CN212321409U - 一种纤维摩擦系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纤维摩擦系数测试装置，包括纱轴、限位辊、定位辊、摩擦辊温控箱、电磁加热摩擦辊、张力仪、电机控制箱、收卷轴，以上各个部件均固定在可承重板上，所述可承重板底部安装有可水平调节支架，所述收卷轴连接电机，所述电磁加热摩擦辊连接摩擦辊控制箱，前张力仪和后张力仪设置在电磁加热摩擦辊前后两端，连接张力传感器，张力传感器连接计算机，通过该设备，可以对各个类型的纤维在控制转速和摩擦温度的情况下对其摩擦系数进行测试，获得数据为纤维的研发和生产提供优良的数据支持。

Description

一种纤维摩擦系数测试装置

技术领域

本实用新型属于纤维应用性能测试技术领域，涉及纤维在不同温度、不同运行速度下动态摩擦系数的测试，具体是一种纤维摩擦系数测试装置。

背景技术

纤维摩擦系数是指纤维与接触面之间产生的摩擦力和其垂直作用力之间的比值，纤维摩擦系数影响纤维的耐摩擦性能，是纤维的一项重要应用性能指标。纤维在生产应用过程中，受到多种摩擦力的影响，如纤维束之间的摩擦、纤维束与机械辊的摩擦、纤维束与导纱辊、限位辊之间的摩擦以及其他摩擦等。其中纤维束与机械辊之间的摩擦是最主要的摩擦力。在纤维应用过程中，降低纤维的摩擦系数具有重要意义，如减少纤维的摩擦起毛，提高纤维的顺滑性及耐摩擦性。由于很多特种纤维束表面都含有一定量的高分子保护剂，用于保护纤维，减少摩擦，而高分子保护剂分子运动状态受温度影响很大，因此纤维束表面摩擦系数也会受到温度的影响。因此，研究纤维束在不同温度下、不同运行速度下的摩擦系数测试装置和测试方法很有必要。

目前，纤维摩擦系数的测试装置及方法多采用罗得氏法，其原理是将一段纤维以一定角度包裹在摩擦辊上，两端施加同等大小的张力，当转动摩擦辊或减少一端张力时，由于纤维与摩擦辊存在摩擦力，纤维两端张力发生变化，根据欧拉公式，计算得到纤维摩擦系数。专利CN104849208 A公开了一种纤维摩擦系数测试装置及测试方法，相较于以Y51型纤维摩擦系数测定仪为代表的传统摩擦系数测试仪器，该装置引入了电子测试装置，提高了力值精度和量程，可实时显示摩擦力波动曲线，自动分析摩擦系数，具有测试精度高、测试效率高的特点。专利CN208607135 U根据纤维的特点，创造性的引入了温度控制装置，可以测定可变温度下碳纤维的摩擦系数，通过连接计算机可实时显示摩擦力与时间的变化曲线，自动分析纤维的摩擦系数，测试精度高，操作简便、快捷。但是，以上两种方法在测试纤维束摩擦系数时存在不足的地方，主要在于纤维束取样以及测试方法，两者都是剪取一段纤维进行测试，测试结果只能反映该段纤维接触点处摩擦系数值，而且在取样过程中，个人的操作手法会对丝束的形态造成影响，从而影响测试准确性，如为了提高准确性，多次取样也会影响测试效率。在生产过程中，某些纤维丝束会在纤维表面涂覆一定分子量的保护剂，而纤维表面保护剂含量及分布并不完全均匀一致，因此测试结果受人为取样影响，并不能真实的反映纤维整体的摩擦系数。在日常的生产应用中，有些纤维束在是在一定温度下工作的，温度的高低也会影响保护剂的形态，从而影响纤维的摩擦系数。因此迫切需要一种动态的、电子式纤维摩擦系数测试装置，使得装置具有量程大、精度高、温度、转速可调节的特征，以测试一定温度及转速下的纤维束摩擦系数，提高测试结果准确性及测试效率。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种纤维束摩擦系数测试装置，实现不同规格纤维束在曲面接触下的摩擦系数测试，并能够进行不同速度、不同温度条件下纤维束摩擦系数的测试，可实时纤维摩擦系数波动变化曲线，具体技术方案如下：

一种纤维摩擦系数测试装置，包括纱轴、限位辊、定位辊、摩擦辊温控箱、电磁加热摩擦辊、张力仪、电机控制箱、收卷轴，以上部件均固定在可承重板上，固定顺序为纱轴、前限位辊、前定位辊、前张力仪、电磁加热摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊、收卷轴，所述收卷轴连接电机，所述电磁加热摩擦辊连接摩擦辊控制箱，前张力仪和后张力仪分别设置在电磁加热摩擦辊前后两端，所述前张力仪、所述后张力仪都连接张力传感器。

作为进一步的改进，所述电机控制箱箱体上设有无级调速旋钮、显示电机转速的显示屏。

作为进一步的改进，所述摩擦辊温控箱的箱体上设有上面板和下面板，下面板包括电源开关和温度控制面板，上面板显示电磁加热摩擦辊的实时温度；其中摩擦辊的温度值最高设为300℃，精度为1℃。

