【技术实现步骤摘要】
一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置及测试方法
[0001]本申请涉及聚合物复合材料测试领域，尤其涉及一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置及测试方法。
技术介绍
[0002]树脂复合材料在实际应用中通常以固态的形式出现，是液态的树脂和固化剂在一定温度下经固化(即发生聚合反应)的产物。在固化过程中由聚合反应引起的体积收缩(化学收缩)和在冷却过程中的体积收缩(热收缩)会导致树脂复合材料出现内应力，造成树脂复合材料的浇铸件、粘接层、涂层等出现裂纹、空隙、剥落、褶皱、翘曲，对树脂复合材料实际应用时产品的可靠性有重要影响，因此树脂复合材料固化及冷却过程中内应力的研究及调控对材料的研发及应用具有重要意义。
[0003]目前可用于测量树脂复合材料内应力的方法主要有埋入应变片法和金属薄片翘曲法。
[0004]利用埋入应变片法测量树脂材料内应力时，有多种设置方法，其中一种设置方法是将应变计置于一个金属环内测，然后将金属环平放于圆形的硅橡胶模具中，在金属环与圆形硅橡胶模具形成的圆环形区域浇铸树脂材料，在固化及冷却过程中树脂材料的体积收缩会导致金属环的形变，最终通过应变计对金属环的测量得到浇铸件在固化及冷却过程中的内应力。
[0005]利用金属薄片翘曲法测量树脂复合材料应力时，通常是将一定厚度的待测材料涂覆在一个呈长条状的金属薄片上，在固化及冷却过程中树脂复合材料的体积收缩会引起金属薄片的翘曲，通过应变计对金属薄片进行测量或者通过金属薄片的翘曲高度等参数代入公式便可计算出涂覆在金属薄片表面材料的内应力。>[0006]埋入应变片法主要针对浇铸材料内应力的表征，金属薄片翘曲法主要用于表征材料在特定表面作为涂层时的内应力。树脂复合材料的另一个重要应用场景是作为粘接剂或填充剂，填充于被粘接的两个物体之间(例如在倒装芯片的封装中，环氧树脂复合材料填充在芯片和基板之间的狭缝中)，这种情况可近似等效为在有限空间存在两个束缚表面(不存在自由表面)的情况。针对这种情况上述两种表征内应力的方法均不适用，目前也没有相适应的实验装置及方法针对树脂复合材料作为填充层时其固化及后续过程中的内应力进行有效表征。
技术实现思路
[0007]本申请提供一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置及测试方法，通过力学传感器探测在固化及冷却过程中待测树脂复合材料内部的变化，并根据实验模具已知的接触面积计算待测树脂复合材料的内应力，实现了树脂复合材料作为填充层时内应力的精确测量。
[0008]为达到上述目的，一方面，本申请提供了一种表征树脂复合材料填充层内应力的
装置，包括
[0009]支撑机构，所述支撑机构包括第一横梁和第二横梁，所述第一横梁的底部固定有力学传感器；
[0010]实验环境控制箱，位于所述第二横梁的下方，用于为待测树脂复合材料的固化及冷却实验提供所需的实验条件；
[0011]上模具和下模具，位于实验环境控制箱内部，所述上模具通过第一连接杆与力学传感器连接，所述下模具通过至少一根第二连接杆与第二横梁连接；所述上模具的下表面与下模具的上表面平行，且所述上模具和下模具之间具有用于填充待测树脂复合材料的间隙；
[0012]实验控制及数据处理系统，用于控制实验环境控制箱以及接收力学传感器实时传输的数据，并根据接收的数据得到在固化及冷却过程中树脂复合材料样品的内应力和/或内应力随温度变化的曲线。
[0013]进一步地是，所述下模具包括底板以及设置在底板上的凸出部，所述凸出部位于上模具的正下方，所述凸出部上表面形状、面积分别与上模具下表面的形状、面积相同，所述上模具的下表面与凸出部的上表面之间具有用于填充待测树脂复合材料的间隙。
[0014]进一步地是，所述支撑机构还包括相对设置的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的相对面均开设有滑槽，所述滑槽内均设置有能够沿滑槽上下移动的位移装置；
[0015]所述第一横梁的两端分别与第一立柱和第二立柱连接，所述第二横梁位于第一横梁的正下方；所述第二横梁的两端分别与所述第一立柱和第二立柱滑槽内的位移装置连接。
[0016]进一步地是，所述位移装置由步进电机驱动。
[0017]进一步地是，所述上模具、下模具、第一连接杆和第二连接杆的材质相同。
[0018]进一步地是，所述实验环境控制箱包括箱体、热电偶和加热装置，所述箱体被隔板分割为上腔体和下腔体，所述热电偶设置在上腔体的内部；所述加热装置设置在下腔体的内部，所述热电偶和加热装置均与实验控制及数据处理系统电连接；
[0019]所述下腔体的侧壁上开设有进气口，所述隔板以及上腔体的侧壁均开设有若干个气孔。
[0020]进一步地是，所述箱体的顶部设置有供第一连接杆、第二连接杆穿过的孔。
