一种测试塑料低温疲劳性能的方法

技术领域

本发明属于塑料低温测试技术领域，具体为一种测试塑料低温疲劳性能的方法。

背景技术

目前测试塑料疲劳性能的通常是弯曲疲劳试验机，它将试片两头夹住，由偏心轴做往复式弯曲运动，直至试片断裂，通常只能在室温下进行，如果要想试验在低温下进行，特别是-70℃～-100℃范围，申请号为201310360344.9的中国发明专利公开了一种高/低温环境下的疲劳试验测试系统，通过将环境箱冲入液氮冷却实现低温环境，控制环境箱的加热功率或输氮量以实现对不同温度范围的条件，但即使能将温度控制在-70℃～-100℃之间，如果整台疲劳试验机安装在密闭低温环境中，不仅技术有难度，而且成本将大大增加。况且由于疲劳试验过程需要时时观察和记录断裂现象和次数，如经常打开试验箱，易造成温度的波动导致试验结果不准确。

因此，急需一种开放式的塑料低温疲劳性能测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试塑料低温疲劳性能的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种测试塑料低温疲劳性能的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：制作并调节试验环境：向测试装置内部倒入适量酒精，打开制冷系统，设定试验温度；

步骤二：将试样装放入往复测试机构中的夹持机构，夹紧，使试样不能松动；

步骤三：待温度到达设定值后，将往复测试机构中的夹持机构部分完全浸入酒精，并固定往复测试机构；

步骤四：打开往复测试机构，调节伸缩频率，开始试验；

步骤五：观察计时机构及酒精中试样的状态，当试样断裂后，关闭往复测试机构开关，读取计时机构，停止试验；

其中，步骤一至步骤五中所述测试装置包括测试槽，所述测试槽的顶部固定安装有顶板和安装板，所述顶板的顶部固定安装有二号电机和热电偶，所述热电偶的底端延伸至测试槽的内腔，所述制冷系统包括制冷机和冷却管，所述冷却管位于测试槽的内壁；

所述往复测试机构包括竖板，所述竖板的底部固定连接有承接板，所述竖板的左侧固定安装有一号电机，所述一号电机的输出轴向右贯穿竖板并固定连接有往复轮，所述往复轮的右侧转动连接有连杆，所述连杆另一端活动铰接有往复柱，所述竖板右侧的底部固定连接有导向筒，所述往复柱的底端穿过导向筒并固定连接有夹具；

所述计时机构包括计时器和数显屏，所述计时器固定安装在竖板的中部，所述计时器与数显屏电性连接；

所述试样装包括一号试装和二号试装，所述一号试装和二号试装均夹持固定于夹具中。

优选地，所述夹具包括连接板，所述连接板的另一侧固定连接有固定板，所述固定板的正面设置有移动板，所述固定板和移动板的内部螺纹套接有两个左右分布的螺丝，所述一号试装和二号试装均夹持设置在固定板和移动板之间。

优选地，所述夹具的数量为两个，位于上侧的所述连接板的顶部与往复柱的底端固定连接，位于下侧的连接板的顶部与承接板固定连接。

优选地，所述一号试装由聚乙烯制成且颜色为黑色，所述二号试装由聚乙烯改性制成且颜色为灰色，所述一号试装和二号试装的尺寸均为80mm*10mm*1mm。

优选地，所述二号电机的输出轴向下贯穿并延伸至测试槽内腔的底部，所述二号电机的输出轴固定连接有搅拌轴，所述热电偶底端的高度值大于搅拌轴的高度值。

优选地，所述冷却管呈叠加式”S“形固定分布在测试槽的内壁，所述冷却管的两端分别向上与制冷机的出液口连通。

优选地，所述移动板朝向连接板的一面与连接板之间留有1～3mm的间隙。

优选地，所述测试槽为开放式设计，所述竖板通过螺栓固定在安装板的正面。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过设置有开放式的测试槽将酒精倒入并制作低温试验环境基础，通过设置有制冷机和冷却管将酒精温度降低至-76℃～-100℃之间，使试验能够在持续低温下进行，而酒精易于获取，不仅具有成本低廉的优点，且不会造成试验人员冻伤，测试槽为开放式设计，可在试验的同时观察试样在疲劳试验过程中的状态变化，提高试验精度。

2、本发明通过设置有一号电机并将其频率控制在0Hz～40Hz之间，对应折弯次数为20次/min～200次/min，可进行样条的多次测试，增加统计数据，进一步使试验的可行性提升，且通过以酒精介质创造低温环境，以适用于不与酒精反应的塑料，具有针对性，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯等，具有适用性强的优点。

