CN204694557U - 一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备 - Google Patents
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Abstract
一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，包括步进电动机加载装置、水浴循环控温***以及摄像装置；其中，水浴循环控温***开口方向朝上的水浴循环箱体，水浴循环箱体的中部设置有挡板，该挡板上开设有若干安装孔，水浴循环箱体内还设置有用于调节水浴循环箱体内水温的温度控制器；步进电动机加载装置包括E型安装支架、滑杠、固定端夹具、活动端夹具、丝杠以及电机等；摄像装置包括固定在水浴循环箱体顶部用于观察环氧树脂小梁的摄像头，以及用于收集摄像头数据的视频采集卡。本实用新型可以简单有效地测得环氧树脂小梁拉伸形变恢复的全过程，通过该设备测得的数据可以得到环氧树脂小梁的拉伸形变随时间变化的拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线。
Description
技术领域：
本实用新型属于树脂浇铸体性能试验技术领域，具体涉及一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备。
背景技术：
我国《树脂浇铸体性能试验方法GB/T 2567-2008》中没有给出测定树脂浇铸体拉伸形变恢复性能的方法。现存的一些测定环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的方法包括：将环氧树脂小梁拉伸至一定长度后采用特殊的方法固定其应力和应变，最后通过让其经受记忆激活温度，观察其形变恢复过程；在特定的温度条件下将试样由某一标距拉伸至一定距离，迅速冻结该变形1min，将其放置在特定的温度条件下，经过一段时间后测定某一时刻标距间的长度，以此计算拉伸形变恢复率。但是，上述测定方法或者只能定性地表征环氧树脂小梁的拉伸形变恢复性能，或者只能定量地表征某一时刻环氧树脂小梁的拉伸形变恢复率，并不能定量地连续表征环氧树脂小梁拉伸形变恢复的全过程。
鉴于现存测定环氧树脂小梁形变拉伸恢复性能存在的缺陷，亟需研发一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备。
为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案予以实现：
一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，包括步进电动机加载装置、水浴循环控温***以及摄像装置；其中，
水浴循环控温***开口方向朝上的水浴循环箱体，水浴循环箱体的中部设置有挡板，该挡板上开设有若干安装孔，水浴循环箱体内还设置有用于调节水浴循环箱体内水温的温度控制器；
步进电动机加载装置包括E型安装支架，E型安装支架通过挡板上的安装孔安装在挡板上，E型安装支架包括三个平行设置的第一竖直板、第二竖直板、第三竖直板以及水平方向上的电动机平台，三个竖直板通过两个水平方向上平行设置的滑杠串联在一起，且第一竖直板和第三竖直板固定在电动机平台的两端，第二竖直板能够沿滑杠在电动机平台上移动；第一竖直板上设置有固定端夹具，第二竖直板上设置有活动端夹具，拉伸时，环氧树脂小梁的两端分别固定在固定端夹具和活动端夹具上；步进电动机加载装置还包括依次穿过三个竖直板的丝杠，且丝杠与第一竖直板和第三竖直板之间活动连接，与第二竖直板之间螺纹连接，丝杠的一端设置有用于驱动其旋转的电机；
摄像装置包括固定在水浴循环箱体顶部用于观察环氧树脂小梁的摄像头，以及用于收集摄像头数据的视频采集卡。
本实用新型进一步的改进在于：水浴循环箱体内还设置有用于使得水浴循环箱体内水循环的电动水泵。
本实用新型进一步的改进在于：电动水泵的进水口和出水口分别位于水浴循环箱体的两个对角处。
本实用新型进一步的改进在于：步进电动机加载装置还包括用于控制电机工作的驱动器，以及用于为电机和驱动器提供电能的电源控制器。
本实用新型进一步的改进在于：步进电动机加载装置还包括设置在电动机平台上用于测量环氧树脂小梁长度的钢尺。
本实用新型进一步的改进在于：钢尺的初始端与固定端夹具对齐。
本实用新型进一步的改进在于：摄像头通过三脚架固定在水浴循环箱体的顶部。
本实用新型进一步的改进在于：摄像装置还包括用于为摄像头提供电能的电源。
