双向拉伸装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双向拉伸装置及其方法，双向拉伸装置包括：拉伸机构，拉伸机构包括多个用于固定样品的夹具、第一拉伸部件、第二拉伸部件及驱动机构；用于检测样品拉伸力的应力采集系统；双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，拉伸机构位于温度控制炉中，第二框架上设置有观察框；与观察框对应设置的X射线探测器；X‑Z方向位移支架具有X方向调节装置及Z方向调节装置；控制及采集系统包括控制驱动机构运行的驱动控制单元、采集系统检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与X射线探测器连接的X射线散射图谱采集单元。上述双向拉伸装置，可以实现高通量的加工‑结构‑性能关系表征，从而为高性能薄膜生产提供强有力的指导。

Biaxial stretching device and its method

The invention discloses a biaxial stretching device and its method, which comprises a stretching mechanism, a stretching mechanism comprising a plurality of fixtures, a first stretching component, a second stretching component and a driving mechanism for fixing samples, a stress acquisition system for testing the tensile force of samples, a double-layer frame structure, comprising a first frame and a second frame superimposed on each other, and a stretching mechanism. Located in the temperature control furnace, an observation frame is arranged on the second frame; an X-ray detector corresponding to the observation frame is arranged; an X-direction adjusting device and a Z-direction adjusting device are arranged on the X-Z direction displacement support; the control and acquisition system includes a driving control unit controlling the operation of the driving mechanism, a stress and strain acquisition unit for the value of the tensile force detected by the acquisition system and an X-ray detector. Connected X-ray scattering pattern acquisition unit. The biaxial stretching device can realize high throughput processing, structure and performance relationship characterization, thus providing strong guidance for the production of high performance thin films.

【技术实现步骤摘要】
双向拉伸装置及其方法
本专利技术涉及高分子薄膜加工过程中的在线研究表征
，特别是涉及一种双向拉伸装置及其方法。
技术介绍
在高分子薄膜加工过程中的在线研究表征技术中，存在超小型薄膜双向拉伸装置，高速X射线探测器，X-Z大范围位置调节支架，温度、电气控制系统，以及相应的实验方法。通过上述装置，可以利用不同的拉伸方式、形变速率和模式，在非常宽的温度范围内进行薄膜的双向拉伸。利用高亮度的同步辐射X射线散射，记录拉伸过程中薄膜的聚集态结构参数演化，同时采集拉伸过程的应力，可以高速获得薄膜拉伸加工过程的外场和结构演化。通过双向拉伸工业加工条件的模拟和高通量的在线结构表征，可以用于揭示薄膜加工过程中的关键科学问题。双向拉伸工艺广泛的应用于光学膜及电池隔膜等高精尖薄膜的生产，已经成为高性能薄膜加工最主要的手段。不同于其他材料主要针对组分配方的设计，拉伸工艺对高分子薄膜的最终性能具有非常重要的决定作用。但是，高分子薄膜的拉伸加工是一个非常复杂的物理过程，涉及到多尺度结构在温度、应力和应变等复杂外场耦合驱动下的转化过程。目前的薄膜拉伸工艺面临着很多的挑战，如作为国家战略规划的显示器补偿膜，国内目前仍然无法实现自主生产，主要问题一方面是拉伸过程中各尺度结构的取向精确调节，另一方面是对拉伸加工过程近乎苛刻的薄膜厚度波动要求。