CN109827844A - 一种新型智能化的束纤维强力测试仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型智能化的束纤维强力测试仪器及装置，该束强仪主要包括：测量强力的拉伸机构、可实现自动制样的等张力梳理机构、对试样进行自动切断称重机构、实时观察试样拉伸过程的CCD高速摄像机构。采用该束强仪的测量方法是被在定夹和动夹间的纤维束被自动梳理成平行伸直的纤维束并被夹持拉伸至断裂，由定夹测力机构测量其拉伸力，由动夹移动机构测量其位移；由CCD成像系统观测其断裂过程及最终束纤维头谱像；由对切割机构分别切下断裂后的两段纤维束称重。是一种快速、精准、自动化、多指标的原位组合测量方法和智能束强仪，可用于纺织纤维的力学性能测量，也可用于纱线、织物和高聚物的拉伸性质测量。

Description

一种新型智能化的束纤维强力测试仪器

技术领域

本发明涉及一种新型的智能化束纤维力学性能测试装置及用途，该装置能够 实现对各种纤维的快速、自动化、智能化束纤维强力检测，并依据拉伸曲线可分 析单纤维的断裂强力及其分布。

背景技术

纤维强力更为确切的说是纤维的拉伸行为，一直是考核纤维实用性和可靠性 的重要指标，也是决定纤维制品最终强度的重要依据之一，在工业生产、科学研 究和商业检验方面都要测试纤维强力。束纤维强力测试与单纤维强力测试相比是 一种快速、方便的纤维强力测试方法。它具有离散度小、试验次数少、提供信息 量多、更接近纱线断裂过程等优点，依据束纤维强伸性曲线，可以求导出单纤维 的拉伸性质和断裂分布特征，因此，其在纤维强力测试方面具有不可忽视的重要 意义。

目前，在国内外的束纤维强力仪中主要有两大类：一类是机械式的，另一类 是电子式的。其中机械式的主要有卜氏束强仪、Stelometer束强仪、Y162束强仪， 其主要存在的问题是制样较为麻烦，因测力为机械式原理，存在摩擦误差和惯性 误差，测试结果偏差较大不够精确，而且夹持器容易使合成纤维打滑，不适用于 合成纤维束的测试；电子式的束纤维强力仪主要有澳大利亚CSIRO上世纪80年 代研制的Sirolan-Tensor、美国的HVI系统、Textechno公司的FIBROTEST系统、 长岭纺机的XJ120快速棉纤维性能测试仪四种，其中Sirolan-Tensor因夹持器和 制样方式只适用于羊毛；其他三种都仅适用于棉纤维。

随着现代化快速检测的需求，在进出口商检业务中急需一种能够适用各种纤 维，甚至是高性能纤维，能够对纤维客观、快速、原位、多指标、智能化检测的 装置或系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够适用各种纤维，对纤维客观、快速、原位、多 指标、智能化检测的装置

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种新型智能化的束纤维强 力测试仪器，其特征在于，包括：

夹持在束纤维两端后可将束纤维拉伸至断裂的拉伸机构，并由拉伸机构测量 束纤维的拉伸力；

在束纤维拉断后进行切除的自动切断称重机构；

在束纤维拉伸前对被夹持的束纤维进行预处理的等张力梳理机构；

用于观察束纤维拉伸过程的CCD高速摄像机构；

用于驱动拉伸机构及自动切断称重机构的运行气压控制系统。

优选地，所述拉伸机构依据杠杆原理测量得到所述拉伸力。

优选地，所述拉伸机构包括布置在束纤维左右两侧的两根支架梁，在每根支 架梁的上部设有由双向气缸控制的拉伸夹头，左右两侧的拉伸夹头分别将束纤维 左右两端夹持住；

位于一侧的支架梁中部设有支点，支架梁绕支点转动，在该支架梁的支点与 拉伸夹头之间设有平衡重锤，在该支架梁的底部设有左调节螺母、右调节螺母及 定位螺母，通过左调节螺母、右调节螺母以及定位螺母控制支架梁保持垂直位置， 左调节螺母上设有拉力传感器，拉伸夹头受到的力通过支架梁与支点的杠杆作用， 将力传递给力传感器，实现对拉伸力的测量；

