专利名称：用于薄膜材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术中所使用的夹具，更具体地说，本发明涉及一种适于在低温环境下进行薄膜材料性能测试的拉伸夹具。
背景技术：
拉伸夹具是测量材料的拉伸力学性能的关键部件之一。在试验过程中，被测材料样品的两端分别由拉伸夹具将其固定，然后将夹具与拉伸试验机固定连接，试验机通过夹具拉伸试样，测量数据通过高精度、高灵敏的仪器连接到计算机上控制采集。最终获得试样的拉伸强度、弹性模量、延伸率等力学性能。
随着薄膜材料的发展，尤其是薄膜材料在低温下的应用不断扩展，研究薄膜材料在低温下的力学性能就显得日益重要。目前在测量薄膜材料的拉伸力学性能时，国内外试验机厂提供的薄膜拉伸试验夹具通常采用螺纹锁紧式，其主要通过装夹表面橡皮垫产生的摩擦力将试样的两端部夹紧，从而与试验机连接进行拉伸试验。这种夹具的结构如图1所示，薄膜试样1夹持在两层橡皮垫2和3之间，并整体上设置在一个矩形外壳4内，通过一个与外壳4螺纹连接的螺母5向橡皮垫2施加压力，以便将薄膜试样1夹紧。
这种夹具的缺点是1)夹具不易安装、试样对中性能不好；2)当在低温下测量材料的拉伸性能时，由于低温环境的特殊性质，带螺纹的夹具会产生松动，夹具和试样之间会发生严重打滑现象；3)该夹具装夹试样处的橡皮垫在低温下变脆，也不适合低温下使用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于在低温环境下对薄膜试样进行拉伸力学性能测试的拉伸夹具。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于薄膜材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具，包括
两个用于在其间夹持薄膜试样的夹头；一根轴，该轴具有一凸起块；一个横梁，该横梁的延伸方向垂直于轴的延伸方向，横梁在其延伸方向的中间位置具有一个通孔，所述轴的一端嵌入在该通孔内并可沿该孔作伸缩运动；在所述轴的凸起块和横梁之间设置的压缩弹簧；对称分布在所述轴两侧的两根力杆，每根力杆的一端都分别通过连接杆与轴的凸起块连接，所述连接杆的两端分别与力杆和凸起块可转动连接；每根力杆的另一端都分别与一个夹头连接；每根力杆在其两端之间都分别与所述横梁的一端可转动连接。
所述压缩弹簧套设于所述轴上。
所述力杆与夹头可转动连接。该夹具进一步包括一个滑槽，所述两个夹头中的一个与滑槽可固定连接，所述两个夹头的另一个可滑动地设置在滑槽内。
所述夹头的用于夹持薄膜试样的侧面为锯齿形表面。
本发明拉伸试验夹具与国内外现使用的夹具相比，结构简单，装夹方便，在低温下有效地克服了试件打滑的现象，并且在低温环境下能够实现多样品测量，大大节约了成本。本发明的低温拉伸夹具可用于测量薄膜材料的拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率等常温及低温力学性能。


图1是螺纹旋紧式薄膜拉伸夹具示意图；图2是本发明的拉伸夹具的结构示意图；图3是图2的拉伸夹具中的轴的结构示意图，其中(a)为正视图，(b)为侧视图；图4是图2的拉伸夹具中的横梁的示意图，其中(a)为正视图，(b)为A-A线的剖视图，(c)为沿B-B线的剖视图；图5是图2的拉伸夹具中的连接杆的示意图，其中(a)为正视图，(b)为C-C线的剖视图；图6是图2的拉伸夹具中的力杆的示意图，其中(a)为正视图，(b)为D-D线的剖视图；图7是图2的拉伸夹具中的夹头的结构示意图；图8是图2的拉伸夹具中的滑槽的结构示意图；图9是与图8的滑槽固定连接的一个夹头的结构示意图。
具体实施方案下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
图2是本发明的拉伸夹具的整体装配示意图。如图2所示，本发明的拉伸夹具基本上是沿轴10呈左右对称。该夹具包括两个用于在其间夹持薄膜试样的夹头30和30’，以及一根带有凸起块13的轴10。轴10的一端嵌入一个横梁20，该横梁20的延伸方向垂直于轴10的延伸方向。横梁20在其延伸方向的中间位置具有一个通孔21(图4)，轴10的一端嵌入在该通孔21内并可沿该孔作伸缩运动，这将在下面的内容中详细描述。在凸起块13和横梁20之间的轴上套有一压缩弹簧50。
