【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测试纤维力学性能的试验方法及夹持装置，特别涉及一种适用于纤维束在考虑捻度情况下的高应变率动态拉伸试验方法及夹持装置，属于冲击动力学试验。
技术介绍
1、21世纪以来，科技的不断进步推动着社会快速发展，这使得国家、人民和各行各业对复合材料的应用需求向着高强度、高韧性和轻量耐磨等方向转化。纤维材料的材质包括但不限于耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚苯撑苯并二恶唑纤维及剑麻、苎麻等。其中高性能纤维作为一种具有出色机械性能和轻质化特点的材料备受关注，具有高性能纤维的制备工艺、力学性能和应用领域也在不断发展。
2、新一代高性能纤维，通常是指一种具有高强度、高模量、耐高温以及耐摩擦和耐化学制品的新型合成纤维。随着我国工业领域的快速发展，高性能纤维的开发和应用日渐成熟，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是目前工业化、大规模生产的具有代表性的髙性能纤维。近几年来，为了推动弹道防护装备及其他有冲击防护需求的结构向轻质、高强的方向发展，所以对高性能纤维增强基复合材料的品质及性能需要提出更严苛的要求，而高性能纤维的力学性能是影响复合材料强度的关键因素，所以掌握各类高性能纤维在不同应变率(特别是高应变率)下的拉伸力学特性显得尤为重要。
3、现有的研究材料高应变率下的动态拉伸力学性能的方式主要采用分离式霍普金森拉杆(shtb)，其设计方法精巧、操作简便、适合较大应变率范围(101s-1～104s-1)的测量。分离式霍普金森拉杆用于测量材料在高速冲击下的在高应变率下的应力-应变关系、动态变形行为
4、在动态拉伸实验中试件与分离式霍普金森杆的常用连接方法有螺纹连接、胶粘连接和挂接等。在金属材料的动态拉伸实验中采用最主要的夹持方式就是螺纹连接，专利cn113567236a中公开了一种分离式霍普金森拉杆试验用夹具，金属丝放置在防护件中被楔形夹块夹住，螺旋顶杆的一端在夹具套筒内顶住楔形夹块后，实现稳定夹持从而进行金属丝的动态力学行为的测试。但由于非金属纤维试样直径小且材质柔软光滑，无法按照传统工艺对试样进行加工和夹持。现有非金属纤维试验是使用胶水将纤维束固定在纸板上，放在仪器上进行夹持，但是这种夹持方式并不可靠，并且伴有轻微的滑移现象。专利cn114878315a中公开了一种纤维束shtb动态拉伸试验方法，通过第一加强片、多股纤维束、第二加强片三者之间形成的三明治结构，通过加强片涂纤维浸渍胶的方式，稳定纤维束与加强片之间的连接，但纤维束的夹持位置及每股的纤维束的受力情况难以平衡。
5、在基于粘合剂夹持36组单根纤维进行拉伸实验中，每个样品皆从胶水粘合剂中脱落。由于uhmwpe纤维表面能较低，很难通过粘结方法夹持，并且传统的粘接夹持方法受uhmwpe纤维直径的影响较大。以上两种连接方式均存在突出缺点：螺纹连接试件加工费料费时，且对精度要求较高且普遍适用于金属试样，但是夹持牢固，不易滑移；胶粘连接试件在每次实验前需将纤维试件与杆端粘连、固化，操作简单但夹持力低、易脱落且易对杆端造成损坏等。所以需要重新设计一种通过螺纹等带有转接头的特殊夹持装置。鉴于此，针对于哑铃型试样提出了平板挂钩连接方式，该方式具有形式简单、可实现快速组装等优点，但夹具仍然存在试样夹持不牢固易脱落、不适用于纤维束试验等设计缺陷和透射杆信号微弱等问题。
6、此外，捻度也是影响uhmwpe纤维束准静态以及动态力学性能的关键。纤维加捻是一个均匀化的过程，可以使单丝之间抱合力增加，减少纤维弱节，提高长丝的断裂强力；同时捻回角变小与直径减小会使得长丝伸长，从而进一步提高断裂伸长率。
7、通过y331a型纱线黏度仪对涤纶长丝进行加捻发现涤纶长丝断裂强力随捻度的增加先增后减；通过复丝拉伸实验的方法测试加捻对ccm40j、ccm55j碳纤维的拉伸力学性能的影响。最终结果表面加捻ccm40j在最佳捻度为20n/m断裂伸长率与拉伸强度均提高了17％，ccm55j在最佳捻度为10n/m时断裂伸长率与拉伸强度提高了9％；通过对比加捻和不加捻方法对twaron2000芳纶纤维应力对应变的微分随应变曲线。加捻后的dσ/dε随应变的变化曲线较为平缓，但在应变大于1.0％之后的区间，dσ/dε先增加然后减小，表明加捻改变了芳纶复丝的应力-应变曲线。可以发现加捻对纤维的拉伸性能有明显的提高但过渡加捻会导致性能不增反降。uhmwpe纤维表面非常光滑，化学惰性强。加捻或者包缠uhmwpe纤维纱，是为了防止单丝易发生相对滑移而使纱线松散成单丝，出现纤维纠缠、起毛等现象。
8、利用并捻联合机对型号为400d的uhmwpe无捻纤维束进行加捻，捻度分别设计为250、500、750、1000、1250t/m。最终拉伸力学测试结果表明，25℃条件下加捻得到的捻度为250t/m的uhmwpe加捻纱的拉伸断裂强力最佳，较400d的uhmwpe无捻纤维束提高了17.2％。此外，随捻度的增加，uhmwpe纤维束的拉伸断裂强力总体呈现先上升后下降的趋势；研究表明应尽可能采用低捻度，减少纤维用量和拉伸强度损失，捻度建议在15-25捻/m之间为宜，并且加捻纤维束节距的变化同样会引起绳索捻角的变化，而捻角的大小对纤维束外观、纤维束的性能也均有较大的影响。但通过试验发现对于纤维加捻的方式都是采用的是加捻仪器对纤维束进行捻度控制，但针对高模量的纤维试样，过度的加捻反而会削弱其力学性能，所以针对于计及捻度影响下纤维的动态拉伸力学性能测试中，需要对其捻度控制，但是目前现有纤维的动态拉伸力学性能测试中缺少不仅能解决纤维夹持的问题同时能控制捻度的方法和装置。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种适用于纤维及纤维束的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法及夹持装置，以解决现有分离式霍普金森拉杆试验中纤维材料易脱落，透射杆脉冲信号微弱等问题。
