（一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法與流程）
本發(fā)明涉及復合材料的性能測試領域，特別涉及一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法。
背景技術：
纖維增強樹脂基復合材料由于具有較高的比強度和比剛度，較好的可設計性和抗疲勞斷裂性能，已成為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)件中的重要材料?，F(xiàn)國內(nèi)航天復合材料制造裝配的一般環(huán)境條件要求為：溫度20-25℃，濕度≤75％,而在南方地區(qū)，雨季的濕度常在85％以上，甚至90％，如此大的濕度變化范圍，復合材料構(gòu)件在地面貯存，包括成型、裝配、試驗過程中，由于復合材料樹脂基體的高分子結(jié)構(gòu)以及復合材料內(nèi)部孔隙、氣泡的存在，導致復合材料會吸收水分膨脹；且在外空間服役環(huán)境條件下時，復合材料又會發(fā)生逆向的濕氣析出過程。上述吸濕和去濕都會在復合材料結(jié)構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應力的變化，從而導致結(jié)構(gòu)件外形尺寸發(fā)生變化，甚至力學性能下降。
復合材料的吸濕過程主要受環(huán)境溫度和相對濕度的影響，其中材料的飽和吸濕量與環(huán)境的相對濕度有關，而擴散系數(shù)的變化則依賴環(huán)境溫度。因此，需要在恒定溫度和濕度條件下測定復合材料層壓板的濕膨脹系數(shù)。而對于復合材料層壓板的濕膨脹系數(shù)通常以常溫高濕條件下試樣的尺寸變化，來評價濕度對復合材料尺寸穩(wěn)定性的影響。
目前多采用測試試樣在吸濕過程中的起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的長度和質(zhì)量變化來測量，也即測試的是試樣在吸濕過程中的濕膨脹系數(shù)。然而，吸濕過程需要緩慢的分子擴散過程才能達到平衡，而達到平衡所需時間往往較長，這就導致測量所需時間很長，且由于測量時間長，電測量的時漂累積很大，往往超過了物理量的變化而導致測量超差而失效。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在一定程度上解決現(xiàn)有技術測試濕膨脹系數(shù)所需時間長、測量誤差大的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法，包括以下步驟：
s1、啟動測量與控制程序，并將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度；
s2、在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下，將預處理后的試樣置于所述真空罐內(nèi)，并將所述試樣固定在所述石英測試件上，通過位移傳感器記錄所述試樣的初始長度，通過載荷傳感器記錄所述試樣的初始質(zhì)量；
s3、啟動測量記錄程序，密閉所述真空罐，抽真空，對所述試樣進行真空抽濕干燥處理；
s4、通過所述濕度傳感器、所述溫度傳感器以及所述氣壓傳感器分別采集所述真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù)，并通過所述位移傳感器記錄所述試樣的質(zhì)量變化量，通過所述載荷傳感器記錄所述試樣的長度變化量；
s6、調(diào)節(jié)所述真空罐內(nèi)為常壓，停止測量與控制程序。
可選地，步驟s2中，所述預處理具體為：將所述試樣在恒溫恒濕箱中作吸濕處理，使所述試樣達到飽和濕度。
可選地，所述真空罐包括從上到下依次連接的第一測試室、環(huán)境室和第二測試室，所述石英測試件貫穿所述環(huán)境室，并在所述環(huán)境室內(nèi)與所述試樣可拆卸連接；所述石英測試件的頂端固定在所述第一測試室內(nèi)并與所述載荷傳感器連接，所述石英測試件的底端懸垂于所述第二測試室內(nèi)；其中，所述石英測試件的頂端和所述石英測試件的底端在相對應的位置分別設置有所述位移傳感器。
可選地，步驟s1中，所述將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度，具體過程包括：向所述第一測試室和所述第二測試室注入干燥空氣，向所述環(huán)境室注入恒濕空氣，并通過設置在所述第一測試室與所述環(huán)境室之間、所述環(huán)境室與所述第二測試室之間的流量閥，調(diào)節(jié)所述環(huán)境室內(nèi)的濕度至飽和濕度。
