CN113933199A - 一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，属于玻璃纤维测试装置技术领域，包括玻璃纤维纱线、固纱器、磨纱辊和导纱杆，玻璃纤维纱线经固纱器、导纱杆、磨纱棍后连接有张力控制装置，磨纱辊的外部连接有电机，磨纱辊的上方设有高速摄像机，磨纱辊的左右两侧设有连杆，连杆连接所述导纱杆和高速摄像机，电机连接有控制器，控制器连接有红外感应器和计数器，电机带动磨纱辊往复运动，记录摩擦前后纱线毛羽的突变，控制器通过计数器记录磨擦的次数，所述控制器连接有毛羽检测装置。实现了玻璃纤维纱线的耐磨性能检测以及评价，解决了现有技术中存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，属于玻璃纤维测试装置技术领域。
背景技术
玻璃纤维织纱线作为增强材料近年来得到了迅速发展，尤其是航空航天、电子、机械等领域得到了越来越广泛的应用。纱线在后序加工过程中会不断产生磨损、起毛甚至断裂，影响下游客户产品品质及生产效率，因此评价纤维的耐磨性对纱线的应用和开发出更加耐磨的纱线结构有着相当重要的意义。
传统的纱线耐磨仪只能通过计数器自动记下纱线断裂时磨纱辊的往复运动次数，只能片面的通过纱线磨断所需时间来进行评判，并不能观察到纱线的形态变化，无法对纱线做出针对性改进，基于此本发明公开了一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，可以同时评价纱线的耐磨寿命和摩擦过程中纱线的形态变化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，包括玻璃纤维纱线、固纱器、磨纱辊和导纱杆，玻璃纤维纱线经固纱器、导纱杆、磨纱棍后连接有张力控制装置，磨纱辊的外部连接有电机，磨纱辊的上方设有高速摄像机，磨纱辊的左右两侧设有连杆，连杆连接所述导纱杆和高速摄像机，电机连接有控制器，控制器连接有红外感应器和计数器，电机带动磨纱辊往复运动，同时磨纱辊上方的高速摄像机以相同的速度、方向往复运动对磨纱辊上玻璃纤维纱线表面状态进行拍摄，记录摩擦前后纱线毛羽的突变，控制器通过计数器记录磨擦的次数，所述控制器连接有毛羽检测装置。
所述的导纱杆包括两个，分别位于磨纱辊的左右两侧，导纱杆使玻璃纤维纱线以恒定的压力跨在磨纱辊上。
所述的固纱器的右侧设有限位槽，限位槽上设有固定螺丝。圆柱直径大(1.5cm-2cm)，橡胶材质，垫片为橡胶，将纱线缠绕在圆柱体上，旋紧螺丝，使垫片压住并固定纱线。不仅可以避免因纱线脆性大导致的断纱现象，同时防止因纱线退捻造成的测试误差。
所述的张力控制装置的前方设有限位导纱杆，限位导纱杆上设置限位槽，用于防止玻璃纤维纱线翻转移位。
所述的张力控制装置为磁粉制动器。
所述的磨纱辊包括圆筒和磨料，圆筒上设有固定扣，保证磨料紧贴于圆筒表面。
所述的毛羽检测装置为CCD光电式毛羽检测装置。
本发明所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试方法，包括以下步骤：
步骤一：装卸磨纱辊，转动螺丝取下磨纱辊圆筒，将磨纱辊圆筒开口置于上方，然后打开两端的固定扣，将磨料固定在磨纱辊圆筒上，合上圆筒，将磨纱辊圆筒固定于连杆上；
步骤二：准备试样，对纱线进行取样，将取样后纱线经限位导纱杆、导纱杆、磨纱辊、限位槽穿入，并将纱线的一端固定在工作位上，纱线固定时，先固纱器的螺丝拧松，将纱线缠绕在圆柱体上，旋紧螺丝，使垫片压住并固定纱线。将纱线的另一端连接张力控制装置，再将纱线剪断，所有待测纱线穿入工位后，施加张力，应选择合适的张力；
步骤三：样品测试，启动设备，使用前清零，调整合适的往复运动速度，启动电机开始转动，电脑通过张力器记录纱线摩擦过程中的张力变化，根据张力时间曲线图比较纱线的耐磨性能，同时，控制器通过摄像头对摩擦过程中的纱线状态进行记录，并通过毛羽检测仪对对图片中的毛羽长度及根数进行统计，加权计算出平均毛羽长度，根据平均毛羽长度—时间曲线图比较纱线的耐磨性能。
所述的步骤三中，如果在摩擦的过程中有断掉的纱线试样，显示器显示对应的纱线的工位数字会变红，并显示其断掉时累计的磨擦次数，通过耐磨次数对比纱线的耐磨性能；当所有纱线试样全部断掉后，红外感应器将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，同时计数器和摄像头停止工作。
