CN103884599A - 一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，包括夹持机构，夹持机构包括下夹持器，限位杆下端固定在下夹持器上，限位杆上端限定上夹持器在竖直位置上下移动，固定针与上、下夹持器上的圆孔耦合；位移机构包括支架，下夹持器、步进电机、丝杆设于支架上，涡轮设于步进电机上，齿轮设于丝杆下端且与涡轮连接；压缩机构包括滑行杆，滑行杆一端套接在丝杆上，滑行杆另一端固接压力传感器，平板通过固接杆设于压力传感器下方。本发明还提供了一种纺织材料防滑的平板压缩测量方法。本发明可实现纺织材料防滑的平板压缩，防止平板压缩过程中纺织材料的水平滑移和垂直移动，获得边界条件固定、压缩应力和应变曲线高重现性的测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及纺织精密测量仪器技术领域，尤其是一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置及方法，较优地实现压缩刚度大的纺织材料在平板压缩过程中的平稳压缩，适用于间隔织物、层合织物、三维机织物、三维针织物、非织物、复合织物、泡沫或海绵的防滑的平板压缩测量。
背景技术
目前，随着纺织材料在航空航天、深海、建筑和医用领域的拓展应用，多层织物的复合结构、由间隔丝连接上、下表面层织物构成的间隔织物结构等脱颖而出(迈克尔·申德齐洛尔兹，约翰·普鲁伊特，卡尔·瓦格纳，间隔织物，发明专利号：200580019396.3，申请日2005年4月4日；B·加鲁斯，间隔织物及其制造方法，发明专利号：200780007387.1，申请日2007年1月31日；李少玲，经编间隔织物冬夏两用垫及其加工方法，发明专利号：201010253103.0，申请日2010年8月11日)。此类织物由于厚度明显大于传统服用纺织品，以往基本上可忽略的厚度方向的压缩性能变得尤为重要。如颇受医用床垫和坐垫产品青睐的间隔织物(韦锡南等新伟张建芬万益，基于3D经编间隔织物的医用透气护垫，专利号201220682283.9，申请日2012年12月11日)，其与人体间的相互作用的关键之一，就是压缩力学行为的分析。然而传统的织物压缩实验基本上是将织物直接放在压缩仪下进行压缩性能测试(GB／T24442.2-2009，纺织品压缩性能的测定第2部分：等速法；GB／T24442.1-2009，纺织品压缩性能的测定第1部分：恒定法)，主要在于织物薄，相对于织物的测试长度和宽度而言可忽略不计，且实验的重现性较高，故以往的织物压缩试验不用考虑织物边缘的固定问题。
但对于间隔织物而言，其厚度基本上都超过3mm，且对于床垫和坐垫用间隔织物而言，厚度往往高于1cm，此情况下的厚度相对织物长度和宽度而言不可忽略；且服用所选的间隔丝具有较强的压缩刚度，因而在压缩过程中的抵抗压缩变形的能力强，则间隔织物压缩过程中出现许多新的问题，影响实验测试结果，如间隔织物压缩过程中，由于压缩夹头表面光滑，压缩夹头与间隔织物间的摩擦阻力小，当间隔织物压缩时，由于间隔丝压缩的不对称性造成间隔织物表面的受力不对称，间隔织物在压缩夹头表面滑动，造成压缩力有明显波动；而且，间隔织物在压缩过程中由于间隔丝的压缩刚度大，造成间隔织物边缘的明显翘起，进而造成压缩力测试结果的波动。因此为了基于间隔织物的压缩力-位移曲线，指导和改进间隔织物的结构设计、优化间隔织物产品，极为必要获得稳定和精准的压缩性能试验结果。因此有必要研制间隔织物平板压缩测试时的防滑测量装置和方法。
目前还未见有纺织材料平板压缩时的专门测量装置，尤其是压缩过程中如何防止滑动的测量装置，国内外无相关报道；也未见有用于间隔织物平板压缩条件下的防滑测量方法。故为指导间隔织物的结构设计，开发新的功能产品，也为了明晰间隔织物的结构与压缩性能的关系，需要对间隔织物实施防滑的平板压缩实验装置改进，实现防滑、高重现性、精准、客观的有效测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置及方法，可对纺织材料在压缩作用下的边界条件稳定的测量，防止压缩作用下纺织材料上表面和下表面发生滑动位移，影响测试结果，可实现压缩实验结果稳定的压缩测量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：包括夹持机构、压缩机构和位移机构，夹持机构、压缩机构均设于位移机构上且压缩机构位于夹持机构上方；
夹持机构包括下夹持器，限位杆下端固定在下夹持器上，限位杆上端通过耦合上夹持器上的螺丝孔限定上夹持器在竖直位置上下移动；固定针与上夹持器上的上圆孔和下夹持器上的下圆孔耦合；
位移机构包括L形结构的支架，夹持机构的下夹持器耦合在支架的水平结构上，步进电机也设于支架的水平结构上，涡轮设于步进电机上，丝杆设于支架的竖直结构上，齿轮设于丝杆下端且与涡轮连接；
压缩机构包括滑行杆，滑行杆一端套接在位移机构的丝杆上，滑行杆另一端固接有压力传感器；固接杆一端固接压力传感器，固接杆另一端固接平板。
优选地，所述固定针为不锈钢材料制成的直径为0.1～1mm的圆柱形针。
优选地，所述下夹持器上的下圆孔呈圆周分布，所述上夹持器上的上圆孔也呈圆周分布，下圆孔、上圆孔的数量均为4～108个。
优选地，所述限位杆调节所述上夹持器仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动的范围为4～400mm。
