一種纖維絲束耐磨性能的測試裝置和測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維工藝性能評價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，是一種碳纖維絲束耐磨性能的測試裝置和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種先進(jìn)的新型材料，與一般金屬制品相比較，在同等性能的前提下碳纖維的減重效果優(yōu)異，僅為一般金屬制品的1/4?1/2。因此，碳纖維被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、汽車工業(yè)和體育用品等領(lǐng)域，而且價(jià)格不菲，是二十一世紀(jì)人類理想的新材料。隨著科技、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，碳纖維將會在更多的領(lǐng)域大放異彩，也將會為人類節(jié)約更多的能源，創(chuàng)造更多的價(jià)值。
[0003]碳纖維要在更多的領(lǐng)域應(yīng)用，首先就需要碳纖維具有較為優(yōu)良的工藝適用性能，而碳纖維工藝適用性能的評價(jià)一直以來又都是一個突出的難題，往往是生產(chǎn)商和客戶各執(zhí)一詞，互不相讓，難以達(dá)成共識。所以，提出一種雙方都認(rèn)可的評價(jià)方法并不容易，而這其中耐磨性能的評價(jià)更是一個難上加難的問題。一般來說，碳纖維生產(chǎn)商不會去評價(jià)耐磨性能，而客戶在使用碳纖維的過程中卻經(jīng)常遇到耐摩性差、毛絲多等問題，爭論的最終結(jié)果往往是不了了之，這必將影響產(chǎn)品的市場占有率，并在一定程度上影響了碳纖維在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，對碳纖維耐磨性能的評價(jià)迫在眉睫，只有提出一種業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)可的評價(jià)方法才能解決由此衍生出的一系列問題。中國專利CN 103604714 A中公開了一種碳纖維耐磨性能的測試方法，具體是將一段碳纖維試樣兩端固定，并使試樣中部與耐摩材料接觸，然后往復(fù)運(yùn)動，直至纖維摩斷，通過記錄纖維摩斷的時(shí)間來評價(jià)纖維的耐磨性能。此方法具有一定的創(chuàng)新性，首次提出了一種相對有效的檢測碳纖維絲束耐磨性能的方法，測試結(jié)果也相對可信，但是還存在著幾點(diǎn)不足，主要表現(xiàn)在:(1)所選取的碳纖維較短，不具代表性；(2)采用時(shí)間來判斷纖維耐磨性，不能直接反映碳纖維絲束的耐磨性能；(3)在纖維摩擦測試過程中必將生成大量的微小毛絲，不利于環(huán)境保護(hù)，也不利于操作人員的人身健康；(4)忽略了外界環(huán)境(主要是溫度和相對濕度)對測試結(jié)果的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:提出了一種纖維絲束耐磨性能的測試裝置和測試方法，為碳纖維絲束的耐磨性能提供了一個定量的評價(jià)方法。
[0005]—種纖維絲束耐磨性能的測量裝置，包括測試箱，測試箱內(nèi)設(shè)置有固定機(jī)構(gòu)，固定機(jī)構(gòu)上設(shè)置有纖維紗架、瓷眼、多個展紗輥、纖維卷繞機(jī)構(gòu)以及孔槽，孔槽內(nèi)設(shè)置有鍍鉻不銹鋼細(xì)棒，孔槽外設(shè)置有鍍鉻不銹鋼細(xì)棒，通過孔槽上下調(diào)節(jié)鍍鉻不銹鋼細(xì)棒的位置，使纖維絲束通過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)形成的夾角都是60度，在纖維絲束經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒之前設(shè)置有毛絲測量機(jī)構(gòu)一，在纖維絲束經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒之后設(shè)置有毛絲測量機(jī)構(gòu)二，測試箱上設(shè)置由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕和顯示器組成的控制機(jī)構(gòu)。
[0006]所述毛絲測量機(jī)構(gòu)采用C⑶相機(jī)，放大纖維絲束表面并記錄。
[0007]所述測試箱底部設(shè)置有水平調(diào)節(jié)旋鈕。
[0008]纖維絲束耐磨性能的測量裝置，通過以下步驟進(jìn)行測量:
[0009]①調(diào)節(jié)測試房間溫度為25°C±3°C，相對濕度為50% ±10%，并使用水平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)測試箱的水平，打開測試箱的推拉門，在此環(huán)境中靜置2小時(shí)以上；
