一种木质资源材料文物湿胀率测定装置及方法

本发明属于分析测试技术方法领域，涉及一种木质资源材料文物湿胀率测定装置及方法。

背景技术：

1、木质资源材料文物是指木质资源材料文物、竹简、贝叶经、纸质文物等，它们分布广泛，类型众多，在文物中占有重要的地位，是人类文化遗产的重要组成部分。木质资源材料文物通常在饱水或极干旱环境可保存较久，考古发掘后原有的“稳态”保存环境被打破，木质资源材料文物面临因快速吸水或失水导致的尺寸不稳定甚至变形、扭曲等不可逆破坏。木质资源材料的结构具有各向异性的特点，当处于相同的相对湿度环境中达到平衡含水率时，相同材料不同解剖方向上的尺寸变化率不同，对于现代健康材料而言，这种尺寸变化率的差异不会导致材料被破坏，但是木质资源材料文物在漫长岁月中已经发生降解，各个方向上尺寸变化率的差异极易造成木质资源材料文物变形、扭曲、开裂，进而影响文物寿命。木质资源材料文物木质资源材料文物木质资源材料文物

2、木质资源材料文物不同方向上的湿胀率对于文物本体的保存状况评估、加固保护方案制定以及加固效果评估至关重要，但是现有设备、技术均不能完全适用于脆弱木质资源材料文物，因此，开发木质资源材料文物不同解剖方向上湿胀率的精确测定设备和技术迫在眉睫。木质资源材料文物木质资源材料文物

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种木质资源材料文物湿胀率测定装置及方法，该装置结构精巧，结合有静态热机械分析仪(thermomechanical analyzer,tma)和湿度发生器(modular humidity generator,mhg)，测试范围可覆盖文物实际存储环境湿度，所需样品尺寸小，测试精度高。本方法用于木质资源材料文物湿胀率测试，适用于各类木质资源材料文物在湿度变化下的尺寸稳定性评估。

2、根据本发明技术方案的第一方面，提供一种木质资源材料文物湿胀率测定装置，包括：静态热机械分析仪、湿度发生器、温湿度传感器、密封套、样品仓、可升降平台、衬套、气体混合器以及输气管，

3、其中，所述密封套内部固定所述湿度发生器和温湿度传感器，位于所述样品仓的第一侧面上，并与所述样品仓内部连通；

4、所述可升降平台位于样品仓下侧；

5、所述衬套内部固定所述静态热机械分析仪的样品管，位于所述样品仓上侧，并与样品仓内部连通；

6、所述气体混合器位于样品仓的与第一侧面相对的第二侧面上，所述输气管通过所述气体混合器与所述样品仓内部连通。

7、进一步地，所述装置还包括气孔，所述气孔位于样品仓任一侧面上。

8、进一步地，所述样品仓为100mm×100mm×129mm的中空六面体。

9、进一步地，所述密封套位于所述样品仓2左侧壁上。

10、进一步地，所述可升降平台由下至上包括：底座、可折叠支架和样品仓平台，升降调节螺杆穿设于所述可折叠支架中，

11、其中，所述升降调节螺杆穿设于所述可折叠支架，并通过旋拧所述升降调节螺杆实现所述可折叠支架的折叠和展开，进而调节所述样品仓平台上的样品仓的升降。

12、根据本发明技术方案的第二方面，提供一种木质资源材料文物湿胀率测定方法，所述方法基于根据以上任一方面所述的装置进行木质资源材料文物湿胀率测定，所述方法包括下列步骤：

13、(1)从木质资源材料文物上裁切木质资源材料文物试样并干燥，将干燥后的木质资源材料文物试样表面处理平整；

14、(2)启动可升降平台，将夹持所述木质资源材料文物试样的静态热机械分析仪的样品管通过衬套插入至样品仓，启动湿度发生器和温湿度传感器并同时启动静态热机械分析仪的测试程序，待所述木质资源材料文物试样的尺寸稳定后，测量记录所述木质资源材料文物试样的初始长度；

15、(3)设置湿度发生器的加湿程序；开始试验，记录形变随时间变化的曲线；

16、(4)待所述木质资源材料文物试样尺寸在设定湿度下达到稳定时，停止测试；通过tma处理试验得到的形变-时间曲线，计算得出所述木质资源材料文物试样在该湿度范围内的湿胀率。

