专利名称：一种用于检测环境应力开裂指标的应力加载装置的制作方法
技术领域：
一种用于检测环境应力开裂指标的应力加载装置
技术领域：
本实用新型属于塑料材料力学性能检测领域，特别是提供一种在检测塑料环境应 力开裂指标实验中，对测试片施加机械应力的装置。
背景技术：
塑料是一种重要的有机高分子材料。目前，各种塑料制品已经在日常生活用品、电 子、汽车等行业中得到了广泛应用。随着塑料的合成与改性技术的发展，塑料正取代更多的 传统材料与金属材料，应用领域也更丰富。但是，在实际应用中，塑料制品必须面对自然的、 化学的使用环境，如高低温环境，包括超高温与极低温并存的极端环境；高湿热环境；接触 燃油、润滑油、清洗剂、各种涂料色漆的化学环境；以及在紫外线、臭氧，甚至是射线环境中 的暴露与接触。此外，除了这些自然的、化学的环境影响外，还时刻受到各种应力的作用。于 是，环境与应力共同导致了塑料制品的老化与失效。据业界统计，塑料制品的损坏，其中25%属于环境应力开裂。因此，环境应力开裂指标是塑料等高分子材料的一个重要指标——通过环境应力 开裂指标可以判别塑料材料的优劣，也可以跟踪塑料制品的使用状态。“环境应力开裂”(Environmental Stress Cracking，简写为ESC)，是指塑料等高 分子材料在有应力存在的状态下，受到化学试剂或恶劣自然环境的作用，而发生降解，进而 开裂，最终导致组分损坏的现象。业界研究表明，ESC损坏历程类似于蠕变损坏，包括流体 吸收、塑性化、细纹出现、纹裂扩展和最终破坏等几个阶段。塑料ESC过程的典型特征是脆 性断裂，多重开裂，细微裂纹残留，伸展的小纤维，交错带等。总而言之，ESC过程归根结底 取决于化学物质在聚合物结构内的扩散，即流体吸收速率，是裂纹扩展和开裂扩大的决定 性因素。此外，塑料等高分子材料在环境与应力协同作用下，除了会发生ESC外，还存在有 应力松弛现象。“应力松弛”，是指在固定的温度和形变下，高分子材料内部的应力随时间增 加而逐渐衰减的现象——实现同样的形变量，所需的力越来越小。高分子材料的应力松弛 的分子机理是拉伸时张力迅速作用使缠绕的分子链伸长，但这种伸直的构象时不平衡的， 由于热运动分子链会重新卷曲，但形变量被固定不变，于是链可能解缠结而转入新的无规 卷曲的平衡态，于是应力松弛为零。交联聚合物不能解缠结，因而应力不能松弛到零。因此，在研究、生产与使用塑料制品的过程中，就需要对这些塑料制品进行环境 应力开裂指标的检测与跟踪。为了测定环境应力开裂指标，已有相关文献披露，如GB/ T9341-2000、GB/T 11547-2008、CN200820138415. 5、CN92108343. 2、CN91232995. 5 等。但 是，纵观这些技术与检测装置，可以发现对于现有检测技术与检测装置，均只采集一个因 素——或环境或应力。然而，在真实ESC过程中，环境与应力并存，此外，还包括应力松弛现 象。更为显著的是，与单一因素(或环境或应力)相比，环境与应力的复合作用对塑料等高 分子材料的破坏作用要严重得多。显然，现有检测技术与装置的检测结果并不科学。因此， 我们不能够单一检测环境或应力，而应该是环境与应力的统一检测。
发明内容针对上述现有技术的不足，结合塑料等高分子材料的研究、生产与使用的实际需 求，本实用新型提供一种用于检测塑料环境应力开裂指标的应力加载装置，该装置可置于 各种环境测试系统中，包括高、低温系统，盐雾系统，紫外线辐照系统，放射性射线辐照系统 等，或其任意组合。从而在环境应力开裂指标检测实验中，实现了环境与应力的统一检测， 检测结果真实、科学地反映了环境与应力对塑料等材料的协同影响。为进一步实现上述技术目的，本实用新型提供的用于检测塑料环境应力开裂指标 的应力加载装置，包括一测试片放置台，与之垂直设置的压杆，在压杆上装配有压力传感 器。测试片放置台上，压杆与测试片接触后，压力传感器将检测并传递压杆与测试片间的作 用力。