本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種測量絕緣材料摩擦靜電和摩擦性能參數(shù)動態(tài)變化的裝置，在水平旋轉(zhuǎn)的摩擦磨損試驗機(jī)（27）上水平放置振動電容式靜電計（4）的靜電勢感應(yīng)頭（1）以監(jiān)測待測樣品（18）的工作表面的摩擦靜電勢的動態(tài)變化并將其信號導(dǎo)入計算機(jī)；摩擦力傳感器（12）連接在加載套桿（11）的切線方向上，并通過摩擦力傳輸線（13）將獲取的待測樣品（18）的摩擦力信號輸入計算機(jī)；可監(jiān)測待測樣品（18）工作表面的溫度變化；玻璃密封罩（37）通過密封槽（36）安裝在底盤（35）上，密封槽（36）保證玻璃罩（37）與底盤（35）達(dá)到良好的氣密；本發(fā)明專利技術(shù)將為揭示絕緣材料的摩擦起電機(jī)理和分析其摩擦靜電勢的影響因素提供一個可以準(zhǔn)確測量的實驗平臺。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及可在摩擦副的不同摩擦形式或接觸形式下(如滑動摩擦或滾動摩擦；點接觸、面接觸或線接觸)、不同PV值下(P為外加載荷，V為速度)、不同濕度和不同溫度氛圍以及不同環(huán)境介質(zhì)內(nèi)(大氣、真空、氧氣、惰性氣體等)等多種復(fù)雜耦合條件下測量絕緣材料的摩擦靜電勢、摩擦系數(shù)和摩擦表面溫度隨時間動態(tài)變化的裝置，尤其涉及的是一種可在多種復(fù)雜條件下測量絕緣材料摩擦靜電和摩擦性能參數(shù)動態(tài)變化的裝置。
技術(shù)介紹
當(dāng)兩種材料在接觸、摩擦并重新分離后，每一種材料上就會帶有比接觸、摩擦前過量的正(或負(fù))電荷，這種使物體帶有電荷的過程稱為起電。摩擦起電和接觸起電是人們熟知的靜電現(xiàn)象，對于絕緣材料尤其常見。在絕緣材料的生產(chǎn)、加工和使用過程中，相同或不同材料的接觸和摩擦是十分普遍的。由于絕緣材料的電阻率一般較高，一旦帶上靜電，便 很難消除。這些電荷的積聚將可能造成很大的危害，如在醫(yī)藥上引塵、引菌；醫(yī)療手術(shù)上引起電顫事故；礦山、石油化工上引起火災(zāi)、爆炸；在電子工業(yè)上引起集成電路破壞；在紡織上引起纖維聚集等等。據(jù)報道，美國電子工業(yè)每年因靜電帶電或放電造成的損失就達(dá)到100億美元以上，防靜電制品的市場需求量的年增長率達(dá)15% 20%。我國石化企業(yè)靜電事故產(chǎn)生的損失高達(dá)百萬元以上，所以靜電的防治已經(jīng)引起人們的普遍重視。然而事物總是具有它的兩面性，靜電不僅是導(dǎo)致災(zāi)害的重要起因，也能用來造福人類。比如電阻率很高的聚合物材料容易起靜電的這種特性雖然在很多場合制約了其應(yīng)用，但是如果能合理地利用這些靜電作用和物理現(xiàn)象，則可根據(jù)靜電原理制成多種產(chǎn)品，利用靜電來造福人類。目前雖然人們做了大量試驗企圖把靜電起電的本質(zhì)與按觸或摩擦物體的物理、化學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，但至今對物體起電現(xiàn)象的解釋仍很不完善。這是由于摩擦起電與許多因素有關(guān)，例如摩擦面之間的距離和狀態(tài)(粗糙度、雜質(zhì)、含濕層厚度等)、相互接觸物體間的性質(zhì)、摩擦系數(shù)、摩擦速度、壓力以及周圍介質(zhì)的性質(zhì)(如濕度、溫度、空氣中雜質(zhì)、游離電荷及外電場等)都會對電子逸出功帶來影響。而且摩擦起電不僅與絕緣材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與殘存的單體、催化劑、雜質(zhì)等也有關(guān)。面對如此復(fù)雜的影響因素，絕緣材料摩擦靜電的研究非常有必要更多關(guān)注實驗過程中的動態(tài)變化情況，并且研究材料的摩擦靜電與其摩擦磨損過程的互相制約和影響，因此，研究絕緣材料摩擦靜電的首要條件是要具備一種能測量其摩擦靜電的動態(tài)變化，并且外界實驗條件(如濕度、溫度、空氣中雜質(zhì)、游離電荷及外電場等可控，摩擦副的接觸形式、速度和外加載荷可調(diào))可以變化的裝置。