一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種材料物理性能測(cè)量技術(shù)，尤其是涉及一種針對(duì)定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法。本發(fā)明規(guī)定了定向有機(jī)玻璃板材在不同厚度情況下的試樣制備方式，采用測(cè)力裝置記錄樣品從室溫狀態(tài)升溫至軟化溫度以上的過程中所受的作用力，根據(jù)記錄的最大的消向載荷推算定向有機(jī)玻璃的消向應(yīng)力，并給出計(jì)算式。本發(fā)明特別是適用于板材厚度大于4mm的定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量，進(jìn)一步提高了消向應(yīng)力測(cè)量的準(zhǔn)確性，增加了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，對(duì)于定向有機(jī)玻璃性能研究的深入和制備工藝的改進(jìn)具有重要作用。
【專利說明】一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料物理性能測(cè)量技術(shù)，尤其是涉及一種針對(duì)定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]定向拉伸成型有機(jī)玻璃也稱定向有機(jī)玻璃，是將有機(jī)玻璃澆鑄板在升溫到軟化溫度以上后經(jīng)雙軸拉伸制成的，因此，在軟化溫度以上時(shí)，處于自由狀態(tài)的定向有機(jī)玻璃會(huì)回縮到拉伸前尺寸。這是由于定向有機(jī)玻璃的取向分子鏈?zhǔn)g有較強(qiáng)的作用力，在常溫狀態(tài)下，這種力被凍結(jié)在分子鏈?zhǔn)Y(jié)構(gòu)中，當(dāng)溫度到達(dá)軟化溫度后，這種力被表現(xiàn)出來，使定向有機(jī)玻璃中的分子鏈?zhǔn)謴?fù)到被拉伸前狀態(tài)，即澆注狀態(tài)。這種使定向有機(jī)玻璃軟化后，分子鏈?zhǔn)謴?fù)澆注狀態(tài)的力被稱為定向有機(jī)玻璃的消向應(yīng)力。
[0003]消向應(yīng)力可以用來評(píng)價(jià)定向有機(jī)玻璃取向分子鏈?zhǔn)g的作用力。同時(shí)，消向應(yīng)力與定向有機(jī)玻璃制備時(shí)的拉伸程度、工藝條件和冷卻規(guī)范等密切相關(guān)，因此，消向應(yīng)力曲線可以用來研究定向有機(jī)玻璃拉伸過程分子結(jié)構(gòu)的變化過程。
[0004]近年來由于汽車工業(yè)和航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于風(fēng)擋玻璃等透明件的性能要求也更加苛刻，定向有機(jī)玻璃作為一種具有高透光、高比強(qiáng)度和良好成型加工性能的功能材料被廣泛采用，對(duì)于其物理性能的研究也更加深入。舊的消向應(yīng)力測(cè)量方法較為簡(jiǎn)單，僅規(guī)定了其通過加熱方式使試樣收縮后測(cè)量最大載荷值，這種方法的準(zhǔn)確性較低，加熱過程的升溫過程沒有明確的規(guī)定，使測(cè)量中不確定因素增加；另外測(cè)量數(shù)據(jù)的可比性較差，對(duì)于不同厚度定向有機(jī)玻璃的試樣制備方法等未明確規(guī)定，造成性能數(shù)據(jù)分散性較大，不易于數(shù)據(jù)間的分析對(duì)比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法。該方法適用于板材厚度大于4mm的定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，首先，測(cè)量試樣工作部分，即除去上下夾頭夾持部分外的區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸，每個(gè)方向上測(cè)量三點(diǎn)取平均值，精確到0.02mm，然后，將試樣安裝到測(cè)量設(shè)備中的固定裝置中固定，調(diào)節(jié)固定裝置使測(cè)量設(shè)備中的測(cè)力裝置顯示載荷為0 ;開啟測(cè)量設(shè)備中的加熱裝置，加熱裝置的工作溫度范圍滿足室溫?250°C，加熱裝置爐腔內(nèi)溫度均勻性不大于±2°C，加熱裝置以0.5?10.0°C /min的升溫速度加熱，并用測(cè)力裝置記錄試樣的載荷變化；當(dāng)溫度升高到35°C時(shí)，恒溫消除固定裝置的夾頭和試樣的殘余應(yīng)力，恒溫時(shí)間15?30min，使加熱裝置內(nèi)溫度均勻；之后仍以相同升溫速度繼續(xù)加熱，當(dāng)測(cè)力裝置記錄的載荷值達(dá)到最大值后，結(jié)束測(cè)量過程；推算出應(yīng)力變化分為兩種情況，
