CN109540655A - 一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器及用途 - Google Patents

一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器及用途 Download PDF

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卢笛
刘洪玲
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Abstract

本发明提供了一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器及用途，包括相对设置的上、下夹头，上、下夹头均由夹持面的硬质高聚物层、中间支撑的硬金属层和底部用于固定的钢块依次连接组成；所述硬质高聚物层的夹持面和另一面均呈正弦波形；所述硬金属层与硬质高聚物层连接的一面呈与硬质高聚物层另一面的正弦波形共轭的正弦波形；上、下夹头的硬质高聚物层的正弦波形式共轭平行互补。通过正弦波的弯曲作用，可增加摩擦系数，而更有效的夹持纤维。发明可安装于束纤维强力仪的夹持器座上，也可安装于各类强力测量装置的夹持器座上，用于纤维束、膜、织物均匀受力、防滑和防夹伤的夹持，以使强力测量的准确。

Description

一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器及用途
技术领域
本发明涉及一种适于柔性高性能纤维束无损防滑拉伸的波浪形表面夹持器及用途，属于纤维材料强力测量技术领域。
背景技术
强度测量源于对材料的测量，故一般的夹头均在夹持面印有菱形凸纹并经淬火硬化得到能在夹持中嵌入被夹持物的结构，以防止打滑和稳定握持。这对形态较大、硬度较大的金属物来说是可行的，但对形态微小、柔软的纤维材料来说是致命的，因为夹持直接导致纤维的损伤甚至断裂。
现有的夹头，绝大多数以加大硬度和增大压力来增加摩擦。如专利200820150156.8公开了一种工程纤维强伸度仪夹持器，是由动夹片、定夹片与夹块的组合方式和结构，所述的上下夹持器和带螺孔的夹持块形状采用L形，实用于工程纤维的短纤维；动夹片和定夹片通过螺钉结合在一起，螺钉的松紧影响试样受力的稳定性，影响夹持器的寿命，且纤维在受力过程中纤维束在夹头内侧边缘受力最大，使纤维受力不均匀，影响其测试的结果。文章“弹性纤维的自动拉伸试验”(Stein,Klotz,Germanova-Krasteva,et al.弹性纤维的自动拉伸试验[J].国际纺织导报,2009,37(6):7-8)中介绍了普通的CRE型拉伸试验机上BISFA旋转夹持法和Statin atMEL机的夹持器采用特殊的C型金属颚面和软的平颚面结合。这两种夹持器能将纤维的滑移和断裂减至最小，但较高的夹持压力使纤维在夹持器内过早断裂。
纤维强伸度仪夹持器是纤维强度仪上的关键部件，它是用于握持被测试纤维，其性能好坏直接影响纤维强伸性的测试，它要求夹持器在拉伸过程中能有效夹持纤维，不出现打滑抽拔现象，纤维受力均匀，同时又不能损伤或夹断纤维，因为这些都将严重影响纤维的断裂强力和断裂伸长率的测试结果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适于柔性高性能纤维束的，能使纤维试样易于夹持，不易打滑抽拔，不易夹断和损伤纤维，且使夹持力均匀，以保证测试的正确性的夹持器。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：包括相对设置的上、下夹头，上、下夹头均由夹持面的硬质高聚物层、中间支撑的硬金属层和底部用于固定的钢块依次连接组成；
所述硬质高聚物层的夹持面和另一面均呈正弦波形；所述硬金属层与硬质高聚物层连接的一面呈与硬质高聚物层另一面的正弦波形共轭的正弦波形；
上、下夹头的硬质高聚物层的正弦波形式共轭平行互补。
优选地，所述硬质高聚物层夹持面和另一面的正弦波波数均为2～4个、波幅均为1～4mm。
优选地，所述硬质高聚物层为聚酯片、聚酰亚胺片或硬橡胶片。
优选地，所述硬质高聚物层厚度等于纤维束直径。
优选地，所述硬质高聚物层另一面的正弦波与硬金属层上的正弦波完全吻合，二者密封粘结固定。
优选地，所述钢块与硬金属层粘结固定。
优选地，所述钢块与硬金属层为同金属的一体结构。
优选地，所述硬金属层为钢片、硬质钢片、淬火钢片或不锈钢片。
优选地，所述钢块直接嵌入夹持器座；或所述钢块通过螺钉与夹持器座固结，所述钢块侧面或底面设有用于固结的螺孔。
本发明还提供了一种上述的适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器的用途，用于对高聚物材料的均匀、防滑和防夹伤的夹持，以实现强力测量；所述高聚物材料包括但不限于纤维束、膜、织物。尤其适用于高强、高模、刚脆性纤维的无损和防滑夹持。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
(a)硬质高聚物层、支撑的硬金属层和固定的钢块的三层结构使试样上的夹持力能均匀一致，能均匀地夹持纤维，而使纤维不易打滑或夹伤，以保证测试结果的正确性；
(b)夹持器内的夹持面能够根据夹持试样的性质正确选择合适的材料和形状，尤其是正弦波的弯曲作用，可增加摩擦系数，而更有效的夹持纤维；
(c)由于上、下相互契合的正弦波形夹头，可以对夹持的纤维束段实施有效和均匀分布压力的夹持，对纤维施加更加高效和低耗的夹持。
附图说明
图1为适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器一种结构示意图；
图2为适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器另一种结构示意图；
附图标记说明：
1-硬质高聚物层，2-硬金属层，3-钢块。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
图1为适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器示意图，所述的适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器包括上、下夹头，上、下夹头均包括夹持面的硬质高聚物层1、中间支撑的硬金属层2和底部用于固定的钢块3。
