竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法技术

本发明专利技术提供一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，属于聚合物基形状记忆材料训练方法的技术领域，解决目前单向训练方法导致形状记忆效应差、应用范围受限的问题。首先制备形状记忆聚合物基材料，加工成十字形试件，安装并固定在夹具中；在高于其玻璃化转变温度的条件下施加压荷载，在试件的竖直和水平方向同时产生压和拉应力，当变形至设计值时，停止加热，保持压荷载不变，自然冷却到室温并卸载，制备了具有形状记忆功能的样品；最后考察样品形状记忆效应、分子取向、内应力、组织结构变化，研究样品的形状记忆功能。本发明专利技术提供的便捷训练方法降低了聚合物基形状记忆材料二维训练难度，提高了形状记忆效应，拓展了工程应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，属于聚合物基形状记忆材料训练方法的

技术介绍
刺激响应型聚合物是指自身能对外界环境细微物理或化学变化做相应的反应，如分子构型或溶解性发生变化，甚至是化学键形成或断裂的一类聚合物。其中细微的环境条件变化包括温度、电场、酸碱度PH值、磁场、离子强度、酶蛋白质和葡萄糖等，而聚合物基形状记忆材料通过外在的环境刺激改变其原始形态，从而成为一种重要的刺激响应型聚合物，在日常生活、航空航天、土木工程等得到广泛应用。形状记忆聚合物及其复合材料其本身通过训练后将刺激自身的形状记忆潜力从而被赋予形状记忆效应，其中热致型形状记忆聚合物由于其可根据环境的变化进行训练得到更为广泛的应用，其热力学的循环包括训练和恢复过程，其步骤主要包括：高温加载、冷却、卸载、升温恢复，其中训练过程包括前三步骤。从形状记忆材料被发现以来，研究人员一直致力于研究形状记忆聚合物的训练方法研究，使其能被赋予更好的形状记忆效应而得到广泛的应用。目前，国内在进行训练时，不仅控制玻璃化转变温度的高低，还需要考虑温度持续时间、预应变、预应力等各种因素，多采用控制应力法。而通过采用控制应变的方法对形状记忆材料进行训练，相较于应力控制训练，可以很好保持样品的几何尺寸和形状稳定性，国外学者研究一种与传统训练不同的方法，通过剪刀训练方法，将形状记忆材料加热变形、冷却等训练步骤，使其具有形状记忆功能后用剪刀将材料剪成任意的形状，随后再改变温度使其回复原来形状，与传统训练方法相比，此法可以训练成各类几何二维形状。国内外研究者采用单轴加载方法研究了形状记忆聚合物基复合材料热力学性能，分析了形状记忆材料的固定率、回复率等形状记忆效应，但这种单向拉伸或压缩训练方法只能使形状记忆材料在某一维方向发生分子取向，赋予材料一维的形状记忆功能，不能在竖直和水平二维方向上同时赋予形状记忆聚合物基材料形状记忆效应，使形状记忆聚合物基材料在实际应用中受到了一定的限制。可见，目前赋予材料形状记忆效应主要采用单向拉伸或压缩训练方法，该方法只能使材料在某一维方向上发生分子取向，被赋予形状记忆效应，不能在竖直和水平二维方向上同时赋予形状记忆聚合物基材料形状记忆功能，使该材料固定率和回复率低，形状记忆效应差。所以，需要深入探索更便捷的训练方法，在竖直和水平方向上同时赋予形状记忆聚合物基材料的形状记忆功能，提高该材料固定率和回复率，增强形状记忆效应，具有更高的实际应用价值。鉴于此，本专利技术采用竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法赋予形状记忆聚合物基材料形状记忆功能，在二维上同时增强形状记忆效应，扩大形状记忆聚合物基材料在实际工程中的应用范围。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术的目的是提供一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，该方法在高于形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度的环境温度下，只在竖直方向加载，通过夹具上的杆件铰接结构使试件同时在水平方向受到拉荷载作用，达到一定变形后保持荷载并冷却至室温，再卸去荷载，从而使形状记忆聚合物基材料在竖直和水平方向同时被赋予形状记忆功能，提高固定率和回复率、形状记忆效应，解决目前单向训练方法只能在某一维方向上赋予形状记忆聚合物基材料形状记忆功能，导致该形状记忆材料固定率和回复率低、形状记忆效应差、应用范围受限的问题。(2)技术方案针对目前赋予聚合物基材料形状记忆功能的训练方法存在的问题，本专利技术在高于形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度的条件下，提供一种在竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，从而提高形状记忆聚合物基材料的固定率和回复率，增强形状记忆功能，扩大应用范围。本专利技术技术方案如下：首先，选择形状记忆效应较好聚合物，根据配方制备形状记忆聚合物基材料，加工成所需要的十字形试件，安装并固定在双轴训练夹具中(如图1)；然后在高于试件玻璃化转变温度的条件下，在夹具顶部施加压荷载，通过夹具杆件铰接结构使试件在竖直和水平方向上同时受到压和拉应力(如图1)，当竖直和水平方向的变形至设计值时，停止加热，保持压荷载不变，自然冷却到室温并卸载，制备了具有形状记忆功能的聚合物基材料样品；最后，测试样品的固定率和回复率，考察训练后样品的形状记忆效应，并采用偏振红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电镜分析训练后样品的分子取向、内应力、构象熵、微观组织结构、表面形貌变化，研究该材料的形状记忆功能及其原理。