同时，在能源材料的领域，也面临着微观结构的精确调控等问题。因此，解决加工工艺问题的关键，在于高分子形变的基础科学问题，其主要特点可以概括为：多加工外场参数，涉及到温度、应力、应变及拉伸方式等；多尺度结构，如链段、整链、晶体和片晶等；非线性和非平衡的形变。通过传统的加工-结构-性能表征的思路，解决这些问题需要大量的实验和数据积累，资源和时间成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种双向拉伸装置，以满足其需要。本专利技术还提供了一种双向拉伸方法。本专利技术提供了一种双向拉伸装置，包括：拉伸机构，所述拉伸机构包括多个用于固定样品的夹具、驱动所述夹具沿第一方向拉伸所述样品的第一拉伸部件、驱动所述夹具沿第二方向拉伸所述样品的第二拉伸部件及调节所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件拉伸力的驱动机构，所述第一方向与所述第二方向垂直；用于检测所述样品拉伸力的应力采集系统；双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架之间形成温度控制炉，所述拉伸机构位于所述温度控制炉中，所述第二框架上设置有所述拉伸机构的样品安装部位对应设置的观察框；与所述观察框对应设置的X射线探测器；调节所述双层框架结构沿平行于所述样品所在平面运动的X-Z方向位移支架，所述X-Z方向位移支架具有调节所述双层框架结构水平运动的X方向调节装置及调节所述双层框架结构竖直运动的Z方向调节装置；控制及采集系统，所述控制及采集系统包括控制所述驱动机构运行的驱动控制单元、采集所述应力采集系统检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与X射线探测器连接的X射线散射图谱采集单元。优选地，上述双向拉伸装置中，所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件的数量均为两个；所述夹具为多个且分为四组，四组所述夹具分别与两个所述第一拉伸部件及两个所述第二拉伸部件一一对应；所述驱动机构能够单独控制各个所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件的运动，实现单向受限、单向非受限、双向同步及双向异步的拉伸模式。优选地，上述双向拉伸装置中，两个所述第一拉伸部件及两个所述第二拉伸部件呈“井”字布置；所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件的相交处设置有滑块，所述滑块能够沿所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件滑动；相邻两个所述滑块之间设置有剪叉装置，所述夹具固定于所述剪叉装置上。优选地，上述双向拉伸装置中，所述观察框为伸入所述温度控制炉的梯形观察框，其大端朝向所述X射线探测器。优选地，上述双向拉伸装置中，所述观察框上设置有可拆卸地封闭窗。优选地，上述双向拉伸装置中，所述应力采集系统包括S型应力传感器。优选地，上述双向拉伸装置中，所述X方向调节装置包括导轨及滑动设置于所述导轨上的滑动部，所述拉伸机构与所述滑动部相对固定；所述Z方向调节装置包括丝杆及与所述丝杆配合的螺母结构，所述螺母结构与所述导轨相对固定。优选地，上述双向拉伸装置中，还包括用于支撑所述X射线探测器的探测器支架。优选地，上述双向拉伸装置中，所述双层框架结构与所述X射线探测器之间的间距可以调节的设置。优选地，上述双向拉伸装置中，还包括设置于所述温度控制炉内的保温层。优选地，上述双向拉伸装置中，所述控制及采集系统为远程控制系统。优选地，上述双向拉伸装置中，所述双层框架结构上具有用于与外界风热加热装置的出风口连通的热风进口，所述热风进口与所述温度控制炉连通。本专利技术还提供了一种双向拉伸方法，应用如上述任一项所述的双向拉伸装置；所述双向拉伸方法包括：对所述温度控制炉内的样品进行加热；根据采集模式，调节所述X射线探测器相对于所述观察框的位置；设置所述温度控制炉的温度，当所述温度控制炉的温度达到设定温度以后，固定所述样品；设置拉伸速率、拉伸距离及形变速率模式；启动所述X射线探测器；所述样品达到预设温度以后，启动所述驱动机构对所述样品进行拉伸；采集所述样品的结构参数和外场参数，并绘制图谱。优选地，上述双向拉伸方法中，所述驱动机构控制所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件的拉伸速率参数范围为0.1-300mm/s。优选地，上述双向拉伸方法中，所述X射线探测器的时间分辨间隔为0.5ms，空间分辨率为0.002°。从上述
技术实现思路
