T_CSTM 01083-2023 玻璃光弹常数试验方法 纤维法.docx

ICS 81.040.01CCS Q 30团 体 标 准T/CSTM 010832023玻璃光弹常数试验方法 纤维法Test method for stress-optical coefficient of glassFiber method2023-09-28 发布2023-12-28 实施中关村材料试验技术联盟发布前言本文件参照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文本的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国材料与试验标准化委员会建筑材料标准化领域委员会(CSTM/FC03)提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会建筑材料领域特种玻璃标准化技术委员会 (CSTM/FC03/TC15)归口。玻璃光弹常数试验方法 纤维法1 范围本文件规定了纤维法测定玻璃光弹常数的术语和定义、测试原理、测试设备及要求、试样制备、试验步骤、结果与计算、数据处理、试验报告。本文件适用可拉制成纤维的透明玻璃材料在可见光波长范围的光弹常数测试。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 4167 砝码GB/T 21389 游标、带表和数显卡尺3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1光弹常数 stress-optical coefficient在单位应力作用下所产生的光程差，亦称光弹性常数或光弹性系数，单位为nm/(cmMPa) 。4 测试原理玻璃材料在应力作用下产生双折射现象，其应力大小与光程差成正比关系。将需要测量的玻璃材料拉制成纤维试样，施加拉应力并采用1/4波片补偿法测量应力双折射所形成的光程差，按公式（1） 计算玻璃材料的光弹常数，测试原理见图1所示。（1）式中：B 玻璃光弹常数，单位为纳米每厘米每兆帕（nm/(cmMPa) ）； 玻璃受应力作用所形成的光程差，单位为纳米每厘米（nm/cm）； 加载在玻璃上的应力，单位为兆帕（MPa）。标引序号说明：1 光源；2 起偏器；3 待测试样；4 1/4 波片；5 可旋转检偏器；6 工业相机。图 1 测试原理图5 测试设备及要求5.1 光弹常数测量仪光弹常数测量仪由光源、起偏器、纤维装载台、可旋转检偏器、砝码、1/4波片、遮光罩、工业相机及成像系统构成，如图2所示。所用测试光源为单色光源且应明确波长，若使用激光光源，应配备扩束透镜以使其提供足够观察的视场。所用1/4波片的工作波长应与所使用的光源协同匹配。可旋转检偏器应带有记录其旋转角度的刻度，分度值应不大于0.1。标引序号说明：1 光源；2 起偏器；3 纤维装载台；4 1/4 波片；5 可旋转检偏器；6 工业相机；7 成像系统； 8 遮光罩； 9 砝码；10 玻璃纤维。图 2 光弹常数测量仪结构示意图 拉丝机拉丝机用于玻璃材料或制品重熔拉制均匀直径的玻璃纤维，牵引速度控制精度不大于 0.01 m/s，控温精度不大于 1 。5.25.3 卡尺卡尺应符合GB/T 21389要求，最小分度值为0.01 mm。5.4 砝码砝码应符合GB/T 4167要求，最大允许误差不大于F1等级，选取质量50 g、100 g和200 g砝码各5个。5.5 火焰喷枪火焰喷枪用于试样两端烧圆，应为以丙烷或丁烷为燃料的非预混式的喷枪，火焰最高温度可达1600。6 试样制备玻璃纤维试样制备流程如下：a） 选取无气泡、无结石、无条纹等缺陷的均质玻璃材料或制品，通过拉丝机将其拉制成均匀直径的玻璃纤维，玻璃纤维不应出现失透和结晶。纤维直径应为0.70 mm 0.05 mm，长度宜选用150 mm 50 mm，无需进行退火处理。沿玻璃纤维长度方向任取上中下三点测量直径，最大值与最小值偏差应不大于0.02 mm，同时在纤维任意一点沿圆周方向测量直径三次，最大值与最小值偏差应不大于0.02 mm。