万能电子拉伸试验机简易改造及其应用

1　材料压力-电阻测试实验及其存在问题

在材料研究领域,有时需要进行导电复合材料在外力作用下电阻变化测试。通过测试导电复合材料,如聚合物/碳黑填充复合导电材料在外力作用下导电性能的变化规律,可以了解材料内部的结构以及结构变化信息,制备压力传感材料等[1~5]。该测试要求实验装置能同时精确测试材料在压缩过程中形变量、应力大小以及电阻值的变化。目前,市面上并没有专用的测试仪器。一般实验室根据用途自己装配。装置一般由能提供压力及压力传动的部分,如油压,能测量样品变形引起的位移的测试部分,如千分表,以及能测量样品电阻值变化的部分,如万用表等构成。如图1所示是一种典型的实验装置[3~5]。该测试装置造价低,装配方便,目前被广泛采用。但是,该装置压力以及压力传动装置不能精确控制,千分表对位移的传感也不够灵敏和精确,还有这些读数往往不能自动记录,导致试验缺乏准确性。对于一些高灵敏性电子材料样品的测试,尤其不能胜任。

2　万能电子拉力试验机及其优势

万能电子拉力试验机是材料实验的常用仪器设备.它主要用于测试材料特别是聚合物材料的拉伸断裂强度、拉伸模量、压缩强度、压缩模量以及抗弯模量等材料的机械性能。其基本构造设计主要能感应并实时记录应材料拉伸过程张力的变化,同时能记录材料在外力作用下的形变量。根据万能拉力试验机的型号配置的不同,所记录的张力的精度以及形变精度有所不同,但是目前市场上的各种型号的试验机,由于采用了专业的压力及位移传感系统,其精度都比较高,如张力的实际极限可达到10-6N,形变达到10-3mm,由于采用微机控制,操作十分方便[6~7]。但是,目前万能拉力试验机并没有测试材料电学性质的功能。

3　万能电子拉力试验机与电阻测试仪的结合

　　通过摸索,我们在万能电子拉力试验机的压缩具上配一对电极,有效地将万能拉力试验机与万用表相结合,能够使测试的压力,形变以及电阻值同时准确测量。其中,压力与形变量可以直接通过微机记录,电阻通过万用表等仪表测量(可以人工记录也可自动记录)。大大方便了实验。该装置还可以充分利用万能拉力机的控制系统,对压缩速度,形变率的参数进行控制,扩大研究范围。该测试试验,准备容易,能揭示材料的内在结构变化,所以不但可以用于材料的专门研究,作为本科生或研究生的材料表征实验也十分合适。基本装置如图2所示。

　　压缩模板为拉力机上固有的,电极板是测试材料所用,绝缘层是为了使电测试不受拉力机导体的影响。电极板和绝缘层都不需要固定在拉力机压具上,实验时临时放置上去就可以了,因此,不影响拉力机的正常使用。