步进电机通过滚珠螺杆控制位于另一侧的支架梁水平移动。

优选地，所述自动切断称重装置有两组，两组自动切断称重装置分别与左右 两侧的所述拉伸夹头相对应，每组自动切断称重装置包括下辅助夹头及由垂直双 向气缸驱动的上辅助夹头及切割刀片，切割刀片位于上辅助夹头的侧边，垂直双 向气缸驱动上辅助夹头向下辅助夹头运动的过程中，由切割刀片将被所述拉伸夹 头夹持的束纤维切断。

优选地，所述等张力梳理机构包括机架，垂直步进电机设于机架上，垂直步 进电机通过皮带控制设于机架上的上夹持片和下夹持片在垂直方向上闭合与打 开，在上夹持片上固定有梳针，水平步进电机通过滚珠螺杆驱动机架水平移动。

优选地，所述CCD高速摄像装置包括45°反光镜、CCD传感器及移动平台， 通过45°反光镜将试样的光线反射到CCD传感器上，实现对拉伸过程的观察， 移动平台45°反光镜水平移动。

优选地，所述气压系统包括用于提供0～1000MP压力的压力泵，压力泵经由 节流阀与双向气缸相连，压力泵经由减压阀及电磁阀与垂直双向气缸相连，压力 泵提供的压力通过减压阀形成适合要求的气压，同时，电磁阀用于控制气流的进 出，节流阀用于控制气流大小和速度。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的新型智能化的束纤维强力测 试仪器的应用，其特征在于，用于纺织纤维的拉伸力学性质的快速、精准、多指 标测量，或用于纱线、织物或高聚物膜的拉伸性质测量。

本发明提供了一种适用于各种纤维的束纤维力学指标自动化、多功能、智能 化的组合测量装置及用途，既通过设计适用于各种纤维的夹头装置，通过高精度 的拉力传感器和位移驱动系统，配合辅助的自动等张力梳理系统、自动切断称重 系统、CCD高速摄像检测系统，实现了能从制样到数据输出完全自动化的测量， 并通过CCD图像原位测量获取纤维束中单纤维的断裂强力及其分布，以快速、准 确、多指标的评价纤维的力学性能。

本发明的测量原理是指一对夹持装置夹持住纤维束，通过等张力梳理装置对 纤维束试样进行自动梳理制样，右边夹头通过位移系统对纤维进行拉伸，左夹头 通过支点式测力原理将力值传递给拉力传感器，拉伸完成后，自动切断装置称重 系统实现对纤维线密度的测量，由此获得纤维束的各力学特征值；同时，CCD高 速摄像系统对纤维束拉伸过程进行图像采集。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积 极效果：(a)由于试样准备的自动化、测量的多功能化、适用所得结果的组合 求解计算，使本发明的束纤维强力仪具有智能化的特征，故简称为智能束强仪； (b)由于测量中能自动、原样地测量到被拉纤维束的质量，故可以准确地给出 被拉纤维束的相对强度(比应力或应力)值，以及比应力—应变曲线，进而可以 方便地求出纤维的模量、断裂强度、断裂伸长率、断裂比功；单纤维断裂伸长率 分布、断裂强度分布；(c)由于有CCD成像系统，可以实时地观察拉伸纤维束 时的断裂回缩与纠缠以及最终断裂端的纠缠回缩特征，故可以给出纤维弱节整齐 断裂或回弹收缩的评价。

附图说明

图1是一种新型智能化的束纤维强力测试仪器及装置主视图；

图2A及图2B为左夹头及右夹头示意图；

图3A及图3B为辅助夹头及走刀槽结构示意图；

图4-1为梳理装置的示意图；图4-2为梳理原理图；

图5自动切断称重机构示意图；

图6是多功能自动化束纤维强力仪记录的应力-应变曲线；

图7是毛纤维断裂端图像；

图中：1－拉伸机构；11-支架粱；12-支点；13-辅助下夹头；14-平衡重锤； 15-拉伸夹头；16-辅助上夹头；17-垂直双向气缸；18-刀片；19-垂直电机；

