CN105181499B - 一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪，属于纺织测量技术领域。该测试仪主要是由仪器底座、扭转电机、纤维夹持器、环境氛围发生器、纤维长度测试计和断裂检测装置等部分组成。本发明的多功能纤维扭转疲劳性能测试仪改变了传统的纤维扭转疲劳测试仪的结构，该仪器适用于不同环境氛围下纤维扭转疲劳的性能测试，同时可以将此过程中纤维的长度变化记录下来，它能够真实的模拟不同的外界环境氛围，所测得的各项指标更加准确、客观，为研究纤维的各项性能指标提供理论依据。本发明结构合理、操作使用方便。

Description

一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪

技术领域

本发明涉及一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪，属于纺织测量技术领域。

背景技术

纤维的扭转疲劳现象在实际应用中很常见，如纤维成纱过程中因加捻产生的扭转作用；纤维制成绳缆后在使用过程中经受的重复的拉、压、弯曲和扭转作用。另外，部分纤维因其高结晶度、高取向度，内部缺乏横向联系，剪切性能差，从而使它们的压缩与扭转性能相当差。所以，对纤维进行扭转疲劳性能测试有很大的研究价值。

目前对纤维扭转疲劳的性能测试有一定研究，如在西北纺织工学院学报1994年第1期的文章《羊毛纤维重复扭转疲劳性能的研究》中的“羊纤维扭转疲劳实验仪”；在合成纤维工业2004年第1期的文章《高性能纤维扭转疲劳断裂研究》中的“纤维扭转疲劳实验仪”；在山东纺织科技2010年第3期的文章《PBO纤维的扭转疲劳特征分析》中的“疲劳测试装置”等，其仪器的基本思想大致相似，都是在室温下将纤维一端进行夹持，另一端施加一负荷悬挂物作为被测纤维的张力，实验时电机受电路控制作正、反向定数旋转，当纤维断裂时，可以记录纤维的重复扭转疲劳的次数，从而得到纤维的扭转疲劳性能。又如专利号为201010002155.0，发明名称为《一种用于线材扭转疲劳测试的扭转机构》，该文献也同样设计了一种仅在常温常态下的线性材料扭转疲劳性能测试仪。

上述文献及发明专利可看出现有的纤维扭转疲劳性能测试研究与方法只考虑到纤维在常温常态下的环境因素，并没有考虑到各种不同环境条件下的影响。例如，船缆在系船时会浸泡在海水中，由于风力的影响，轮船会带动船缆作扭转运动，此时，纤维所发生的扭转疲劳现象即在冷湿或热湿环境下的；如纤维成纱过程中的加捻运动时，因时间变化而会受到不同的光照强度；再如在辐射中或太空中使用线性材料发生重复扭转运动时受到的辐射影响等等，可以看出在日常生活或特殊作业中，纤维扭转疲劳测试会受到各种不同的环境因素影响。另外，纱线在加捻扭转过程中会出现捻缩现象，即长度发生改变，在以往的扭转疲劳测试中也是没有考虑到的。

综上所述，为了更综合、更精确地研究各种纺织纤维扭转疲劳性能，就必须要在不同的环境氛围下进行测试，还需测得因扭转产生的长度变化值。然而现在，同时能够在不同环境氛围中测试扭转疲劳以及测算出因扭转而发生的长度改变的仪器是没有的。所以，我们着手研究设计该纤维扭转疲劳测试仪。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种能模拟在各种温度、湿度、光照强度或电子辐射条件下进行扭转疲劳测试的仪器，并且该仪器能在设定环境氛围下测试因扭转加捻而产生的长度变化值，以解决现阶段对相关不同环境氛围下纤维扭转疲劳性能研究的需要。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪，包括由调控电机、扭转电机、扭转电机支架、纤维夹持器、调节板、仪器底座、支架、断裂检测装置组成的扭转疲劳性能仪器。本发明采用在纤维扭转疲劳性能测试仪的底座尾部安装支架，纤维长度测试计安装在支架上，纤维长度测试计由轮盘与编码器构成，轮盘固定安装在编码器的轴上，编码器固定安装在支架上，编码器的轴垂直于扭转电机主轴，在编码器的轴上安装有轮盘，在支架和扭转电机支架之间设置有环境氛围发生器，扭转电机支架上固定安装开有通槽的调节板，环境氛围发生器活动安装在调节板的通槽中，纤维夹持器、环境氛围发生器的轴心与编码器上固定的轮盘的U形槽顶部在一条直线上。