根據(jù)摩擦產(chǎn)生靜電的原理，能反映兩個物體摩擦后所帶靜電大小最直接的方法，就是測量摩擦后物體表面貯存的靜電電荷量或靜電電位。但是目前國內(nèi)商品化的測試設(shè)備只能做到單次測量電荷電量，由于存在一次電荷電量飽和的缺點，需重新放電后才能進(jìn)行再次測量，無法實現(xiàn)連續(xù)測量電荷電量的要求，因此不能直接用于摩擦起電后靜電荷電量的動態(tài)檢測，比如法拉第筒儀每次測量前電荷量測定裝置必須清零。目前國際上也尚未尋找到其它適用的專業(yè)設(shè)備，僅有R. J. K. Wood等人(軸承鋼在干滑動摩擦下的靜電荷的監(jiān)測.磨損，2003，255:430-443.以及利用靜電荷的監(jiān)測來識別柴油潤滑添加劑和油煙的相互影響因素的可行性研究.國際摩擦學(xué)，2006，39:1564-1575.)在利用靜電荷檢測預(yù)測金屬的初期磨損的研究報道中提及過他們自主設(shè)計的靜電電荷動態(tài)監(jiān)控設(shè)備。唐軍等人(專利技術(shù)專利號03117847. 2)公開了一種利用摩擦靜電測量金屬材料磨損性能的方法。然而，金屬摩擦副之間產(chǎn)生的摩擦靜電勢信號非常微弱，通常只有幾個微伏大小，而絕緣材料之間或絕緣材料與金屬之間產(chǎn)生的摩擦靜電勢高達(dá)幾百伏乃至上萬伏，所以該設(shè)備量程較小不適用于絕緣材料摩擦靜電勢的動態(tài)測量。艾棟梁等人(專利技術(shù)專利號200820213813. 9)設(shè)計了一種自動式摩擦靜電電壓測試儀，但是該設(shè)備是直線往復(fù)運動，電壓感應(yīng)頭和摩擦頭只能以相同的軌跡同向位移，這就意味著在運動過程中電壓感應(yīng)頭只能斷續(xù)的感應(yīng)新鮮摩擦表面的電勢，比如當(dāng)摩擦頭在前面電壓感應(yīng)頭在后面的方向運動時，電壓感應(yīng)頭可以感應(yīng)到樣品的新鮮摩擦表面上的電勢，但是隨后相反方向運動時，電壓感應(yīng)頭對應(yīng)的是未摩擦的樣品表面(沒有電荷積累)，在這樣的交變過程中，勢必影響摩擦靜電電壓的測量，而且我們在設(shè)計設(shè)備的過程中就此問題做了試驗，發(fā)現(xiàn)在摩擦突然停止時， 測得的瞬時摩擦靜電勢有所下降。因此，我們認(rèn)為在摩擦靜電勢的測量中，選擇往復(fù)運動會影響摩擦靜電勢測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，推薦選用平面圓環(huán)式運動軌跡，使靜電壓感應(yīng)頭持續(xù)感應(yīng)到的是待測材料的新鮮摩擦表面，而且這種運動方式便于設(shè)定多種復(fù)雜的實驗條件。還有，該專利的設(shè)備速度選擇只有兩檔，范圍偏少，無法進(jìn)行從溫和條件到苛刻條件下的廣域范圍或復(fù)雜條件下的摩擦靜電勢的測量和研究，因此考察外界實驗條件對材料摩擦靜電勢的影響研究具有一定的局限性。另外，目前國內(nèi)評價紡織品的靜電測試時選用的是國標(biāo)GB/T 12703-91。GB/T 12703-91雖然可以初步考察紡織面料的最大摩擦靜電壓和靜電荷，但是同樣存在電壓感應(yīng)電極只能感應(yīng)到斷續(xù)的摩擦靜電壓的缺點，這種交變感應(yīng)嚴(yán)重影響摩擦靜電壓測量的準(zhǔn)確性；另外還存在由于裝置簡易從而無法實現(xiàn)摩擦副接觸形式、PV值以及環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行交叉的研究。因此，利用該設(shè)備研究材料的摩擦靜電機(jī)理顯然難以勝任。其它標(biāo)準(zhǔn)如SJ/T 10694-1996和FZ/T 01061-1999，不僅存在著和上述設(shè)備同樣的缺點，而且SJ/T 10694-1996采用人工單向摩擦和人工讀數(shù)，更是無法實現(xiàn)準(zhǔn)確獲取摩擦靜電壓的目的。張國珍等人設(shè)計了一種可用于球-盤式接觸的摩擦磨損試驗機(jī)(專利技術(shù)專利號200720104137. 