本实用新型进一步的改进在于：摄像装置还包括计算机，视频采集卡的输出端连接计算机的输入端。
相对于现有技术，本实用新型测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，该设备可以简单有效地测得环氧树脂小梁拉伸形变恢复的全过程，通过该设备测得的数据可以得到环氧树脂小梁的拉伸形变随时间变化的拉伸形变曲线，拉伸形变—恢复曲线，补足了现有规范中缺乏测定环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的缺陷，弥补了现有测定与评价环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的不足。
附图说明：
图1为本实用新型一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备的立体图。
图2为本实用新型一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备的俯视图。
图3为39℃下环氧树脂形变拉伸曲线图。
图4为39℃下环氧树脂形变拉伸恢复曲线图。
图5为44℃下环氧树脂形变拉伸曲线图。
图6为44℃下环氧树脂形变拉伸恢复曲线图。
图中：1—步进电动机加载装置，1-1—电机，1-2—驱动器，1-3—电源控制器，1-4—丝杠，1-5—滑杠，1-6—活动端夹具，1-7—固定端夹具，1-8—钢尺，1-9—电动机平台，2—水浴循环控温***，2-1—水浴循环箱体，2-2—挡板，2-3—电动水泵，2-4—温度控制器，3—摄像装置，3-1—摄像头，3-2—电源，3-3—视频采集卡，3-4—计算机。
具体实施方式：
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，本实用新型一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，包括步进电动机加载装置1、水浴循环控温***2以及摄像装置3。
其中，水浴循环控温***2开口方向朝上的水浴循环箱体2-1，水浴循环箱体2-1的中部设置有挡板2-2，该挡板2-2上开设有若干安装孔，水浴循环箱体2-1内还设置有用于调节水浴循环箱体2-1内水温的温度控制器2-4；
步进电动机加载装置1包括E型安装支架，E型安装支架通过挡板2-2上的安装孔安装在挡板2-2上，E型安装支架包括三个平行设置的第一竖直板、第二竖直板、第三竖直板以及水平方向上的电动机平台1-9，三个竖直板通过两个水平方向上平行设置的滑杠1-5串联在一起，且第一竖直板和第三竖直板固定在电动机平台1-9的两端，第二竖直板能够沿滑杠1-5在电动机平台1-9上移动；第一竖直板上设置有固定端夹具1-7，第二竖直板上设置有活动端夹具1-6，拉伸时，环氧树脂小梁的两端分别固定在固定端夹具1-7和活动端夹具1-6上；步进电动机加载装置1还包括依次穿过三个竖直板的丝杠1-4，且丝杠1-4与第一竖直板和第三竖直板之间活动连接，与第二竖直板之间螺纹连接，丝杠1-4的一端设置有用于驱动其旋转的电机1-1；
摄像装置3包括固定在水浴循环箱体2-1顶部用于观察环氧树脂小梁的摄像头3-1，以及用于收集摄像头3-1数据的视频采集卡3-3。
进一步的，水浴循环箱体2-1内还设置有用于使得水浴循环箱体2-1内水循环的电动水泵2-3，且电动水泵2-3的进水口和出水口分别位于水浴循环箱体2-1的两个对角处。
进一步的，步进电动机加载装置1还包括用于控制电机1-1工作的驱动器1-2，以及用于为电机1-1和驱动器1-2提供电能的电源控制器1-3。此外，步进电动机加载装置1还包括设置在电动机平台1-9上用于测量环氧树脂小梁长度的钢尺1-8，且钢尺1-8的初始端与固定端夹具1-7对齐。
进一步的，摄像头3-1通过三脚架固定在水浴循环箱体2-1的顶部，摄像装置3还包括用于为摄像头3-1提供电能的电源3-2。此外，摄像装置3还包括计算机3-4，视频采集卡3-3的输出端连接计算机3-4的输入端。
上述步进电动机加载装置1中的电机1-1作为最核心的部分，一端与驱动器1-2连接，另一端与丝杠1-4连接，驱动器1-2通过与电源控制器1-3相连控制电机的加载速率等试验参数，丝杠1-4的另一端与活动端夹具1-6相接，在活动夹具1-6与固定端夹具1-7之间安装环氧树脂小梁试样后，驱动器1-2带动电机1-1，电机1-1带动丝杠1-4，从而实现试样的拉伸过程。钢尺1-8放置在电动机平台1-9上，其初始端与固定端夹具1-7对齐，试验试样于中部50mm处标以标距，当电源控制器1-3与电源连接后，启动驱动器1-2，电机1-1带动丝杠1-4转动，从而拉伸试样，通过钢尺1-8上的刻度反映试样拉伸与恢复过程中其标距间距离的变化情况。试验过程中的加载过程控制由步进电动机加载装置1完成。