作为进一步的改进，所述可承重板底部安装有调节支架。

作为进一步的改进，所述电磁加热摩擦辊包括2-8根金属棒，金属棒表面镀铬，彼此上下交错平行排列；在实际使用中，使得纤维束在收卷轴的牵引下上下方向通过系列电磁加热摩擦辊，纤维丝束与金属辊的总接触角为θ，θ为弧度单位，当θ=180°时，θ=π。

所述张力仪力值测定范围在0 cN-1000cN，2组张力仪测定的负荷信号同时传输于计算机，采样频率可设置为1-10秒采集一次数据，数据经分析处理后以摩擦系数—时间曲线的形式输出于显示器。

利用上述装置对纤维摩擦系数进行测试，步骤如下：

步骤一：测试之前先维持测试房间温度和湿度恒定，室温为25℃±2℃，相对湿度为45%±3%，再通过水平调节旋钮使工作台水平；

步骤二：打开电源开关，调节温控按钮，设定加热温度为25℃~300℃，状态维持5-30分钟；

步骤三：选取一锭纤维测试摩擦系数；

步骤四：将纤维锭放入纱轴上，将纤维牵出后依次经过前限位辊、前定位辊、前张力仪、电磁加热摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊，最后缠绕于空纱锭上；

步骤五：调节变速旋钮设定丝束运行速度，设定2组张力仪数据采集频率n秒/次，设定运行时间h秒，其中前张力仪测得的丝束进入摩擦辊之前的张力值α，后张力仪测得的丝束拉出电磁加热摩擦辊之后的张力为β，最后求得摩擦系数μ=㏑(α/β)/θ，其中θ为纤维丝束与多个电磁加热摩擦辊的总接触角，θ为弧度单位。

本实用新型的有益效果：本实用新型公开的纤维摩擦系数测试装置，通过驱动纤维在电磁加热摩擦辊上的运动进行摩擦系数测试，能有效模拟纤维在实际生产中经过机械辊时的摩擦系数，进而为研究纤维束表面保护剂对纤维摩擦系数的影响提供数据支持，提高产品质量；通过调节电机转速，测试不同类型及规格纤维在不同转速下的摩擦系数，研究纤维运行速度对摩擦系数的影响；通过调节摩擦辊温度，测试不同类型及规格纤维在不同工作温度下的摩擦系数，有利于研究温度对纤维束摩擦因数的影响；通过对摩擦系数测试值的离散情况的考察，可判断纤维表面保护剂分布的均匀性，为纤维的生产及评价提供了确切的参考数据，减少纤维研发和生产成本。

附图说明

图1为纤维摩擦系数测试装置的侧视图。

图2为纤维摩擦系数测试装置的主要部件的俯视图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对保护范围构成限定。

实施例1

一种纤维摩擦系数测试装置，如图1和图2所示，在可承重板即可承重不锈钢侧板7上依次设置纱轴3、前限位辊4、前定位辊5、前张力仪8、四个电磁加热摩擦辊9、后张力仪10、后定位辊11、后限位辊12、收卷轴15，可承重不锈钢侧板底部安装有可水平调节支架6，纱锭22上的纤维通过前限位辊4、前定位辊5、前张力仪8、电磁加热摩擦辊9、后张力仪10、后定位辊11、后限位辊12最终收入收卷轴15，收卷轴15连接电机20，电机20连接电机控制箱21，电机控制收卷轴15，电磁加热摩擦辊9连接摩擦辊控制箱19，摩擦辊控制箱19控制电磁加热摩擦辊9的加热温度，两个张力仪分别设置在电磁加热摩擦辊9的前后两端，分别为前张力仪8和后张力仪10，前张力仪8和后张力仪10连接张力传感器16，张力传感器16连接计算机17，然后连接到计算机显示器18上，其中电机控制箱21箱体上设有无级调速旋钮14、显示电机转速的显示屏13，摩擦辊控制箱19的箱体上设有上面板和下面板，下面板为温控开关及按钮2，包括电源开关和温度控制面板，温度控制面板可设定摩擦辊温度，上面板显示摩擦辊实时温度，为温度显示屏1，其中摩擦辊9的温度设置最高为300℃，精度1℃，电磁加热摩擦辊9由4根金属棒组成，金属棒表面镀铬，彼此上下交错平行排列，在实际使用中，使得纤维束在收卷轴的牵引下上下方向通过系列电磁加热摩擦辊，纤维丝束与多个电磁加热金属辊的总接触角为θ，θ为弧度单位，电机的转速范围为0~100r/min，张力仪力值测定范围在0cN-1000cN，2组张力仪测定的负荷信号同时传输于计算机，采样频率可设置为1-10秒采集一次数据，数据经分析处理后以摩擦系数-时间曲线的形式输出于计算机显示器18，前张力仪测得的丝束进入摩擦辊之前的张力值α，后张力仪测得的丝束拉出电磁加热摩擦辊之后的张力值为β，最后求得摩擦系数μ=㏑(α/β)/θ，其中θ为纤维丝束与多个电磁加热摩擦辊的总接触角，θ为弧度单位。