3、本发明通过设置有两个夹具使本测试装置可进行两种模式的试验：1、同种材料平行试验、以验证试验的均匀性，减小试验误差，不仅增加了试验结果的多样性，还有助于对塑料疲劳性能测试的效率提高；2、两种不同材料的对比试验，通过夹具将两个不同的材料平行夹持放置，然后同步完全浸没在低温酒精环境中，能够将两种不同材料的试样在相同的环境下检测两个的低温疲劳性能差异性，能够增强装置的适用性。

附图说明

图1为本发明整体结构的正面立体外观示意图；

图2为本发明图1在A处结构的放大示意图；

图3为本发明整体结构的俯视外观示意图；

图4为本发明整体结构的正面内部结构示意图；

图5为本发明整体结构的局部分离示意图；

图6为本发明图5中B处结构的放大示意图；

图7为本发明往复测试机构和夹持机构的结构示意图。

图中：1、测试槽；2、顶板；3、安装板；4、竖板；5、一号电机；6、往复轮；7、连杆；8、往复柱；9、夹具；91、连接板；92、固定板；93、移动板；94、螺丝；10、导向筒；11、计时器；12、数显屏；13、一号试装；14、二号试装；15、承接板；16、热电偶；17、二号电机；18、制冷机；19、冷却管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种测试塑料低温疲劳性能的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：制作并调节试验环境：向测试装置内部倒入适量酒精，打开制冷系统，设定试验温度；

步骤二：将试样装放入往复测试机构中的夹持机构，夹紧，使试样不能松动；

步骤三：待温度到达设定值后，将往复测试机构中的夹持机构部分完全浸入酒精，并固定往复测试机构；

步骤四：打开往复测试机构，调节伸缩频率，开始试验；

步骤五：观察计时机构及酒精中试样的状态，当试样断裂后，关闭往复测试机构开关，读取计时机构，停止试验；

其中，步骤一至步骤五中所述测试装置包括测试槽1，所述测试槽1的顶部固定安装有顶板2和安装板3，所述顶板2的顶部固定安装有二号电机17和热电偶16，所述热电偶16的底端延伸至测试槽1的内腔，所述制冷系统包括制冷机18和冷却管19，所述冷却管19位于测试槽1的内壁；

所述往复测试机构包括竖板4，所述竖板4的底部固定连接有承接板15，所述竖板4的左侧固定安装有一号电机5，所述一号电机5的输出轴向右贯穿竖板4并固定连接有往复轮6，所述往复轮6的右侧转动连接有连杆7，所述连杆7另一端活动铰接有往复柱8，所述竖板4右侧的底部固定连接有导向筒10，所述往复柱8的底端穿过导向筒10并固定连接有夹具9；