所述的步骤三中毛羽检测仪采用CCD光电检测法，检测并统计纱线一侧超过规定设定长度的毛羽指数，毛羽遮挡光线产生投影并转换成电信号，经控制器处理后，最后显示出图片，并进行毛羽统计。
所述的步骤三中评价玻璃纤维纱线的参数包括以下：
N：施加的张力；
C:玻璃纤维纱线纱线断裂时平均毛羽长度I:毛羽长度n：毛羽根数；
C＝(I1n1+I2n2+I3n3+...)/(n1+n2+n3+...)；
A:纱线断裂时张力突变为0的时间(min)；
B：纱线断裂时磨辊往复运动的次数；
D：毛羽变化率，用下式表示：
D＝(d2-d1)/(a2-a1)、(d3-d2)/(a3-a2)、...(dm-dm-1)/(am-am-1)
其中：d：不同时间的平均毛羽根数；a：采集毛羽的时间点；m：检测采样的次数；
其中
玻璃纤维纱线为上百根细丝组成的丝束，在磨辊的摩擦作用下，玻璃纤维丝束断裂为一根根细丝逐渐断裂，最终以细丝断裂即为玻璃纤维纱线断裂。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所述的一种一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，磨纱辊上方安装高速摄像头，与磨纱辊往复速度、方向一致，可以记录摩擦前后纱线毛羽的突变，并且张力器可记录摩擦前后纱线张力的突变，摩擦结束后，实现了同时评价纱线的耐磨寿命和摩擦过程中纱线的形态变化、张力变化。
磨纱辊的磨料材质能够更换，磨料为砂纸、玻璃纤维布、天然棉麻、涤纶等面料，模拟纱线与布面或其他材料的摩擦，反映纱线与不同材质表面相互磨损情况。同时磨辊可以更换为棕框模拟织造过程中的摩擦，也可更换为导纱辊，模拟纱线传送过程中的摩擦，测试不仅限于织造行业；同时测20组纱线，节约时间，减少试验环境误差；
设有红外感应系统，传感器感应到纱线断裂后，显示器记录磨纱辊往复运动的次数，避免人工漏记、错记。待纱线全部断裂后，将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，计数器停止计数，摄像头停止拍摄，防止机器的空转，对设备造成损坏；
纱线的末端设有磁粉制动器，可以控制纱线的张力，与一个个叠加砝码相比，张力控制更加精确，张力范围更大；
固定纱线的固纱器采用橡胶材质，卷绕直径大，不仅可以避免因纱线脆性大导致的断纱现象，同时防止因纱线退捻造成的测试误差；
磨纱辊两侧的无摩擦导纱杆可以根据需要上下调节，调整角度大学控制纱线在磨纱辊上的压力；实现了玻璃纤维纱线的耐磨性能检测以及评价，解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中限位导纱杆的结构示意图；
图3为本发明实施例中磨纱辊的结构示意图；
图4为本发明实施例中固定扣的结构示意图；
图5为本发明实施例中毛羽检测仪的电气原理图；
图6为本发明实施例中控制器的电气连接框图；
图7为本发明实施例中毛羽变化对比图；
图8为本发明实施例中张力变化对比图；
图9为本发明实施例中不同时间段毛羽变化率图；
图中：1、固定螺丝；2、限位槽；3、固纱器；4、导纱杆；5、连杆；6、磨纱辊；7、限位导纱杆；8、张力控制装置；9、红外感应器；10、控制器；11、电机；12、高速摄像机；601、磨料；602、固定扣；701、导纱杆限位槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
如图1-6所示，本发明所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，包括玻璃纤维纱线、固纱器3、磨纱辊6和导纱杆4，玻璃纤维纱线经固纱器3、导纱杆4、磨纱棍6、限位导纱杆7后连接有张力控制装置8，磨纱辊6的外部连接有电机11，磨纱辊6的上方设有高速摄像机12，磨纱辊6的左右两侧设有连杆5，连杆5连接所述导纱杆4和高速摄像机12，电机11连接有控制器10，控制器10连接有红外感应器9和计数器，电机11带动磨纱辊6往复运动，同时磨纱辊6上方的高速摄像机12以相同的速度、方向往复运动对磨纱辊6上玻璃纤维纱线表面状态进行拍摄，记录摩擦前后纱线毛羽的突变，控制器通过计数器记录磨擦的次数，所述控制器10连接有毛羽检测装置。
