一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，该装置主要有高精度的伺服电机，行星齿轮箱、编码器、驱动器、拉力传感器、系统集成化的LabVIEW软件控制系统等组成，采用导轨、精细齿轮和反向丝杆进行传动。通过LabVIEW程序控制电机转速以及转动位移，实现精确的位移和速度拉伸控制。本实用新型专利技术所述拉伸装置具有体积小、质轻、容易拆卸和安装等优点，非常适合于与同步辐射实验线站、光学显微镜等其他检测设备连用，是研究材料拉伸过程中内部结构变化的一种非常好的装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在多种光源下研究高分子材料拉伸性能的拉伸装置，其能够在不同应变和应变速率范围内原位测试高分子薄膜材料的拉伸性能以及与其他检测设备连用在线表征材料在拉伸变形过程中结构的变化，得到高分子薄膜材料在不同应变和应变速率下的结构变化，结晶度以及取向度等参数，随后将这些参数与力学数据耦合起来得到材料拉伸变形的机理。
技术介绍
高分子薄膜的力学性能在日常使用中具有重要的意义，研究力学性能的基本方法是采用拉伸装置对薄膜材料进行拉伸，得到材料的力学参数。实验室常用的研究高分子材料力学性能的装置，如日本岛津的岛津拉伸试验机等，是采用单轴单向拉伸(一端固定，通过拉伸另外一端)的方式得到其力学性能。常规拉伸装置如岛津拉伸试验机等体积庞大，占地广，无法实现与多种原位检测装置连用并原位在线检测整个拉伸(压缩)过程中其微观结构的变化，不适合作为理论研究拉伸变形机理的工具。在采用单轴单向拉伸过程中样品不同区域是一直运动的，无法准确定位研究区域(光斑)所在的位置，这样得到的结果与真实结果相比就会产生误差。研究拉伸过程中高分子薄膜的变形机理的实验不仅需要装置简便，而且通常需要和同步辐射线站(同步辐射红外和X射线散射等)以及偏光显微镜等常规检测装置配合使用，故检测窗口需要可拆卸替换，光通道必须非常灵活。最后由于在线检测过程中需要采用不同的检测方式，不同的检测方式其时间分辨是不同的，因此我们需要拉伸速度区间宽且连续可调的方式来间接实现不同的时间分辨。综上所述，我们设想的理想的适合于研究高分子薄膜材料的拉伸装置需要具有以下方面的特点:1、拉伸方式为单轴双向拉伸(样品固定在两端夹头上面，通过拉伸夹头的方式对样品进行拉伸)；2、装置应该质轻，体积小，容易拆卸和安装，这样适合在同步辐射线站以及其他常规检测设备上面进行试验；3、对于不同的样品，其力学性能差距非常大且对应变的响应速是不同的。因此我们需要装置的拉力和位移量程范围范围足够大、拉伸速率变化区间大且连续可调；4、不同检测手段所需要的通光孔材料是不同的，故通光孔附近的材料必须可以灵活可换。总结以上四点，我们可以得出研究高分子薄膜材料力学性能的人员需要的是一台质轻、体积小、容易拆卸和安装，拉伸方式为单轴双向拉伸，位移和拉力量程范围大、拉伸速度变化范围大且连续可调，通光孔附近材料容易更换的拉伸装置。
技术实现思路
本技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种可以在同步辐射线站，显微镜，光散射等条件下测试高分子薄膜材料的力学性能，并可实时原位的进行结构检测的拉伸装置。该拉伸装置具有质轻、体积小、容易拆卸和安装，拉力和位移量程范围大且拉伸速度连续可调，拉伸方式为单轴双向拉伸，具有多通道实时数据采集等特点。采用该装置可以得到拉伸变形过程中材料的力学强度，结晶度，取向度等参数，为研究薄膜材料在拉伸变形过程中的变形机理提供帮助。本技术采用的技术方案为:一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，包括高精度伺服电机，行星齿轮箱，编码器，驱动器，拉力传感器，数据采集卡，系统集成化的LabVIEW软件控制系统，其中:该装置采用高精度伺服电机作为转动的动力系统；该装置采用了 LabVIEW软件编写高精度伺服电机控制系统将拉力传感器的力学与拉伸位移实时数据采集以及拉伸速度进行了集成化，可以进行同步控制与数据采集；该装置在拉伸过程通过用电机驱动反向丝杆转动，随后将丝杆的运动通过导轨上面的滑块传递到夹头上面，实现单轴双向拉伸。其中，当材料被控制于拉伸或回弹的往复运动时，系统可以高精度的进行位移及拉力的控制与原位数据的采集，在对应的要求下可以调整为以恒力输出的恒力拉伸装置。本技术上述用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置的实验方法为:所述的拉伸装置利用上述的原位结构检测的高分子材料薄膜拉伸装置，该方法可以在同步辐射红外和X射线散射线站，显微镜，光散射等条件下测试高分子薄膜材料的力学性能，将薄膜材料置于装置的夹头上面，在线检测薄膜材料在不同应变时所受到的拉力，将该装置与其他检测设备连用时主要的实验步骤为:步骤(I)、将拉伸装置，控制柜和电脑主机进行连接，开启控制柜的电源，同时将我们需要测试的样品安装在微型拉伸装置上面，需要保证样条与夹头垂直；步骤(2)、打开Labview软件控制窗口，设定加减速度，拉伸速率和拉伸位移；步骤(3)、开启检测装置，开始进行拉力，位移，速度和时间数据的采集，同步进行测试装置的数据采集。