如图2所示，两根力杆60和60’对称分布在轴10的两侧，力杆60和60’的一端分别通过连接杆70和70’与凸起块13连接。连接杆70的两端分别与力杆60和凸起块13可转动连接，而连接杆70’的两端分别与力杆60’和凸起块13可转动连接。力杆60、60’的另一端分别与夹头30、30’连接。力杆60和60’在其两端之间分别与横梁20的一端可转动连接。
下面将详细描述本发明的拉伸夹具各个组成部分的结构。
参见图3所示的轴10并结合图2。轴10的一端具有一个开孔12，该开孔12在实验时与拉伸试验机连接。在开孔12的下方，轴10具有一个止档块11，该止档块11保证轴10在实验时与拉伸试验机连接对中。止档块11可以为固定在轴10上的单个元件，也可以与轴10整体成形。止档块11的下方固定有一个凸起块13，该凸起块13最好是与轴10一体成形。凸起块13上具有一个孔14，用于容纳例如销钉等紧固件，以便将凸起块13与连接杆70和70’的一端可转动连接。轴10的另一端15容纳于横梁20的通孔21(图4)内。在图2中，轴10上套有一个压缩弹簧50，位于凸起块13与横梁20之间。
参见图4所示的横梁20并结合图2。在图4(b)中看的更清楚，横梁20基本上为“工”形，其中间位置具有一通孔21，用于容纳轴10的一端15(图3)，并且轴10的一端15可在该通孔21内伸缩运动。横梁20的两端具有凹口22和22’，分别用于容纳力杆60和60’。通孔23和23’设置在凹口22和22’周围，用于容纳例如销钉等紧固件，以便将力杆60和60’分别与横梁20可转动连接。如图2所示，横梁20的延伸方向与轴10的方向垂直。
参见图5所示的连接杆70并结合图2。连接杆70的两端具有通孔71和72。其中通孔72与凸起块13上的孔14(图3)相配合，通过如销子等紧固件使得连接杆70与凸起块13可转动的连接。通孔71与力杆60的一端可转动连接。连接杆70’与连接杆70的结构相同，并且以对称的方式与凸起块13和力杆60’连接。
参见图6所示的力杆60并结合图2。力杆60的两端具有通孔61和63。在靠近力杆60的中部或者说在通孔61和63之间，力杆60还具有通孔62。力杆60的通孔63与连接杆70的通孔71(图5)相配合，以便容纳如销钉等紧固件，从而将力杆60与连接杆70一端可转动连接。力杆60的通孔62容纳于与横梁20的凹口22(图4)内，与横梁20的通孔23(图4)相配合以容纳如销钉等紧固件，从而将力杆60与横梁20一端可转动连接。力杆60的通孔61用于与夹头30连接。力杆60’与力杆60结构相同，并且以对称的方式与连接杆70’、横梁20和夹头30’连接。
参见图7所示的夹头30、30’并结合图2。夹头30具有一个凹口32，用于容纳力杆60的一端。穿过凹口32的盲孔31与力杆60的通孔61(图6)相配合以容纳如销钉等紧固件，从而将力杆60的一端与夹头30连接。夹头30用于夹持薄膜试样的一个侧面33最好具有锯齿状的表面(未示出)，以提供增强的夹持力。
力杆60与夹头30采用固定连接或可转动连接的方式。当采用固定连接方式时，夹头30’与夹头30结构相同，并且以对称的方式与力杆60’连接。当力杆60与夹头30以及力杆60’与夹头30’之间可转动连接时，为了防止夹头打滑，夹头30和30’最好是设置在一个滑槽80内，并且将夹头30’的底部与滑槽80固定连接。如图8所示的滑槽80，具有通孔81和82。相应地，图9所示的夹头30’还具有孔35’和36’，孔35’和36’分别与滑槽80的通孔81和82相配合，以容纳如螺钉等紧固件，从而将夹头30’固定在滑槽80上。
