用于聚合物及纤维增强聚合物复合材料在湿热力耦合刺激下耐久性研究的测试平台

本实验的总体目标是通过使用低成本、柔性且用户友好的测试平台，研究聚合物及其复合材料在热-水-力耦合载荷下的耐久性，从而改进其在复杂载荷条件下的设计与安全性。首先，将聚合物复合材料试样放置于测试罐中。

接下来，施加恒定的三点弯曲载荷，同时将试样浸入流体中进行蠕变加载。将测得的电阻读数转换为位移变化。分析时，在同步试验结束后测量试样的质量。

最后，对试样进行残余强度测试。因此，可根据材料在承受复合载荷时的响应，更深入地理解其力学性能与设计用途。该平台相较于现有方法的主要优势在于成本低、操作简便、便于携带，且易于适应其他测试需求。

这项工作的应用前景在于制造更安全的聚合物及聚合物复合材料工程结构，例如飞机、船舶、桥梁和风力涡轮机。我们将能够更深入地理解这些结构在复杂服役条件下的行为，从而建立更精确的数值模型并实现更优的设计。目前，我们正利用该方法研究聚合物及聚合物复合材料在浸水且承受机械载荷条件下的耐久性问题。

然而，该方法也可应用于其他情况，例如在使用过程中常规接触苛刻化学品的其他材料的耐久性测试。通常，初次使用该平台的人员应注意仔细放置和加载样品。测试设备的腔室由高密度聚乙烯制成，能够耐受广泛的温度和液体环境。

测试箱周围包裹的聚苯乙烯泡沫可防止与环境发生热交换。腔室盖由9.5毫米厚的聚碳酸酯制成，可便于观察加载的试样。盖子通过铝制T型条固定，T型条又进一步固定在箱体上，以承受较大载荷。

应用加强型钢架和盖子上的附加挂钩。残余强度测试通常使用较重的载荷。该装置可对每个试样施加高达50千克的重量，以确保找到破坏点。

从盖子上悬挂下来的是三个符合ASTM标准的铝块。这些铝块最多可同时测试四个试样，并可通过腔室盖上的槽进行调节。试样位于其中两个铝块的下方，铝块中心施加向上的力，从而在试样上产生弯曲力。

该装置底部装有移动脚轮，通过钢架结构及横梁和网格支撑牢固连接。斜撑垫块可防止保温材料因上方重量而被压碎，框架上的滑轮和弦式位移计系统用于测量跨中挠度。这些位移计由扭簧构成。

滑轮通过钢缆将试样与可调节配重的悬挂杆连接。施加于试样的总载荷来自这一系列的钢缆、滑轮联动装置和螺栓。以下各节将详细说明如何使用该装置将试样加载到测试设备中。

首先，打开罐体的盖子，并将盖子放置在侧面的支撑架上。然后将样品装入 U 形螺栓中，横杆必须位于样品的中心位置。

现在将试样的两端放置在铝制支撑架上，悬空部分应约为5到10毫米。以相同方式继续加载最多四个试样。

然后移除盖子支撑物并放下盖子，确保盖子正确地安放在箱体上。现在，通过向悬挂在外滑轮上的钢杆添加砝码，对试样施加所需的力。

首先，确保电位器的线路紧固。然后测量电位器外侧引脚之间的电阻。黑色表笔接引脚一，红色表笔接引脚三。

现在，通过计算校准系数将电阻读数转换为位移。在本例中，1 千欧姆对应 64.895 毫米的位移。对于连续数据采集，可将拉线式电位计连接至数字万用表。

计算位移后，准备称量试样，取下砝码以及水箱的盖子。随后可将试样转移至暂存室。首先，为所有试样准备一个临时暂存室，其中应装有符合相应测试标准的室温测试液。

现在，首先用超细纤维布将样本擦干，然后将其放置在高精度天平上，记录读数数据。如果需要对样本进行残余强度测试，则继续进行相关测试。

在两组各四个闭孔聚氨酯泡沫试样上，于室温下进行了高生长热机械测试。一组在50%相对湿度下干燥条件下进行测试，另一组在去离子水中湿润条件下进行测试。

在最初六小时内以及次日对跨中挠度进行了跟踪测量。湿态试件的位移明显大于干态试件。通过加载至破坏来测试试件的残余强度。

湿态试样在约3千克时发生失效，干态试样在约3.6千克时发生失效。如果正确完成设置，试样可在15分钟内完成在此平台上的定位与加载。在执行该步骤时，必须注意正确地定位和加载样品，特别是当耐久性研究需要施加较重载荷时更应如此。

还可以开展其他研究，例如复合材料的耐久性以及在严苛化学环境下的性能，以进一步解答这些材料耐久性方面的更多问题。观看本视频后，您应能够充分理解如何利用这种低成本且用户友好的测试装置对聚合物及聚合物复合材料进行测试。若涉及严苛化学品的操作，请务必遵守材料安全数据表以及环境健康与安全规范中所列的防护措施。