所述计时机构包括计时器11和数显屏12，所述计时器11固定安装在竖板4的中部，所述计时器11与数显屏12电性连接；

所述试样装包括一号试装13和二号试装14，所述一号试装13和二号试装14均夹持固定于夹具9中；

试验一、目的：试验比较不同聚乙烯样条的低温疲劳性能差异性

步骤：

1、将酒精倒入测试槽1中，将温度设置在-76℃，启动制冷机18；

2、分别将一号试装13和二号试装14固定在夹具9中，使之两头夹紧并不松动为宜；

3、待温度降低至-76℃时，将夹具9完全浸入酒精中，将往复测试机构固定在安装板3上面；

4、启动一号电机5并带动往复轮6转动，使连杆7能够带动往复柱8上下往复运动，调节一号电机5的频率在20Hz，相当于90r/min，开始疲劳测试；

5、当数显屏12在3000多次时一号试装13断裂，继续试验，当数显屏12在15000多次时二号试装14断裂；

结论：在-76℃时，黑色聚乙烯经过改性后灰色聚乙烯的低温疲劳性能是黑色的5倍。

试验二、试验相同的聚乙烯样条疲劳性能的均匀性

步骤：

1、将酒精倒入测试槽1中，将温度设置在-76℃，启动制冷机18；

2、分别将两个一号试装13分为黑色1号和黑色2号固定在夹具9中，使之两头夹紧并不松动为宜；

3、待温度降低至-76℃时，将夹具9完全浸入酒精中，将往复测试机构固定在安装板3上面；

4、启动一号电机5并带动往复轮6转动，使连杆7能够带动往复柱8上下往复运动，调节一号电机5的频率在14Hz，相当于68r/min，开始疲劳测试；

5、当数显屏12在5500多次时一号试装13黑色1号断裂，继续试验，当数显屏12在6500多次时一号试装13黑色1号断裂；

结论：在-76℃时，黑丝聚乙烯的低温疲劳性能均匀性较好。

通过设置有开放式的测试槽1将酒精倒入并制作低温试验环境基础，通过设置有制冷机18和冷却管19将酒精温度降低至-76℃～-100℃之间，使试验能够在持续低温下进行，而酒精易于获取，不仅具有成本低廉的优点，且不会造成试验人员冻伤，测试槽1为开放式设计，可在试验的同时观察试样在疲劳试验过程中的状态变化，提高试验精度。

通过设置有一号电机5并将其频率控制在0Hz～40Hz之间，对应折弯次数为20次/min～200次/min，可进行样条的多次测试，增加统计数据，进一步使试验的可行性提升，且通过以酒精介质创造低温环境，以适用于不与酒精反应的塑料，具有针对性，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯等，具有适用性强的优点。

其中，所述夹具9包括连接板91，所述连接板91的另一侧固定连接有固定板92，所述固定板92的正面设置有移动板93，所述固定板92和移动板93的内部螺纹套接有两个左右分布的螺丝94，所述一号试装13和二号试装14均夹持设置在固定板92和移动板93之间；

试验时，将一号试装13和二号试装14放置在固定板92和移动板93之间，然后转动螺丝94，将一号试装13和二号试装14夹持起来，在往复柱8带动连接板91往复移动时，可实现一号试装13和二号试装14的低温疲劳性能测试。

通过设置有两个夹具9使本测试装置可进行两种模式的试验：1、同种材料平行试验、以验证试验的均匀性，减小试验误差，不仅增加了试验结果的多样性，还有助于对塑料疲劳性能测试的效率提高；2、两种不同材料的对比试验，通过夹具将两个不同的材料平行夹持放置，然后同步完全浸没在低温酒精环境中，能够将两种不同材料的试样在相同的环境下检测两个的低温疲劳性能差异性，能够增强装置的适用性。

其中，所述夹具9的数量为两个，位于上侧的所述连接板91的顶部与往复柱8的底端固定连接，位于下侧的连接板91的顶部与承接板15固定连接；

上下分布的两个夹具9负责分别固定夹持在一号试装13或二号试装14的上下两端，上面的夹具9往复移动，下面的夹具9固定不动，从而可以在此种环境下进行塑料材料的低温疲劳性能测试工作。

其中，所述一号试装13由聚乙烯制成且颜色为黑色，所述二号试装14由聚乙烯改性制成且颜色为灰色，所述一号试装13和二号试装14的尺寸均为80mm*10mm*1mm；

一号试装13和二号试装14之间具有改性后的差异，能够使测试装置进行不同材料的精准低温疲劳测试，且尺寸能够完美适配夹具9，降低了装夹固定的难度，省时省力，且便于调节对一号试装13、二号试装14在夹持时的松紧程度，防止试验过程中脱落。

其中，所述二号电机17的输出轴向下贯穿并延伸至测试槽1内腔的底部，所述二号电机17的输出轴固定连接有搅拌轴，所述热电偶16底端的高度值大于搅拌轴的高度值；

热电偶16用于实时监测倒入测试槽1内部酒精的温度，而二号电机17通过带动其底部的搅拌轴转动，从而将位于测试槽1内部的酒精搅动起来，从而达到更好的导热，使酒精温度降低的速度加快，提高试验低温环境制造的效率。

其中，所述冷却管19呈叠加式”S“形固定分布在测试槽1的内壁，所述冷却管19的两端分别向上与制冷机18的出液口连通；

冷却管19的内部通过制冷机18循环流通有制冷液，通过其叠加式的“S”形分布能够增大与酒精的接触面积，更加有利于将热量导出。

其中，所述移动板93朝向连接板91的一面与连接板91之间留有1～3mm的间隙；

移动板93需要在螺丝94的转动带动下移动，从而实现对一号试装13和二号试装14的夹持固定，因此，其与连接板91之间留有间隙且不接触，能够是实现夹持功能。

其中，所述测试槽1为开放式设计，所述竖板4通过螺栓固定在安装板3的正面；

测试槽1为开放式设计，试验人员在制作低温环境时，可将酒精直接倒入测试槽1中，在试验进行的过程中，还能对一号试装13和二号试装14实时查看，非常方便，结束后，直接用水泵将酒精吸走，方便快捷。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。