优选地，所述压力传感器的量程范围为0～5000N，所述压力传感器的精度为万分之一。
优选地，所述平板由所述位移机构驱动进行垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米；所述平板为直径为50～500mm的圆柱形，所述平板为不锈钢材料、聚氨酯材料、聚氯乙烯材料、聚四氟乙烯材料中任意一种制成。
优选地，所述上夹持器与下夹持器均由不锈钢材料、聚氨酯材料、聚氯乙烯材料、聚四氟乙烯材料中任意一种制成；所述上夹持器与下夹持器的直径为100～500mm。
本发明还提供了一种纺织材料防滑的平板压缩测量方法，其特征在于，采用上述纺织材料防滑的平板压缩测量装置，具体步骤包括：
第一步：将纺织材料放置于下夹持器上，接着将上夹持器通过限位杆套入并靠自重压在纺织材料上；
第二步：将固定针由上夹持器的上圆孔上插入，穿过纺织材料后插入下夹持器的下圆孔，实现纺织材料的边界固定；
第三步：启动位移机构的步进电机带动涡轮转动，进而带动齿轮转动，驱动丝杆转动；丝杆带动滑行杆、压力传感器、固接杆和平板垂直向下移动，平板压缩上夹持器下移实施对纺织材料的平板压缩；
第四步：压力传感器采集平板对纺织材料的压缩力，通过平板的垂直移动速度和运行时间可获得压缩位移，从而实现稳定的压缩力-压缩位移曲线的获取。
优选地，所述纺织材料为间隔织物、层合织物、三维机织物、三维针织物、非织物、复合织物、泡沫或海绵。
本发明针对间隔织物的压缩性能试验出现的问题，采用上、下夹持器束缚间隔织物的垂直移动，尤其是间隔织物边缘的翘起，并采用固定针在间隔织物边缘插入，从而固定间隔织物的边缘，完成间隔织物的边界条件的固定，避免压缩过程中间隔织物的边界条件不可控的测量问题。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明涉及的纺织材料的压缩实验测量，创新地实现了纺织材料压缩过程中的边界固定的测量装置和方法，解决了压缩过程中纺织材料在较大压缩力作用下的水平滑移的测量技术问题，建立了科学的表征手段；
2、本发明尤其是首先解决了间隔织物压缩条件下上下表面的滑移问题，提供了间隔织物压缩性能过程中形态稳定的实验测量方法，成功实施了高重现性、客观和精准的压缩性能测量，为研究间隔织物应用过程中的压缩性能变化与结构的关系提供了测试装置和方法；
3、整个装置结构精巧，可实现简易、便捷、稳定的纺织材料，尤其是间隔织物的压缩性能测试。
附图说明
图1为本发明提供的纺织材料防滑的平板压缩测量装置示意图；
图2为夹持机构的斜视示意图；
图3为夹持机构夹持纺织材料的主视图；
图4为夹持机构的主视图；
图5为上夹持器的俯视图；
图6为下夹持器的俯视图；
具体实施方式
图1为本发明提供的纺织材料防滑的平板压缩测量装置示意图，所述的纺织材料防滑的平板压缩测量装置包括夹持机构1、压缩机构3和位移机构4。
结合图2～图4，夹持机构1由下夹持器11、上夹持器12、固定针13、限位杆14构成，限位杆14下端固定在下夹持器11上，限位杆14上端通过耦合上夹持器12上的螺丝孔122限定上夹持器12在竖直位置上下移动。结合图5和图6，下夹持器11上开有下圆孔111，上夹持器12上开有上圆孔121，固定针13与上夹持器12上的上圆孔111和下夹持器11上的下圆孔111耦合。
位移机构4包括L形结构的支架41、步进电机42、涡轮43、齿轮44和丝杆45，夹持机构1的下夹持器11耦合在支架41的水平结构上；步进电机42也固定在支架41的水平结构上，涡轮43固定在步进电机42上，丝杆45固定在支架41的竖直结构上，齿轮44固定在丝杆45下端且与涡轮43连接。
压缩机构3由滑行杆31、压力传感器32、固接杆33和平板34构成，滑行杆31一端套接在位移机构4的丝杆45上，另一端固接有压力传感器32；固接杆33一端固接有平板34，另一端固接压力传感器32。
使用所述纺织材料防滑的平板压缩测量装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步：将纺织材料2放置于下夹持器11上，接着将上夹持器12通过限位杆14套入并靠自重压在纺织材料2上；
第二步：将固定针13由上夹持器12的上圆孔121上插入，穿过纺织材料2后插入下夹持器11的下圆孔111，实现纺织材料2的边界固定；
第三步：启动位移机构4的步进电机42带动涡轮43转动，进而带动齿轮44转动，驱动丝杆45转动；丝杆45带动滑行杆31、压力传感器32、固接杆33和平板34垂直向下移动，平板34压缩上夹持器12下移实施对纺织材料2的平板压缩；
第四步：压力传感器32采集平板34对纺织材料2的压缩力，通过平板34的垂直移动速度和运行时间可获得压缩位移，从而实现稳定的压缩力-压缩位移曲线的获取。
本发明的实施原理在于首先根据纺织材料的厚度，固定在下夹持器11上的限位杆14通过上夹持器12的螺丝孔122套接在上夹持器12上，并限定上夹持器12仅能再垂直位置沿着限位杆14上下移动；然后，将固定针13由上夹持器12的上圆孔121上插入，穿过纺织材料2后插入下夹持器11的下圆孔111，根据纺织材料2不同，插入一定数量的固定针13，有效控制纺织材料2的边界滑动现象，防止压缩过程中纺织材料2上、下表面的水平滑动，从而实现纺织材料2的防滑平板压缩实验；启动位移机构4驱动压缩机构3的平板34对纺织材料2进行平板压缩，与平板34相连的压力传感器32采集平板34对纺织材料2的压缩力，平板34的垂直移动速度和运行时间可获得压缩位移，从而实现稳定的压缩力-压缩位移曲线的获取。本发明可实现纺织材料平板压缩的防滑压缩，防止平板压缩过程中纺织材料的滑动，获得上、下垂直边界和左、又水平边界固定及其压缩应力和应变曲线高重现性的测试方法。
