[发明专利]双向拉伸装置及其方法

说明书

本发明公开了一种双向拉伸装置及其方法，双向拉伸装置包括：拉伸机构，拉伸机构包括多个用于固定样品的夹具、第一拉伸部件、第二拉伸部件及驱动机构；用于检测样品拉伸力的应力采集系统；双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，拉伸机构位于温度控制炉中，第二框架上设置有观察框；与观察框对应设置的X射线探测器；X‑Z方向位移支架具有X方向调节装置及Z方向调节装置；控制及采集系统包括控制驱动机构运行的驱动控制单元、采集系统检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与X射线探测器连接的X射线散射图谱采集单元。上述双向拉伸装置，可以实现高通量的加工‑结构‑性能关系表征，从而为高性能薄膜生产提供强有力的指导。

技术领域

本发明涉及高分子薄膜加工过程中的在线研究表征技术领域，特别是涉及一种双向拉伸装置及其方法。

背景技术

在高分子薄膜加工过程中的在线研究表征技术中，存在超小型薄膜双向拉伸装置，高速X射线探测器，X-Z大范围位置调节支架，温度、电气控制系统，以及相应的实验方法。通过上述装置，可以利用不同的拉伸方式、形变速率和模式，在非常宽的温度范围内进行薄膜的双向拉伸。利用高亮度的同步辐射X射线散射，记录拉伸过程中薄膜的聚集态结构参数演化，同时采集拉伸过程的应力，可以高速获得薄膜拉伸加工过程的外场和结构演化。通过双向拉伸工业加工条件的模拟和高通量的在线结构表征，可以用于揭示薄膜加工过程中的关键科学问题。

双向拉伸工艺广泛的应用于光学膜及电池隔膜等高精尖薄膜的生产，已经成为高性能薄膜加工最主要的手段。不同于其他材料主要针对组分配方的设计，拉伸工艺对高分子薄膜的最终性能具有非常重要的决定作用。

但是，高分子薄膜的拉伸加工是一个非常复杂的物理过程，涉及到多尺度结构在温度、应力和应变等复杂外场耦合驱动下的转化过程。目前的薄膜拉伸工艺面临着很多的挑战，如作为国家战略规划的显示器补偿膜，国内目前仍然无法实现自主生产，主要问题一方面是拉伸过程中各尺度结构的取向精确调节，另一方面是对拉伸加工过程近乎苛刻的薄膜厚度波动要求。同时，在能源材料的领域，也面临着微观结构的精确调控等问题。

因此，解决加工工艺问题的关键，在于高分子形变的基础科学问题，其主要特点可以概括为：多加工外场参数，涉及到温度、应力、应变及拉伸方式等；多尺度结构，如链段、整链、晶体和片晶等；非线性和非平衡的形变。通过传统的加工-结构-性能表征的思路，解决这些问题需要大量的实验和数据积累，资源和时间成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双向拉伸装置，以满足其需要。本发明还提供了一种双向拉伸方法。

本发明提供了一种双向拉伸装置，包括：

拉伸机构，所述拉伸机构包括多个用于固定样品的夹具、驱动所述夹具沿第一方向拉伸所述样品的第一拉伸部件、驱动所述夹具沿第二方向拉伸所述样品的第二拉伸部件及调节所述第一拉伸部件及所述第二拉伸部件拉伸力的驱动机构，所述第一方向与所述第二方向垂直；

用于检测所述样品拉伸力的应力采集系统；

双层框架结构，其包括相互叠加的第一框架及第二框架，所述第一框架与所述第二框架之间形成温度控制炉，所述拉伸机构位于所述温度控制炉中，所述第二框架上设置有所述拉伸机构的样品安装部位对应设置的观察框；

与所述观察框对应设置的X射线探测器；

调节所述双层框架结构沿平行于所述样品所在平面运动的X-Z方向位移支架，所述X-Z方向位移支架具有调节所述双层框架结构水平运动的X方向调节装置及调节所述双层框架结构竖直运动的Z方向调节装置；

控制及采集系统，所述控制及采集系统包括控制所述驱动机构运行的驱动控制单元、采集所述应力采集系统检测得到的拉伸力数值的应力应变采集单元及与X射线探测器连接的X射线散射图谱采集单元。