(shù)的動態(tài)測試,國內(nèi)外還未有成熟且統(tǒng)一的方法。

  為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置及方法,通過自制的真空恒溫數(shù)控測試裝置,并配合高精度的質(zhì)量和位移傳感器,采用逆向抽濕過程(即試樣由起始的吸濕飽和狀態(tài),如95%相對濕度,通過抽真空加速去濕過程,快速達到干燥狀態(tài))來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化,實現(xiàn)在抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的動態(tài)測試;此測試方法可準確得到試樣的濕膨脹數(shù)據(jù),同時有效地縮短了測量時間,也避免了電測量儀器固有時漂引入的測量偏差。

  為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。

  結(jié)合圖1所示,一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法,該測試方法是基于包括真空罐及位于真空罐內(nèi)的石英測試件、濕度傳感器7、溫度傳感器8、氣壓傳感器9、位移傳感器10和載荷傳感器11的測試裝置來實現(xiàn)的,載荷傳感器11與石英測試件頂端固定,用以測試試樣17的質(zhì)量變化;位移傳感器10固定在石英測試件上,用以測試試樣17的長度變化;

  抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法包括以下步驟:

  s1、啟動測量與控制程序,并將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度;

  s2、在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下,將預處理后的試樣17置于真空罐內(nèi),并將試樣17固定在石英測試件上,通過位移傳感器10記錄試樣17的初始長度,通過載荷傳感器11記錄試樣17的初始質(zhì)量;

  s3、密閉真空罐,抽真空,對試樣17進行真空抽濕干燥處理;

  s4、設(shè)定動態(tài)采樣率,啟動測量記錄程序,并通過濕度傳感器7、溫度傳感器8以及氣壓傳感器9分別采集所述真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù),并通過位移傳感器10記錄試樣17的質(zhì)量變化量,通過載荷傳感器11記錄試樣17的長度變化量;

  s5、調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)為常壓,停止測量與控制程序。

  本發(fā)明實施例提供的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法,將預先吸濕(可達到濕飽和)的試樣,采用逆向抽濕過程(也即在濕度降低過程中)來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化,一方面,將試樣的吸濕過程提到測試前進行,利用真空能顯著加速分子擴散的基本原理,通過抽真空加快抽濕過程,使得試樣可快速達到干燥狀態(tài),極大地縮短了測試時間,避免電測量儀器由于測量時間長而引入固有時漂,導致測量出現(xiàn)偏差;另一方面,利用高精度的質(zhì)量傳感器和位移傳感器,可實現(xiàn)從0-95%間任定濕度條件下試樣的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量,具有測試范圍寬、分辨率高等特點。

  其中,測試試樣17的預處理過程具體為:將試樣17先在恒溫恒濕箱中進行吸濕處理,使試樣17達到飽和濕度,經(jīng)預處理后的試樣17的相對濕度為95%??梢岳斫獾氖牵嚇硬牧系牟煌?,其吸濕處理時間不同,有的材料達到可能需要1周或幾周,在此,試樣預處理時間具體時間不做限定。相對于測試試樣吸濕過程中的濕膨脹系數(shù),因為材料的原因,使得有可能在吸濕過程沒有達到平衡條件下測得試驗結(jié)果,導致測試結(jié)果不可靠。本發(fā)明實施例,通過將試樣的吸濕過程放在測試步驟之前,不僅有利于試樣在達到飽和濕度的情況下,進行濕膨脹系數(shù)測量,同時減少了電測量儀器的測量誤差,有效提高了測試準確度。

  本發(fā)明實施例提供的測試方法是基于抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置來實現(xiàn)的。該測試裝置包括:真空罐及位于真空罐內(nèi)的石英測試件、濕度傳感器7、溫度傳感器8、氣壓傳感器9、位移傳感器10和載荷傳感器11,真空罐包括從上到下依次連接的第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3,石英測試件貫穿環(huán)境室2,并在環(huán)境室2內(nèi)與試樣17可拆卸連接;石英測試件的頂端固定在第一測試室1內(nèi)并與載荷傳感器11連接,石英測試件的底端懸垂于第二測試室3內(nèi);其中,石英測試件的頂端和石英測試件的底端在相對應(yīng)的位置分別設(shè)置有位移傳感器10。