2-自动切断称重机构；20-上夹持片；21-梳针；22-下夹持片；23-皮带；24- 驱动螺杆；25-电机；26-驱动螺杆；27-步进电机；28-45°反光镜；29-移动平台；

3-等张力梳理机构；30-CCD传感器；31-压力泵；32-节流阀；33-减压阀；34- 气缸；35-电磁阀；

4-CCD高速摄像装置；41-夹头上层软胶；42-夹头下层基座；43-走刀槽；44- 弹簧；

5-气压系统；50-摩擦杆；51-双向气缸；52-握持杆；53-链条；54-电子天平；

6-力传感器7-左调节螺母8-紧固螺钉9-右调节螺母。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之 后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本 申请所附权利要求书所限定的范围。

以下实施例均采用了本发明提供的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器 包括：夹持在束纤维两端后可将束纤维拉伸至断裂的拉伸机构1，并由拉伸机构 1测量束纤维的拉伸力；在束纤维拉断后进行切除的自动切断称重机构2；在束 纤维拉伸前对被夹持的束纤维进行预处理的等张力梳理机构3；用于观察束纤维 拉伸过程的CCD高速摄像机构4；用于驱动拉伸机构1及自动切断称重机构2的 运行气压控制系统5。

拉伸机构1依据杠杆原理测量得到所述拉伸力，包括布置在束纤维左右两侧 的两根支架梁11，在每根支架梁11的上部设有由双向气缸34控制的拉伸夹头15，左右两侧的拉伸夹头15分别将束纤维左右两端夹持住；

位于一侧的支架梁11中部设有支点12，支架梁11绕支点12转动，在该支 架梁11的支点12与拉伸夹头15之间设有平衡重锤14，在该支架梁11的底部 设有左调节螺母7、右调节螺母9及定位螺母8，通过左调节螺母7、右调节螺 母9以及定位螺母8控制支架梁11保持垂直位置，左调节螺母7上设有拉力传 感器6，拉伸夹头15受到的力通过支架梁11与支点12的杠杆作用，将力传递 给力传感器6，实现对拉伸力的测量；

步进电机27通过滚珠螺杆26控制位于另一侧的支架梁11水平移动。

自动切断称重装置2有两组，两组自动切断称重装置2分别与左右两侧的所 述拉伸夹头15相对应，每组自动切断称重装置2包括下辅助夹头13及由垂直双 向气缸17驱动的上辅助夹头16及切割刀片18，切割刀片18位于上辅助夹头16 的侧边，垂直双向气缸17驱动上辅助夹头16向下辅助夹头13运动的过程中， 由切割刀片18将被所述拉伸夹头15夹持的束纤维切断。

等张力梳理机构3包括机架，垂直步进电机19设于机架上，垂直步进电机 19通过皮带23控制设于机架上的上夹持片20和下夹持片22在垂直方向上闭合 与打开，在上夹持片20上固定有梳针21，水平步进电机25通过滚珠螺杆24驱 动机架水平移动。

CCD高速摄像装置4包括45°反光镜28、CCD传感器30及移动平台29，通 过45°反光镜28将试样的光线反射到CCD传感器30上，实现对拉伸过程的观 察，移动平台2945°反光镜28水平移动。

气压系统5包括用于提供0～1000MP压力的压力泵31，压力泵31经由节流 阀32与双向气缸34相连，压力泵31经由减压阀33及电磁阀35与垂直双向气 缸17相连，压力泵31提供的压力通过减压阀33形成适合要求的气压，同时， 电磁阀35用于控制气流的进出，节流阀32用于控制气流大小和速度。

实施例1-4中的原材料及设备为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助项 目。

实施例1：

采用精梳羊毛66支(2114μm)测试，拉伸速度为10mm/min，距离为10mm。 实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。拉伸性能的各指标见表1所 列。

实施例2：纱线

试样选用涤纶65/棉35纱线测试，拉伸速度500mm/min，距离500mm。实 验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。

实施例3：织物

试样选用亚麻纱罗纹织物进行径向拉伸，织物尺寸200mm×50mm，拉伸速 度10mm/min，距离100mm。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。