[0010]②選需要測試耐磨性能的纖維固定在碳纖維紗架上，放置于步驟的環(huán)境中2小時(shí)；
[0011]③關(guān)閉推拉門，通過控制機(jī)構(gòu)，開啟電動機(jī)，初始轉(zhuǎn)速是每分鐘5轉(zhuǎn)；
[0012]④將纖維紗錠固定在纖維紗架上，纖維絲束依次穿過瓷眼，展紗輥，毛絲測量機(jī)構(gòu)一，展紗輥，鍍鉻不銹鋼細(xì)棒，毛絲測量機(jī)構(gòu)二，展紗輥，最后在纖維卷繞機(jī)構(gòu)上，回收纖維；通過孔槽上下調(diào)節(jié)鍍鉻不銹鋼細(xì)棒的位置，使碳纖維絲束通過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)形成的夾角都是60度；
[0013]⑤通過轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)纖維絲束通過毛絲測量機(jī)構(gòu)一和毛絲測量機(jī)構(gòu)二的速度0.1?10轉(zhuǎn)/分鐘；
[0014]⑥通過毛絲測量機(jī)構(gòu)一和毛絲測量機(jī)構(gòu)二，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)20?200，記錄1?5m纖維表面形貌，通過對纖維絲束圖像觀測，即可測試出單位長度纖維絲束的毛絲數(shù)量；
[0015]⑦選取多個長度段進(jìn)行測量，即可得到纖維絲束單位長度上的毛絲數(shù)量的算術(shù)平均值；
[0016]⑧通過對比經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒前后纖維絲束毛絲量的變化，計(jì)算纖維絲束耐磨性能的參考數(shù)值，分析纖維的耐磨性能，計(jì)算公式如下:
[0017]fff= |a/b
[0018]其中Wf代表纖維絲束的耐磨性能，a代表單位長度的纖維絲束經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒前后毛絲量的變化值，b = 3*2k，k為從0開始的整數(shù)，其中k = 0代表3k的纖維絲束，k=l代表6k的纖維絲束，k = 2代表12k的纖維絲束，依此類推。
[0019]碳纖維絲束耐磨性能的參考數(shù)值為0時(shí)，碳纖維絲束的耐磨性能最好，碳纖維絲束耐磨性能的參考數(shù)值越大，碳纖維絲束的耐磨性能越差。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0021](1)測試裝置原理簡單，使用和維護(hù)成本低廉。
[0022](2)測試方法簡單，測試人員經(jīng)過快速培訓(xùn)后即可操作，操作過程安全、快捷。
[0023](3)本發(fā)明可以測試碳纖維絲束的耐磨性能，為新型碳纖維以及上漿劑的研發(fā)提供有力的評價(jià)參數(shù)。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]—種纖維絲束耐磨性能的測量裝置，包括測試箱11，測試箱11內(nèi)設(shè)置有固定機(jī)構(gòu)10，固定機(jī)構(gòu)10上設(shè)置有纖維紗架1、瓷眼2、多個展紗輥、纖維卷繞機(jī)構(gòu)7以及孔槽5，孔槽5內(nèi)設(shè)置有鍍絡(luò)不銹鋼細(xì)棒17、18，孔槽5外設(shè)置有鍍絡(luò)不銹鋼細(xì)棒14、15、16，通過孔槽5上下調(diào)節(jié)鍍鉻不銹鋼細(xì)棒17、18的位置，使纖維絲束通過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒16、17、18、15時(shí)形成的夾角都是60度，在纖維絲束經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒之前設(shè)置有毛絲測量機(jī)構(gòu)一 4，在纖維絲束經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒之后設(shè)置有毛絲測量機(jī)構(gòu)二 13，測試箱11上設(shè)置由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕和顯示器組成的控制機(jī)構(gòu)8。
[0027]纖維紗架1的直徑是100mm，主要作用是固定纖維紗錠;瓷眼2的直徑6mm，作用固定纖維絲束的位置，保證纖維絲束不隨紗架的轉(zhuǎn)動而來回?cái)[動;展紗輥3、展紗輥6、展紗輥9的直徑都是200mm，作用是固定并展開纖維絲束;毛絲測量機(jī)構(gòu)一 4和毛絲測量機(jī)構(gòu)二 13，主要組成部件是改裝后的CCD相機(jī)，作用是放大纖維絲束表面并記錄，通過對畫面的觀測，測量出碳纖維絲束上的毛絲數(shù)量;孔槽5，用于調(diào)節(jié)鍍鉻不銹鋼細(xì)棒的上下位置，改變纖維運(yùn)行角度;纖維卷繞機(jī)構(gòu)7，主要是電機(jī)和紗架，通過電機(jī)為碳纖維絲束提供牽引力;控制機(jī)構(gòu)8，主要是由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕和顯示器組成，作用是調(diào)節(jié)測量速度；固定機(jī)構(gòu)10，長X寬X高分別為600mm