ICS 81.040.01 CCS Q 30 团 体 标 准 T/CSTM 01083 —2023 玻璃光弹常数试验方法 纤维法 Test method for stress-optical coefficient of glass —Fiber method 2023-09-28发布 2023-12-28 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 1 前 言 本文件参照 GB/T 1.1 —2020《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。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 2 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 s tress -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/(cm· MPa) 。 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/(cm· MPa) ）； —— 玻璃受应力作用 所形成的光程差，单位为纳米每厘米（ nm/cm）； σ —— 加载在玻璃上的应力，单位为兆帕（ MPa）。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 3 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 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 4 5.2 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 ℃。 5.3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 φ0。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 5 c）在玻璃纤维 试样下垂端 施加一定质量的砝码，使其受到 竖直方向的张应力。为避免产生的光程 差过小不利于观察，第一次施加的砝码质量宜 不小于400 g 。观察视场中玻璃纤维颜色变化，并转动检 偏器，直至 玻璃纤维试样中心的亮线达 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 φ1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 g~250 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 φ2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 φi。 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 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。 ……………… （2） 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）。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 01083-20 23 6 检偏器主轴的实际旋转角度 i可按照式（3）计算。 ……………… （3） 式中： 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δ 。 ……………… （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 。