CN104677910A - 碳纤维毛丝量的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维毛丝量的测试装置，包括试验箱、固定机构、测试机构和控制机构，试验箱内设有用于固定测试机构的固定机构，固定机构的两端分别由支撑架一、支撑架二支撑，测试机构包括碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一、毛丝测量机构、展纱辊二、碳纤维卷绕机构和电机，碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一依次设于固定机构上，展纱辊一与展纱辊二间设有毛丝测量机构，毛丝测量机构包括便携式显微镜，展纱辊二、碳纤维卷绕机构依次设于固定机构上；该测试装置原理简单，制作、使用和维护成本低廉。 且测试方法简单，测试人员经过快速培训后即可操作，操作过程安全、快捷。

Description

碳纤维毛丝量的测试装置

技术领域

    本发明涉及一种碳纤维毛丝量的测试装置。

背景技术

碳纤维是一种先进材料，自诞生之日起就受到了各方的广泛关注。它不仅具有碳材料的本征特性，又具有纺织纤维的柔软可加工性，它的比重不到钢的1/4，强度却比钢高得多。碳纤维的强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等优点，使其成为最有前途的材料。

       碳纤维属于脆性材料，主要原因是由于碳纤维具有较高的模量，而且明显高于一般的玻璃纤维、凯芙拉纤维等，也就是说碳纤维在外力作用下抵抗弹性变形的能力优于其他纤维。基于以上原因，碳纤维在后续的缠绕、织造和预浸等深加工工序过程中相对于其他纤维更容易产生毛丝。在碳纤维生产和应用过程中，较多毛丝的存在将对生产区域的环境保护产生负面的影响，对现场生产人员也会造成不必要的危害，同时不利于碳纤维增强复合材料制品质量的控制，不利于制品的生产，更不利于制品整体性能的发挥。

       当前，定量测试碳纤维丝束毛丝量的设备和方法均较少，定量评价碳纤维丝束上的毛丝成为摆在技术人员面前的一道亟需解决的难题。中国专利CN 102304843 A中提出了一种碳纤维丝束起毛量的测试装置和测试方法，采用的方法主要是先通过粘附机构收集毛丝，之后采用高精度的天平称量产生的毛丝的质量。此方法具有一定的先进性和创新性，提供了一种有效的检测碳纤维丝束起毛量的方法，但是还存在着几大缺陷，主要表现在：测试时间较长，纤维的用量较大；对于仅有极少量毛丝的纤维，高精度天平也可能无法较准确的称量产生的毛丝量；忽略了外界环境（主要是温度和湿度）对测试结果的影响；毛丝收集不完全，不能测试出单位长度范围内纤维上的毛丝的具体数量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种全新的碳纤维丝束毛丝量的测量装置与测试方法，主要是通过测试纤维单位长度内的毛丝数量，此方法精确度较高，为评价碳纤维丝束的毛丝量提供一个较为有效地测试方法。

本发明的技术解决方案是：

一种碳纤维毛丝量的测试装置，包括试验箱、固定机构、测试机构和控制机构，试验箱内设有用于固定测试机构的固定机构，固定机构的两端分别由支撑架一、支撑架二支撑，测试机构包括碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一、毛丝测量机构、展纱辊二、碳纤维卷绕机构和电机，碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一依次设于固定机构上，展纱辊一与展纱辊二间设有毛丝测量机构，毛丝测量机构包括便携式显微镜，展纱辊二、碳纤维卷绕机构依次设于固定机构上，碳纤维卷绕机构包括传动机构和卷绕纱架，碳纤维卷绕机构由电机提供动力，试验箱采用全封闭试验箱，试验箱设有观察窗。

进一步地，试验箱的底部设有两个水平调节旋钮，试验箱的底面和后面采用不锈钢板，试验箱的前面设有推拉门，试验箱的其他三个面采用无色透明塑料板。

进一步地，控制机构包括转速调节旋钮和显示面板。

进一步地，通过以下步骤进行测试：

步骤一：调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱的水平，打开试验箱的推拉门，在此环境中静置2小时以上；

步骤二：选取一锭需要测试毛丝量的碳纤维，放置于1环境中2小时；

步骤三：关闭推拉门，开启电动机，初始转速每分钟5转；

步骤四：将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼、展纱辊一、展纱辊二，最后在碳纤维卷绕机构上回收碳纤维；

步骤五、通过转速控制机构调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速为0.1~10转/分，转速控制使观测到碳纤维表面的形貌；