可選地，所述流量閥的流量控制為8-10ml/min。
可選地，步驟s3中，所述密閉所述真空罐，抽真空，對所述試樣進行真空抽濕干燥處理，具體過程還包括：
對所述真空罐抽真空，至所述真空罐內(nèi)的氣壓小于1×10-1mpa，控制所述環(huán)境室溫度為25±1℃，對所述試樣抽濕處理的時間為7-8h。
可選地，根據(jù)權利要求1所述的測試方法，其特征在于，所述步驟s5后，還包括步驟：
s6、將所述試樣更換為標準石英試樣，并重復所述步驟s1-s5，以測試與所述試樣相同測試環(huán)境下的背底信號。
可選地，所述試樣為碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板，且所述試樣的尺寸為200mm＊50mm＊2mm。
可選地，所述位移傳感器的最大量程為2000μm，長度分辨率為0.05μm。
可選地，所述載荷傳感器的最大量程為80g，質(zhì)量分辨率為0.01mg。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置及方法具有以下優(yōu)勢：
本發(fā)明提供的測試方法，將預先吸濕(可達到濕飽和)的試樣，采用逆向抽濕過程(也即在濕度降低過程中)來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化，一方面，將試樣的吸濕過程提到測試前進行，利用真空能顯著加速分子擴散的基本原理，通過抽真空加快抽濕過程，使得試樣可快速達到干燥狀態(tài)，極大地縮短了測試時間，避免電測量儀器由于測量時間長而引入固有時漂，導致測量出現(xiàn)偏差；另一方面，利用高精度的質(zhì)量傳感器和位移傳感器，可實現(xiàn)從0-95％間任定濕度條件下試樣的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量，具有測試范圍寬、分辨率高等特點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例所述的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明實施例所述的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中空氣壓力、濕度和時間關系圖；
圖4為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中空氣濕度、溫度和時間關系圖；
圖5為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中長度變化量與時間關系圖；
圖6為本發(fā)明實施例所述的試樣抽濕過程中質(zhì)量變化量與時間關系圖。
附圖標記說明：
1-第一測試室，2-環(huán)境室，3-第二測試室，4-石英管式基準架，5-石英桿，6-密閉隔熱層，7-濕度傳感器，8-溫度傳感器，9-氣壓傳感器，10-位移傳感器，11-載荷傳感器，12-紅外熱源，13-真空閥，14-干燥氣閥，15-恒濕空氣閥，16-流量閥，17-試樣。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
另外，下述在提到每個結(jié)構(gòu)件的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂端”、“底端”這些位置關系僅是為了便于描述和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。另外，若本發(fā)明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。術語“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含義是非限制性的，即可加入不影響結(jié)果的其它步驟和其它成分。如無特殊說明的，材料、設備、試劑均為市售。
