CN113447430A - 一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法 - Google Patents

一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纤维表面镀层性能测试技术领域，尤其为一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法，本发明通过一个下方悬挂有砝码且表面光滑的圆环对材料表面进行摩擦，更适用于质地柔软、可随意弯曲的纤维材料，锉刀法和划痕法均要求试样具有较宽的接触面，而纤维材料通常是由很多根纤维细丝组成的纤维束，只能提供狭小的摩擦接触面，通过双向电机驱动自然下坠的圆环与纤维表面进行摩擦，不受接触面积大小的限制，实施时无需长时间的升温、保温、降温过程，整个测试过程在室温下即可完成，相对于传统的热循环法，操作简便，相对于传统的摩擦法，试验结果不受操作者影响，精度更高，结果更可靠。

Description

一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于纤维表面镀层性能测试技术领域，具体涉及一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法。
背景技术
近年来，随着5G通信、航天军工、人工智能、物联网、特种防护等相关产业的快速发展，要求材料研究不断地朝着高性能、多功能、轻量化方向发展。高性能有机纤维一般指强度大于17.6cN/dtex，弹性模量在440cN/dtex以上的有机纤维，如芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维等。高性能纤维通常具有高强度、高模量、柔软、耐高温、阻燃、耐化学腐蚀等优异性能，因而在相关技术领域具有广阔的应用前景。
以高性能有机纤维为基材，在其表面涂覆导电涂层，使其表面金属化，制成的高性能导电纤维不仅继承了基材纤维的特性，同时兼具导电、导静电、电磁屏蔽等特殊功能，可用于高频通信、航天军工以及石化、兵工、消防等部门人员防护等诸多领域。截至2015年，全球导电纤维市场规模达到103.9亿美元，其中我国市场规模达到85亿元，且随着5G通信、航天军工、人工智能、物联网、特种防护等相关产业的快速发展，市场对高性能导电纤维的需求将日益激增。镀层结合力是评价高性能导电纤维性能优劣的关键指标，直接影响到产品的后加工和使用性能。根据国内现有的标准和规范，目前常用弯曲法、锉刀法、划痕法、热循环法和摩擦法等方法来检验轻工产品金属镀层的结合力。
由于有机纤维本身十分柔软，在表面镀层不会太厚的情况下，导电纤维都很柔软，可随意弯曲，所以弯曲法不适用。锉刀法和划痕法要求试样具有较宽的表面，而高性能导电纤维通常是由很多根纤维细丝组成的纤维束，因而不适用这两种方法。热循环法是将试件放入已加热至规定温度的烘箱中，保温1小时后，取出放在室温1小时，再放入已调节至规定温度的低温箱中，保温1小时后取出，观察镀层是否起泡或鼓凸，采用该法测试单个循环即要3小时以上，耗时太长且测试结果不可量化。摩擦法需要在面积大于6厘米2的试件表面上，用直径等于6毫米的、末端呈球状、硬度超过镀层金属的光滑工具，对试件进行压力适中的摩擦约15～60秒，然后观察摩擦处的镀层是否起泡或鼓凸，该法适合大面积块材，摩擦压力难以把握，试验结果受操作者影响较大，且测试结果不可量化。
综上所述，如何提供一种操作便捷、过程与结果可量化的纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法，是当前本领域技术人员需待解决的问题之一。
因此，本发明提供了一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法，以解决上述背景中提出的问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种纤维表面镀层结合力测试装置及测试方法，具有原理简单、操作便捷、可量化的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纤维表面镀层结合力测试装置，包括底座、测试架、动力系统和控制系统，所述测试架由两根竖直固定在所述底座上的构成，两个所述立柱上分别螺接固定有用于固定试样的螺栓，所述动力系统由一个双向电机、一个固定于所述测试架上的导向轮、牵引线和一个下方悬挂有砝码且表面光滑的圆环组成，所述控制系统由外部控制柜和两个用于控制所述双向电机正反转的传感器组成，两个所述传感器分别安装于所述测试架的两个所述立柱上。