为进一步实现上述技术目的，还包括有与压力传感器相连接的压力显示记录仪， 用于显示和记录压力传感器检测到的压杆与测试片间的作用力及其变化。压力显示记录仪 可以实时的观察、记录测试压力数据，可以整理成曲线反应压力变化过程。可以自备存储功 能，也可以通过电脑接口，输出数据。为进一步实现上述技术目的，还包括有一与压杆同轴的Y型压力传递杆及压力传 递杆固定架。采用Y型压力传递杆，可以扩大检测范围，使检测到的数据更精准。Y型压力 传递杆可以起到固定测试片在测试片放置台的上表面上，并且可以准确的将测试片反弹力 传递给压力传感器3。为进一步实现上述技术目的，包括一 E型支架，用于固定所述压杆及所述Y型压力 传递杆。为进一步实现上述技术目的，测试片放置台安设在E型支架的底部平台上，放置 台上表面设置为半径为R、弧度为L的圆柱体弧面。为进一步实现上述技术目的，E型支架的中梁垂直设有一固定Y型压力传递杆的 通孔，Y型压力传递杆的前端与测试片放置台上表面相对，尾端插在E型支架中梁上的通孔 内。为进一步实现上述技术目的，压杆采用调节细螺纹丝杆，在E型支架的上梁设有 一与通孔同轴的通孔，在通孔壁上开有螺纹与丝杆外围的螺纹相配合，压力传感器设在调 节细螺纹丝杆的前端。为进一步实现上述技术目的，Y型压力传递杆的尾端(上端)为一凹形圆弧，圆弧 内配设有一不锈钢支撑球，与上方压力传感器接触处可以在水平面自由滑动。为进一步实现上述技术目的，在调节细螺纹丝杆上配设有一锁紧螺母。本实用新型的有益之处在于1、结构紧凑，设计巧妙。本实用新型通过一个圆柱弧面的放置台来支撑固定塑料 测试片，通过调节细螺纹丝杆以及Y型压力传递杆给测试片施加压力，使测试片产生形变。 对测试片施加的压力通过压力传感器传递，由压力显示和记录装置显示，整个测试过程将 被持续记录。2、适用性强。本实用新型可以置于各种环境测试系统中，环境系统包括高低温环 境，盐雾系统，紫外光发生器，辐射射线系统中的任意一种，或者任意两种、两种以上的测试环境系统中进行测试。实现了在外力和环境协同作用下，测试ESC的目的。检测结果真实 地反映了环境与应力共同对塑料的复合性影响。3、本实用新型在测试的过程中，还可以根据压力记录仪的记录，了解测试材料的 应力松弛状况。

图1是本实用新型一个优选实施例的结构示意图。图2是本实用新型测试塑料片压在圆弧上受力示意图。图3是本实用新型在流体化学环境中测试塑料受力条件下开裂性。图4是本实用新型在恒温恒湿，恶劣环境下测试塑料片受力情况下开裂性。
具体实施方式
以下结合附图所示最佳实施例作进一步详述。图1是本实用新型一个优选实施例的结构示意图。包括一 E型支架6。一个测试 片放置台1安设在E型支架6的底部平台上，放置台1上表面11设置为半径为R、弧度为L 的圆柱体弧面。E型支架6的中梁垂直设有一通孔61，其间固定有一 Y型压力传递杆5，Y 型压力传递杆5的前端与测试片放置台1上表面11相对。在E型支架6的上梁设有一与通孔61同轴的通孔62，在通孔62壁上开有螺纹63， 其内安设有一调节细螺纹丝杆2，调节细螺纹丝杆2的前端设有一压力传感器3。在压力传 感器3上连接有一压力显示记录仪4。Y型压力传递杆5的尾端(上端)为一凹形圆弧，圆弧内配设有一不锈钢支撑球 7,与压力传感器3接触处可以在水平面自由滑动，以保证塑料的弹力可以精确地被压力传 感器3检测到。另外，在调节细螺纹丝杆2上配设有一锁紧螺母8，当调整好压力后，使用锁紧螺 母8可固定丝杆位置，这样Y型压力传递杆5就可以很好的压住测试塑料片。Y型压力传递杆5与放置在放置台1上表面11上的测试片接触后，测试片的反弹 作用力将经Y型压力传递杆5传递至调节细螺纹丝杆2前端的压力传感器3，压力传感器3 检测并传递信号至压力显示记录仪4。压力显示记录仪4可以实时的观察、记录测试压力数 据，可以整理成曲线反应压力变化过程。