現(xiàn)有的關于纖維增強樹脂基復合材料的吸濕特性研究，國內(nèi)外有多種相關標準試驗方法，但是各標準規(guī)范所采用的試樣尺寸和試驗參數(shù)(試驗溫度，試驗濕度等)各不相同。測試濕膨脹系數(shù)主要方法有：(1)按試驗周期，常見有兩種測試方法，一是平衡吸濕法，即復合材料達到吸濕平衡時停止試驗，二是固定時間法，即是測試達到規(guī)定時間即停止試驗；(2)按吸濕方式，有濕熱箱法和恒溫水浴浸泡法兩種；(3)按測試方法，一是靜態(tài)測試方法，即分別測試試樣的起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的長度和質(zhì)量，例如參照astmd5229/d5229m-1992(2004)標準《聚合物基復合材料吸濕性能和浸潤平衡的標準實驗方法》，但方法不能反映吸濕或逆向的除濕過程中長度和質(zhì)量的變化規(guī)律，二是動態(tài)測試方法，即在濕度變化過程中測試質(zhì)量和長度的變化，但此方法一方面受測試裝置以及所用傳感器的精度限制，膨脹值與含濕率間關系易受測量誤差的影響，另一方面，通常測試的為試樣吸濕過程中的濕膨脹系數(shù)，不僅測量時間長(有可能需要幾十天)，且長時間的測試時間里，電測量的時漂累積很大，導致測量失敗。因此，總的來說，目前濕膨脹系數(shù)的動態(tài)測試，國內(nèi)外還未有成熟且統(tǒng)一的方法。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置及方法，通過自制的真空恒溫數(shù)控測試裝置，并配合高精度的質(zhì)量和位移傳感器，采用逆向抽濕過程(即試樣由起始的吸濕飽和狀態(tài)，如95％相對濕度，通過抽真空加速去濕過程，快速達到干燥狀態(tài))來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化，實現(xiàn)在抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的動態(tài)測試；此測試方法可準確得到試樣的濕膨脹數(shù)據(jù)，同時有效地縮短了測量時間，也避免了電測量儀器固有時漂引入的測量偏差。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
結(jié)合圖1所示，一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法，該測試方法是基于包括真空罐及位于真空罐內(nèi)的石英測試件、濕度傳感器7、溫度傳感器8、氣壓傳感器9、位移傳感器10和載荷傳感器11的測試裝置來實現(xiàn)的，載荷傳感器11與石英測試件頂端固定，用以測試試樣17的質(zhì)量變化；位移傳感器10固定在石英測試件上，用以測試試樣17的長度變化；
抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法包括以下步驟：
s1、啟動測量與控制程序，并將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度；
s2、在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下，將預處理后的試樣17置于真空罐內(nèi)，并將試樣17固定在石英測試件上，通過位移傳感器10記錄試樣17的初始長度，通過載荷傳感器11記錄試樣17的初始質(zhì)量；
s3、密閉真空罐，抽真空，對試樣17進行真空抽濕干燥處理；
s4、設定動態(tài)采樣率，啟動測量記錄程序，并通過濕度傳感器7、溫度傳感器8以及氣壓傳感器9分別采集所述真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù)，并通過位移傳感器10記錄試樣17的質(zhì)量變化量，通過載荷傳感器11記錄試樣17的長度變化量；
s5、調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)為常壓，停止測量與控制程序。
本發(fā)明實施例提供的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法，將預先吸濕(可達到濕飽和)的試樣，采用逆向抽濕過程(也即在濕度降低過程中)來動態(tài)檢測試樣質(zhì)量和長度的變化，一方面，將試樣的吸濕過程提到測試前進行，利用真空能顯著加速分子擴散的基本原理，通過抽真空加快抽濕過程，使得試樣可快速達到干燥狀態(tài)，極大地縮短了測試時間，避免電測量儀器由于測量時間長而引入固有時漂，導致測量出現(xiàn)偏差；另一方面，利用高精度的質(zhì)量傳感器和位移傳感器，可實現(xiàn)從0-95％間任定濕度條件下試樣的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量，具有測試范圍寬、分辨率高等特點。