所述的环境氛围发生器呈空心圆柱状，内壁中安装有加热器、加湿器、红外发生器和紫外发生器。

由于采用了以上技术方案，本发明中所涉及的一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪，针对目前在研究纤维扭转疲劳性能中忽略了温度湿度以及光照强度或辐射对扭转性能影响的问题，在现有的纤维扭转疲劳测试仪上加装环境氛围发生器和纤维长度测试计，环境氛围发生器能够根据不同的环境要求产生特定温湿度和光强以模拟真实的环境因素对扭转性能的影响来测试不同环境氛围的纤维扭转疲劳性能，环境氛围发生器呈空心圆柱形，使该段纤维处于设定微环境下。同时采用纤维长度测试计以测量因纤维加捻扭转而产生的长度变化值，长度测量计通过轮盘与编码器进行工作，当纤维进行扭转时，由于捻缩作用导致纤维长度减少，从而带动轮盘转动，纤维长度测试计则通过轮盘转动的角度被编码器转换为脉冲信号从而反应出纤维长度变化值。纤维夹持器、环境氛围发生器以及轮盘的U形槽顶部为一条直线，使被测纤维不被其它因素干扰，纤维被夹持器夹持后绕过轮盘的一端可施加一定重量的预加张力砝码使纤维具有一定的张力，扭转电机、夹持器和环境氛围发生器固定在支架上，支架底部有凹槽，可通过凹槽在仪器底座上进行移动，适于各种不同长度的纤维。当纤维由于重复扭转运动到达疲劳断裂点导致纤维断裂的瞬间，预加张力砝码下坠，接触断裂检测装置，扭转电机停止运行，并记录下纤维扭转断裂圈数，从而完成所述仪器在不同环境氛围下进行扭转测试，因而能够很好的测试纤维扭转疲劳性能。综上所述，本发明的一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪改变了传统的纤维扭转疲劳测试仪的结构，它结构合理、操作使用方便，能够真实的模拟不同的外界环境氛围，所测得的各项指标更加准确、客观，该仪器适用于不同环境氛围下纤维扭转疲劳的性能测试和因扭转捻缩产生的长度变化值的测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的使用状态示意图。

图3是纤维长度测试计的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图所示，一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪，测试仪由底座调控电机1、扭转电机2、扭转电机支架3、纤维夹持器4、调节板5、环境氛围发生器6、仪器底座7、支架8、纤维长度测试计9和断裂检测装置10组成，仪器底座7的前部安装有底座调控电机1，扭转电机支架3活动安装于仪器底座7的上表面，扭转电机2和调节板5固定安装在扭转电机支架3上，纤维夹持器4安装在扭转电机2的主轴上，调节板5上开有通槽，环境氛围发生器6活动安装在调节板5的通槽中，在仪器底座7的尾部上端安装有支架8，环境氛围发生器6设置在支架8和扭转电机支架3之间，断裂检测装置10通过一平台固定安装于仪器底座7的尾部下端。