导纱杆4包括两个，分别位于磨纱辊6的左右两侧，导纱杆4使玻璃纤维纱线以恒定的压力跨在磨纱辊6上。
固纱器3的右侧设有限位槽2，限位槽2上设有固定螺丝1。
张力控制装置8的前方设有限位导纱杆7，限位导纱杆7上设置导纱杆限位槽701，用于防止玻璃纤维纱线翻转移位。
张力控制装置8为磁粉制动器。
磨纱辊6包括圆筒和磨料601，圆筒上设有固定扣602，保证磨料601紧贴于圆筒表面。
毛羽检测装置为CCD光电式毛羽检测装置。
本实施例的工作原理为：工作时，纱线一端使用硬橡胶材质的固纱器3进行固定，纱线经导纱杆、磨纱辊、导纱杆交叉缠绕，另一端连接磁粉控制器进行张力控制；
在仪器有一个能自转的磨纱辊圆筒，工作时，磨料包覆在圆筒表面。20根纱线在磁粉控制器的牵引下张紧，磨纱辊两侧的无摩擦导纱杆使纱线以恒定的压力跨在磨纱辊上，磨纱辊往复运动，并绕自身轴线转动，以提高磨擦的均匀性。同时磨纱辊上方的高速摄像头也以相同的速度、方向往复运动，以0.01帧/S的速度对磨纱辊上纱线表面状态进行拍摄，记录摩擦前后纱线毛羽的突变。当出现断头时，计算机自动将其磨擦次数记录下来。待纱线全部断裂后，将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，计数器停止计数，摄像头停止拍摄。
磨纱辊的磨料可更换，磨料为砂纸、玻璃纤维布、天然棉麻、涤纶等面料，模拟纱线与布面或其他材料的摩擦。同时磨纱辊可以更换为棕框模拟织造过程中的摩擦，也可更换为导纱辊，模拟纱线传送过程中的摩擦。
测试时，启动设备，使用前清零，调整合适的往复运动速度，启动电机开始转动。
电脑通过张力器记录纱线摩擦过程中的张力变化，根据张力—时间曲线图比较纱线的耐磨性能。
同时，电脑通过摄像头对摩擦过程中的纱线状态进行记录，并对图片中的毛羽长度及根数进行统计，加权计算出平均毛羽长度，根据平均毛羽长度—时间曲线图比较纱线的耐磨性能。
进一步地，如果有断掉的纱线试样，显示器显示对应的纱线的工位数字会变红，并显示其断掉时累计的磨擦次数，通过耐磨次数对比纱线的耐磨性能。
当所有纱线试样全部断掉后，红外感应器将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，同时计数器和摄像头停止工作。
实施例2：
本发明所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试方法，包括以下步骤：
步骤一：装卸磨纱辊，转动螺丝取下磨纱辊圆筒，将磨纱辊圆筒开口置于上方，然后打开两端的固定扣，将磨料固定在磨纱辊圆筒上，合上圆筒，将磨纱辊圆筒固定于连杆5上；
步骤二：准备试样，对纱线进行取样，将取样后纱线经限位导纱杆、导纱杆、磨纱辊、限位槽穿入，，并将纱线的一端固定在工作位上，纱线固定时，先固纱器的螺丝拧松，将纱线缠绕在圆柱体上，旋紧螺丝，使垫片压住并固定纱线。将纱线的另一端连接张力控制装置，再将纱线剪断，所有待测纱线穿入工位后，施加张力，应选择合适的张力；
步骤三：样品测试，启动设备，使用前清零，调整合适的往复运动速度(纱线断裂时张力突变为0的时间＞20min，以保证测试数据的准确性)，启动电机开始转动，电脑通过张力器记录纱线摩擦过程中的张力变化，根据张力时间曲线图比较纱线的耐磨性能，同时，控制器通过摄像头对摩擦过程中的纱线状态进行记录，并通过毛羽检测仪对对图片中的毛羽长度及根数进行统计，加权计算出平均毛羽长度，根据平均毛羽长度—时间曲线图比较纱线的耐磨性能。
步骤三中，如果在摩擦的过程中有断掉的纱线试样，显示器显示对应的纱线的工位数字会变红，并显示其断掉时累计的磨擦次数，通过耐磨次数对比纱线的耐磨性能；当所有纱线试样全部断掉后，红外感应器将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，同时计数器和摄像头停止工作。
步骤三中毛羽检测仪采用CCD光电检测法，检测并统计纱线一侧超过规定设定长度的毛羽指数，毛羽遮挡光线产生投影并转换成电信号，经控制器处理后，最后显示出图片，并进行毛羽统计。
本实施例的工作原理为：
毛羽的检测，如图7-9所示，