其中，測試試樣17的預處理過程具體為：將試樣17先在恒溫恒濕箱中進行吸濕處理，使試樣17達到飽和濕度，經(jīng)預處理后的試樣17的相對濕度為95％?？梢岳斫獾氖牵嚇硬牧系牟煌?，其吸濕處理時間不同，有的材料達到可能需要1周或幾周，在此，試樣預處理時間具體時間不做限定。相對于測試試樣吸濕過程中的濕膨脹系數(shù)，因為材料的原因，使得有可能在吸濕過程沒有達到平衡條件下測得試驗結(jié)果，導致測試結(jié)果不可靠。本發(fā)明實施例，通過將試樣的吸濕過程放在測試步驟之前，不僅有利于試樣在達到飽和濕度的情況下，進行濕膨脹系數(shù)測量，同時減少了電測量儀器的測量誤差，有效提高了測試準確度。
本發(fā)明實施例提供的測試方法是基于抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置來實現(xiàn)的。該測試裝置包括：真空罐及位于真空罐內(nèi)的石英測試件、濕度傳感器7、溫度傳感器8、氣壓傳感器9、位移傳感器10和載荷傳感器11，真空罐包括從上到下依次連接的第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3，石英測試件貫穿環(huán)境室2，并在環(huán)境室2內(nèi)與試樣17可拆卸連接；石英測試件的頂端固定在第一測試室1內(nèi)并與載荷傳感器11連接，石英測試件的底端懸垂于第二測試室3內(nèi)；其中，石英測試件的頂端和石英測試件的底端在相對應的位置分別設置有位移傳感器10。
此外，第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間均設置有流量閥，流量閥用以調(diào)節(jié)所述第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3內(nèi)的氣壓；石英測試件與第一測試室1固定連接，且懸垂貫穿環(huán)境室2和第二測試室3，第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3通過石英測試件連通；濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9均設置在環(huán)境室2內(nèi)；載荷傳感器11石英測試件頂端表面連接，用以測試試樣17的質(zhì)量變化；位移傳感器10固定在石英測試件的上下兩端，用以測試試樣17的長度變化；其中，位移傳感器10和載荷傳感器11均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接。
通過將真空罐設置為分隔的三個腔體，可將放置位移傳感器10和載荷傳感器11的環(huán)境與測試試樣17的環(huán)境分隔開，避免測試環(huán)境的變化影響移傳感器10和載荷傳感器11的精密度，甚至由于濕度較大對損壞儀器造成損壞。
結(jié)合圖2所示，具體地，真空罐為可密閉抽真空的罐狀結(jié)構(gòu)，且從上到下，真空罐分為第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3，第一測試室1和第二測試室3用于放置測量儀器，環(huán)境室2用于放置試樣17，由于測量儀器對環(huán)境溫度、濕度要求較高，而測試時需要調(diào)整環(huán)境濕度來檢測試樣17的質(zhì)量和長度變化量，因此，環(huán)境室2的溫度、濕度以及壓力是需要可控的。為了同時滿足試樣17的測量和測量儀器對環(huán)境的需求，第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3之間通過密閉隔熱層6分隔開，這樣使得，在對環(huán)境室2進行抽濕、保溫過程中，不會對第一測試室1和第二測試室3內(nèi)的環(huán)境產(chǎn)生影響，避免降低測量儀器的精度。
為了便于對設置在環(huán)境室2內(nèi)的試樣17進行測量，且提高測量準確度，第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3又必須在試樣17的測試處是連通的，因此，設置貫穿第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3的石英測試件，且第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3通過石英測試件連通，測量儀器固定在石英測試件位于第一測試室1或第二測試室3的部位，將試樣17固定在石英測試件位于環(huán)境室2的部位上，在此情況下，就可以通過改變環(huán)境室2的濕度、溫度條件，測試試樣17在濕度下降過程中的質(zhì)量和長度變化量，且環(huán)境室2模擬的抽濕過程時不會對測量儀器產(chǎn)生不利影響?？梢岳斫獾氖?，采用利用石英測試件是利用石英晶體對溫度、濕度的膨脹系數(shù)較小，可以作為尺寸測試標度，保證了復合材料的濕膨脹性能測試的準確性。