  此外,第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間均設(shè)置有流量閥,流量閥用以調(diào)節(jié)所述第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3內(nèi)的氣壓;石英測試件與第一測試室1固定連接,且懸垂貫穿環(huán)境室2和第二測試室3,第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3通過石英測試件連通;濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9均設(shè)置在環(huán)境室2內(nèi);載荷傳感器11石英測試件頂端表面連接,用以測試試樣17的質(zhì)量變化;位移傳感器10固定在石英測試件的上下兩端,用以測試試樣17的長度變化;其中,位移傳感器10和載荷傳感器11均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接。

  通過將真空罐設(shè)置為分隔的三個腔體,可將放置位移傳感器10和載荷傳感器11的環(huán)境與測試試樣17的環(huán)境分隔開,避免測試環(huán)境的變化影響移傳感器10和載荷傳感器11的精密度,甚至由于濕度較大對損壞儀器造成損壞。

  結(jié)合圖2所示,具體地,真空罐為可密閉抽真空的罐狀結(jié)構(gòu),且從上到下,真空罐分為第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3,第一測試室1和第二測試室3用于放置測量儀器,環(huán)境室2用于放置試樣17,由于測量儀器對環(huán)境溫度、濕度要求較高,而測試時需要調(diào)整環(huán)境濕度來檢測試樣17的質(zhì)量和長度變化量,因此,環(huán)境室2的溫度、濕度以及壓力是需要可控的。為了同時滿足試樣17的測量和測量儀器對環(huán)境的需求,第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3之間通過密閉隔熱層6分隔開,這樣使得,在對環(huán)境室2進行抽濕、保溫過程中,不會對第一測試室1和第二測試室3內(nèi)的環(huán)境產(chǎn)生影響,避免降低測量儀器的精度。

  為了便于對設(shè)置在環(huán)境室2內(nèi)的試樣17進行測量,且提高測量準確度,第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3又必須在試樣17的測試處是連通的,因此,設(shè)置貫穿第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3的石英測試件,且第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3通過石英測試件連通,測量儀器固定在石英測試件位于第一測試室1或第二測試室3的部位,將試樣17固定在石英測試件位于環(huán)境室2的部位上,在此情況下,就可以通過改變環(huán)境室2的濕度、溫度條件,測試試樣17在濕度下降過程中的質(zhì)量和長度變化量,且環(huán)境室2模擬的抽濕過程時不會對測量儀器產(chǎn)生不利影響。可以理解的是,采用利用石英測試件是利用石英晶體對溫度、濕度的膨脹系數(shù)較小,可以作為尺寸測試標度,保證了復合材料的濕膨脹性能測試的準確性。

  可以理解的是,動態(tài)測量是指由傳感器測得非電物理信號,然后轉(zhuǎn)為電信號,經(jīng)過放大、濾波等適調(diào)環(huán)節(jié),對信號進行處理顯示。在本發(fā)明實施例中,位移傳感器10和載荷傳感器11均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接,計算機控制與分析系統(tǒng)是將動態(tài)信號采集、顯示、存貯、分析集成一體的儀器設(shè)備,一般有2-4個輸入通道,一個信號源輸出,且每個輸入通道由程控放大器、抗混濾波器、采樣/保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成;通過計算機控制與分析系統(tǒng),可以準確獲取預設(shè)的每一時間采樣點的質(zhì)量變化量和位移變化量結(jié)果。

  此外,載荷傳感器11為日本島津公司生產(chǎn)的auw-d系列天平,其最大量程為80g,質(zhì)量分辨率為0.01mg。位移傳感器10為日本基恩士公司生產(chǎn)的激光位移傳感器10lk-g10,此位移傳感器10為非接觸式,通過接收反射光的大小來確定位移,最大量程為2000μm,長度分辨率為0.05μm。利用高精度的載荷和位移傳感器,可以極大提高抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試精確度,提高對復合材料濕穩(wěn)定性的評價可靠度。

