CN104330442A - 一种碳纤维稳定性在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维稳定性的在线监测装置及方法，包括支架、电源、测量仪表、正极辊以及负极辊，正极辊和负极辊均固定在支架上，正极辊和负极辊沿着碳纤维的运行方向依次设置，正极辊与电源的正极连接，负极辊与电源的负极连接，正极辊和负极辊与支架之间均设置有绝缘材料，正极辊和测量仪表的正极连接，所述负极辊和测量仪表的负极连接。本发明解决了现有的碳纤维测试装置及方法仅仅只能检测生产下线后的产品，且无法做到长程全检，时效性差的技术问题，本发明通过电阻的变化来评判产品的稳定性，实现在线监测，确保了产品的无损检测和稳定性的有效判定。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维领域，具体涉及一种碳纤维稳定性的在线监测装置及方法。
背景技术
碳纤维作为一种复合材料增强体，因具有一系列的优异性能，已经在航天航空、国防军工和各民用高技术领域得到越来越广泛的应用。作为基础原材料，碳纤维在上述领域的应用关键是产品质量的稳定可靠，碳纤维属于长程性材料，稳定性一直是生产控制的难点，如目前应用最为广泛的PAN基碳纤维，生产流程包含聚合、纺丝、氧化碳化等系列工艺过程，生产流程长、工艺路线复杂，产品质量控制特别是稳定性监控方面，一直是产业的难点。
对于产品质量的把控首要条件是性能的各项监测，目前碳纤维的性能测试如力学性能有很多，仅碳纤维复丝性能的测试就有ZL201010283925.3、201210290367.2、201220405443.5、201310625429.5、201410087488.6等诸多专利，这些专利也涉及一些测试装置的研制，不过都是针对生产下线后的产品，而且是根据部分检测结果判定整体性能，无法做到全检，时效性也较差。
针对上述专利中装置和方法的不足，结合生产和应用的需要，设计一种能够在线检测和实时反馈产品性能信息的装置，对于碳纤维的生产而言极为重要和迫切。要想在线监控产品的稳定性，首先就要找到一种能够反应产品稳定性的特殊指标，本发明即根据碳纤维的自身特点，依据电阻这一参数，设计了一种快速检测装置，该装置能够做到无损快速检测，且所有信息可以导入生产线自控系统，可以实时记录。根据记录数据即可判定碳纤维产品的长程、轴间和批间稳定性。
发明内容
为了解决现有的碳纤维测试装置及方法仅仅只能检测生产下线后的产品，且无法做到长程全检，时效性差的技术问题，本发明提供一种碳纤维稳定性在线监测装置及方法。
本发明的技术解决方案：
一种碳纤维稳定性在线监测装置，其特殊之处在于：包括支架、电源、测量仪表、正极辊以及负极辊，所述正极辊和负极辊均固定在支架上，所述正极辊和负极辊沿着碳纤维的运行方向依次设置，所述正极辊与电源的正极连接，所述负极辊与电源的负极连接，所述正极辊和负极辊与支架之间均设置有绝缘材料，所述正极辊和测量仪表的正极连接，所述负极辊和测量仪表的负极连接。
上述正极辊与负极辊在同一个高度时，在线监测装置还包括自由轮，所述自由轮固定在支架上，位于正极辊和负极辊之间且高度低于正极辊和负极辊。
上述正极辊高于/低于负极辊。
上述正极辊和负极辊均为一体式结构。
上述正极辊由多个独立的导向轮组成，每一束碳纤维占用一个导向轮；所述负极辊与正极辊的结构相同，相邻导向轮之间绝缘。
碳纤维稳定性在线监测装置的在线监测方法，包括以下步骤：
1】打开电源和测量仪表；
2】测量仪表连续采集长度为L的碳纤维的电阻；
3】通过采集的电阻数据的变化幅度判断碳纤维的稳定性。
本发明所具有的优点：
1、对于一定长度的碳纤维而言，在其两固定端施加一定的直流电压，可通过电流测试其闭环电路中的电流值，然后根据欧姆定律，通过闭环电路中的电流值的变化可以实时监视碳纤维的电阻值(或电阻率)的变化情况，从而反应出碳纤维质量的稳定性。
2、本发明通过在碳纤维生产线氧化碳化工艺段加装一套在线测控系统，即可实现产品质量稳定性的快速反馈，且质量信息直接导入自控系统，形成自动报警和调整机制，可以做到产品稳定的在线监管，结合后续的性能测试，能够确保产品质量稳定的低成本控制。