如图2所示，本发明的拉伸夹具在工作时，沿箭头90和90’的方向压动力杆60和60’，在连接杆70和70’的带动下，凸起块13带动轴10向下压缩弹簧50，轴10的一端15在横梁20的通孔21内进一步伸入，或直至穿出该通孔21。同时，夹头30和30’在力杆60和60’的带动下在滑槽80内分别沿箭头100和100’方向运动。然后将薄膜试样(未示出)放置在两夹头30和30’之间，放松力杆60和60’，弹簧50向上推动凸起块13，在连接杆70和70’的带动下，力杆60和60’沿箭头90和90’的反方向运动，而夹头30和30’在力杆60和60’的带动下在滑槽80内分别沿箭头100和100’的反方向运动，最后将薄膜试样(未示出)夹紧。
待夹具装好试样后，用销子将轴10上的通孔12与试验机的万向连接轴固定。最后放置在密闭低温拉伸实验容器中进行测量。
可选用不同的弹簧50，以调节夹头30和30’夹持力度的大小，夹头部位的锯齿形表面可有效的防止样品在实验过程中出现的打滑问题。
为防止本发明的拉伸夹具在使用过程中的各个可转动连接部位有可能出现滑落而对试验造成影响，因此在通过如销钉等紧固件的连接表面设置有垫片，并在垫片表面采用弹簧挡圈将其嵌入销钉凹陷部位来固定。
本发明中的各部件，包括带有凸起块13的轴10、横梁20、连接杆70和70’、力杆60和60’、夹头30和30’、滑槽80，均可采用耐低温的不锈钢1Cr18Ni9Ti材料来制备。
经试验表明，本发明的拉伸夹具可很好的应用于低温环境77K的拉伸力学测量，在室温和低温下能够准确、可靠、稳定地测量薄膜复合材料的拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率，夹具本身对试验结果无影响。试样的工作肩处无损伤，断裂部位均在标准规定的标距范围内，变形均匀，表明本夹具夹持部位设计较为合理；同时经多个同样品测试结果显示，数据的重复性较好，可认为夹具本身对测量基本无影响。
权利要求
1.一种用于薄膜材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具，其特征在于，该拉伸夹具包括两个用于在其间夹持薄膜试样的夹头；一根轴，该轴具有一凸起块；一个横梁，该横梁的延伸方向垂直于轴的延伸方向，横梁在其延伸方向的中间位置具有一个通孔，所述轴的一端嵌入在该通孔内并可沿该孔作伸缩运动；在所述轴的凸起块和横梁之间设置的压缩弹簧；对称分布在所述轴两侧的两根力杆，每根力杆的一端都分别通过连接杆与轴的凸起块连接，所述连接杆的两端分别与力杆和凸起块可转动连接；每根力杆的另一端都分别与一个夹头连接；每根力杆在其两端之间都分别与所述横梁的一端可转动连接。
2.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，所述压缩弹簧套设于所述轴上。
3.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，所述力杆与夹头可转动连接。
4.根据权利要求3所述的拉伸夹具，其特征在于，进一步包括一个滑槽，所述两个夹头中的一个与滑槽可固定连接，所述两个夹头的另一个可滑动地设置在滑槽内。
5.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，所述夹头的用于夹持薄膜试样的侧面为锯齿形表面。
全文摘要
本发明公开了一种用于薄膜材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具，该夹具包括两个用于在其间夹持薄膜试样的夹头和一根具有一凸起块的轴；一个横梁，其延伸方向垂直于轴的延伸方向，横梁在其延伸方向的中间位置具有一个通孔，轴的一端嵌入在该通孔内并可沿该孔作伸缩运动。凸起块和横梁之间设置有压缩弹簧。两根力杆对称分布在轴两侧，每根力杆的一端都分别通过连接杆与轴的凸起块连接，连接杆的两端分别与力杆和凸起块可转动连接，每根力杆的另一端都分别与一个夹头连接，每根力杆在其两端之间都分别与所述横梁的一端可转动连接。本发明的拉伸夹具结构简单，装夹方便，在低温下有效地克服了试件打滑的现象。
文档编号G01N3/04GK1635355SQ20031011309
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者付绍云, 潘勤彦 申请人:中国科学院理化技术研究所