(3)有益效果形状记忆聚合物基材料是继形状记忆合金、形状记忆陶瓷之后发展起来的新型智能材料，因为其良好的形状记忆回复性、较低的形状转变条件和成本而得到越来越广泛的应用，然而目前训练方法只能在某一单方向上赋予形状记忆聚合物基材料形状记忆效应，这大大限制了形状记忆聚合物基材料的推广应用，所以对该材料赋予二维形状记忆效应显得更为重要。采用本专利技术提供的竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，在高于形状记忆材料玻璃化转变温度的条件下，只需要在竖直方向施加压荷载，即可同时在水平方向对试件产生拉应力，保持荷载并冷却至室温，再卸去荷载使形状记忆材料在水平和竖直方向同时被赋予形状记忆功能，当环境温度升高到该材料玻璃化转变温度之上又可以回复原始形态，从而提高形状记忆聚合物基材料的固定率和回复率，增强了形状记忆效应，拓展了工程应用范围。附图说明图1竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载示意图1-压荷载；2-双轴加载夹具杆件；3-十字形试件；4-夹具杆件铰接结构；5-夹具基座具体实施方式：本专利技术提供一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，具体实施步骤如下：(1)选择价格低廉、形状记忆效应较好的聚合物原材料，根据复合配方制备形状记忆聚合物基材料，将其加工成十字形试件，把十字形试件中心部位标记为四等分正方形，安装并固定在双轴训练夹具中；(2)采用差示扫描量热法确定形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度，将固定在夹具中的试件放在环境箱中，并在夹具顶部施加一定的压荷载，通过夹具杆件铰接结构使试件在竖直和水平方向上同时分别受到压和拉应力；(3)按照一定升温速率加热环境箱，当温度高于形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度20℃时，维持该温度不变持续一段时间，当十字形试件竖直和水平方向的变形至设计值时，停止加热，保持压荷载不变，在关闭环境箱的状态下自然冷却；(4)当环境箱温度降至室温时，卸除双轴训练夹具上的压荷载，制备了具有形状记忆功能的聚合物基材料，将训练后的十字形试件的中心区域加工成为四个小的立方体样品供各项性能测试使用；(5)测定训练后样品的形状固定率和回复率，表征样品形状记忆效应，并采用偏振红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电镜分析训练后样品的分子取向、内应力、构象熵、微观组织结构、表面形貌变化，研究样品的形状记忆功能及其原理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提供一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，其特征在于该方法的具体实施步骤如下：(1)选择价格低廉、形状记忆效应较好的聚合物原材料，根据复合配方制备形状记忆聚合物基材料，将其加工成十字形试件，把十字形试件中心部位标记为四等分正方形，安装并固定在双轴训练夹具中；(2)采用差示扫描量热法确定形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度，将固定在夹具中的试件放在环境箱中，并在夹具顶部施加一定的压荷载，通过夹具杆件铰接结构使试件在竖直和水平方向上同时分别受到压和拉应力；(3)按照一定升温速率加热环境箱，当温度高于形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度20℃时，维持该温度不变持续一段时间，当十字形试件竖直和水平方向的变形至设计值时，停止加热，保持压荷载不变，在关闭环境箱的状态下自然冷却；(4)当环境箱温度降至室温时，卸除双轴训练夹具上的压荷载，制备了具有形状记忆功能的聚合物基材料，将训练后的十字形试件的中心区域加工成为四个小的立方体样品供各项性能测试使用；(5)测定训练后样品的形状固定率和回复率，表征样品形状记忆效应，并采用偏振红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电镜分析训练后样品的分子取向、内应力、构象熵、微观组织结构、表面形貌变化，研究样品的形状记忆功能及其原理。...

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种竖直和水平方向上同时分别施加压拉荷载的试验方法，其特征在于该方法的具体实施步骤如下：(1)选择价格低廉、形状记忆效应较好的聚合物原材料，根据复合配方制备形状记忆聚合物基材料，将其加工成十字形试件，把十字形试件中心部位标记为四等分正方形，安装并固定在双轴训练夹具中；(2)采用差示扫描量热法确定形状记忆聚合物基材料玻璃化转变温度，将固定在夹具中的试件放在环境箱中，并在夹具顶部施加一定的压荷载，通过夹具杆件铰接结构使试件在竖直和水平方向上同时分别受到压和拉应力；(3)按照一定升温速率加热环境箱，当温度高于形状记忆聚合物基材料玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，时爽，沈东亚，汪洋，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32