步骤六：通过毛丝测量机构，调节放大倍数20~200，记录1~5m纤维表面形貌，通过对便碳纤维丝束的画面观测，即可测试出单位长度碳纤维丝束的毛丝数量；

步骤七：选取多个长度段进行测量，并得到碳纤维丝束单位长度上的毛丝数量的算术平均值。

本发明的有益效果是：

一、测试装置原理简单，制作、使用和维护成本低廉。

二、测试方法简单，测试人员经过快速培训后即可操作，操作过程安全、快捷。

三、可以定量测试碳纤维丝束单位长度上的毛丝数量，为碳纤维丝束毛丝量的评价提供一个有效的测试方法。

附图说明

    图1是本发明实施例碳纤维毛丝量的测试装置的结构示意图；

图2是实施例碳纤维毛丝量的测试装置的俯视图；

其中：1-支撑架一，2-固定机构，3-碳纤维纱架，4-瓷眼，5-展纱辊一，6-观察窗，7-毛丝测量机构，8-展纱辊二，9-碳纤维卷绕机构，10-支撑架二，11-电机，12-控制机构，13-试验箱。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种碳纤维毛丝量的测试装置，如图1、图2，包括试验箱13、固定机构2、测试机构和控制机构12，试验箱13内设有用于固定测试机构的固定机构2，固定机构2的两端分别由支撑架一1、支撑架二10支撑，测试机构包括碳纤维纱架3、瓷眼4、展纱辊一5、毛丝测量机构7、展纱辊二8、碳纤维卷绕机构9和电机11，碳纤维纱架3、瓷眼4、展纱辊一5依次设于固定机构2上，展纱辊一5与展纱辊二8间设有毛丝测量机构7，毛丝测量机构7包括便携式显微镜，展纱辊二8、碳纤维卷绕机构9依次设于固定机构2上，碳纤维卷绕机构9包括传动机构和卷绕纱架，碳纤维卷绕机构9由电机11提供动力，试验箱13采用全封闭试验箱13，试验箱13设有观察窗6。

实施例中支撑架的高度是300mm，支撑架的底座长度是200mm，厚度是40mm，材料为承重304型不锈钢，主要作用是为固定机构2提供支撑作用力。固定机构2的长×宽×高分别为600mm×40mm×300mm，固定机构2的材料为承重304型不锈钢，作用是固定测试装置的主要部件。

碳纤维纱架3的直径是100mm，主要作用是固定碳纤维丝束。瓷眼4的直径为6mm，瓷眼4的作用是固定纤维丝束的位置，保证纤维丝束不随纱架的转动而来回摆动。

展纱辊一5、展纱辊二8的直径为20mm，其作用是固定并展开碳纤维丝束。观察窗6的材料采用无色透明的玻璃，观察窗6的长度300mm、高度50mm，观察窗6的作用是从侧面观察碳纤维丝束的展纱状况。毛丝测量机构7的主要组成为改装后的便携式显微镜，毛丝测量机构7的作用是放大并记录纤维丝束表面，通过对录像画面的观测，测量出单位长度碳纤维丝束上的毛丝数量。

碳纤维卷绕机构9包括传动机构和卷绕纱架，通过传动机构为碳纤维丝束提供牵引力。电机11的作用是为碳纤维卷绕机构9提供动力。控制机构12主要是由转速调节旋钮和显示面板组成，作用是调节测量速度。试验箱13的长×宽×高分别为800mm×400mm×600mm，底部配有2个水平调节旋钮以方便调节试验箱13水平，试验箱13的底面和后面采用不锈钢板，试验箱13的前面设有推拉门，试验箱13的其他三个面采用无色透明塑料板，可以为高透明度的聚乙烯或聚丙烯等，底面为承重304型不锈钢板，作用是固定控制与显示机构，并密闭整个测试装置。

使用上述测试装置测试碳纤维丝束毛丝数量，选取不同碳纤维进行测试如下：

测试一

调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱13的水平，打开试验箱13的推拉门，在此环境中静置2小时以上。

选取HF40-6K-E2碳纤维，放置于1环境中2小时。

关闭推拉门，开启电动机，转速是每分钟5转。

将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架3上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼4、展纱辊一5、展纱辊二8，最后在碳纤维卷绕机构9上回收碳纤维。

通过转速控制机构12调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速控制在每分钟0.5转时，可以清晰观测到碳纤维表面的形貌。

通过毛丝测量机构7，选取放大倍数是40倍，记录2m长度碳纤维表面形貌，通过对碳纤维丝束表面形貌录像的观测，测试出1m长度碳纤维丝束上的毛丝数是3个。

选取5个长度段进行测量，每段碳纤维丝束1m长度上的毛丝个数分别是3个、4个、3个、5个、3个，计算得到碳纤维丝束1m长度上的毛丝数量的算术平均值是4个。

测试二

调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱13的水平，打开试验箱13的推拉门，在此环境中静置2小时以上。

选取HF20-3K-D1碳纤维，放置于1环境中2小时。

关闭推拉门，开启电动机，初始转速是每分钟5转。

将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架3上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼4、展纱辊一5、展纱辊二8，最后在碳纤维卷绕机构9上回收碳纤维。

通过转速控制机构12调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速控制在每分钟0.3转时，可以清晰观测到碳纤维表面的形貌。

通过毛丝测量机构7，调节放大倍数为100倍，记录1.5m长度碳纤维表面形貌，通过对碳纤维丝束表面形貌录像的观测，测试出1m长度碳纤维丝束的毛丝数是2个。

选取5个长度段进行测量，每段碳纤维丝束1m长度上的毛丝个数分别是1个、2个、0个、1个、2个，计算得到碳纤维丝束1m长度上的毛丝数量的算术平均值是2个。

测试三

调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱13的水平，打开试验箱13的推拉门，在此环境中静置2小时以上。