优选的，所述立柱的侧面分别开有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔大小相同且内部均镶嵌有表现光滑的瓷眼，其中所述第一通孔和所述第三通孔为测试孔，所述第二通孔用于穿插所述牵引线，所述第一通孔和所述第二通孔之间的垂直距离为10mm，所述第一通孔和所述第三通孔孔的中心线与水平方向呈30°夹角。
优选的，所述圆环的材质为不锈钢、铝合金、镁合金或氧化铝陶瓷中的任意一种，其线径为2mm-5mm，内径为10mm-30mm。
优选的，所述砝码的质量为100g，材质为316不锈钢材质。
优选的，两个所述传感器探头之间的水平距离为160mm。
优选的，所述底座为一块厚度10mm的长方形板材，板材材质为铸铁、碳钢或不锈钢中的任意一种。
优选的，所述立柱为金属棒或方管结构，该金属棒为圆形或方形结构中的任意一种，该金属棒材质为不锈钢、铝合金、铜合金或硬质合金中的任意一种，该方管为角铁、槽钢或不锈钢管中的任意一种。
一种纤维表面镀层结合力测试方法，包括如下步骤：
S1、取适宜长度的纤维样品，测量并记录待测纤维试样的长度表面电阻；
S2、将纤维试样分别穿过所述第一通孔、所述圆环和所述第三通孔，然后固定于测试架上；
S3、让所述圆环在所述双向电机的牵引下以一定的速度在纤维表面上下滑动，对纤维表面镀层进行摩擦，往返一次记为2次摩擦；
S4、摩擦一定次数后，再次测量试样的长度表面电阻；
S5、计算摩擦前后试样长度表面电阻的变化率，以此来判定纤维表面镀层结合力的优劣。
优选的，所述圆环的滑动速度为2.4m/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过一个下方悬挂有砝码且表面光滑的圆环对材料表面进行摩擦，更适用于质地柔软、可随意弯曲的纤维材料；
2、锉刀法和划痕法均要求试样具有较宽的接触面，而纤维材料通常是由很多根纤维细丝组成的纤维束，只能提供狭小的摩擦接触面，而本发明通过双向电机驱动自然下坠的圆环与纤维表面进行摩擦，不受接触面积大小的限制；
3、本发明实施时无需长时间的升温、保温、降温过程，整个测试过程在室温下即可完成，相对于传统的热循环法，操作简便，耗时较短；
4、本发明利用固定质量的砝码和圆环的自重对纤维表面产生一定的压力，然后在双向电机驱动下对纤维表面进行摩擦，摩擦的压力是定量的，相对于传统的摩擦法，试验结果不受操作者影响，精度更高，结果更可靠；
5、本发明通过测算摩擦前后纤维的长度表面电阻的变化率来评定纤维表面镀层结合力性能，测试结果为量化指标，相对于传统的测试方法更加直观明了。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所提供纤维表面镀层结合力测试装置的结构示意图；
图2为本发明所提供纤维表面镀层结合力测试方法的流程示意图。
图中：1、底座；2、立柱；3、螺栓；4、双向电机；5、导向轮；6、牵引线；7、砝码；8、圆环；9、传感器；10、第一通孔；11、第二通孔；12、第三通孔；13、纤维试样。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种纤维表面镀层结合力测试装置，包括底座1、测试架、动力系统和控制系统，测试架由两根竖直固定在底座1上的2构成，两个立柱2上分别螺接固定有用于固定试样的螺栓3，动力系统由一个双向电机4、一个固定于测试架上的导向轮5、牵引线6和一个下方悬挂有砝码7且表面光滑的圆环8组成，控制系统由外部控制柜和两个用于控制双向电机4正反转的传感器9组成，两个传感器9分别安装于测试架的两个立柱2上。
具体的，立柱2的侧面分别开有第一通孔10、第二通孔11和第三通孔12，第一通孔10、第二通孔11和第三通孔12大小相同且内部均镶嵌有表现光滑的瓷眼，其中第一通孔10和第三通孔12为测试孔，第二通孔11用于穿插牵引线6，第一通孔10和第二通孔11之间的垂直距离为10mm，第一通孔10和第三通孔12孔的中心线与水平方向呈30°夹角。
具体的，圆环8的材质为不锈钢、铝合金、镁合金或氧化铝陶瓷中的任意一种，其线径为2mm-5mm，内径为10mm-30mm。
具体的，砝码7的质量为100g，材质为304不锈钢或316不锈钢中的任意一种。