扭转电机2的中心轴线、纤维夹持器4的中心轴线、环境氛围发生器6的中心轴线和轮盘12顶端的凹槽底部在同一水平线上，被测纤维由纤维夹持器4夹持后，经过环境氛围发生器中心轴线和轮盘12顶端的凹槽底部，被测纤维始终呈水平状态，以免扭转过程中受到其他方向的力，影响实验结果。测试中，纤维一端被纤维夹持器4夹持，另一端绕过轮盘12，挂上重物，使纤维具有一定的张力，根据纤维的类别不同拉伸强力不同可选择合适重量的砝码11。当纤维进行扭转时，由于捻缩作用导致纤维长度减少，从而带动轮盘12转动一定的角度，编码器13则通过轮盘12转动的角度转换为脉冲信号，并计算出纤维长度变化的量。底座调控电机1控制扭转电机支架3，使扭转电机支架3可通过底部凹槽在仪器底座7上滑动，以适应不同长度的纤维。环境氛围发生器6活动安装在调节板5的通槽中，故环境氛围发生器6可在调节板5中滑移，以对纤维不同部位进行环境调节。其中采用的环境氛围发生器6呈空心圆柱状，环境氛围发生器6的内壁安装有温度调节器、湿度调节器、红外发射器和紫外发射器，能够根据不同的环境要求产生特定温度、湿度、光强和辐射光照以模拟不同的环境因素对扭转性能的影响，测试不同环境氛围的纤维扭转疲劳性能，环境氛围发生器6的内径为4cm，使纤维处于设定环境下。其中，温度调节器的温度范围为-30摄氏度至200摄氏度，精度为±0.1摄氏度，湿度调节器通过吸收或喷出水汽来调节湿度的，湿度范围为10%至90%，精度为±1%，光照强度调节器的光强范围为50LUX至100000LUX，精度为±1LUX，辐射光可发出红外光和紫外光，纤维长度测试计9测量精度为0.02mm。编码器13、底座调控电机1、扭转电机2、温度调节器、湿度调节器、红外发射器、紫外发射器和纤维长度测试计9分别通过导线外接在控制系统上，控制系统用以控制底座调控电机1、扭转电机2、温湿度调节器、光强度调节器和辐射发生器工作，并且控制系统接收传感器测得的扭转性能及纤维长度变化值的相关数据并存储在控制系统中的储存器中，控制系统还包括无线通信系统，它将控制系统存储的数据发送到PC 机上进行相关处理。

在PC 机上安装无线接收装置来接收控制系统上发送的数据，PC 机上的数据分析与显示系统能对所测得的相关数据进行实时处理并将不同环境氛围下纤维扭转疲劳性能的结果及根据实时所测的纤维长度变化值直观的显示在图形界面中。当纤维由于扭转疲劳断裂时，预加张力砝码11下坠，接触断裂检测装置10，使扭转电机2停止工作，并在PC机上显示出纤维断裂瞬间纤维所经历的扭转循环数及时间等参数。

本发明的一种多功能纤维扭转疲劳性能测试仪的具体应用实施例。

具体实施例1

取长度为150mm的棉纤维，将其一端用纤维夹持器固定，另一端绕过轮盘并施加10g的砝码作为张力，则此时纤维夹持张力为10cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，调节温度发生器，并将温度设置为50摄氏度，使被测纤维处于该温度下，准备进行实验。打开扭转电机开关，调整转速为500r/min，设置电机以纤维静止时的位置角为0度角，先正转100圈再反转100圈，如此作循环交替运动，使纤维进行扭转疲劳性能测试。在进行扭转运动时，由于纤维的长度减小，轮盘转动的角度被编码器发出的脉冲信号所接受，然后由纤维长度测试计发送数据给PC机上，则可以实时显示出纤维在该环境因素下的纤维长度变化。当纤维由于疲劳断裂时，PC机上可显示出纤维断裂瞬间纤维所经历的扭转循环数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纤维扭转疲劳性能。