选取HF30-12K-A2碳纤维，放置于1环境中2小时。

关闭推拉门，开启电动机，初始转速是每分钟5转。

将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架3上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼4、展纱辊一5、展纱辊二8，最后在碳纤维卷绕机构9上回收碳纤维。

通过转速控制机构12调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速控制在每分钟0.5转时，可以清晰观测到碳纤维表面的形貌。

通过毛丝测量机构7，并调节放大倍数为20倍，记录1m长度碳纤维表面形貌，通过对碳纤维丝束表面形貌录像的观测，测试出1m长度碳纤维丝束上的毛丝数是7个。

选取5个长度段进行测量，每段碳纤维丝束1m长度上的毛丝个数分别是2个、4个、4个、3个、5个，计算得到碳纤维丝束1m长度上的毛丝数量的算术平均值是4个。

测试四

调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱13的水平，打开试验箱13的推拉门，在此环境中静置2小时以上。

选取T700SC-12K-50C碳纤维，放置于1环境中2小时。

关闭推拉门，开启电动机，初始转速是每分钟5转。

将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架3上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼4、展纱辊一5、展纱辊二8，最后在碳纤维卷绕机构9上回收碳纤维。

通过转速控制机构12调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速控制在每分钟0.3转时，可以清晰观测到碳纤维表面的形貌。

通过毛丝测量机构7，并调节放大倍数为40倍，记录2m长度碳纤维表面形貌，通过对碳纤维丝束录像的观测，测试出1m长度碳纤维丝束的毛丝数是0个。

选取5个长度段进行测量，每段碳纤维丝束1m长度上的毛丝个数分别是0个、1个、1个、0个、1个，计算得到碳纤维丝束1m长度上的毛丝数量的算术平均值是1个。

测试五

调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱13的水平，打开试验箱13的推拉门，在此环境中静置2小时以上。

选取HF30-3K-A2碳纤维，放置于1环境中2小时。

关闭推拉门，开启电动机，初始转速是每分钟5转。

将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架3上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼4、展纱辊一5、展纱辊二8，最后在碳纤维卷绕机构9上回收碳纤维。

通过转速控制机构12调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速控制在每分钟0.3转时，可以清晰观测到碳纤维表面的形貌。

通过毛丝测量机构7，并调节放大倍数为100倍，记录1m长度碳纤维表面形貌，通过对碳纤维丝束表面形貌录像的观测，测试出1m长度碳纤维丝束的毛丝数是2个。

选取5个长度段进行测量，每段碳纤维丝束1m长度上的毛丝个数分别是2个、4个、2个、1个、3个，计算得到碳纤维丝束1m长度上的毛丝数量的算术平均值是2个。

Claims (4)

1.一种碳纤维毛丝量的测试装置，其特征在于：包括试验箱、固定机构、测试机构和控制机构，试验箱内设有用于固定测试机构的固定机构，固定机构的两端分别由支撑架一、支撑架二支撑，测试机构包括碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一、毛丝测量机构、展纱辊二、碳纤维卷绕机构和电机，碳纤维纱架、瓷眼、展纱辊一依次设于固定机构上，展纱辊一与展纱辊二间设有毛丝测量机构，毛丝测量机构包括便携式显微镜，展纱辊二、碳纤维卷绕机构依次设于固定机构上，碳纤维卷绕机构包括传动机构和卷绕纱架，碳纤维卷绕机构由电机提供动力，

试验箱采用全封闭试验箱，试验箱设有观察窗。

2.如权利要求1所述的碳纤维毛丝量的测试装置，其特征在于：试验箱的底部设有两个水平调节旋钮，试验箱的底面和后面采用不锈钢板，试验箱的前面设有推拉门，试验箱的其他三个面采用无色透明塑料板。

3.如权利要求1所述的碳纤维毛丝量的测试装置，其特征在于：控制机构包括转速调节旋钮和显示面板。

4.如权利要求1-3任一项所述的碳纤维毛丝量的测试装置，其特征在于，通过以下步骤进行测试：

步骤一：调节试验房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50%±10%，并使用水平仪调节试验箱的水平，打开试验箱的推拉门，在此环境中静置2小时以上；

步骤二：选取一锭需要测试毛丝量的碳纤维，放置于1环境中2小时；

步骤三：关闭推拉门，开启电动机，初始转速每分钟5转；

步骤四：将碳纤维纱锭固定在碳纤维纱架上，碳纤维丝束依次穿过瓷眼、展纱辊一、展纱辊二，最后在碳纤维卷绕机构上回收碳纤维；

步骤五、通过转速控制机构调节碳纤维丝束通过测量机构的速度，转速为0.1~10转/分，转速控制使观测到碳纤维表面的形貌；

步骤六：通过毛丝测量机构，调节放大倍数20~200，记录1~5m纤维表面形貌，通过对便碳纤维丝束的画面观测，即可测试出单位长度碳纤维丝束的毛丝数量；

步骤七：选取多个长度段进行测量，并得到碳纤维丝束单位长度上的毛丝数量的算术平均值。