可以理解的是，動態(tài)測量是指由傳感器測得非電物理信號，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過放大、濾波等適調(diào)環(huán)節(jié)，對信號進行處理顯示。在本發(fā)明實施例中，位移傳感器10和載荷傳感器11均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接，計算機控制與分析系統(tǒng)是將動態(tài)信號采集、顯示、存貯、分析集成一體的儀器設備，一般有2-4個輸入通道，一個信號源輸出，且每個輸入通道由程控放大器、抗混濾波器、采樣/保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；通過計算機控制與分析系統(tǒng)，可以準確獲取預設的每一時間采樣點的質(zhì)量變化量和位移變化量結(jié)果。
此外，載荷傳感器11為日本島津公司生產(chǎn)的auw-d系列天平，其最大量程為80g，質(zhì)量分辨率為0.01mg。位移傳感器10為日本基恩士公司生產(chǎn)的激光位移傳感器10lk-g10，此位移傳感器10為非接觸式，通過接收反射光的大小來確定位移，最大量程為2000μm，長度分辨率為0.05μm。利用高精度的載荷和位移傳感器，可以極大提高抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試精確度，提高對復合材料濕穩(wěn)定性的評價可靠度。
結(jié)合圖2所示，本發(fā)明實施例提供的測試裝置，通過在真空罐中分別設置檢測室和環(huán)境室2，且設置貫穿連通上述三室的石英測試件，將試樣17模擬抽濕環(huán)境與對試樣17的檢測環(huán)境分開，這樣不僅可以利用高精度的位移傳感器10和載荷傳感器11對試樣17的質(zhì)量和長度變化量進行實時檢測，且測試過程中不會影響測量儀器的精度，滿足復合材料濕膨脹系數(shù)精度的測試要求，得到的試驗結(jié)果準確、可靠，利于分析和研究，滿足工程設計使用要求。
其中，石英測試件包括石英管式基準架4和石英桿5，石英管式基準架4為中空結(jié)構(gòu)，石英桿5頂端在第一測試室1內(nèi)與石英管式基準架4固定連接且位于石英管式基準架4的中空腔內(nèi)；石英桿5包括貫穿第一測試室1和環(huán)境室2的第一連接段以及貫穿環(huán)境室2和第二測試室3的第二連接段，第一連接段和第二連接段之間留有容置試樣17的距離。
具體地，由于石英測試件用于固定試樣17，且貫穿連通第一測試室1、環(huán)境室2和第二測試室3，在本發(fā)明實施例中，將石英測試件設置為頂端固定在第一測試室1上的石英管式基準架4和活動連接在石英管式基準架4內(nèi)部的石英桿5，石英管式基準架4為呈“i”型的中空的管式結(jié)構(gòu)，且“i”型結(jié)構(gòu)的橫段分別位于第一測試室1和第二測試室3內(nèi)，“i”型結(jié)構(gòu)的豎段位于環(huán)境室2內(nèi)。相應地，石英桿5為分離的兩段式結(jié)構(gòu)，第一連接段跨越第一測試室1和環(huán)境室2的上部分，第二連接段跨越環(huán)境室2的下部分和第二測試室3，第一連接段與第二連接段的距離小于或等于試樣17的長度，這樣就可以將試樣17的兩端分別與第一連接段和第二連接段固定，將試樣17的長度變化量轉(zhuǎn)移到石英桿5的位移變化上，以此對試樣17的長度變化量進行測量。
由于石英桿5為兩段式結(jié)構(gòu)，相應地，本發(fā)明實施例的位移傳感器10設置有兩個，兩個位移傳感器10分別位于處于第一測試室1和第二測試室3內(nèi)的石英管式基準架4的中空腔內(nèi)，并分別設置在第一連接段與第二連接段的兩端，兩個位移傳感器10置呈垂直布置，且安裝在相應位置的固定板上。固定板為套設在石英桿5外壁，并沿外壁向垂直中心軸方向向外延伸的板狀結(jié)構(gòu)，這樣使兩個位移傳感器10相對設置，可以保證其檢測精度。
載荷傳感器11用于測量試樣17的質(zhì)量，其位于石英管式基準架4的頂端，石英管式基準架4的頂端還設置有容納石英桿5穿過的通孔，第一連接段上端穿過通孔與載荷傳感器11固定連接；第二連接段為可活動段，當試樣17固定在第一連接段和第二連接段之間后，三者形成一整體構(gòu)件，并懸垂在石英管式基準架4的中空腔內(nèi)，此時，載荷傳感器11可以實時測量此整體構(gòu)件的質(zhì)量變化，以此實現(xiàn)對試樣17的質(zhì)量變化量的測量。