对于水浴循环控温***2，电动水泵2-3放置在水浴循环箱体2-1的箱底，电动水泵2-3的进水口和出水口分别位于水浴循环箱体2-1的两个对角处，其可以使水浴循环箱中的水保持流动状态，从而使整个箱体的水温保持均匀一致，在水浴循环箱体2-1的中上部位置放置带有孔的挡板2-2，该挡板可以作为支撑物，在其上面放置改装后的步进电动机1，水浴循环箱体2-1的左上角安装有温度控制器2-4，其可以将箱体中的水温调节到试验所需温度，并保持温度的恒定。具有控温与恒温功能的水浴循环控温***，将安装试样的加载装置放置在控温箱中，通过水浴循环控温***可以达到试验所需温度以及确保试验过程中试验温度的恒定。
对于摄像装置3，将摄像头3-1安装在水浴循环控温***2的适当位置，由摄像头3-1引出的数据线一端与电源3-2连接，另一端与视频采集卡3-3相连，通过将视频采集卡3-3连接到计算机3-4上，可以清楚、实时地观察试样形变的拉伸—恢复过程。试验过程中的数据采集和试验数据的后处理工作由摄像机及与摄像机连接的计算机完成。通过分析采集的数据可以绘制出环氧树脂小梁的拉伸形变在不同试验温度下随时间变化的拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线。
为了对本实用新型进一步了解，现对作如下详细说明。
1、形状记忆恢复原理
环氧树脂具有卓越的形状恢复特性和力学性能。环氧树脂的形状记忆性能是指将已经赋形的环氧树脂材料加热到一定温度，并施加外力使其变形，在变形状态下冷却，冻结应力，当再加热到一定温度时，环氧树脂材料应力释放自动恢复到初始赋形状态的能力。形状记忆性能的表征对于开发高性能的形状记忆聚合物及其复合材料具有十分重要的理论和实际意义。研究表明，形状记忆效果最终由两方面因素决定，一是形状记忆材料本身的结构；二是发生形状记忆的外部条件。据此，本说明书根据设备试验结果绘制出表征环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的曲线：环氧树脂拉伸形变随时间变化的拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线。
2、试验参数
试验参数包括：试件尺寸、试验温度、试验速率、试验位移和试验时间等。
①试件尺寸
为了保证试验结果的准确性以及操作的方便性，环氧树脂小梁采用《树脂浇铸体性能试验方法》(GB/T 2567-2008)中的试样形状。
②试验温度
为了将环氧树脂小梁更好的应用到沥青路面中，需要测定其在不同温度下的形变拉伸与恢复性能。所采用制备环氧树脂小梁的环氧树脂的玻璃化转变温度为34℃，试验温度以该环氧树脂的玻璃化转变温度为基准，上下以5℃为温度间隔浮动。因此，拟定的试验温度为24℃，29℃，34℃，39℃，44℃。在开始试验前，首先应将水浴循环控温***的温度恒温至所需温度。
③试验速率
本设备测定环氧树脂小梁形变拉伸恢复性能的速率采用《树脂浇铸体性能试验方法》(GB/T 2567-2008)中的拉伸速率，即为10mm/min。
④试验位移
在进行拉伸试验时，拉伸位移以环氧树脂小梁断裂为准。
⑤试验时间
将环氧树脂小梁拉断后，改装后的步进电动机停止加载，通过监控观察环氧树脂小梁拉伸形变的恢复过程，由于试验温度不同、试验位移不同，试样恢复的时间不同，所以试验时间范围由开始拉伸到试样恢复稳定阶段。
3、试验步骤
在进行环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能试验前，应确保仪器各部分能够正常工作，以及准备好环氧树脂小梁的制备样品和提前预热真空干燥箱、水浴循环箱。
试验步骤如下：
①将环氧树脂、JH230增韧剂及固化剂按一定的配比配制，然后将配好的材料倒入烧杯中，将烧杯放入温度为50℃的真空干燥箱中进行脱泡处理。
②待到烧杯中没有气泡时，取出烧杯，将环氧树脂小心倒入槽状试模中，将真空干燥箱的温度调至80℃。
③将装有环氧树脂的试模在真空干燥箱中于80℃的环境温度下固化5h后，取出试模，取出哑铃状的环氧树脂小梁。由于试样是哑铃状的，为了保持试验结果的均匀性，待静置一段时间后，在试样中部距离50mm进行标距。标距部分即为拉伸部分。
④打开水浴循环控温***的温度调节开关和循环开关，将温度调节的上、下限温度均设为试验所需温度。