b） 利用火焰喷枪将纤维两端进行熔融加热形成圆球，圆球直径宜为纤维直径2 倍至3 倍，可满足玻璃纤维试样悬挂与加载砝码使用。7 试验步骤光弹常数测试步骤如下：a） 在首次测量时，应对光弹常数测量仪进行调零。具体步骤为：将起偏器旋转至其偏振片主轴与垂直方向夹角为 45，将1/4波片的慢轴调整至与起偏器偏振片主轴平行。固定起偏器与1/4波片，旋转检偏器至其偏振片主轴与起偏器偏振片主轴互相垂直，此时检偏器与水平方向夹角为 45，工业相机监视器视场应为全黑视场。此时光弹常数测量仪处于调零状态，将此时检偏器的刻度定义为0点，此时仪器各光学元件状态如图 3 所示。b） 用卡尺测量待测玻璃纤维直径，沿圆周测量三次并取平均值，记为 d0。将玻璃纤维试样一端悬挂于装载台上并使其自然下垂，调整检偏器角度及工业相机焦距使监视器视场中纤维清晰可见，且其内部能够观察到明亮的区域或线条。确保待测纤维不受外力，旋转检偏器直到纤维内部的亮线达到最暗或完全消失。记录此时检偏器的角度，重复测量三次并取平均值，记为0。到最暗或完全消失，重复测量三次，记录并取平均值，同时记录检偏镜刻度盘角度1以及加载砝码作用力F1。d） 继续增加砝码，单次增加质量宜选 100 g250 g。待玻璃纤维试样稳定后，再次转动检偏器直至纤维内部达到最暗或完全消光。重复测量三次，记录并取平均值，同时记录检偏镜刻度盘角度2及砝码作用力F2。e） 按照步骤d）继续增加砝码二至六次，但加载砝码总质量不宜超过1000 g。依次类推，记录出第i次增加砝码所对应的砝码作用力Fi与检偏器刻度盘角度i。f） 测试结束后，取下砝码及玻璃纤维试样，调整检偏器至工业相机监视器视场为全黑状态，关闭电源。标引序号说明：1 起偏器；2 待测试样；3 1/4波片；4 检偏器。 图 3 仪器调零时各光学元件状态示意图8 结果与计算（2）依据记录的砝码质量，作用于纤维样品的砝码作用力可按公式（2）计算。式中： 第i次测得的砝码作用力，单位为牛顿（N）； 第i次加载时记录的加载砝码质量，单位为克（g）； 重力加速度，单位为米每二次方秒（m/s2）。i可按照式（3）计算。（3）检偏器主轴的实式际中旋：转角度i 检偏器主轴实际旋转角度（）； 第i次加载时记录的检偏器旋转角度（）； 未加载时的检偏器旋转角度（）。依据测得的检偏器实际旋转角度，可按公式（4）计算玻璃应力光程差。（4）式中： 光程差，单位为纳米每厘米（nm/cm）； 光源波长，单位为纳米（nm）； 检偏器主轴实际旋转角度，单位为度（）； 待测玻璃纤维直径，单位为毫米（mm）。依据加载砝码作用力Fi，可按照公式（5）计算玻璃试样内部轴向应力i 。（5）式中： 应力值，单位为兆帕（MPa）； 第i次测得的砝码作用力，单位为牛顿（N）； 待测玻璃纤维直径，单位为毫米（mm）。数据处理按第7章和第8章的测试数据及计算结果，玻璃纤维试样的光弹常数应采用线性拟合法求得。按不同加载应力条件下，绘制应力-光程差曲线，然后进行线性拟合，当拟合曲线置信度R2不小于0.99 时，其斜率即为试样光弹常数 B，如图 4 所示。图 4 拟合曲线法计算光弹常数示例10 试验报告试验报告应至少包含以下内容：a）本文件名称； b）试样名称；c) 试验条件，至少包括试样信息（直径）和光源波长；d) 试验结果，至少包括试样的光弹常数值，修约至小数点后一位；e) 批准人签名和批准日期。附录A（资料性）起草单位和主要起草人本文件起草单位：北京工业大学、咸宁南玻光电玻璃有限公司、四川虹科创新科技有限公司、湖南旗滨电子玻璃股份有限公司、彩虹集团（邵阳）特种玻璃有限公司、玻璃新材料创新中心（安徽） 有限公司、北京旭辉新锐科技有限公司、高安市华显晶显示技术有限公司、中国国检测试控股集团股份有限公司。本文件主要起草人：田英良、王明忠、何华超、古丛彬、仵小曦、马立云、伦小羽、龙庆勇、徐博、周翔磊、张俊、宫汝华、薛新建、郑际杰、王辉、何峰、吴玉锋、赵志永、孙诗兵、李培浩、李俊杰。