  結(jié)合圖2所示,本發(fā)明實施例提供的測試裝置,通過在真空罐中分別設(shè)置檢測室和環(huán)境室2,且設(shè)置貫穿連通上述三室的石英測試件,將試樣17模擬抽濕環(huán)境與對試樣17的檢測環(huán)境分開,這樣不僅可以利用高精度的位移傳感器10和載荷傳感器11對試樣17的質(zhì)量和長度變化量進行實時檢測,且測試過程中不會影響測量儀器的精度,滿足復合材料濕膨脹系數(shù)精度的測試要求,得到的試驗結(jié)果準確、可靠,利于分析和研究,滿足工程設(shè)計使用要求。

  其中,石英測試件包括石英管式基準架4和石英桿5,石英管式基準架4為中空結(jié)構(gòu),石英桿5頂端在第一測試室1內(nèi)與石英管式基準架4固定連接且位于石英管式基準架4的中空腔內(nèi);石英桿5包括貫穿第一測試室1和環(huán)境室2的第一連接段以及貫穿環(huán)境室2和第二測試室3的第二連接段,第一連接段和第二連接段之間留有容置試樣17的距離。

  具體地,由于石英測試件用于固定試樣17,且貫穿連通第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3,在本發(fā)明實施例中,將石英測試件設(shè)置為頂端固定在第一測試室1上的石英管式基準架4和活動連接在石英管式基準架4內(nèi)部的石英桿5,石英管式基準架4為呈“i”型的中空的管式結(jié)構(gòu),且“i”型結(jié)構(gòu)的橫段分別位于第一測試室1和第二測試室3內(nèi),“i”型結(jié)構(gòu)的豎段位于環(huán)境室2內(nèi)。相應(yīng)地,石英桿5為分離的兩段式結(jié)構(gòu),第一連接段跨越第一測試室1和環(huán)境室2的上部分,第二連接段跨越環(huán)境室2的下部分和第二測試室3,第一連接段與第二連接段的距離小于或等于試樣17的長度,這樣就可以將試樣17的兩端分別與第一連接段和第二連接段固定,將試樣17的長度變化量轉(zhuǎn)移到石英桿5的位移變化上,以此對試樣17的長度變化量進行測量。

  由于石英桿5為兩段式結(jié)構(gòu),相應(yīng)地,本發(fā)明實施例的位移傳感器10設(shè)置有兩個,兩個位移傳感器10分別位于處于第一測試室1和第二測試室3內(nèi)的石英管式基準架4的中空腔內(nèi),并分別設(shè)置在第一連接段與第二連接段的兩端,兩個位移傳感器10置呈垂直布置,且安裝在相應(yīng)位置的固定板上。固定板為套設(shè)在石英桿5外壁,并沿外壁向垂直中心軸方向向外延伸的板狀結(jié)構(gòu),這樣使兩個位移傳感器10相對設(shè)置,可以保證其檢測精度。

  載荷傳感器11用于測量試樣17的質(zhì)量,其位于石英管式基準架4的頂端,石英管式基準架4的頂端還設(shè)置有容納石英桿5穿過的通孔,第一連接段上端穿過通孔與載荷傳感器11固定連接;第二連接段為可活動段,當試樣17固定在第一連接段和第二連接段之間后,三者形成一整體構(gòu)件,并懸垂在石英管式基準架4的中空腔內(nèi),此時,載荷傳感器11可以實時測量此整體構(gòu)件的質(zhì)量變化,以此實現(xiàn)對試樣17的質(zhì)量變化量的測量。

  為了提高試樣17的連接穩(wěn)定性,第一連接段位于環(huán)境室2內(nèi)的一端和第二連接段位于環(huán)境室2內(nèi)的一端均設(shè)有u形槽和連接孔,u形槽適于與試樣17卡接,連接孔適于通過銷釘與試樣17可拆卸連接。當然,試樣17在相應(yīng)位置也設(shè)置有與銷釘匹配的連接孔,在安裝過程中,先將試樣17的兩端分別卡在第一連接段和第二連接段上的u形槽內(nèi),然后將銷釘穿過試樣17和石英桿5上的連接孔,并固定。這樣在卡接和銷釘連接的共同作用下,提高了試樣17的連接穩(wěn)定性,避免在測試過程中試樣17出現(xiàn)晃動甚至脫落,導致測試結(jié)果出現(xiàn)誤差。