可以自备存储功能，也可以通过电脑接口，输出数 据。采用Y型压力传递杆5，可以扩大检测范围，使检测到的数据更精准。图2是本实用新型测试塑料片压在圆弧上受力示意图。在使用本实用新型装置 时，塑料测试片100上涂覆有被测化学品101，然后置于测试片放置台1的11弧面上，通过 调节细螺纹丝杆2向下旋转，压力传感器3压住光滑不锈钢球7，给Y型压力传递杆5施加 压力。在Y型压力传递杆5前端内侧光滑圆柱体51的压力下，塑料测试片100紧密的贴在 半径为R的圆柱体表面11上。压力传感器3的压力可以通过压力显示记录仪4显示和读 出ο采用本实施例装置，可以进行如下测试1.固定加载应力值的实施方式[0036]选定塑料测试片100放到测试片放置台1，通过调节细螺纹丝杆2向下旋转，压力 传感器3压住光滑不锈钢球7，给Y型压力传递杆5施加压力。在Y型压力传递杆5前端内 侧光滑圆柱体51的压力下，塑料测试片100紧密的贴在半径为R的圆柱体表面11上。通 过调节丝杆2，Y型压力传递杆5将给塑料测试片100压力并使其发生变形。在调整好压力 后，使用锁紧螺母8固定丝杆2位置，这样Y型压力传递杆5就可以很好的压住测试塑料片 100。压力传感器3的压力可以通过压力显示记录仪4显示和读出。2.应力松弛测试实施方式塑料测试片在进行环境应力开裂试验过程中，压力显示记录仪4会实时记录塑料 给Y型压力传递杆5的作用力。这个作用力随着应力松弛和塑料开裂变形，数值会发生变 化。而压力记录仪4的显示数值会实时记录并以曲线反应应力松弛性能。3.各向异性材料应力开裂性能测试本装置由于是使材料弯曲向一个主方向，因此各向异性材料应力开裂试验应该考 虑这一特征。各向异性材料的物理性能与方向有关，应使所选择的试样在试验过程中，承受 弯曲应力的方向与其产品在使用时弯曲应力方向相同。当材料的弯曲特征在两个主要方向 上显示出有很大差别时，应在这两个方向上进行试验，并记录试样的取向与主方向的关系。 具体试验条件可以选择具体实施例中的任意一种方案进行。本实用新型可适用于以下各类高分子材料的ESC测试，而不仅限于塑料热塑性模塑和挤塑材料，包括填充的和增强的未填充材料以及硬质热塑性板材； 热固性模塑材料，包括填充和增强材料，热固性板材，包括层压材料；纤维增强热固性和热 塑性复合材料；由预浸渍材料制成的板材；热致液晶聚合物。本实用新型在具体使用时，所述的半径为R、弧度为L的圆柱体弧度面11，其半径R 可根据塑料弹性变形性能选择。当检测材料刚性较强，弹性变形性能较小时，半径R采用较 大的尺寸值，从而可避免形变过大导致塑料发生非弹性形变，进而导致开裂。一般情况下， 半径R的大小在50mm 500mm，优选80mm 200mm，保证变形小于断裂弯曲应变。所述的塑料测试片，其长度为1，宽度为b，厚度为h的标准试验片。为满足试验的 重复性，试验片的大小尺寸要求是任意一点的厚度与厚度的平均值偏差不应大于5%，优 选小于2%;相应宽度偏差不应大于10%，优选小于3%。同时，所述的塑料测试片，试样截 面应该是矩形且无倒角。在使用本实用新型装置的过程中，调节螺纹丝杆2的位置时，要注意观察压力显 示仪4的示数，可以帮助判断塑料片100是否已经紧密的贴住圆柱体表面11。在塑料片可 以继续施压时，压力示数应该是连续增加。当发现微小调节压力值突然增加很多时，可能是 塑料片已经紧密贴住圆柱体，要回转微调螺纹丝杆2。图3是本实用新型在化学流体环境中测试塑料受力条件下开裂性。化学流体环境包括了液体浸润，气体氛试验。流体试验可以表征接触各种化学试 剂的塑料制品，处于某种化合物气体氛中的塑料制品，在受力条件情况下产生环境应力开 裂的性能。流体可以包括各种液体，如水，有机清洗剂，润滑油，电镀液等，或者纯氧气体，臭 氧等氧化性气体，氨气，盐酸气体等腐蚀性气体。流体试验涉及到流体的压力，流体温度等 指标。在测试装置中，可以通过如图3所示的装置进行试验。