3、本发明主要是根据生产线的实际情况，选定一定长度的碳纤维丝束，在线增加正负两个电极，并配以信号读取、记录仪表，在碳纤维生产运行中，实时读取该段碳纤维的电阻，通过电阻的变化来评判产品的稳定性，实现在线监测，确保了产品的无损检测和稳定性的有效判定。
附图说明
图1为本发明碳纤维稳定性在线监测装置的示意图；
图2为本发明的一种实施例示意图；
图3为本发明的另一种实施例示意图。
其中附图标记为：1-正极辊，2-负极辊，3-自由辊，4-支架，5-碳纤维，6-电源，7-测量仪表。
具体实施方式
如图1所示，碳纤维稳定性在线监测装置，包括支架4、电源6、测量仪表7、正极辊1以及负极辊2，正极辊1和负极辊2均固定在支架4上，正极辊1和负极辊2沿着碳纤维5的运行方向依次设置，正极辊1与电源6的正极连接，负极辊2与电源6的负极连接，正极辊1和负极辊2与支架之间均设置有绝缘材料，正极辊1和测量仪表7的正极连接，负极辊2和测量仪表7的负极连接。正极辊(或正极轮)和负极轮(或负极辊)与之间绝缘。
自由轮采用分体式、浮动结构，实现张力的恒定；同时，必须与支架绝缘。
如图2所示，正极辊与负极辊在同一个高度时，在线监测装置还包括自由轮，自由轮固定在支架上，位于正极辊和负极辊之间且低于正极辊和负极辊。
如图2所示，正极辊高于负极辊。
正极辊或负极辊可以采用整体式辊。
正极辊和负极辊也可以采用分体式结构(即：每个丝束占用一只导向轮)；同时，各正极导向轮或负极导向轮之间彼此绝缘。
实施例1：
该装置位于碳化和表面处理之间。
设计参数：丝束间距：10mm(相邻丝束中心间距)、4-5mm(相邻丝束净间距)
丝束宽度：5-6mm；测试有效长度：200-400mm；直流电压：6-12V，(采用恒压电源)适用范围：T800-6K/12K；电流测量精度：1mA
实施例2：
以T800-6K碳纤维为例，进行理论电阻计算，具体如下：
计算公式：丝束量：6K；单丝直径：5.10μm；电阻率ρ：1.4×10-3Ω·cm；长度l：1.0m；A为丝束横截面；通过计算可知，R＝120Ω。
因此，T800-6K碳纤维丝束的理论电阻为120Ω/m；按此进行计算，T800-12K碳纤维丝束的理论电阻为60Ω/m。
根据以上计算结果，通过在碳纤维生产线碳化工艺后段加装一套在线电阻测控系统，即可实现碳纤维产品的电阻测试，并能够做到实时检测，可以根据每一束纤维电阻的变化，来评定产品的长程、轴间和批间稳定性，快速记录和反馈信息的同时还不会破会产品的质量。
Claims (6)
1.一种碳纤维稳定性在线监测装置，其特征在于：包括支架、电源、测量仪表、正极辊以及负极辊，所述正极辊和负极辊均固定在支架上，所述正极辊和负极辊沿着碳纤维的运行方向依次设置，所述正极辊与电源的正极连接，所述负极辊与电源的负极连接，所述正极辊和负极辊与支架之间均设置有绝缘材料，所述正极辊和测量仪表的正极连接，所述负极辊和测量仪表的负极连接。
2.根据权利要求1所述的碳纤维稳定性在线监测装置，其特征在于：所述正极辊与负极辊在同一个高度时，在线监测装置还包括自由轮，所述自由轮固定在支架上，位于正极辊和负极辊之间且高度低于正极辊和负极辊。
3.根据权利要求1所述的碳纤维稳定性在线监测装置，其特征在于：所述正极辊高于/低于负极辊。
4.根据权利要求1-3之任一所述的碳纤维稳定性在线监测装置，其特征在于：所述正极辊和负极辊均为一体式结构。
5.根据权利要求1-3之任一所述的碳纤维稳定性在线监测装置，其特征在于：所述正极辊由多个独立的导向轮组成，每一束碳纤维占用一个导向轮；所述负极辊与正极辊的结构相同，相邻导向轮之间绝缘。
6.基于权利要求1-5所述的碳纤维稳定性在线监测装置的在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】打开电源和测量仪表；
2】测量仪表连续采集长度为L的碳纤维的电阻；
3】通过采集的电阻数据的变化幅度判断碳纤维的稳定性。
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