[发明专利]原位高速拉伸装置

说明书

本发明提供一种原位高速拉伸装置，包括支撑模块、拉伸模块、温度模块、力学采集模块和控制模块。支撑模块包括支撑组件和辅助组件，起到支撑和辅助作用；拉伸模块包括传动组件和驱动组件，用于进行同步联动以拉伸实验样品；温度模块包括加热组件和制冷组件，用于对样品腔进行加热和制冷；力学采集模块包括扭矩采集组件，用于检测拉伸过程中材料的应力变化；控制模块包括驱动控制组件和温度控制组件，驱动控制组件与驱动组件电性连接，控制伺服电机的转动；温度控制组件分别与加热组件和制冷组件电性连接，用于控制样品腔内的温度。本发明可与同步辐射X射线联用进行在线实验，并且容易拆卸和安装，该装置可以覆盖宽应变速率、宽温度范围的实验。

技术领域

本发明涉及实验装备技术领域，尤其涉及一种原位高速拉伸装置。

背景技术

高分子材料因具有比强度高、易加工等优点而广泛应用于人类生活的各个领域。在高分子材料的研究中，结构与性能关系一直是一个极其重要的部分。汽车工业、航空航天等行业的快速发展对高分子材料的性能提出了更高的要求，特别是在服役环境较为苛刻的情况下。高速形变除了发生在高分子加工过程中，一些特殊的服役环境也涉及高速形变。因此，理解高分子材料在宽应变速率、宽温度外场条件下的力学性能和结构演化的关系至关重要。

受限于实验和检测技术的发展，对超高速形变过程中高分子材料的结构演化的研究少之又少，现有的高速拉伸装置对实验设备及场地要求比较高，结构不易改变，不能和其他表征测试装置联用，灵活性较差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种可以与同步辐射X射线联用进行在线实验的原位高速拉伸装置，并且容易拆卸和安装，该装置可以覆盖宽应变速率、宽温度范围的实验。

为达到上述目的，本发明提供的原位高速拉伸装置，包括：支撑模块，包括支撑组件和辅助组件，分别起到支撑和辅助作用，支撑组件上固定有用于放置实验样品的样品腔，支撑组件上设有控制柜；拉伸模块，可拆卸地设于支撑组件上，拉伸模块包括传动组件和驱动组件，用于进行同步联动以拉伸实验样品，驱动组件包括四个伺服电机，伺服电机设于支撑组件的两侧，伺服电机固定连接传动组件；温度模块，包括加热组件和制冷组件，分别用于对样品腔进行加热和制冷，加热组件可拆卸地设于支撑组件上一侧，制冷组件通过气管与样品腔连接；力学采集模块，包括扭矩采集组件，用于检测拉伸过程中材料的应力变化，扭矩采集组件可拆卸地设于支撑组件上；控制模块，设于支撑组件的控制柜中，控制模块包括驱动控制组件和温度控制组件，驱动控制组件与驱动组件电性连接，控制伺服电机的转动；温度控制组件分别与加热组件和制冷组件电性连接，用于控制样品腔内的温度。

根据本发明的实施例，驱动控制组件包括PCB印刷电路板和电源开关，温度控制组件包括温控表、变频器和继电器；其中，驱动组件与PCB印刷电路板电性连接，加热组件和制冷组件均与温控表电性连接。

根据本发明的实施例，扭矩采集组件包括四个扭矩传感器、四个放大器和NI采集卡，其中：扭矩传感器设于支撑组件上且通过传动组件连接至伺服电机，放大器和NI采集卡设于支撑组件的控制柜内。

根据本发明的实施例，支撑组件还包括底板、压辊底板、导轨、拉辊电机座、压辊电机座、扭矩传感器安装座、扭矩传感器压板和把手，其中：底板上开设有两条相对设置的导轨，压辊底板跨接在两条导轨上；底板的两端均竖向固定有拉辊电机座，两个拉辊电机座上均固定有伺服电机；压辊底板上竖向固定有压辊电机座，用于固定伺服电机；扭矩传感器设于扭矩传感器安装座上，扭矩传感器顶部固定有扭矩传感器压板；每个拉辊电机座顶面固定有把手。

根据本发明的实施例，辅助组件包括航空接头、气缸和两个温度探头，其中：航空接头固定在底板上，底板上固定有两个可调控气压的气缸，用于控制压辊底板通过导轨在底板上移动；温度探头安装于样品腔两侧，温度探头与温度控制组件电性连接。