⑤将带有刻度的钢尺放在改装后的步进电动机的平台与夹具之间，将标好间距的环氧树脂小梁安装在夹具上，其中，夹具的位置即为两条标线的位置，确保可以清楚地看到标距间的刻度。然后将改装后的步进电动机放入水浴循环控温箱中。
⑥将摄像头固定在水浴循环控温箱上侧，试样部分的大***置正对着摄像头。通过视频采集卡将摄像头连接到电脑上，打开视频采集器，可以清楚地显示水浴循环控温箱中带有试样部分的加载装置，根据视频显示的图像调节摄像头位置，以便准确无误地测定与记录试样拉伸形变的恢复过程。
⑦上述工作做好后，将安装试样的加载装置放入水中，使得水漫过试样1—2mm，并在水中恒温一定时间，然后开启改装后的步进电动机，以10mm/min的速度进行拉伸。
⑧试样拉断的瞬间，关闭步进电动机，通过观测摄像头，待试样恢复至稳定状态后，终止试验。
4、设备的创新点和优点
该试验设备可以简单有效地测得环氧树脂小梁的拉伸形变恢复性能。弥补了现有规范中缺乏评价环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能方法、其他研究学者定性地观察环氧树脂材料恢复性能的缺陷。该设备最大的亮点在于可以连续观测与记录环氧树脂小梁的拉伸形变恢复全过程，可以得到不同温度下环氧树脂小梁拉伸形变随时间变化的拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线，这在目前测定环氧树脂小梁恢复性能的方法中是没有的。另外，由于采用了自己研发的水浴循环箱，可以根据试验需要调节试验温度，并且可以起到恒温的作用，保证试验环境的稳定。采用的加载装置可以根据需要调节试验速率，操作简单方便。
该设备的优点主要有：
(1)采用水浴循环控温***，可以根据试验需要调节至所需试验温度，并且可以恒温，确保环氧树脂小梁在恒定的试验温度下进行试验。该水浴循环控温***制作非常简单，水浴箱由可以蓄水的长方形箱体和温度调节器组成，为了使水浴箱中的温度均匀，将水泵放入水浴箱底，使其进水口和出水口位于箱底的对角线上，起到均匀温度和循环水浴的作用，然后将带孔的挡板放在水浴循环箱的中部，在其上面安装加载装置。
(2)数据采集装置采用平面摄像头装置，可以真实、清楚、实时地显示试样的拉伸—恢复过程，根据摄像头采集的数据，可以绘制出环氧树脂小梁在不同试验温度下随时间变化的拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线。
(3)采用步进电动机进行加载试验。本设备的步进电动机是经过改装的：将位于原始步进电动机中部的丝杆移到侧面，由于要将试样放入水中，且电动机的电机部分不能进水，因此将电机的位置抬高。拉伸装置采用夹具样式，这样可以看清试样间距的刻度变化，将带有刻度的钢尺放置在步进电动机平台与夹具之间，且夹具的活动端采用弹簧形式，简单可控。采用改装后的步进电动机进行加载，力学原理简单，操作方便可控，适用于大面积推广使用，具有良好的应用前景。
(4)试模加工制作相当简单，采用具有耐高温性能的聚四氟乙烯材料制成试模，价格便宜，不仅满足对环氧树脂小梁抽真空的耐高温要求，而且可以降低成本。环氧树脂与聚四氟乙烯材料不粘，因此，脱模简单易行，可以节省大量时间。
5、相关理论成果
根据本说明书研发的设备测定了环氧树脂小梁在试验温度分别为39℃，44℃条件下的形变拉伸恢复曲线。其拉伸形变曲线、拉伸形变—恢复曲线见图3～图6。
从以上试验结果可知：两个试验温度下环氧树脂小梁随时间的拉伸形变曲线均为直线，且斜率一致。这是因为加载装置夹具的位置刚好为两条标线的位置，摄像装置采集到的试样拉伸速率即为加载装置的拉伸速率。两个试验温度下的3组平行数据吻合程度很高，说明试验结果可靠，稳定。两个试验温度下的拉伸时间与拉伸距离均成正比。
对于环氧树脂小梁的断裂长度，39℃的为70±1mm,44℃的为65±1mm。这是因为对于玻璃化转变温度为33℃的环氧树脂，过高的温度对其性能有一定的影响。
环氧树脂小梁的拉伸形变的恢复过程为：一开始恢复的特别快，开始恢复的第1s均恢复10mm左右，在接下来的3s-4s内恢复1mm/s，之后恢复渐渐变缓，尤其是由51mm回到50mm时，其需要75s-95s，但环氧树脂哑铃状小梁最终都可以回到其初始标距。
Claims (9)
1.一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：包括步进电动机加载装置(1)、水浴循环控温***(2)以及摄像装置(3)；其中，
水浴循环控温***(2)开口方向朝上的水浴循环箱体(2-1)，水浴循环箱体(2-1)的中部设置有挡板(2-2)，该挡板(2-2)上开设有若干安装孔，水浴循环箱体(2-1)内还设置有用于调节水浴循环箱体(2-1)内水温的温度控制器(2-4)；
