[发明专利]一种与X射线散射联用的蠕变拉伸装置及其实验方法

权利要求书

1.一种与X射线散射联用的蠕变拉伸装置，其特征在于：包括高精度伺服电机(1)、运动控制器(2)、恒力输出控件(3)、扭矩传感器(4)、角度传感器(5)和空心分离式辊筒夹具(6)，样品为高分子薄膜样品(7)，其中：

高精度伺服电机(1)通过运动控制器(2)控制进行拉伸，利用高精度伺服电机(1)和恒力输出控件(3)控制和切换运行模式，同时，利用空心分离式辊筒夹具(6)，在相同的电机转速下提高拉伸速度从而提高应变速率，拉伸过程中，扭矩传感器(4)和角度传感器(5)跟踪应力和应变的变化，表征流变学行为，拉伸温度由双通道温度控制器精确控制，样品加热腔设置两个热电阻，探测的温度信息反馈到温度控制器，温度控制器自动调节工作状态以达到精确控温的目的；氮气的通入能够保证薄膜温度的均匀。

2.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸装置，其特征在于：该装置可以实现三种不同的运行模式，分别为：

①高精度伺服电机(1)连续运转，利用恒力输出控件(3)进行扭矩控制，实现蠕变拉伸；

②恒力输出控件(3)锁死，利用高精度伺服电机(1)进行应变和应变速率可控拉伸；

③首先进行蠕变拉伸，之后由高精度伺服电机(1)在特定应变定位，恒力输出控件(3)反向锁死，观察蠕变诱导的生成微观结构在松弛阶段的演化过程。

3.如权利要求1所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸装置，其特征在于：恒力输出控件(3)和高精度伺服电机(1)的耦合控制，可以对拉伸过程中的应力和应变进行分别控制；同时，利用X射线超高时间分辨原位表征技术，对拉伸/蠕变过程流动场下的结构信息进行跟踪，研究其相变理论和与实际生产加工相关的科学问题。

4.一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，利用权利要求1所述的蠕变拉伸装置，与同步辐射宽角X射线散射和小角X射线散射实验技术联用，原位研究不同类型流动场诱导结晶过程中结构演化行为与加工性能的关系；其特征在于：该装置与X射线实验技术联用时主要的实验步骤为：

步骤(1)、将电机驱动器分别与高精度伺服电机(1)及运动控制器(2)连接，传感器与采集系统连接，使用温度控制器控制加热棒温度，然后开启电源；

步骤(2)、设定恒力输出控件(3)参数，

步骤(3)、装夹高分子薄膜样品(7)；

步骤(4)、设定高分子薄膜样品(7)拉伸温度，待高分子薄膜样品(7)达到设定温度时，开启X射线光源；

步骤(5)、控制高精度伺服电机(1)开始连续旋转，在设定的拉伸模式下进行拉伸；

步骤(6)、拉伸过程中同时记录应力、应变变化及拉伸后高分子薄膜样品(7)结构演化，通过对不同高分子样品实施不同拉伸速率、拉伸比或拉伸应力，系统研究分子参数及外场参数对结晶结构和动力学的影响，将这些数据耦合起来得到高分子熔体在流场下的相变行为和流变行为的关系。

5.如权利要求4所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，其特征在于：利用高精度伺服电机和恒力输出控件的耦合安装和控制，实现三种不同拉伸模式的实验形式，对流动场诱导结晶研究中的不同流变参数和结构参数进行跟踪。

6.如权利要求4所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，其特征在于：通过采用可拆卸的分离式空心辊筒夹具，减小转动惯量，提高拉伸速度；便于拆卸，在样品腔内就可进行安装和更换，调整装置所能实现的不同测试应力、应变速率范围，满足不同材料的测试需求，并能与材料强度和相变条件进行耦合。

7.如权利要求4所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，其特征在于：可以实现对薄膜样品的精确控温，且能实现薄膜样品表面温度均匀性。

8.如权利要求4所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，其特征在于：可以在高速拉伸过程中记录材料内应变和应力信息，同时利用x射线表征结构材料内部结构变化，得到材料相变的多尺度数据。

9.如权利要求4所述的一种与X射线散射联用的蠕变拉伸实验方法，其特征在于：装置可以与同步辐射X射线实验技术联用，原位跟踪材料结构演化。