毛羽检测仪以纱线为Y轴，纱线位置为X轴0点，每1mm为一个分度值，毛羽的末端对应的X轴坐标即为毛羽长度(不满1的按1算，均取正值)。X轴坐标的个数即为毛羽根数。
评价玻璃纤维纱线的参数包括以下：
N：施加的张力
C:纱线断裂时平均毛羽长度I:毛羽长度n：毛羽根数
C＝(I1n1+I2n2+I3n3+...)/(n1+n2+n3+...)；
A:纱线断裂时张力突变为0的时间(min)；
B：纱线断裂时磨辊往复运动的次数；
D：毛羽变化率，用下列公式表示：
D＝(d2-d1)/(a2-a1)、(d3-d2)/(a3-a2)、...(dm-dm-1)/(am-am-1)
其中：d：不同时间的平均毛羽根数；a：采集毛羽的时间点；m：检测采样的次数；本实施例中以5min采样一次为例。
其中
玻璃纤维为上百根细丝组成的丝束，在磨辊的摩擦作用下，玻璃纤维丝束断裂为一根根细丝逐渐断裂，最终以细丝断裂即为玻璃纤维纱线断裂。
实例1：磨辊使用7628玻璃纤维布(自产)，经过磨纱辊往复运动2463次，样品1断裂，张力突变为0，用时41分钟，断裂时平均毛羽根数28根。
实例2：磨辊使用800目砂纸(RMC厂家)，经过磨纱辊往复运动1742次，样品2断裂，张力突变为0，用时29分钟，断裂时平均毛羽根数32根。
实例3：磨辊使用7628玻璃纤维布(自产)，经过磨纱辊往复运动2098次，样品3断裂，张力突变为0，用时35分钟，断裂时平均毛羽根数31根。
实例4：磨辊使用800目砂纸(RMC厂家)，经过磨纱辊往复运动2042次，样品4断裂，张力突变为0，用时34分钟，断裂时平均毛羽根数33根。
表1耐磨性能的评价
对于不同tex的两个样品，纱线断裂时样品1用时比样品3长，摩擦辊往复运动次数多，表明样品1需要经过较长时间才能磨断，并且磨断时样品1平均毛羽根数少，平均毛羽变化率小，所以综合判定样品1纱线耐磨性能优于样品3。
不同的测试条件下，纱线断裂时样品1用时比样品3长，摩擦辊往复运动次数多，平均毛羽根数少，平均毛羽变化率小，所以样品1纱线在玻璃纤维表面耐磨性更优。
表2中表头部分M＝B/tex；其中M表示单位tex纱线断裂时磨辊往复运动的次数；N＝C/tex；其中N表示单位tex纱线断裂时平均毛羽长度；
表2玻璃纤维评级表
根据评级表判定4个样品的耐磨性测试级别均为A级，与客户使用过程的评价相符合。
表3：不同时间段毛羽变化率单位：根/min
每5min统计一次CCD相机的平均毛羽，D表示毛羽变化率
D2＝(d2-d1)/(a2-a1)D2表示第1个5min的毛羽变化率
通过分析，样品1与其他样品相比平均毛羽根数一直处于平稳缓慢增加的状态，表明浸润剂润滑保护作用最优。
样品3前期平均毛羽根数缓慢增加，后期平均毛羽根数增加较快，表明样品3的浸润剂润滑保护性次之，原因可能为浸润剂润滑性较好，但是由于浸润剂成膜较脆，后期浸润剂从纱线表面脱落，失去了对纱线的保护作用，因此可改善样品3浸润剂的成膜性
样品2和4平均毛羽根数的平均毛羽根数一开始就增加非常快，表明浸润剂本身润滑作用较差，但是该样品浸润剂成膜性较好，导致后期增加缓慢。样品2平均毛羽根数变化率下降的快，表明该浸润剂成模型优于4号样品。因此可改善样品2和4的润滑性。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置及测试方法，实现了玻璃纤维纱线的耐磨性能检测以及评价，解决了现有技术中存在的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：包括玻璃纤维纱线、固纱器(3)、磨纱辊(6)和导纱杆(4)，所述玻璃纤维纱线经固纱器(3)、导纱杆(4)、磨纱棍(6)后连接有张力控制装置(8)，所述磨纱辊(6)的外部连接有电机(11)，磨纱辊(6)的上方设有高速摄像机(12)，磨纱辊(6)的左右两侧设有连杆(5)，连杆(5)连接所述导纱杆(4)和高速摄像机(12)，电机(11)连接有控制器(10)，控制器(10)连接有红外感应器(9)和计数器，电机(11)带动磨纱辊(6)往复运动，同时磨纱辊(6)上方的高速摄像机(12)以相同的速度、方向往复运动对磨纱辊(6)上玻璃纤维纱线表面状态进行拍摄，记录摩擦前后纱线毛羽的突变，控制器通过计数器记录磨擦的次数，所述控制器(10)连接有毛羽检测装置。