2、技术方案：一种可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，包括以下步骤：
3、步骤一、加装加捻装置，将加捻装置与夹持装置连接，使加捻装置和夹持装置上穿待测纤维的孔洞重叠，锁定加捻装置与夹持装置的相对位置；
4、步骤二、缠绕待测纤维，将待测纤维分别穿过两组相对设置的加捻装置的夹持装置孔洞，通过穿孔缠绕的方式与夹持装置连接，待测纤维的首尾闭环连接；
5、步骤三、整理待测纤维，向两端拉紧待测纤维，两个夹持装置之间的待测纤维束长度相等相互平行，向两端拉紧待测纤维，确保两组夹持装置之间的待测纤维长度相同受力均匀；加捻试验进入步骤四；无加捻试验进入步骤五；
6、步骤四、待测纤维加捻，解锁加捻装置，并转动加捻装置对待测纤维进行加捻，达到捻度值后锁定加捻装置与夹持装置的相对位置，进入步骤五；
7、捻度值是指每一米长度内的捻回数；
8、步骤五、连接仪器，将两组夹持装置分别与入射杆和透射杆相连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤二中待测纤维的首尾两端打结形成闭环后，打结处滴胶加固。
3.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤二中缠绕待测纤维的绕线方法是一根待测纤维束交替穿过两个相对设置的夹持装置的穿线孔，并且同向依次穿过所有穿线孔。
4.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：步骤五中两组夹持装置分别与入射杆和透射杆连接完成之前，在夹持装置与待测纤维之间的填充润滑剂。
5.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤六数据处理中应力、应变及应变率计算方法如下：
6.一种可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹持装置，其特征在于：包括转接头(1)和缠绕夹持装置(2)，所述转接头(1)两端分别与缠绕夹持装置(2)和试验仪器的入射杆或透射杆相连；
7.根据权利要求6所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹
8.根据权利要求7所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹持装置，其特征在于：所述加捻装置(3)一端开口的盖状结构，加捻装置(3)包括连接套筒(32)，所述连接套筒(32)与绕线部(22)外径螺纹连接，所述连接套筒(32)端部设有底板(33)，加捻穿线孔(31)位于底板(33)上。
9.根据权利要求8所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹持装置，其特征在于：所述锁定装置(4)为了螺母结构，与加捻装置(3)同时安装在绕线部(22)外径上并且端面接触。
10.根据权利要求7所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹持装置，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤二中待测纤维的首尾两端打结形成闭环后，打结处滴胶加固。
3.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤二中缠绕待测纤维的绕线方法是一根待测纤维束交替穿过两个相对设置的夹持装置的穿线孔，并且同向依次穿过所有穿线孔。
4.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：步骤五中两组夹持装置分别与入射杆和透射杆连接完成之前，在夹持装置与待测纤维之间的填充润滑剂。
5.根据权利要求1所述的可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法，其特征在于：所述步骤六数据处理中应力、应变及应变率计算方法如下：
6.一种可计及捻度的纤维动态拉伸试验方法的夹持装置，其特征在于：包括转接头(1)和缠绕夹持装置(2)，所述转接头(1)两端分别与缠绕夹持装置(2)和试验仪器...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈超明，周峻嶷，陈伟，李文哲，李福山，刘静琦，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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