为使本发明更明显易懂，兹以几个优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
18mm厚经编间隔织物压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为36个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为36个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为25mm。压力传感器32的量程为5000N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为150mm，且平板34为不锈钢材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由不锈钢材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为200mm。
实施例2
20mm厚机织间隔织物压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.2mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为72个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为72个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为50mm。压力传感器32的量程为3000N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为100mm，且平板34为聚四氟乙烯材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由聚四氟乙烯材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为150mm。
实施例3
180mm厚层合织物压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为108个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为108个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为200mm。压力传感器32的量程为5000N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为100mm，且平板34为聚氨酯材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由聚氨酯材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为150mm。
实施例4
50mm厚非织物压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.3mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为54个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为54个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为70mm。压力传感器32的量程为2500N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为120mm，且平板34为聚氯乙烯材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由聚氯乙烯材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为180mm。
实施例5
60mm厚海绵压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为108个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为108个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为80mm。压力传感器32的量程为1000N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为300mm，且平板34为聚氯乙烯材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由聚氯乙烯材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为400mm。
实施例6
80mm厚泡沫压缩性能测量。
固定针13为不锈钢材料制成的直径为0.25mm的圆柱形针；下夹持器11上的下圆孔111呈圆周分布，圆周上的下圆孔111的数量为36个；上夹持器12上的上圆孔121呈圆周分布，圆周上的上圆孔121的数量为36个。
限位杆14调节上夹持器12仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动，移动距离为10mm。压力传感器32的量程为4000N，精度为万分之一。
平板34由位移机构4驱动垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米。平板34为圆柱形，圆柱形的直径为80mm，且平板34为聚氨酯材料制成。
上夹持器12与下夹持器11均由聚氨酯材料制成，上夹持器12与下夹持器11的直径为150mm。
Claims (9)
1.一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：包括夹持机构(1)、压缩机构(3)和位移机构(4)，夹持机构(1)、压缩机构(3)均设于位移机构(4)上且压缩机构(3)位于夹持机构(1)上方；
夹持机构(1)包括下夹持器(11)，限位杆(14)下端固定在下夹持器(11)上，限位杆(14)上端通过耦合上夹持器(12)上的螺丝孔(122)限定上夹持器(12)在竖直位置上下移动；固定针(13)与上夹持器(12)上的上圆孔(111)和下夹持器(11)上的下圆孔(111)耦合；
位移机构(4)包括L形结构的支架(41)，夹持机构(1)的下夹持器(11)耦合在支架(41)的水平结构上，步进电机(42)也设于支架(41)的水平结构上，涡轮(43)设于步进电机(42)上，丝杆(45)设于支架(41)的竖直结构上，齿轮(44)设于丝杆(45)下端且与涡轮(43)连接；
压缩机构(3)包括滑行杆(31)，滑行杆(31)一端套接在位移机构(4)的丝杆(45)上，滑行杆(31)另一端固接有压力传感器(32)；固接杆(33)一端固接压力传感器(32)，固接杆(33)另一端固接平板(34)。
2.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述固定针(13)为不锈钢材料制成的直径为0.1～1mm的圆柱形针。
3.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述下夹持器(11)上的下圆孔(111)呈圆周分布，所述上夹持器(12)上的上圆孔(121)也呈圆周分布，下圆孔(111)、上圆孔(121)的数量均为4～108个。
4.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述限位杆(14)调节所述上夹持器(12)仅能在垂直方向做无摩擦的上下移动的范围为4～400mm。
5.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述压力传感器(32)的量程范围为0～5000N，所述压力传感器(32)的精度为万分之一。
6.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述平板(34)由所述位移机构(4)驱动进行垂直往复移动，垂直往复移动的最小精度为1微米；所述平板(34)为直径为50～500mm的圆柱形，所述平板(34)为不锈钢材料、聚氨酯材料、聚氯乙烯材料、聚四氟乙烯材料中任意一种制成。
7.如权利要求1所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量装置，其特征在于：所述上夹持器(12)与下夹持器(11)均由不锈钢材料、聚氨酯材料、聚氯乙烯材料、聚四氟乙烯材料中任意一种制成；所述上夹持器(12)与下夹持器(11)的直径为100～500mm。
8.一种纺织材料防滑的平板压缩测量方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任一项所述的纺织材料防滑的平板压缩测量装置，具体步骤包括：
第一步：将纺织材料(2)放置于下夹持器(11)上，接着将上夹持器(12)通过限位杆(14)套入并靠自重压在纺织材料(2)上；
第二步：将固定针(13)由上夹持器(12)的上圆孔(121)上插入，穿过纺织材料(2)后插入下夹持器(11)的下圆孔(111)，实现纺织材料(2)的边界固定；
第三步：启动位移机构(4)的步进电机(42)带动涡轮(43)转动，进而带动齿轮(44)转动，驱动丝杆(45)转动；丝杆(45)带动滑行杆(31)、压力传感器(32)、固接杆(33)和平板(34)垂直向下移动，平板(34)压缩上夹持器(12)下移实施对纺织材料(2)的平板压缩；
第四步：压力传感器(32)采集平板(34)对纺织材料(2)的压缩力，通过平板(34)的垂直移动速度和运行时间可获得压缩位移，从而实现稳定的压缩力-压缩位移曲线的获取。
9.如权利要求8所述的一种纺织材料防滑的平板压缩测量方法，其特征在于：所述纺织材料(2)为间隔织物、层合织物、三维机织物、三维针织物、非织物、复合织物、泡沫或海绵。
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