  可以理解的是,為了調(diào)控真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓,使之達到測試條件,在第一測試室1的外壁設(shè)置有真空閥13、干燥氣閥14,真空閥13可以調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)的真空度,干燥氣閥14保證第一測試室1內(nèi)處于干燥環(huán)境;環(huán)境室2的外壁上設(shè)置有恒濕空氣閥15,通過恒濕空氣閥15可以調(diào)節(jié)環(huán)境室2的濕度,模擬試樣17的抽濕過程;第二測試室3的外壁上設(shè)置有干燥氣閥14,該干燥氣閥14同樣用于保證第二測試室3內(nèi)處于干燥環(huán)境。其中,第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間均設(shè)置有流量閥16,流量閥16與干燥氣閥14連接,調(diào)節(jié)流量閥16,可以使得3個室的氣壓相等。

  此外,環(huán)境室2內(nèi)設(shè)有濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9,用于檢測環(huán)境室2內(nèi)的溫度、濕度以及空氣壓力,且濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接,便于計算機控制與分析系統(tǒng)實時記錄和調(diào)控試樣17的模擬抽濕環(huán)境,提高測試結(jié)果的準確度。同時,環(huán)境室2內(nèi)還設(shè)有紅外熱源12,紅外熱源12與溫度傳感器8電連接,用以控制環(huán)境室2內(nèi)的溫度。

  在本發(fā)明提供的一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法中,步驟s1,所述的將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度,具體過程包括:向第一測試室1和第二測試室3注入干燥空氣,向環(huán)境室2注入恒濕空氣,并通過設(shè)置在第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間的流量閥16,調(diào)節(jié)環(huán)境室2內(nèi)的濕度至飽和濕度。

  具體地,通過計算機控制與分析系統(tǒng),啟動測量與控制程序,關(guān)閉設(shè)置在第一測試室1上的真空閥13,打開設(shè)置在第一測試室1和第二測試室3上的干燥氣閥14和設(shè)置在環(huán)境室2上的恒濕空氣閥15,并打開設(shè)置在第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間的流量閥16,調(diào)節(jié)環(huán)境室2內(nèi)的濕度至飽和濕度。

  先將試樣17進行吸濕處理,盡量增大試樣17的含水量至濕飽和狀態(tài),增大了后續(xù)抽濕過程中試樣17的測試上限,擴大濕度測試范圍,避免由于試樣17沒有達到濕度平衡,而影響測試精度。

  且在本發(fā)明實施例中,流量閥16與恒濕空氣閥15(95%rh)和干燥氣閥3相連,調(diào)節(jié)流量閥16的閥門,使得3個腔室的氣壓相等,這樣第一測試室1和第二測試室3是干燥氣,而環(huán)境室2是等壓的設(shè)定濕度的空氣。通過流量控制使得環(huán)境室2達到所需要的恒定濕度,若流量過小會延長環(huán)境室達到設(shè)定濕度所需要的時間,因此,在本發(fā)明實施例中,優(yōu)選地,流量閥16的流量控制為8-10ml/min。

  在步驟s2中,在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下,將達到濕飽和的試樣17置于上述測試裝置內(nèi),具體的使試樣17的上下兩端分別于石英桿5的第一連接段和第二連接段固定連接,以保證試樣17的安裝穩(wěn)定性。通過設(shè)置在環(huán)境室2內(nèi)的濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9實時檢測環(huán)境室2內(nèi)的濕度、氣壓,以及試樣17表面的溫度,實時檢測的數(shù)據(jù)會傳遞到計算機控制與分析系統(tǒng),還通過位移傳感器10記錄試樣17的初始長度l0,通過載荷傳感器11記錄試樣17的初始質(zhì)量m0,相應(yīng)地,記錄數(shù)據(jù)也會傳遞至計算機控制與分析系統(tǒng)。