硬质高聚物层1正面(夹持面)和反面均呈正弦波形。硬金属层2与硬质高聚物层1连接的一面与硬质高聚物层1反面呈共轭正弦波形。钢块3与硬金属层2粘结固定，如图1所示；或与硬金属层2为同金属的一体结构，如图2所示。
上、下夹头的硬质高聚物层1的正弦波形式共轭平行互补。
硬质高聚物层1上的正弦波波数在夹持器的夹持范围(夹持器厚度)内为2～4个；波幅为1～4mm。
硬质高聚物层1为聚酯片、聚酰亚胺片或硬橡胶片。硬质高聚物层1厚度等于纤维束直径。
硬质高聚物层1反面的正弦波形与硬金属层2的正弦波是完全吻合的，可以有效完美的粘合。
硬金属层2为钢片、硬质钢片、淬火钢片或不锈钢片。
钢块3表面平整光滑，可与硬金属层2粘结；或是钢块3表面直接形成与硬质高聚物层1反面正弦波形共轭的正弦波形。钢块3可以直接嵌入夹持器座，或在其侧面或底面开有用于固结的一对螺孔。
粘结用的粘合剂采用与金属和聚酯类粘合性较好的有机硅类、环氧类热熔胶类的具有良好粘结性能和耐高温性能的粘结剂。
本发明适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，可安装于束纤维强力仪的夹持器座上，亦可安装于各类强力测量装置的夹持器座上，用于对纤维束、膜、织物等高聚物材料的均匀、防滑和防夹伤的夹持，以使强力测量更为准确，尤其适用于高强、高模、刚脆性纤维的无损和防滑夹。
本发明主要利用弯曲轨迹来分力和增加摩擦握持长度，利用握持弯曲来增加内应力，来减少拉伸中的应力集中和拉伸过程中的夹持滑移失效。采用弯曲轨迹分力和握持增加内应力，使纤维束在夹头内侧边缘受力最大，保证此处的纤维不发生滑移和抽拔，中间层韧性好。这就避免了被测试纤维试样极易打滑和夹伤的缺陷，从而提高了纤维强伸度测试的测试结果。
下面以几个具体的应用实例进行说明。
实施例1：碳纤维
采用本发明适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器。将束纤维平放排列在定夹块上，再同时闭合左右夹具固定好束纤维，所有控制均通过电脑界面操作。首先初始化电机设定好测试隔距，打开CCD摄像头自带光源，调整好其摄像位置，启动自动梳理程序，梳理机构自动对束纤维进行两遍梳理。然后吸风系统启动，开始吸风，同时两端切刀从定夹块和夹头之间将纤维切断，切断的纤维随之被分别吸入左吸槽和右吸槽中，随之通过左输送管和右输送管被收集到称重盘中进行称重。启动测量程序，此时动夹位移机构、CCD成像系统、声测量装置同时开始工作。移动步进电机通过移动螺杆和移动螺母带动动夹位移机构向右运动对束纤维进行拉伸，微麦克风对拉伸过程中的声音进行记录并通过电脑自动分析，CCD摄像头记录束纤维拉伸断裂全过程图像。
试样选用碳纤维2.2K，拉伸速度为10mm/min，距离为10mm。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。
实施例2：麻纤维
试样选用麻纤维0.9tex，拉伸速度为10mm/min，距离为10mm。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。
实施例3：亚麻纱罗纹织物
试样选用亚麻纱罗纹织物，织物尺寸200mm×50mm，拉伸速度为10mm/min，距离为100mm。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。
实施例4：PVC膜结构材料
试样选用PVC膜结构材料，基布为聚酯纤维，双面采用PVC树脂涂层，涂层外面再涂覆一层聚丙烯酸树脂。试样大小为150mm×25mm；拉伸速度为50mm/min，距离为75mm。实验的环境条件：温度为20℃，相对湿度为65％。
实施例拉伸测试具体实验结果见表1所列。
表1拉伸性能的各指标表
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：包括相对设置的上、下夹头，上、下夹头均由夹持面的硬质高聚物层(1)、中间支撑的硬金属层(2)和底部用于固定的钢块(3)依次连接组成；
所述硬质高聚物层(1)的夹持面和另一面均呈正弦波形；所述硬金属层(2)与硬质高聚物层(1)连接的一面呈与硬质高聚物层(1)另一面的正弦波形共轭的正弦波形；
上、下夹头的硬质高聚物层(1)的正弦波形式共轭平行互补。
2.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述硬质高聚物层(1)夹持面和另一面的正弦波波数均为2～4个、波幅均为1～4mm。
3.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述硬质高聚物层(1)为聚酯片、聚酰亚胺片或硬橡胶片。
4.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述硬质高聚物层(1)厚度等于纤维束直径。
5.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述硬质高聚物层(1)另一面的正弦波与硬金属层(2)上的正弦波完全吻合，二者密封粘结固定。
6.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述钢块(3)与硬金属层(2)粘结固定。
7.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述钢块(3)与硬金属层(2)为同金属的一体结构。
8.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述硬金属层(2)为钢片、硬质钢片、淬火钢片或不锈钢片。
9.如权利要求1所述的一种适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器，其特征在于：所述钢块(3)直接嵌入夹持器座；或所述钢块(3)通过螺钉与夹持器座固结，所述钢块(3)侧面或底面设有用于固结的螺孔。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的适于柔性高性能纤维束的波浪形表面夹持器的用途，其特征在于：用于对高聚物材料的均匀、防滑和防夹伤的夹持，以实现强力测量；所述高聚物材料包括但不限于纤维束、膜、织物。
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