具体实施例2

取长度为150mm的棉纤维，将其一端用纤维夹持器固定，另一端绕过轮盘并施加10g的砝码作为张力，则此时纤维夹持张力为10cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，调节湿度发生器，并将湿度设置为70%，使被测纤维处于该湿度下，准备进行实验。打开扭转电机开关，调整转速为500r/min，设置电机以纤维静止时的位置角为0度角，先正转100圈再反转100圈，如此作循环交替运动，使纤维进行扭转疲劳性能测试。在进行扭转运动时，由于纤维的长度减小，轮盘转动的角度被编码器发出的脉冲信号所接受，然后由纤维长度测试计发送数据给PC机上，则可以实时显示出纤维在该环境因素下的纤维长度变化。当纤维由于疲劳断裂时，PC机上可显示出纤维断裂瞬间纤维所经历的扭转循环数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纤维扭转疲劳性能。

具体实施例3

取长度为150mm的棉纤维，将其一端用纤维夹持器固定，另一端绕过轮盘并施加10g的砝码作为张力，则此时纤维夹持张力为10cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，打开辐射发生器，施加紫外光照，使被测纤维处于该辐射光下，准备进行实验。打开扭转电机开关，调整转速为500r/min，设置电机以纤维静止时的位置角为0度角，先正转100圈再反转100圈，如此作循环交替运动，使纤维进行扭转疲劳性能测试。在进行扭转运动时，由于纤维的长度减小，轮盘转动的角度被编码器发出的脉冲信号所接受，然后由纤维长度测试计发送数据给PC机上，则可以实时显示出纤维在该环境因素下的纤维长度变化。当纤维由于疲劳断裂时，PC机上可显示出纤维断裂瞬间纤维所经历的扭转循环数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纤维扭转疲劳性能。

具体实施例4

取长度为150mm的棉纤维，将其一端用纤维夹持器固定，另一端绕过轮盘并施加10g的砝码作为张力，则此时纤维夹持张力为10cN。通过控制系统，开启环境氛围发生器，打开光强调节器，调节光强为1000LUX，使被测纤维处于该强度光照下，准备进行实验。打开扭转电机开关，调整转速为500r/min，设置电机以纤维静止时的位置角为0度角，先正转100圈再反转100圈，如此作循环交替运动，使纤维进行扭转疲劳性能测试。在进行扭转运动时，由于纤维的长度减小，轮盘转动的角度被编码器发出的脉冲信号所接受，然后由纤维长度测试计发送数据给PC机上，则可以实时显示出纤维在该环境因素下的纤维长度变化。当纤维由于疲劳断裂时，PC机上可显示出纤维断裂瞬间纤维所经历的扭转循环数及时间等参数，经过数据分析，即可测试出该环境氛围下的纤维扭转疲劳性能。

Claims (2)

1.一种纤维扭转疲劳性能测试仪，包括由调控电机(1)、扭转电机(2)、扭转电机支架(3)、纤维夹持器(4)、调节板(5)、环境氛围发生器(6)、仪器底座(7)、支架(8)、纤维长度测试计(9)、断裂检测装置(10)组成的纤维扭转疲劳性能仪，其特征在于：在仪器底座(7)尾部安装支架(8)，纤维长度测试计(9)安装在支架(8)上，纤维长度测试计(9)由轮盘(12)与编码器(13)构成，轮盘(12)固定安装在编码器(13)的轴上，编码器(13)固定安装在支架(8)上，编码器(13)的轴垂直于扭转电机(2)主轴，在支架(8)和扭转电机支架(3)之间设置有环境氛围发生器(6)，扭转电机支架(3)上固定安装开有通槽的调节板(5)，环境氛围发生器(6)活动安装在调节板(5)的通槽中，安装在扭转电机(2)主轴上的纤维夹持器(4)、环境氛围发生器(6)的轴线与编码器(13)上固定的轮盘(12)的U形槽顶部在一条直线上，仪器底座(7)的前部安装有底座调控电机(1)。

2.如权利要求1所述的一种纤维扭转疲劳性能测试仪，其特征在于：所述的环境氛围发生器(6)呈空心圆柱状，内壁中安装有加热器、加湿器、红外发生器和紫外发生器。