如图3所示，本实用新型被置于密封的容器21内，容器21上设有密封盖22。流体23可以通过进料口 24进入密封装置，通过出料口 25流出密封装置。本实验过程中，可以通过进出化合物的温度，控制密闭系统内的流体温度，达到恒 温实验的目的。对于气体，可以在密闭系统上增加气压测试表，测试系统内压力。图4是本实用新型在恒温恒湿，恶劣环境下测试塑料片受力情况下开裂性。如图4所示，本实用新型在装好测试片后，置于恒温恒湿箱中，测试塑料片耐温耐 湿性能。其中电热丝26，用于控制体系温度；加湿口 27用于调控体系湿度。测试条件可以 选择高温，恒湿度的情况下进行一定的时间。测试结果观察试片有无裂痕，记录压力传感器 的压力下降情况。尽管本实用新型被描述为有一定程度的特殊性，但是请理解当前的披露信息仅仅 只采用了图示而已。在不偏离影响本实用新型的精神实质和范围的情况下，在制作和安排 各种零部件的细节时，可以采取一系列的变更措施。
权利要求一种用于检测环境应力开裂指标的应力加载装置，其特征在于，包括一测试片放置台(1)，与之垂直设置的压杆(2)，在压杆(2)上装配有压力传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的应力加载装置，其特征在于，还包括有与压力传感器(3)相 连接的压力显示记录仪(4)，用于显示和记录所述压力传感器(3)所感应到的所述压杆(2) 与测试片间的作用力及其变化。
3.根据权利要求2所述的应力加载装置，其特征在于，还包括有一与所述压杆(2)同轴 设置的Y型压力传递杆(5)。
4.根据权利要求3所述的应力加载装置，其特征在于，包括一E型支架(6)，用于固定 所述压杆(2)及所述Y型压力传递杆(5)。
5.根据权利要求4所述的应力加载装置，其特征在于，所述E型支架(6)的中梁垂直设 有一固定所述Y型压力传递杆(5)的通孔(61)；所述Y型压力传递杆(5)的尾端插在所述 通孔(61内)，前端与所述E型支架(6)的底部平台相对。
6.根据权利要求5所述的应力加载装置，其特征在于，所述压杆(2)为调节细螺纹丝 杆，安设在所述E型支架(6)上梁与所述通孔(61)同轴的通孔(62)内；所述压力传感器 (3)设在所述调节细螺纹丝杆的前端。
7.根据权利要求6所述的应力加载装置，其特征在于，所述测试片放置台(1)安设在 所述E型支架(6)的底部平台上；所述测试片放置台(1)上表面(11)为半径为R、弧度为L 的圆柱体弧度面。
8.根据权利要求7所述的应力加载装置，其特征在于，所述半径R在50mm 500mm之间。
9.根据权利要求6所述的应力加载装置，其特征在于，所述Y型压力传递杆(5)的尾端 为一凹形圆弧，圆弧内配设有一不锈钢支撑球(7)，与所述压力传感器(3)接触处可以在水平面自由滑动。
10.根据权利要求6所述的应力加载装置，其特征在于，在所述调节细螺纹丝杆上配设 有一锁紧螺母(8)，用于固定所述调节细螺纹丝杆。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测塑料环境应力开裂指标的应力加载装置，具体包括一测试片放置台(1)，与之垂直设置的压杆(2)，在压杆(2)上装配有压力传感器(3)；还包括有与压力传感器(3)相连接的压力显示记录仪(4)，用于显示和记录所述压力传感器(3)所感应到的所述压杆(2)与测试片间的作用力及其变化。在环境应力开裂指标检测实验中，采用本实用新型装置实现了环境与应力的统一检测，检测结果真实、科学地反映了环境与应力共同对塑料等材料的复合性影响。
文档编号G01N3/08GK201622211SQ201020155580
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者岳风树, 李士成, 杨发达, 王虹 申请人:深圳市优宝惠新材料科技有限公司