[0021]另一方面，本申请还提供一种树脂复合材料填充层内应力的测试方法，其基于一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置实现，包括以下步骤：
[0022]步骤1：将实验环境控制箱内的温度调至所需初始温度；
[0023]步骤2：待温度到达初始温度后，将待测树脂复合材料填充至上平面和下模具之间的填充间隙处；
[0024]步骤3：调整第一横梁和第二横梁之间的间距使上模具的下表面与待测树脂复合材料接触；
[0025]步骤4：将超出填充间隙的待测树脂复合材料刮去，并将力学传感器归零；
[0026]步骤5：将固化及冷却过程的温度变化程序输入至实验控制及数据处理系统中，并开启固化及冷却实验；
[0027]步骤6：在固化及冷却实验中，实验控制及数据处理系统实时接收力学传感器记录到的数据，并根据接收的数据得到在固化及冷却过程中树脂复合材料样品的内应力和/或内应力随温度变化的曲线。
[0028]进一步地是，所述的步骤5还包括：判断是否需要考虑树脂复合材料填充时填充间隙的大小随温度变化的情况；若是，则将固化及冷却过程中第二横梁的位移程序输入至实验控制及数据处理系统中。
[0029]进一步地是，所述步骤2具体包括：待温度到达初始温度后，取一定量的待测树脂复合材料置于凸出部上表面的中心；
[0030]所述步骤3具体包括：移动第二横梁，调整上模具下表面和凸出部上表面的间距至所需的测试间距；并在调整过程中，确认待测树脂复合材料是否与上模具的下表面接触，并最终填满整个上模具下表面与凸出部上表面构成的间隙；
[0031]所述步骤4具体包括：将超出填充间隙的待测树脂复合材料刮去，并将力学传感器归零。
[0032]本申请相比现有技术具有以下有益效果：本申请的装置通过上模具和下模具之间的间隙模拟填充层，并通过力学传感器将填充层内树脂复合材料产生的力进行监测后再经计算得到内应力，实现了树脂复合材料作为填充层时其固化及后续过程中内应力的有效表征。本申请测试方法可以针对不同条件下的树脂复合材料作为填充层时在固化和后续过程中内应力的表征。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，包括支撑机构，所述支撑机构包括第一横梁和第二横梁，所述第一横梁的底部固定有力学传感器；实验环境控制箱，位于所述第二横梁的下方，用于为待测树脂复合材料的固化及冷却实验提供所需的实验条件；上模具和下模具，位于实验环境控制箱内部，所述上模具通过第一连接杆与力学传感器连接，所述下模具通过至少一根第二连接杆与第二横梁连接；所述上模具的下表面与下模具的上表面平行，且所述上模具和下模具之间具有用于填充待测树脂复合材料的间隙；实验控制及数据处理系统，用于控制实验环境控制箱以及接收力学传感器实时传输的数据，并根据接收的数据得到在固化及冷却过程中树脂复合材料样品的内应力和/或内应力随温度变化的曲线。2.根据权利要求1所述的一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，所述下模具包括底板以及设置在底板上的凸出部，所述凸出部位于上模具的正下方，所述凸出部上表面形状、面积分别与上模具下表面的形状、面积相同，所述上模具的下表面与凸出部的上表面之间具有用于填充待测树脂复合材料的间隙。3.根据权利要求1或2所述的一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，所述支撑机构还包括相对设置的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的相对面均开设有滑槽，所述滑槽内均设置有能够沿滑槽上下移动的位移装置；所述第一横梁的两端分别与第一立柱和第二立柱连接，所述第二横梁位于第一横梁的正下方；所述第二横梁的两端分别与所述第一立柱和第二立柱滑槽内的位移装置连接。4.根据权利要求3所述的一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，所述位移装置由步进电机驱动。5.根据权利要求3所述的一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，所述上模具、下模具、第一连接杆和第二连接杆的材质相同。6.根据权利要求1所述的一种表征树脂复合材料填充层内应力的装置，其特征在于，所述实验环境控制箱包括箱体、热电偶和加热装置，所述箱体被隔板分割为上腔体和下腔体，所述热电偶设置在上腔体的内部；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭亮，朱朋莉，李刚，彭韬，艾文季，杨金宝，彭小慧，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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