X 40mm X 300mm，材料為承重304型不銹鋼，作用是固定測量裝置的主要部件;全封閉的測試箱11的長X寬X高分別為800mmX 400mmX 600mm，前面采用承重304型不銹鋼板，上面對開推拉門及其余3個側(cè)面采用無色透明塑料板，材質(zhì)可以為高透明度的聚乙烯或聚丙烯等，底面為承重304型不銹鋼板，作用是固定控制與顯示機(jī)構(gòu)，并密閉整個測試裝置;水平調(diào)節(jié)旋鈕12在全封閉的測試箱底部配有4個，，方便調(diào)節(jié)測試箱水平;鍍鉻不銹鋼細(xì)棒14、15、16、17、18，直徑都是2mm，共5根，作用是讓通過細(xì)棒的碳纖維絲束起毛，與不通過細(xì)棒的碳纖維絲束對比，測試碳纖維的耐磨性能。
[0028]碳纖維絲束耐磨性能的測量步驟如下:
[0029]1、調(diào)節(jié)測試房間溫度為25°C±3°C，相對濕度為50% ±10%，并使用水平調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)測試箱的水平，打開測試箱的推拉門，在此環(huán)境中靜置2小時(shí)以上；
[0030]2、選取HF30-12K-A2碳纖維(定長約為5000米)，固定在纖維紗架1上，放置于步驟1環(huán)境中2小時(shí)；
[0031]3、關(guān)閉推拉門，通過轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)8，開啟電動機(jī)，初始轉(zhuǎn)速是每分鐘5轉(zhuǎn)；
[0032]4、將碳纖維紗錠固定在纖維紗架1上，碳纖維絲束依次穿過瓷眼2，展紗輥3，毛絲測量機(jī)構(gòu)一 4，展紗輥6，鍍鉻不銹鋼細(xì)棒16、17、18、15和14(通過孔槽5上下調(diào)節(jié)鍍鉻不銹鋼細(xì)棒17、18的位置，使碳纖維絲束通過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒16、17、18、15時(shí)形成的夾角都是60度)，毛絲測量機(jī)構(gòu)二 13，展紗輥9，最后在碳纖維卷繞機(jī)構(gòu)7上回收碳纖維，如圖1所示；
[0033]5、通過控制機(jī)構(gòu)8調(diào)節(jié)碳纖維絲束通過毛絲測量機(jī)構(gòu)一 4和毛絲測量機(jī)構(gòu)二 13的速度，當(dāng)轉(zhuǎn)速是1轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，可以清晰觀測到碳纖維表面的形貌；
[0034]6、通過毛絲測量機(jī)構(gòu)一4和毛絲測量機(jī)構(gòu)二 13，同時(shí)調(diào)節(jié)CCD相機(jī)放大倍數(shù)為40倍，記錄2m長纖維表面形貌，通過對碳纖維絲束圖像觀測，測試出單位長度碳纖維絲束的毛絲數(shù)量，未經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)單位長度碳纖維絲束的毛絲數(shù)量是7個，經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)單位長度碳纖維絲束的毛絲數(shù)量是15個；
[0035]7、選取5個長度段進(jìn)行測量，測試得到未經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)單位長度碳纖維絲束的毛絲數(shù)量分別是5個、8個、6個、5個、7個，計(jì)算得到碳纖維絲束單位長度上的毛絲數(shù)量的算術(shù)平均值是6個，經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒時(shí)單位長度碳纖維絲束的毛絲數(shù)量分別是15個、17個、17個、15個、16個，計(jì)算得到碳纖維絲束單位長度上的毛絲數(shù)量的算術(shù)平均值是16個；
[0036]8、計(jì)算得到經(jīng)過鍍鉻不銹鋼細(xì)棒前后單位長度碳纖維絲束毛絲量的變化是10個，計(jì)算碳纖維絲束耐磨性能的參考數(shù)值，計(jì)算結(jié)果如下:
[0037]fff=10/12 = 0.83
[0038]得到碳纖維的耐磨性能參數(shù)為0.83。
[0039]實(shí)施例2
[0040]纖維絲束耐磨性能的測量裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
[0041 ]碳纖維絲束耐磨性能的測量步驟如下:
[0042]1、調(diào)節(jié)測試房間溫度為25°C±3°C，相對濕度為50% ±10%，并使用水平調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)測試箱的水平，打開測試箱的推拉門，在此環(huán)境中靜置2小時(shí)以上；