具体的，两个传感器9探头之间的水平距离为160mm。
具体的，底座1为一块厚度10mm的长方形板材，板材材质为铸铁、碳钢或不锈钢中的任意一种。
具体的，立柱2为金属棒或方管结构，该金属棒为圆形或方形结构中的任意一种，该金属棒材质为不锈钢、铝合金、铜合金或硬质合金中的任意一种，该方管为角铁、槽钢或不锈钢管中的任意一种。
一种纤维表面镀层结合力测试方法，包括如下步骤：
S1、取适宜长度的纤维样品，测量并记录待测纤维试样的长度表面电阻；
S2、将纤维试样13分别穿过第一通孔10、圆环8和第三通孔12，然后固定于测试架上；
S3、让圆环8在双向电机4的牵引下以一定的速度在纤维表面上下滑动，对纤维表面镀层进行摩擦，往返一次记为2次摩擦；
S4、摩擦一定次数后，再次测量试样的长度表面电阻；
S5、计算摩擦前后试样长度表面电阻的变化率，以此来判定纤维表面镀层结合力的优劣。
具体的，圆环8的滑动速度为1.2m/min-3m/min。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是，底座1为铸铁材质的长方形板材；立柱2为不锈钢圆棒构成，圆环8材质为不锈钢，线径为2mm，内径为10mm，砝码7的质量为100g，材质为304不锈钢。
实施例3：本实施例与实施例2不同的是，底座1为碳钢材质的长方形板材；立柱2为不锈钢方棒构成，圆环8材质为铝合金，线径为3mm，内径为20mm；砝码7的质量为100g，材质为316不锈钢。
实施例4：本实施例与实施例3不同的是，底座1为不锈钢材质的长方形板材；立柱2为铝合金圆棒构成；圆环8材质为镁合金，线径为4mm，内径为30mm；砝码7的质量为100g，材质为304不锈钢。
实施例5：本实施例与实施例4不同的是，底座1为铸铁材质的长方形板材；立柱2为铜合金方棒构成；圆环8材质为氧化铝陶瓷，线径为5mm，内径为30mm；砝码7的质量为100g，材质为316不锈钢。
实施例6：本实施例与实施例5不同的是，底座1为碳钢材质的长方形板材；立柱2为硬质合金圆棒构成；圆环8材质为不锈钢，线径为2mm，内径为20mm；砝码7的质量为100g，材质为304不锈钢。
实施例7：本实施例与实施例6不同的是，底座1为不锈钢材质的长方形板材；立柱2为角铁方管构成；圆环8材质为铝合金，线径为3mm，内径为20mm；砝码7的质量为100g，材质为316不锈钢。
实施例8：本实施例与实施例7不同的是，底座1为铸铁材质的长方形板材；立柱2为槽钢方管构成；圆环8材质为镁合金，线径为3mm，内径为30mm；砝码7的质量为100g，材质为304不锈钢。
实施例9：本实施例与实施例8不同的是，底座1为不锈钢材质的长方形板材；立柱2为不锈钢方管构成；圆环8材质为氧化铝陶瓷，线径为3mm，内径为30mm；砝码7的质量为100g，材质为316不锈钢。
实施例10：本实施例中应用纤维表面镀层结合力测试装置进行测试的方法：包括如下步骤：
S1、取适宜长度的纤维样品，测量并记录待测纤维试样的长度表面电阻；
S2、将纤维试样13分别穿过第一通孔10、圆环8和第三通孔12，然后固定于测试架上；
S3、让圆环8在双向电机4的牵引下以一定的速度在纤维表面上下滑动，对纤维表面镀层进行摩擦，往返一次记为2次摩擦；
S4、摩擦一定次数后，再次测量试样的长度表面电阻；
S5、计算摩擦前后试样长度表面电阻的变化率，以此来判定纤维表面镀层结合力的优劣。
实施例11：本实施例与实施例10不同的是，摩擦次数为100次，测试过程中圆环8的滑动速度为3m/min。
实施例12：本实施例与实施例11不同的是，摩擦次数为200次，测试过程中圆环8的滑动速度为2.4m/min。
实施例13：本实施例与实施例12不同的是，摩擦次数为300次，测试过程中圆环8的滑动速度为1.2m/min。