[0007](1)當(dāng)恒溫時(shí)間15?30min后,加熱裝置內(nèi)溫度均勻,計(jì)算定向有機(jī)玻璃升溫過程中試樣所受載荷變化的消向應(yīng)力，其計(jì)算公式:P
[0008]σ = -~-
b.h.[0009]式中，σ為消向過程中的應(yīng)力，MPa ;
[0010]P為消向過程中的載荷，N ；
[0011]b為試樣的寬度，mm ;
[0012]h為試樣的厚度，mm ;
[0013](2)得到最大消向載荷后，計(jì)算定向有機(jī)玻璃的消向應(yīng)力，其計(jì)算公式:
P
[0014]
bh
[0015]式中，os為消向應(yīng)力，MPa;
[0016]Pmax為最大消向載荷，N ；
[0017]b為試樣的寬度，mm ;
[0018]h為試樣的厚度，mm。
[0019]所述試樣的取樣方法為平行取樣或垂直取樣，對(duì)于厚度小于8mm的定向有機(jī)玻璃，采用平行取樣；厚度大于等于8mm的定向有機(jī)玻璃，分別采用平行和垂直取樣兩種方式進(jìn)行測(cè)量，且僅相同取樣方式的試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。
[0020]所述試樣工作部分尺寸，選取試樣長(zhǎng)度方向上20?40mm作為測(cè)量工作部分。
[0021]所述試樣的取樣尺寸為60mmX8mmX4mm,尺寸偏差小于0.2mm,且試樣表面沒有劃傷、崩邊、分層的缺陷。
[0022]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明規(guī)定了定向有機(jī)玻璃板材在不同厚度情況下的試樣制備方式，采用測(cè)力裝置記錄樣品從室溫狀態(tài)升溫至軟化溫度以上的過程中所受的作用力，根據(jù)記錄的最大的消向載荷推算定向有機(jī)玻璃的消向應(yīng)力，并給出計(jì)算式。本發(fā)明特別是適用于板材厚度大于4_的定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量，進(jìn)一步提高了消向應(yīng)力測(cè)量的準(zhǔn)確性，增加了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，對(duì)于定向有機(jī)玻璃性能研究的深入和制備工藝的改進(jìn)具有重要作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖。
[0024]圖中，1為測(cè)力裝置、2為上拉桿、3為加熱裝置、4為上夾頭、5為試樣、6為下夾頭、7為下拉桿、8為固定裝置、9為底座。
[0025]圖2為本發(fā)明測(cè)量方法的試樣取樣圖例。
[0026]圖中，10為垂直取樣、11為平行取樣、12為原板厚度。
[0027]圖3為本發(fā)明測(cè)量過程中應(yīng)力變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明不受以下實(shí)施方式的任何限制，可在本發(fā)明目的范圍內(nèi)適當(dāng)加以變更來實(shí)施本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明實(shí)施的設(shè)備舉例:
[0030]圖1是測(cè)量定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的例子。具體使用過程為，試樣5通過上下夾頭4、6裝載入設(shè)備加熱裝置的爐腔3中，夾頭與上下拉桿2、7相連，再調(diào)節(jié)安裝在底座9的固定裝置8使試樣的拉伸方向載荷固定，并通過測(cè)力裝置1測(cè)量和記錄試樣拉伸方向載荷的數(shù)值。測(cè)量前應(yīng)確保試樣在所受拉伸方向載荷為0。測(cè)量過程中加熱裝置均勻升溫，試樣消向載荷隨升溫過程而變化，通過測(cè)力裝置記錄載荷變化的過程。另外，加熱裝置的溫度均勻性應(yīng)能保證不大于±2°C。
[0031]本發(fā)明實(shí)施對(duì)試樣的要求:
[0032]本發(fā)明適用于原板厚度12大于4mm的定向有機(jī)玻璃板材。測(cè)定試樣尺寸應(yīng)為60mmX 8mmX 4mm的長(zhǎng)條形，尺寸偏差應(yīng)小于0.2mm,每組試樣不少于2條,且試樣表面不能存在劃傷、崩邊、分層等缺陷。試樣的取樣方法有垂直取樣10和平行取樣11兩種，如圖2所不，對(duì)于厚度小于8mm的定向有機(jī)玻璃，米用平行取樣方式；厚度不小于8mm的定向有機(jī)玻璃，可分別采用平行取樣和垂直取樣兩種方式進(jìn)行測(cè)量，且僅相同取樣方式的試驗(yàn)結(jié)果可進(jìn)行對(duì)比。取樣后試樣還需確定工作部分尺寸，即除去上下夾頭夾持部分外的區(qū)域，可選取試樣長(zhǎng)度方向上20~40mm作為工作部分,并在試樣中部標(biāo)記。