步进电动机加载装置(1)包括E型安装支架，E型安装支架通过挡板(2-2)上的安装孔安装在挡板(2-2)上，E型安装支架包括三个平行设置的第一竖直板、第二竖直板、第三竖直板以及水平方向上的电动机平台(1-9)，三个竖直板通过两个水平方向上平行设置的滑杠(1-5)串联在一起，且第一竖直板和第三竖直板固定在电动机平台(1-9)的两端，第二竖直板能够沿滑杠(1-5)在电动机平台(1-9)上移动；第一竖直板上设置有固定端夹具(1-7)，第二竖直板上设置有活动端夹具(1-6)，拉伸时，环氧树脂小梁的两端分别固定在固定端夹具(1-7)和活动端夹具(1-6)上；步进电动机加载装置(1)还包括依次穿过三个竖直板的丝杠(1-4)，且丝杠(1-4)与第一竖直板和第三竖直板之间活动连接，与第二竖直板之间螺纹连接，丝杠(1-4)的一端设置有用于驱动其旋转的电机(1-1)；
摄像装置(3)包括固定在水浴循环箱体(2-1)顶部用于观察环氧树脂小梁的摄像头(3-1)，以及用于收集摄像头(3-1)数据的视频采集卡(3-3)。
2.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：水浴循环箱体(2-1)内还设置有用于使得水浴循环箱体(2-1)内水循环的电动水泵(2-3)。
3.根据权利要求2所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：电动水泵(2-3)的进水口和出水口分别位于水浴循环箱体(2-1)的两个对角处。
4.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：步进电动机加载装置(1)还包括用于控制电机(1-1)工作的驱动器(1-2)，以及用于为电机(1-1)和驱动器(1-2)提供电能的电源控制器(1-3)。
5.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：步进电动机加载装置(1)还包括设置在电动机平台(1-9)上用于测量环氧树脂小梁长度的钢尺(1-8)。
6.根据权利要求5所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：钢尺(1-8)的初始端与固定端夹具(1-7)对齐。
7.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：摄像头(3-1)通过三脚架固定在水浴循环箱体(2-1)的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：摄像装置(3)还包括用于为摄像头(3-1)提供电能的电源(3-2)。
9.根据权利要求1所述的一种测量环氧树脂小梁拉伸形变恢复性能的设备，其特征在于：摄像装置(3)还包括计算机(3-4)，视频采集卡(3-3)的输出端连接计算机(3-4)的输入端。
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| CN105928945A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-09-07 | 北京航空航天大学 | 一种基于加热应力释放测量三维体内部变形的方法 |
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| CN109540703A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-29 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种基于视频辅助的沥青延度仪 |
| CN111795894A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-10-20 | 四川轻化工大学 | 非接触式高分子塑料材料单轴拉伸大变形测量方法与*** |
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2015
- 2015-06-10 CN CN201520397332.8U patent/CN204694557U/zh not_active Expired - Fee Related
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