本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，取适宜长度的纤维试样13，测量并记录待测纤维试样13的长度表面电阻，将纤维试样13分别穿过所述第一通孔10、所述圆环8和所述第三通孔12，然后固定于测试架上，让所述圆环8在所述双向电机4的牵引下以一定的速度在纤维表面上下滑动，对纤维表面镀层进行摩擦，往返一次记为2次摩擦，摩擦一定次数后，再次测量试样的长度表面电阻，计算摩擦前后试样长度表面电阻的变化率，以此来判定纤维表面镀层结合力的优劣，完成纤维表面镀层结合力的测试，本发明通过一个下方悬挂有砝码7且表面光滑的圆环8对材料表面进行摩擦，更适用于质地柔软、可随意弯曲的纤维材料，锉刀法和划痕法均要求试样具有较宽的接触面，而纤维材料通常是由很多根纤维细丝组成的纤维束，只能提供狭小的摩擦接触面，通过双向电机4驱动自然下坠的圆环8与纤维表面进行摩擦，不受接触面积大小的限制，实施时无需长时间的升温、保温、降温过程，整个测试过程在室温下即可完成，相对于传统的热循环法，操作简便，耗时较短，利用固定质量的砝码7和圆环8的自重对纤维表面产生一定的压力，然后在双向电机4的驱动下对纤维表面进行摩擦，摩擦的压力是定量的，相对于传统的摩擦法，试验结果不受操作者影响，精度更高，结果更可靠，通过测算摩擦前后纤维的长度表面电阻的变化率来评定纤维表面镀层结合力性能，测试结果为量化指标，相对于传统的测试方法更加直观明了。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：包括底座(1)、测试架、动力系统和控制系统，所述测试架由两根竖直固定在所述底座(1)上的(2)构成，两个所述立柱(2)上分别螺接固定有用于固定试样的螺栓(3)，所述动力系统由一个双向电机(4)、一个固定于所述测试架上的导向轮(5)、牵引线(6)和一个下方悬挂有砝码(7)且表面光滑的圆环(8)组成，所述控制系统由外部控制柜和两个用于控制所述双向电机(4)正反转的传感器(9)组成，两个所述传感器(9)分别安装于所述测试架的两个所述立柱(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：所述立柱(2)的侧面分别开有第一通孔(10)、第二通孔(11)和第三通孔(12)，所述第一通孔(10)、所述第二通孔(11)和所述第三通孔(12)大小相同且内部均镶嵌有表现光滑的瓷眼，其中所述第一通孔(10)和所述第三通孔(12)为测试孔，所述第二通孔(11)用于穿插所述牵引线(6)，所述第一通孔(10)和所述第二通孔(11)之间的垂直距离为10mm，所述第一通孔(10)和所述第三通孔(12)孔的中心线与水平方向呈30°夹角。
3.根据权利要求2所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：所述圆环(8)的材质为不锈钢、铝合金、镁合金或氧化铝陶瓷中的任意一种，其线径为2mm-5mm，内径为10mm-30mm。
4.根据权利要求3所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：所述砝码(7)的质量为100g，材质为304不锈钢或316不锈钢中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：两个所述传感器(9)探头之间的水平距离为160mm。
6.根据权利要求5所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：所述底座(1)为一块厚度10mm的长方形板材，板材材质为铸铁、碳钢或不锈钢中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种纤维表面镀层结合力测试装置，其特征在于：所述立柱(2)为金属棒或方管结构，该金属棒为圆形或方形结构中的任意一种，该金属棒材质为不锈钢、铝合金、铜合金或硬质合金中的任意一种，该方管为角铁、槽钢或不锈钢管中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种纤维表面镀层结合力测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、取适宜长度的纤维样品，测量并记录待测纤维试样的长度表面电阻；
S2、将纤维试样(13)分别穿过所述第一通孔(10)、所述圆环(8)和所述第三通孔(12)，然后固定于测试架上；
S3、让所述圆环(8)在所述双向电机(4)的牵引下以一定的速度在纤维表面上下滑动，对纤维表面镀层进行摩擦，往返一次记为2次摩擦；
S4、摩擦一定次数后，再次测量试样的长度表面电阻；
S5、计算摩擦前后试样长度表面电阻的变化率，以此来判定纤维表面镀层结合力的优劣。
9.根据权利要求8所述的一种纤维表面镀层结合力测试方法，其特征在于：所述圆环(8)的滑动速度为1.2m/min-3m/min。
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