17、进一步地，所述木质资源材料文物试样含水状态为绝干。

18、进一步地，切除干燥后的木质资源材料文物试样上下表面不平整部分，并打磨至上下表面平行并垂直于测试方向。

19、进一步地，初始长度为干燥打磨后在样品仓内湿度为0％条件下尺寸达到稳定时的样品长度。

20、进一步地，所述步骤(2)之前还包括：静态热机械分析仪的探针尖端轻压在所述木质资源材料文物试样中心位置，压实后反复升降探针，确认探针尖端与试样平稳接触，试样不发生晃动。

21、进一步地，所述静态热机械分析仪的探针为石英压缩探针。

22、进一步地，测试过程中，对于初始最大含水率>185％的饱水木质资源材料文物样品，探针对试样施加的恒定微小载荷约为20μn。

23、进一步地，测试过程中，对于初始最大含水率≤185％的饱水木质资源材料文物样品，探针对试样施加的恒定微小载荷约为50μn。

24、进一步地，通过输气管向气体混合器内通入普通氮气与水蒸汽的混合气体，由外接压缩气瓶与湿度发生器内的水箱提供。

25、进一步地，所述静态热机械分析仪的测试程序包含采集尺寸数据点，时间间隔为0.5s。

26、进一步地，当考古木材样品每分钟的尺寸变化值不超过样品原始长度的0.001％；或是片状样品(竹席、竹简、贝叶等)每分钟的尺寸变化值不超过样品原始长度的0.01％，即认为所述木质资源材料文物试样的尺寸达到稳定。

27、本发明的有益效果：

28、(1)仅需使用测试方向上厚度0.20mm～10.00mm的小块木质资源材料文物样品即可进行测试，数据有效率高，避免了对文物的大量取样和大尺寸取样。

29、(2)覆盖木质资源材料文物保存过程中环境湿度变化范围，可进行0％～98％相对湿度的测试。

30、(3)tma能够提供10μn的微小载荷，适用于大多数强度较低的木质资源材料文物样品，位移灵敏度极高，可精确至0.01μm，采样频率高，0.5s进行一次尺寸数据采样、数据精确度高、可重复性好。

技术特征：

1.一种木质资源材料文物湿胀率测定装置，其特征在于，包括：静态热机械分析仪、湿度发生器、温湿度传感器、密封套、样品仓、可升降平台、衬套、气体混合器以及输气管，

2.根据权利要求1所述的木质资源材料文物湿胀率测定装置，其特征在于，所述装置还包括气孔，所述气孔位于样品仓任一侧面上。

3.根据权利要求1所述的木质资源材料文物湿胀率测定装置，其特征在于，所述可升降平台由下至上包括：底座、可折叠支架和样品仓平台，升降调节螺杆穿设于所述可折叠支架中，

4.一种木质资源材料文物湿胀率测定方法，其特征在于，所述方法基于根据权利要求1至3中任一项所述的装置进行木质资源材料文物湿胀率测定，所述方法包括下列步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述木质资源材料文物试样含水状态为绝干。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)之前还包括：静态热机械分析仪的探针尖端轻压在所述木质资源材料文物试样中心位置，压实后反复升降探针，确认探针尖端与试样平稳接触，试样不发生晃动。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，测试过程中：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过输气管向气体混合器内通入普通氮气与水蒸汽的混合气体。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述静态热机械分析仪的测试程序包含采集尺寸数据点，时间间隔为0.5s。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当考古木材样品每分钟的尺寸变化值不超过样品原始长度的0.001％；或是片状样品每分钟的尺寸变化值不超过样品原始长度的0.01％，即认为所述木质资源材料文物试样的尺寸达到稳定。

技术总结本发明公开了一种木质资源材料文物湿胀率测定装置及方法，属于分析测试技术方法领域。该装置包括：静态热机械分析仪(Thermomechanical analyzer,TMA)、湿度发生器、温湿度传感器、密封套、样品仓、可升降平台、衬套、气体混合器以及输气管。本发明技术方案结构精巧，结合有静态热机械分析仪和湿度发生器，测试范围可覆盖文物实际存储环境湿度，所需样品尺寸小，测试精度高。本方法用于木质资源材料文物湿胀率测试，适用于各类木质资源材料文物在湿度变化下的尺寸稳定性评估。技术研发人员：韩刘杨,韩向娜,喻德昊,郭宏,章文杰,罗号,李炫华,朱金萌,田兴玲,李六三,王珊受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2