[0033]本發(fā)明實(shí)施的具體步驟:
[0034]首先，用中性洗滌劑清洗試樣表面，并用脫脂棉吸干試樣表面水分。測(cè)量試樣工作部分的長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸，每個(gè)方向上測(cè)量三點(diǎn)取平均值，精確到0.02mm。然后將試樣安裝到測(cè)量設(shè)備中固定，調(diào)節(jié)固定裝置使測(cè)力裝置顯示載荷為0。開啟加熱裝置，可以選用(0.5~10.0) V /min的升溫速度加溫，并用測(cè)力裝置開始記錄消向應(yīng)力數(shù)值，當(dāng)溫度升高到35°C時(shí)，應(yīng)恒溫(15~30)min，消除夾頭和試樣的殘余應(yīng)力，使加熱裝置內(nèi)溫度均勻。之后仍以相同升溫速度繼續(xù)升溫，當(dāng)測(cè)力裝置測(cè)量試樣所受的載荷達(dá)到最大值后，結(jié)束測(cè)量過程。
[0035]本發(fā)明實(shí)施的數(shù)據(jù)分析:
[0036]本發(fā)明的測(cè)量方法能夠獲得升溫過程中試樣所受載荷的變化，從而確定應(yīng)力的變化，升溫過程應(yīng)力變化示意圖如圖3所示。從圖中可以看出隨著溫度的升高，過程(I沖應(yīng)力不斷減小，試樣受熱膨脹；過程(II)應(yīng)力逐漸增加，并達(dá)到最大值，凍結(jié)在試樣中的力逐步釋放，使試樣收縮；過程(III)高溫下應(yīng)力松弛；過程(IV)試樣收縮后斷裂。
[0037]本發(fā)明測(cè)量方法能夠計(jì)算根據(jù)定向有機(jī)玻璃升溫過程中，試樣所受載荷變化的消向應(yīng)力，其計(jì)算公式:
【權(quán)利要求】
1.一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于，首先，測(cè)量試樣工作部分，即除去上下夾頭夾持部分外的區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸，每個(gè)方向上測(cè)量三點(diǎn)取平均值，精確到0.02mm，然后，將試樣安裝到測(cè)量設(shè)備中的固定裝置中固定，調(diào)節(jié)固定裝置使測(cè)量設(shè)備中的測(cè)力裝置顯示載荷為0 ;開啟測(cè)量設(shè)備中的加熱裝置，加熱裝置的工作溫度范圍滿足室溫~250°C，加熱裝置爐腔內(nèi)溫度均勻性不大于±2°C，加熱裝置以0.5~10.0°C /min的升溫速度加熱，并用測(cè)力裝置記錄試樣的載荷變化；當(dāng)溫度升高到35°C時(shí)，恒溫消除固定裝置的夾頭和試樣的殘余應(yīng)力，恒溫時(shí)間15~30min，使加熱裝置內(nèi)溫度均勻；之后仍以相同升溫速度繼續(xù)加熱，當(dāng)測(cè)力裝置記錄的載荷值達(dá)到最大值后，結(jié)束測(cè)量過程；推算出應(yīng)力變化分為兩種情況，(1)當(dāng)恒溫時(shí)間15~30min后，加熱裝置內(nèi)溫度均勻，計(jì)算定向有機(jī)玻璃升溫過程中試樣所受載荷變化的消向應(yīng)力，其計(jì)算公式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于，所述試樣的取樣方法為平行取樣或垂直取樣，對(duì)于厚度小于8mm的定向有機(jī)玻璃，采用平行取樣；厚度大于等于8mm的定向有機(jī)玻璃，分別采用平行和垂直取樣兩種方式進(jìn)行測(cè)量，且僅相同取樣方式的試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于，所述試樣工作部分尺寸，選取試樣長(zhǎng)度方向上20~40mm作為測(cè)量工作部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向有機(jī)玻璃消向應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于，所述試樣的取樣尺寸為60mmX8mmX4mm,尺寸偏差小于0.2mm,且試樣表面沒有劃傷、崩邊、分層的缺陷。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103674345SQ201310659468
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】厲蕾, 張博, 王曉麗, 丁宇婷 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院