為了提高試樣17的連接穩(wěn)定性，第一連接段位于環(huán)境室2內(nèi)的一端和第二連接段位于環(huán)境室2內(nèi)的一端均設有u形槽和連接孔，u形槽適于與試樣17卡接，連接孔適于通過銷釘與試樣17可拆卸連接。當然，試樣17在相應位置也設置有與銷釘匹配的連接孔，在安裝過程中，先將試樣17的兩端分別卡在第一連接段和第二連接段上的u形槽內(nèi)，然后將銷釘穿過試樣17和石英桿5上的連接孔，并固定。這樣在卡接和銷釘連接的共同作用下，提高了試樣17的連接穩(wěn)定性，避免在測試過程中試樣17出現(xiàn)晃動甚至脫落，導致測試結(jié)果出現(xiàn)誤差。
可以理解的是，為了調(diào)控真空罐內(nèi)的濕度、溫度以及氣壓，使之達到測試條件，在第一測試室1的外壁設置有真空閥13、干燥氣閥14，真空閥13可以調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)的真空度，干燥氣閥14保證第一測試室1內(nèi)處于干燥環(huán)境；環(huán)境室2的外壁上設置有恒濕空氣閥15，通過恒濕空氣閥15可以調(diào)節(jié)環(huán)境室2的濕度，模擬試樣17的抽濕過程；第二測試室3的外壁上設置有干燥氣閥14，該干燥氣閥14同樣用于保證第二測試室3內(nèi)處于干燥環(huán)境。其中，第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間均設置有流量閥16，流量閥16與干燥氣閥14連接，調(diào)節(jié)流量閥16，可以使得3個室的氣壓相等。
此外，環(huán)境室2內(nèi)設有濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9，用于檢測環(huán)境室2內(nèi)的溫度、濕度以及空氣壓力，且濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9均與計算機控制與分析系統(tǒng)電連接，便于計算機控制與分析系統(tǒng)實時記錄和調(diào)控試樣17的模擬抽濕環(huán)境，提高測試結(jié)果的準確度。同時，環(huán)境室2內(nèi)還設有紅外熱源12，紅外熱源12與溫度傳感器8電連接，用以控制環(huán)境室2內(nèi)的溫度。
在本發(fā)明提供的一種抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試方法中，步驟s1，所述的將所述真空罐內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)至飽和濕度，具體過程包括：向第一測試室1和第二測試室3注入干燥空氣，向環(huán)境室2注入恒濕空氣，并通過設置在第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間的流量閥16，調(diào)節(jié)環(huán)境室2內(nèi)的濕度至飽和濕度。
具體地，通過計算機控制與分析系統(tǒng)，啟動測量與控制程序，關閉設置在第一測試室1上的真空閥13，打開設置在第一測試室1和第二測試室3上的干燥氣閥14和設置在環(huán)境室2上的恒濕空氣閥15，并打開設置在第一測試室1與環(huán)境室2之間、環(huán)境室2與第二測試室3之間的流量閥16，調(diào)節(jié)環(huán)境室2內(nèi)的濕度至飽和濕度。
先將試樣17進行吸濕處理，盡量增大試樣17的含水量至濕飽和狀態(tài)，增大了后續(xù)抽濕過程中試樣17的測試上限，擴大濕度測試范圍，避免由于試樣17沒有達到濕度平衡，而影響測試精度。
且在本發(fā)明實施例中，流量閥16與恒濕空氣閥15(95％rh)和干燥氣閥3相連，調(diào)節(jié)流量閥16的閥門，使得3個腔室的氣壓相等，這樣第一測試室1和第二測試室3是干燥氣，而環(huán)境室2是等壓的設定濕度的空氣。通過流量控制使得環(huán)境室2達到所需要的恒定濕度，若流量過小會延長環(huán)境室達到設定濕度所需要的時間，因此，在本發(fā)明實施例中，優(yōu)選地，流量閥16的流量控制為8-10ml/min。
在步驟s2中，在常壓常溫以及飽和濕度環(huán)境下，將達到濕飽和的試樣17置于上述測試裝置內(nèi)，具體的使試樣17的上下兩端分別于石英桿5的第一連接段和第二連接段固定連接，以保證試樣17的安裝穩(wěn)定性。通過設置在環(huán)境室2內(nèi)的濕度傳感器7、溫度傳感器8和氣壓傳感器9實時檢測環(huán)境室2內(nèi)的濕度、氣壓，以及試樣17表面的溫度，實時檢測的數(shù)據(jù)會傳遞到計算機控制與分析系統(tǒng)，還通過位移傳感器10記錄試樣17的初始長度l0，通過載荷傳感器11記錄試樣17的初始質(zhì)量m0，相應地，記錄數(shù)據(jù)也會傳遞至計算機控制與分析系統(tǒng)。
