CN101831719B - 高性能纤维同步辐射原位检测试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高性能纤维同步辐射原位检测试验机。包括机座、机架、牵伸热箱、前牵伸机构、后牵伸机构、卷绕机构和平移机构；所述的牵伸热箱用于纤维丝束的加热，在箱体的一侧对应于纤维丝束处设有工作区隙；所述的前、后牵伸机构为受热纤维丝束的牵伸提供牵伸力；所述的卷绕机构用于收卷热牵伸后的纤维丝束；所述的平移机构用于机架的水平移动，其包含平移电机、传动丝杠和导轨。本发明结构合理、操作方便，与同步辐射装置配合使用，及时准确地检测出高强主模聚乙烯纤维丝束在受热牵伸情况下的分子变化情况，为高性能纤维生产的超倍热牵伸工艺设计提供有力的技术支撑，缩短调试周期，保证纤维的产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能纤维同步辐射原位检测试验机。
背景技术
以碳纤维、芳纶纤维及高强高模聚乙烯纤维为代表的高性能纤维，由于具有优良的性能而在现代战争、航空航天、海域防御、武器装备等领域发挥着举足轻重的作用；同时，在汽车、船舶、绳网、医疗器械、运动器材等领域也有着广阔的应用前景。
在高性能纤维的生产过程都需要进行热牵伸工艺，以高强高模聚乙烯纤维的生产为例，它是将超高分子量的聚乙烯溶于第一溶剂中，制成聚乙烯溶液；该溶液由螺杆挤出机挤出，再经纺丝箱喷出后，冷却凝固成冻胶纤维；再用挥发性的第二溶剂萃取出第一溶剂，待干燥后，再进行超倍热牵伸，最终制得高强高模聚乙烯纤维。其中，超倍热牵伸的机理是促进大分子沿纤维轴向的取向；在热牵伸过程中，聚乙烯大分子由折叠链向伸直链变化，伸直链之间相互靠拢，彼此之间作用力增强，纤维随外加张力的分子链数量增加，使纤维的断裂强度显著提高，条理分明度下降，耐磨性及对各类形变的疲劳强度也明显提高。由此可见，超倍热牵伸是制备高强高模聚乙烯纤维的关键环节；超倍热牵伸的温度、拉力、牵伸倍率等工艺参数的设计，将直接影响高强高模聚乙烯纤维的性能和品质。
然而现有的高性能纤维的热牵伸工艺设计，通常都是在生产线开车前，经反复调试后才确定的，这样不仅费时费力，调试周期长，而且缺乏对纤维内部结构实时跟踪、检测，使纤维的品质得不到保证。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种高性能纤维同步辐射原位检测试验机，可用于研究纤维丝束在拉伸过程中内部结构的演化过程，阐明纤维丝束内部缺陷与牵伸条件之间的关联，寻找影响高性能纤维结构转变的关键过程和关键参数，以提升高性能纤维工艺优化的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机座、机架、牵伸热箱、前牵伸机构、后牵伸机构、卷绕机构和平移机构；
所述的牵伸热箱用于纤维丝束的加热，包含箱体及置于箱体内的加热元件；箱体装于机架上，箱体的两端分别设有纤维丝束进口和纤维丝束出口，并在纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有托丝辊；在箱体的一侧对应于纤维丝束处设有工作区隙，以供同步辐射装置摄取纤维丝束在受热牵伸状态下的分子结构变化情况；
所述的前、后牵伸机构安装于牵伸热箱前、后的机架上，为受热纤维丝束的牵伸提供牵伸力；前牵伸机构和后牵伸机构为对称结构，均包含数个牵伸热辊和牵伸电机，牵伸电机与其中的一只牵伸热辊相连而传递动力，该牵伸热辊再与其它的牵伸热辊依次传递动力；
所述的卷绕机构包含装于机架上的卷绕辊和卷绕电机，卷绕辊与卷绕电机相连，用于收卷热牵伸后的纤维丝束；
所述的平移机构用于机架的水平移动，其包含平移电机、传动丝杠和导轨；传动丝杠和导轨平行地装于机座上，且传动丝杠与平移电机相连；所述机架置于导轨上且与传动丝杠相连；当平移电机带动传动丝杠转动时，使机架在导轨上前后平移，而便于同步辐射装置对纤维进行微观构象的实时捕捉。
在上述箱体的纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有纤维丝束调节机构；所述的纤维丝束调节机构包含调节丝杆、微型电机和升降座；微型电机通过调节丝杆与升降座相连；所述升降座的顶端设有托持纤维丝束的凹槽。这样，通过微型电机带动升降座的运行，来调节丝束位置，确保同步辐射装置准确无误地检测到纤维，以便获得纤维内部结构在外部应力下的变化、微观破坏细节等信息，以探寻纤维缺陷形成的关键因素，以便优化工艺与制备条件。
上述卷绕辊与张力调节器相连，以适时调节卷绕辊上纤维丝束的收卷张力。
上述箱体沿工作区隙而分设成上盖和下箱体，所述上盖与下箱体的一侧相铰接，使上盖能够开启而便于维修和接丝。
本发明的有益效果在于：其结构合理、操作方便，与同步辐射装置配合使用，及时准确地检测出高强主模聚乙烯纤维丝束在受热牵伸情况下的分子变化情况，为高性能纤维生产的超倍热牵伸工艺设计提供有力的技术支撑，缩短调试周期，保证纤维的产品质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所采用的纤维丝束调节机构的结构示意图。