拉伸完毕停止后，停止对拉力、位移、速度、时间和同步检测装置数据的采集，并将这些数据其保存到对应的文档中(拉伸完毕停止后，继续进行拉力，位移，速度和时间数据的采集。检测装置继续连续采集数据直到达到所需要求后，此时停止拉力、位移、速度、时间和同步检测装置数据的采集，将其保存到对应的文档中)；步骤(4)、通过不同材料，不同拉伸应变，不同拉伸速率下对高分子材料薄膜样品进行拉伸获得高分子薄膜材料拉伸过程中内部结构的变化。将这些数据耦合起来最终获得高分子材料拉伸变形的机理。其中，基于Labview控制软件，控制电机的转速和时间，实现不同的应变以及应变速率。其中，拉伸装置体积较小，工作时占用空间很小，体积大小为120X89X23 (mm3)。其中，拉伸过程中原位测试样品所受拉力，可选择不同量程的电机且拉伸方式单轴双向拉伸。其中，本装置可以精确控制拉伸速率(最小速率0.3 U m/s)和拉伸量程(最大的拉伸量程40_)，可以精确控制样品的形变量。 其中，本装置可以和多种检测方式联用，如该装置可以配套于光散射，X射线散射，红外光谱表征和偏光显微镜等手段。本技术与常用的拉伸装置相比创新点主要有:1、本技术具有体积小，质轻，容易拆卸和安装。2、本技术的拉力量程和位移量程大，拉伸速度和位移量程在宽的区间内连续可调。3、本技术采用高精度电机，丝杆、导轨和传动齿轮等，可以实现位移和拉伸速度的精度在微米尺度。4、本技术的拉伸方式为单轴双向拉伸，保证了被检测区域的固定。5、本技术具有多通道实时精确数据采集的特点。6、本技术可以与同步辐射线站、显微镜、光散射等装置连用，并可实时原位的进行结构检测的拉伸装置。7、本技术的应用前景:1)用于检测材料的力学性能；2)适合于与同步辐射线站、显微镜、光散射等装置连用，原位在线检测薄膜材料在拉伸过程中的结构变化。附图说明图1是本技术所述原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置的结构示意图和Iabview控制界面；其中，图1 (a)为一种原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，图1 (b)为本装置采用了 LabVIEW软件编写高精度伺服电机控制系统；图2是本技术所述在拉伸速度为0.6 u m/s下，拉伸等规聚丙烯过程中的应力应变曲线；图3是本技术所述在拉伸速度为10 y m/s下，拉伸天然橡胶过程中的应力应变曲线；图4是本技术所述在拉伸速度为0.3 U m/s下与同步辐射显微红外线站连用时不同应变检测到聚丙烯998CHT1取向度变化，其中，图4 (a)、图4 (b)、图4 (c)分别在宏观应变为0%、35%和120%下的无定形取向分布图。图5 (a)是本技术原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置与国家同步辐射实验室红外与远红外实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，其特征在于：包括高精度伺服电机，行星齿轮箱，编码器，驱动器，拉力传感器，数据采集卡，系统集成化的LabVIEW软件控制系统，其中：该装置采用高精度伺服电机作为转动的动力系统；该装置采用了LabVIEW软件编写高精度伺服电机控制系统将拉力传感器的力学与拉伸位移实时数据采集以及拉伸速度进行了集成化，可以进行同步控制与数据采集；该装置在拉伸过程通过用电机驱动反向丝杆转动，随后将丝杆的运动通过导轨上面的滑块传递到夹头上面，实现单轴双向拉伸。

【技术特征摘要】
2012.11.12 CN 201210450731.71.一种用于原位结构检测的高分子薄膜材料拉伸装置，其特征在于:包括高精度伺服电机，行星齿轮箱，编码器，驱动器，拉力传感器，数据采集卡，系统集成化的LabVIEW软件控制系统，其中: 该装置采用高精度伺服电机作为转动的动力系统； 该装置采用了 LabVIEW软件编写高精度伺服电机控制系统将拉力传感器的力学与拉伸位移实时数据采集以及拉伸速度进行了集成化，可以进行同步控制与数据采集； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，周韦明，洪执华，刘良宝，李海龙，周卫青，汪啸，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
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