2.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的导纱杆(4)包括两个，分别位于磨纱辊(6)的左右两侧，导纱杆(4)使玻璃纤维纱线以恒定的压力跨在磨纱辊(6)上。
3.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的固纱器(3)的右侧设有限位槽(2)，限位槽(2)上设有固定螺丝(1)。
4.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的张力控制装置(8)的前方设有限位导纱杆(7)，限位导纱杆(7)上设置限位槽(2)，用于防止玻璃纤维纱线翻转移位。
5.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的张力控制装置(8)为磁粉制动器。
6.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的磨纱辊(6)包括圆筒和磨料(601)，圆筒上设有固定扣(602)，保证磨料(601)紧贴于圆筒表面。
7.根据权利要求1所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的毛羽检测装置为CCD光电式毛羽检测装置。
8.一种电子级玻璃纤维耐磨性测试方法，应用于权利要求1-7任一所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试装置，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
步骤一：装卸磨纱辊(6)，转动螺丝取下磨纱辊圆筒，将磨纱辊圆筒开口置于上方，然后打开两端的固定扣，将磨料固定在磨纱辊圆筒上，合上圆筒，将磨纱辊圆筒固定于连杆(5)上；
步骤二：准备试样，对纱线进行取样，将取样后纱线经限位导纱杆(7)、导纱杆(4)、磨纱辊(6)、导纱杆(4)交叉缠绕并将纱线的一端固定在工作位上，纱线固定时，先固纱器的螺丝拧松，将纱线缠绕在圆柱体上，旋紧螺丝，使垫片压住并固定纱线；将纱线的另一端连接张力控制装置，再将纱线剪断，所有待测纱线穿入工位后，施加张力，应选择合适的张力；
步骤三：样品测试，启动设备，使用前清零，调整合适的往复运动速度，启动电机开始转动，电脑通过张力器记录纱线摩擦过程中的张力变化，根据张力时间曲线图比较纱线的耐磨性能，同时，控制器通过摄像头对摩擦过程中的纱线状态进行记录，并通过毛羽检测仪对对图片中的毛羽统计，根据统计出的玻璃纤维纱线的毛羽参数比较纱线的耐磨性能。
9.根据权利要求8所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试方法，其特征在于：所述的步骤三中，如果在摩擦的过程中有断掉的纱线试样，显示器显示对应的纱线的工位数字变红，并显示其断掉时累计的磨擦次数，通过耐磨次数对比纱线的耐磨性能；当所有纱线试样全部断掉后，红外感应器将断裂信号传输到控制电机转动系统，电机停止转动，同时计数器和摄像头停止工作；步骤三中毛羽检测仪采用CCD光电检测法，检测并统计纱线一侧超过规定设定长度的毛羽指数，毛羽遮挡光线产生投影并转换成电信号，经控制器处理后，最后显示出图片，并进行毛羽统计。
10.根据权利要求8所述的一种电子级玻璃纤维耐磨性测试方法，其特征在于：所述的步骤三中评价玻璃纤维纱线的参数包括以下：
N：施加的张力；
C:玻璃纤维纱线纱线断裂时平均毛羽长度；I:毛羽长度；n：毛羽根数；
C＝(I1n1+I2n2+I3n3+...)/(n1+n2+n3+...)；
A:纱线断裂时张力突变为0的时间(min)；
B：纱线断裂时磨辊往复运动的次数；
D：毛羽变化率，用下式表示：
D＝(d2-d1)/(a2-a1)、(d3-d2)/(a3-a2)、...(dm-dm-1)/(am-am-1)；
其中：d：不同时间的平均毛羽根数；a：采集毛羽的时间点；m：检测采样的次数；
其中
玻璃纤维纱线为上百根细丝组成的丝束，在磨辊的摩擦作用下，玻璃纤维丝束断裂为一根根细丝逐渐断裂，最终以细丝断裂即为玻璃纤维纱线断裂。
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