7)和一種可用于真空和低溫環(huán)境的摩擦磨損試驗儀(專利技術(shù)專利號200720149289. 9)，但是該設(shè)備沒有測量摩擦靜電壓或靜電荷的功能，只有鋼球-盤滑動摩擦單一的一種摩擦運動方式，也沒有測量摩擦表面溫度動態(tài)變化的功能。眾所周知，滾動摩擦的摩擦系數(shù)和磨損率極低，并且與滑動摩擦相比較，滾動摩擦有其特殊性，但是目前國內(nèi)外尚沒有能測量滾動摩擦下材料的摩擦靜電勢的動態(tài)變化的設(shè)備，也沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)的研究文獻(xiàn)報道。并且無論是滾動摩擦還是滑動摩擦，速度與載荷(PV值)、濕度和溫度氛圍以及環(huán)境介質(zhì)(大氣、真空、氧氣、惰性氣體等)的變化必將對材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性能以及電子逸出造成影響，這也將反映在材料的摩擦靜電勢和摩擦學(xué)性能的變化上，但是目前國內(nèi)外尚沒有發(fā)現(xiàn)能在不同的PV值以及環(huán)境介質(zhì)下測量絕緣材料摩擦靜電勢的動態(tài)變化的設(shè)備，而材料的摩擦靜電勢與其摩擦學(xué)性能息息相關(guān)，因此，在研究材料的摩擦起電機(jī)理時必然要與其摩擦學(xué)性能關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行分析，這就對設(shè)備的多功能化提出了更高的要求。另外，目前市售的常規(guī)摩擦試驗機(jī)、不僅無法實現(xiàn)球-盤點接觸滑動摩擦、栓-盤面接觸滑動摩擦、滾動摩擦的轉(zhuǎn)換實驗，更重要的是沒有測量摩擦靜電壓或靜電荷的功能，也沒有測量摩擦表面溫度動態(tài)變化的功能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)涉及一種可在摩擦副的不同摩擦形式或接觸形式下(如滑動摩擦或滾動摩擦；點接觸、面接觸或線接觸)、不同PV值下(P為外加載荷，V為速度)、不同濕度和不同溫度氛圍以及本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種測量絕緣材料摩擦靜電和摩擦性能參數(shù)動態(tài)變化的裝置，其特征在于，在水平旋轉(zhuǎn)的摩擦磨損試驗機(jī)（27）上水平放置振動電容式靜電計（4）的靜電勢感應(yīng)頭（1）；摩擦力傳感器（12）連接在加載套桿（11）的切線方向上，并通過摩擦力傳輸線（13）將摩擦力傳感器（12）獲取的待測樣品（18）的摩擦力信號輸入計算機(jī)，經(jīng)A/D數(shù)據(jù)采集卡（5）的轉(zhuǎn)換將摩擦力信號通過運算得到摩擦系數(shù)變化曲線；玻璃密封罩（37）通過密封槽（36）安裝在底盤（35）上密封槽（36）保證玻璃罩（37）與底盤（35）達(dá)到良好的氣密；底盤（35）上安裝接線座（38）；底盤（35）上還開有通氣孔（39），用于和抽真空管（40）、外加氣體通氣管（41）、通水蒸氣管（42）直接連接，從而實現(xiàn)對不同濕度和不同環(huán)境介質(zhì)的控制；將鋼球（16）放入鋼球夾具（15）內(nèi)，通過固定套桿（14）壓緊和固定，并將固定套桿（14）與加載套桿（11）通過螺紋連接；將熱電偶（9）插入空心的加載套桿（11）中直至鋼球（16）的表面來測量鋼球（16）在滑動摩擦過程中的溫度變化，熱電偶（9）得到的信號通過熱電偶傳輸線（10）輸入計算機(jī)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：寧莉萍，華敏奇，文正軍，周亞巍，傅強(qiáng)，張國珍，
申請(專利權(quán))人：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，蘭州華匯儀器科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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