图中：1为箱体、1-1为上盖、1-2为下箱体、1-3为工作区隙、2为电热元件、3为托丝辊、4为纤维丝束调节机构、4-1为升降座、4-2为调节块、4-3为调节丝杆、4-4为微型电机、5为牵伸热辊、6为牵伸电机、7为张力调节器、8为卷绕辊、9为导轨、10为卷绕电机、11为机架、12为放丝辊、13为机座、14为传动丝杠、15为平移电机、16为纤维丝束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明所述的高强高模聚乙烯纤维热牵伸试验机，包括机座13、机架11、牵伸热箱、前牵伸机构、后牵伸机构、卷绕机构和平移机构。
所述的牵伸热箱用于纤维丝束的加热，包含箱体1及置于箱体1内的加热元件2；箱体1装于机架11上，箱体1的两端分别设有纤维丝束进口和纤维丝束出口，并在纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有托丝辊3；在箱体1的一侧对应于纤维丝束处设有工作区隙1-3；所述箱体1沿工作区隙1-3而分设成上盖1-1和下箱体1-2，上盖1-1与下箱体1-2的另一侧相铰接，使上盖1-1能够开启而便于维修和接丝。
所述的前、后牵伸机构分别安装于牵伸热箱前、后的机架11上，为受热纤维丝束的牵伸提供牵伸力；前牵伸机构和后牵伸机构为对称结构，均包含五个牵伸热辊5和牵伸电机6，牵伸电机6与其中的一只牵伸热辊5相连而传递动力，该牵伸热辊5再通过齿轮传动副与其它的牵伸热辊5依次传递动力。
所述的卷绕机构包含装于机架11上的卷绕辊8和卷绕电机10，卷绕辊8，用于收卷热牵伸后的纤维丝束；上述卷绕辊8与张力调节器7相连，以适时调节卷绕辊8上纤维丝束的收卷张力。
所述的平移机构用于机架11的水平移动，其包含平移电机15、传动丝杠14和导轨9；传动丝杠14和导轨9平行地装于机座13上，且传动丝杠14与平移电机15相连；所述机架11置于导轨9上且与传动丝杠14相连；当平移电机15带动传动丝杠14转动时，使机架11在导轨9上前后平移，而便于固定的同步辐射装置及时同步地摄取受热牵伸的纤维丝束的分子结构变化情况。
在上述箱体1的纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有纤维丝束调节机构；所述的纤维丝束调节机构包含调节丝杆4-3、微型电机4-4和升降座4-1；微型电机4-4通过调节丝杆4-3与调节块4-2相连，升降座4-1安置于调节块4-2上；所述升降座的顶端设有托持纤维丝束的凹槽。这样，通过微型电机4-4带动升降座4-1的运行，以便调节丝束位置，确保同步辐射装置准确无误地检测到纤维。
工作时，在安置于机架11上的放丝辊12上放置待加工的纤维丝束16，纤维丝束经前牵伸机构的数只牵伸热辊5后，从牵伸热箱的进丝口进入箱体1内进行加热，该纤维丝束16由于还受后牵伸机构的作用，从而在箱体1中边加热边牵伸；同时，该纤维丝束在纤维丝束调节机构的作用下，始终处于箱体1一侧的工作区隙中；此时，与本发明配合使用的同步辐射装置工作，对受热牵伸的纤维丝束进行拍摄；平移机构也进行工作，使纤维丝束16与同步辐射装置进行相对运动，从而掌握牵伸热箱工作区隙各点的纤维丝束16的分子结构的变化情况。
本发明还可通过调节牵伸热箱的加热温度，以及前、后牵伸机构的转速，使同步辐射装置能捕捉到到不同温度及牵伸倍率下的纤维丝束的微观变化信息，从而得出最优的工艺参数，为工业化生产高性能纤维的热牵伸工艺提供有力的技术支撑。
Claims (3)
1.高性能纤维同步辐射原位检测试验机，其特征在于：包括机座、机架、牵伸热箱、前牵伸机构、后牵伸机构、卷绕机构和平移机构；
所述的牵伸热箱用于纤维丝束的加热，包含箱体及置于箱体内的加热元件；箱体装于机架上，箱体的两端分别设有纤维丝束进口和纤维丝束出口，并在纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有托丝辊；在箱体的一侧对应于纤维丝束处设有工作区隙，以供同步辐射装置摄取纤维丝束在受热牵伸状态下的分子结构变化情况；在上述箱体的纤维丝束进口和纤维丝束出口处设有纤维丝束调节机构；所述的纤维丝束调节机构包含调节丝杆、微型电机和升降座；微型电机通过调节丝杆与升降座相连；所述升降座的顶端设有托持纤维丝束的凹槽；
所述的前、后牵伸机构安装于牵伸热箱前、后的机架上，为受热纤维丝束的牵伸提供牵伸力；前牵伸机构和后牵伸机构为对称结构，均包含数个牵伸热辊和牵伸电机，牵伸电机与其中的一只牵伸热辊相连而传递动力，该牵伸热辊再与其它的牵伸热辊依次传递动力；
所述的卷绕机构包含装于机架上的卷绕辊和卷绕电机，卷绕辊与卷绕电机相连，用于收卷热牵伸后的纤维丝束；
所述的平移机构用于机架的水平移动，其包含平移电机、传动丝杠和导轨；传动丝杠和导轨平行地装于机座上，且传动丝杠与平移电机相连；所述机架置于导轨上且与传动丝杠相连；当平移电机带动传动丝杠转动时，使机架在导轨上前后平移，而便于同步辐射装置对纤维进行微观构象的实时捕捉。
2.根据权利要求1所述的高性能纤维同步辐射原位检测试验机，其特征在于：上述卷绕辊与张力调节器相连，以适时调节卷绕辊上纤维丝束的收卷张力。
3.根据权利要求1所述的高性能纤维同步辐射原位检测试验机，其特征在于：上述箱体沿工作区隙而分设成上盖和下箱体，所述上盖与下箱体的一侧相铰接，使上盖能够开启而便于维修和接丝。
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