实施例4：膜材料

试样选用PVC膜结构材料，基布为聚酯纤维，双面采用PVC树脂涂层，涂 层外面再涂覆一层聚丙烯酸树脂。试样大小为150mm×25mm；距离为75mm， 拉伸速度为50mm/min。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。

实施例1～4拉伸测试具体实验结果见表1所列。

表1 InFiBTensor拉伸性能的各指标表(小数点位数要相同，不够补零)

Claims (8)

1.一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，包括：

夹持在束纤维两端后可将束纤维拉伸至断裂的拉伸机构(1)，并由拉伸机构(1)测量束纤维的拉伸力；

在束纤维拉断后进行切除的自动切断称重机构(2)；

在束纤维拉伸前对被夹持的束纤维进行预处理的等张力梳理机构(3)；

用于观察束纤维拉伸过程的CCD高速摄像机构(4)；

用于驱动拉伸机构(1)及自动切断称重机构(2)的运行气压控制系统(5)。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述拉伸机构(1)依据杠杆原理测量得到所述拉伸力。

3.根据权利要求2所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述拉伸机构(1)包括布置在束纤维左右两侧的两根支架梁(11)，在每根支架梁(11)的上部设有由双向气缸(34)控制的拉伸夹头(15)，左右两侧的拉伸夹头(15)分别将束纤维左右两端夹持住；

位于一侧的支架梁(11)中部设有支点(12)，支架梁(11)绕支点(12)转动，在该支架梁(11)的支点(12)与拉伸夹头(15)之间设有平衡重锤(14)，在该支架梁(11)的底部设有左调节螺母(7)、右调节螺母(9)及定位螺母(8)，通过左调节螺母(7)、右调节螺母(9)以及定位螺母(8)控制支架梁(11)保持垂直位置，左调节螺母(7)上设有拉力传感器(6)，拉伸夹头(15)受到的力通过支架梁(11)与支点(12)的杠杆作用，将力传递给力传感器(6)，实现对拉伸力的测量；

步进电机(27)通过滚珠螺杆(26)控制位于另一侧的支架梁(11)水平移动。

4.根据权利要求3所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述自动切断称重装置(2)有两组，两组自动切断称重装置(2)分别与左右两侧的所述拉伸夹头(15)相对应，每组自动切断称重装置(2)包括下辅助夹头(13)及由垂直双向气缸(17)驱动的上辅助夹头(16)及切割刀片(18)，切割刀片(18)位于上辅助夹头(16)的侧边，垂直双向气缸(17)驱动上辅助夹头(16)向下辅助夹头(13)运动的过程中，由切割刀片(18)将被所述拉伸夹头(15)夹持的束纤维切断。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述等张力梳理机构(3)包括机架，垂直步进电机(19)设于机架上，垂直步进电机(19)通过皮带(23)控制设于机架上的上夹持片(20)和下夹持片(22)在垂直方向上闭合与打开，在上夹持片(20)上固定有梳针(21)，水平步进电机(25)通过滚珠螺杆(24)驱动机架水平移动。

6.根据权利要求1所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述CCD高速摄像装置(4)包括45°反光镜(28)、CCD传感器(30)及移动平台(29)，通过45°反光镜(28)将试样的光线反射到CCD传感器(30)上，实现对拉伸过程的观察，移动平台(29)45°反光镜(28)水平移动。

7.根据权利要求4所述的一种新型智能化的束纤维强力测试仪器，其特征在于，所述气压系统(5)包括用于提供0～1000MP压力的压力泵(31)，压力泵(31)经由节流阀(32)与双向气缸(34)相连，压力泵(31)经由减压阀(33)及电磁阀(35)与垂直双向气缸(17)相连，压力泵(31)提供的压力通过减压阀(33)形成适合要求的气压，同时，电磁阀(35)用于控制气流的进出，节流阀(32)用于控制气流大小和速度。

8.一种如权利要求1所述的新型智能化的束纤维强力测试仪器的应用，其特征在于，用于纺织纤维的拉伸力学性质的快速、精准、多指标测量，或用于纱线、织物或高聚物膜的拉伸性质测量。