在步驟s3中，啟動測量記錄程序前，通常設定動態(tài)采樣率，設定動態(tài)采樣率可以細化抽濕過程中，每一采樣點的質(zhì)量和長度變化量，而可以知道的是，采樣點越多，根據(jù)采樣點做出的變化曲線圖越準確，也即越能反應抽濕過程中，試樣17長度與質(zhì)量的動態(tài)變化。在本發(fā)明實施例中，優(yōu)選地，將動態(tài)采樣率設置為1個/秒。
設定動態(tài)采樣率，啟動測量記錄程序，密閉所述真空罐，抽真空，對試樣17進行真空抽濕干燥處理，具體過程包括：關閉干燥氣閥14、恒濕空氣閥15和流量閥16，以密閉真空罐，然后打開真空閥13，對真空罐進行抽真空處理，抽真空至真空罐內(nèi)的氣壓小于1×10-1mpa，同時打開紅外熱源12對環(huán)境室2進行升溫，控制環(huán)境室2溫度為25±1℃，且在溫度和壓力條件下，對試樣17進行抽濕處理，抽濕處理的時間為7-8h。
步驟s4中，通過采集的濕度、溫度以及氣壓數(shù)據(jù)，以及通過位移傳感器10記錄試樣17的質(zhì)量變化量δm，通過載荷傳感器11記錄試樣17的長度變化量l0，并結(jié)合在步驟s3中記錄的試樣17的初始長度和初始質(zhì)量m0，通過下式可以計算得到每一濕度下的濕膨脹系數(shù)cme：
cme＝(δl/l0)/(δm/m0)
根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，可形成如圖3所示的空氣壓力、濕度和時間關系曲線、圖4所示的空氣濕度、溫度和時間關系曲線、圖5所示的抽濕過程中長度變化量與時間關系曲線、圖6所示的抽濕過程中質(zhì)量變化量與時間關系曲線。根據(jù)圖3-6的變化曲線圖，可以查詢計算出0-95％濕度范圍內(nèi)，任一濕度下的長度和質(zhì)量變化，而根據(jù)這些基礎數(shù)據(jù)帶入上述濕膨脹系數(shù)cme計算公式，即可從0至95％間任定濕度條件下抽濕過程的質(zhì)量和長度變化的動態(tài)測量，以此表征各種纖維增強樹脂基復合材料的動態(tài)濕變形情況，為之后的材料選擇、結(jié)構(gòu)設計提供理論依據(jù)。
為進一步提高測試準確性，在步驟s5停止測量與控制程序后，還包括步驟s6、將樣品更換為標準石英試樣，并重復步驟s1-s5，以測試與試樣相同測試環(huán)境下的背底信號。
且由于本發(fā)明實施例選擇質(zhì)量分辨率為0.01mg的載荷傳感器11，長度分辨率為0.05μm的位移傳感器10，因此，在獲得動態(tài)測量參數(shù)的同時，其測量精度較高，滿足工程設計使用要求。
可以理解的是，工程設計所需要的復合材料濕膨脹數(shù)據(jù)所用試樣17要盡量大，保證達到一定的抽濕表面積與質(zhì)量比，美標通常為200mm＊40mm＊2mm,試樣17質(zhì)量達到幾十克，而目前現(xiàn)有的濕膨脹系數(shù)測試方法由于裝置和精度的限制，只能使用尺寸較小的試樣17，均達不到美標的標準。
而在本發(fā)明實施例中，通過采用自制的抽濕條件下復合材料濕膨脹系數(shù)的測試裝置，且配合高精度的載荷和位移傳感器10，所測試的試樣17尺寸可以為200mm＊50mm＊2mm，充分滿足國際標準。試樣17優(yōu)選為：碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板，該復合材料的濕膨脹系數(shù)較小，是通用的較優(yōu)異的材料。
可以理解的是，本發(fā)明的初衷是提供一種標準測試方法，而標準通常主要規(guī)范方法，其具體測試條件(如溫度、濕度)需要根據(jù)工程實際需求來定。因此，本發(fā)明實施例雖然提供了以碳纖維增強氰酸酯基復合材料層壓板為試樣17的測試裝置以及測試方法，但這只是為了更方便描述而采用的實施例，并不構(gòu)成對測試裝置以及測試方法的限定；在其他實施例中，可以根據(jù)選擇的試樣17的不同，對測試裝置以及測試條件進行適應性的調(diào)整。
雖然本公開披露如上，但本公開的保護范圍并非僅限于此。本領域技術人員在不脫離本公開的精神和范圍的前提下，可進行各種變更與修改，這些變更與修改均將落入本發(fā)明的保護范圍。
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<