  在步驟s3中,啟動測量記錄程序前,通常設(shè)定動態(tài)采樣率,設(shè)定動態(tài)采樣率可以細化抽濕過程中,每一采樣點的質(zhì)量和長度變化量,而可以知道的是,采樣點越多,根據(jù)采樣點做出的變化曲線圖越準確,也即越能反應(yīng)抽濕過程中,試樣17長度與質(zhì)量的動態(tài)變化。在本發(fā)明實施例中,優(yōu)選地,將動態(tài)采樣率設(shè)置為1個/秒。

  設(shè)定動態(tài)采樣率,啟動測量記錄程序,密閉所述真空罐,抽真空,對試樣17進行真空抽濕干燥處理,具體過程包括:關(guān)閉干燥氣閥14、恒濕空氣閥15和流量閥16,以密閉真空罐,然后打開真空閥13,對真空罐進行抽真空處理,抽真空至真空罐內(nèi)的氣壓小于1×10-1mpa,同時打開紅外熱源12對環(huán)境室2進行升溫,控制環(huán)境室2溫度為25±1℃,且在溫度和壓力條件下,對試樣17進行抽濕處理,抽濕處理的時間為7-8h。

  步驟s4中,通過采集的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù),以及通過位移傳感器10記錄試樣17的質(zhì)量變化量δm,通過載荷傳感器11記錄試樣17的長度變化量l0,并結(jié)合在步驟s3中記錄的試樣17的初始長度和初始質(zhì)量m0,通過下式可以計算得到每一濕度下的濕膨脹系數(shù)cme:

  cme=(δl/l0)/(δm/m0)

  根據(jù)采集的數(shù)據(jù),可形成如圖3所示的空氣壓力、濕度和時間關(guān)系曲線、圖4所示的空氣濕度、溫度和時間關(guān)系曲線、圖5所示的抽濕過程中長度變化量與時間關(guān)系曲線、圖6所示的抽濕過程中質(zhì)量變化量與時間關(guān)系曲線。根據(jù)圖3-6的變化曲線圖,可以查詢計算出0-95%濕度范圍內(nèi),任一濕度下的長度和質(zhì)量變化,而根據(jù)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)帶入上述濕膨脹系數(shù)cme計算公式,即可從0至95%間任定濕度條件下抽濕過程的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量,以此表征各種纖維增強樹脂基復合材料的動態(tài)濕變形情況,為之后的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。

  為進一步提高測試準確性,在步驟s5停止測量與控制程序后,還包括步驟s6、將樣品更換為標準石英試樣,并重復步驟s1-s5,以測試與試樣相同測試環(huán)境下的背底信號。

  且由于本發(fā)明實施例選擇質(zhì)量分辨率為0.01mg的載荷傳感器11,長度分辨率為0.05μm的位移傳感器10,因此,在獲得動態(tài)測量參數(shù)的同時,其測量精度較高,滿足工程設(shè)計使用要求。

  可以理解的是,工程設(shè)計所需要的復合材料濕膨脹數(shù)據(jù)所用試樣17要盡量大,保證達到一定的抽濕表面積與質(zhì)量比,美標通常為200mm*40mm*2mm,試樣17質(zhì)量達到幾十克,而目前現(xiàn)有的濕膨脹系數(shù)測試方法由于裝置和精度的限制,只能使用尺寸較小的試樣17,均達不到美標的標準。

  而在本發(fā)明實施例中,通過采用自制的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置,且配合高精度的載荷和位移傳感器10,所測試的試樣17尺寸可以為200mm*50mm*2mm,充分滿足國際標準。試樣17優(yōu)選為:碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板,該復合材料的濕膨脹系數(shù)較小,是通用的較優(yōu)異的材料。

  可以理解的是,本發(fā)明的初衷是提供一種標準測試方法,而標準通常主要規(guī)范方法,其具體測試條件(如溫度、濕度)需要根據(jù)工程實際需求來定。因此,本發(fā)明實施例雖然提供了以碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板為試樣17的測試裝置以及測試方法,但這只是為了更方便描述而采用的實施例,并不構(gòu)成對測試裝置以及測試方法的限定;在其他實施例中,可以根據(jù)選擇的試樣17的不同,對測試裝置以及測試條件進行適應(yīng)性的調(diào)整。

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