可以看出，本专利技术提供的双向拉伸装置，拉伸机构将样品固定，并通过驱动机构驱动第一拉伸部件及第二拉伸部件运动，以便于驱动多个夹具进行移动，实现对样品的拉伸，样品在拉伸外场下发生形变。在样品形变的过程中，应力采集系统检测在第一拉伸部件及第二拉伸部件的拉伸作用下，对样品的拉伸力，从而确定拉伸过程的外场信息。将双层框架结构固定于X-Z方向位移支架上，其中，X方向调节装置调节双层框架结构水平运动，以便于调节X射线探测器透过观察框对样品水平方向上的不同位置进行检测；并且，Z方向调节装置调节双层框架结构竖直运动平运动，以便于调节X射线探测器透过观察框对样品竖直方向上的不同位置进行检测，进而达到同步辐射线站的位置要求。拉伸机构固定样品在温度控制炉内进行加热，当到达实验温度，对拉伸机构进行安装样品(当然，也可以先装样品，再加热)，通过X射线探测器对样品进行探测。本专利技术实施例提供的双向拉伸装置，通过驱动控制单元控制驱动机构对第一拉伸部件及第二拉伸部件拉伸力的调节，以便于调节夹具在两个垂直的方向(第一方向及第二方向)的拉伸力，结合温度控制炉的温度调节，进而调节拉伸过程中的外场参数(温度、应力及应变)；并且，控制及采集系统包括驱动控制单元、应力应变采集单元及X射线散射图谱采集单元，采集应力应变参数并绘制相应的曲线图；结合X射线探测器同步辐射X射线散射在线表征拉伸过程样品结构变化；通过X-Z方向位移支架的调节，以便于适配不同样品的拉伸操作，进而覆盖工业生产的各种拉伸模式；可以在线采集应力应变曲线，并且将拉伸过程的外场参数(应力、应变和温度)与样品的结构参数(结晶、取向和形貌等)相关联。通过上述设置，可以实现高通量的加工-结构-性能关系表征，从而为高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向拉伸装置，其特征在于，包括：拉伸机构(1)，所述拉伸机构(1)包括多个用于固定样品的夹具(11)、驱动所述夹具(11)沿第一方向拉伸所述样品的第一拉伸部件(12)、驱动所述夹具(11)沿第二方向拉伸所述样品的第二拉伸部件(13)及调节所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(13)拉伸力的驱动机构(3)，所述第一方向与所述第二方向垂直；用于检测所述样品拉伸力的应力采集系统(2)；双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架之间形成温度控制炉，所述拉伸机构(1)位于所述温度控制炉中，所述第二框架上设置有所述拉伸机构(1)的样品安装部位对应设置的观察框(5)；与所述观察框(5)对应设置的X射线探测器(6)；调节所述双层框架结构沿平行于所述样品所在平面运动的X‑Z方向位移支架(4)，所述X‑Z方向位移支架(4)具有调节所述双层框架结构水平运动的X方向调节装置及调节所述双层框架结构竖直运动的Z方向调节装置；控制及采集系统(7)，所述控制及采集系统(7)包括控制所述驱动机构(3)运行的驱动控制单元、采集所述应力采集系统(2)检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与所述X射线探测器(6)连接的X射线散射图谱采集单元。...

【技术特征摘要】
1.一种双向拉伸装置，其特征在于，包括：拉伸机构(1)，所述拉伸机构(1)包括多个用于固定样品的夹具(11)、驱动所述夹具(11)沿第一方向拉伸所述样品的第一拉伸部件(12)、驱动所述夹具(11)沿第二方向拉伸所述样品的第二拉伸部件(13)及调节所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(13)拉伸力的驱动机构(3)，所述第一方向与所述第二方向垂直；用于检测所述样品拉伸力的应力采集系统(2)；双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架之间形成温度控制炉，所述拉伸机构(1)位于所述温度控制炉中，所述第二框架上设置有所述拉伸机构(1)的样品安装部位对应设置的观察框(5)；与所述观察框(5)对应设置的X射线探测器(6)；调节所述双层框架结构沿平行于所述样品所在平面运动的X-Z方向位移支架(4)，所述X-Z方向位移支架(4)具有调节所述双层框架结构水平运动的X方向调节装置及调节所述双层框架结构竖直运动的Z方向调节装置；控制及采集系统(7)，所述控制及采集系统(7)包括控制所述驱动机构(3)运行的驱动控制单元、采集所述应力采集系统(2)检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与所述X射线探测器(6)连接的X射线散射图谱采集单元。2.如权利要求1所述的双向拉伸装置，其特征在于，所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(13)的数量均为两个；所述夹具(11)为多个且分为四组，四组所述夹具(11)分别与两个所述第一拉伸部件(12)及两个所述第二拉伸部件(13)一一对应；所述驱动机构(3)能够单独控制各个所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(13)的运动，实现单向受限、单向非受限、双向同步及双向异步的拉伸模式。3.如权利要求2所述的双向拉伸装置，其特征在于，两个所述第一拉伸部件(12)及两个所述第二拉伸部件(13)呈“井”字布置；所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(13)的相交处设置有滑块(14)，所述滑块(14)能够沿所述第一拉伸部件(12)及所述第二拉伸部件(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，陈晓伟，孟令蒲，王道亮，叶克，张文文，严琦，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34