该整体设备时一个密闭结构，设置有推拉门来进行碳纤维锭的取放。以下实施例选用

实施例2

根据实施例1中的设备布置安装后，进行纤维摩擦系数测试：

1.测试之前先维持测试房间温度和湿度恒定，室温为25℃℃，相对湿度为45%，将纤维摩擦系数测试装置水平放置在工作台上，再通过水平调节旋钮，使纤维摩擦系数测试装置保持水平。

2. 打开电源开关，调节温控按钮，电磁加热摩擦辊温度为25℃，状态维持10分钟。

3.选取1锭HF10-3K（HF10-3K代表是3K碳纤维）碳纤维测试摩擦系数。

4.打开推拉门，取碳纤维锭放入纱轴上，将纤维牵出后按照图1中的顺序依次经前限位辊、前定位辊、前张力仪、摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊，最后从上面缠绕于收丝轴的空纱锭上。

5.调节变速旋钮使显示屏上显示的收丝速度为10rpm，数据采集频率设置为10秒/次，运行时间设定为100秒，张力传感器采集得到10组张力仪测试值（α、β），计算机根据公式μ=㏑(α/β)/3π，计算出10批摩擦系数数据，得出数据离散系数Cv值；

分别选取不同丝束大小的HF10-12K、HF10-24K纤维各1锭，其中HF10-12K代表是12K碳纤维，HF10-24K代表为24K碳纤维，重复步骤1-5的设定，得出不同温度下，该规格纤维的摩擦系数，结果视于表1。

表1

纤维类型	转速/ rpm	加热温度/℃	摩擦系数	Cv值/%
					HF10-3K	10	25	0.3316	2.27
HF10-12K	10	25	0.3216	3.49
					HF10-24K	10	25	0.3395	4.59

从实施例2表1可看出，在常温下，同等规格、不同丝束大小的碳纤维摩擦系数没有明显区别，摩擦系数Cv值都在5%以下，说明纤维摩擦系数测试值离散较小，测试数据较为可靠。

实施例3

1.测试之前先维持测试房间温度和湿度恒定，室温为25℃，相对湿度为45%，将纤维摩擦系数测试装置水平放置在工作台上，再通过水平调节旋钮，使纤维摩擦系数测试装置保持水平。

2. 打开电源开关，调节温控按钮，电磁加热摩擦辊温度为60℃，状态维持10分钟。

3.选取1锭HF10-12K碳纤维测试摩擦系数。

4.打开推拉门，取碳纤维锭放入纱轴上，将纤维牵出后按照图1中的顺序依次经前限位辊、前定位辊、前张力仪、摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊，最后从上面缠绕于收丝轴的空纱锭上。

5.调节变速旋钮使显示屏上显示的收丝速度为10rpm，数据采集频率设置为10秒/次，运行时间设定为100秒，张力传感器采集得到10组张力仪测试值（α、β），计算机根据公式μ=㏑(α/β)/3π，计算出10批摩擦系数数据，得出数据离散系数Cv值；

将电磁加热摩擦辊温度分别设定为80℃、120℃，重复步骤3-5的设定，得出不同温度下，该规格纤维的摩擦系数，结果视于表2。

表2

纤维类型	转速/ rpm	加热温度/℃	摩擦系数	Cv值/%
					HF10-12K	10	60	0.3316	2.27
HF10-12K	10	80	0.3662	4.56
					HF10-12K	10	120	0.3873	3.12

从实施例3表2可看出，同等规格碳纤维在不同温度下，摩擦系数存在较大的区别，表现出温度越高，摩擦系数越大的趋势，同时摩擦系数Cv值都在5%以下，说明纤维摩擦系数测试值离散较小，测试数据较为可靠。

实施例4

1.测试之前先维持测试房间温度和湿度恒定，室温为26℃，相对湿度为47%，将纤维摩擦系数测试装置水平放置在工作台上，再通过水平调节旋钮，使纤维摩擦系数测试装置保持水平。

2. 打开电源开关，调节温控按钮，显示电磁加热摩擦辊温度为80℃，状态维持10分钟。

3.选取1锭HF10-12K碳纤维测试摩擦系数。

4.打开推拉门，取碳纤维锭放入纱轴上，将纤维牵出后按照图1中的顺序依次经前限位辊、前定位辊、前张力仪、摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊，最后从上面缠绕于收丝轴的空纱锭上。

5.调节变速旋钮使显示屏上显示的收丝速度为10rpm，数据采集频率设置为10秒/次，运行时间设定为100秒，张力传感器采集得到10组张力仪测试值（α、β），计算机根据公式μ=㏑(α/β)/3π，计算出10批摩擦系数数据，得出数据离散系数Cv值；将收丝速度分别设定为30rpm、60rpm，重复步骤1-4的设定，得出不同运行速度下，该规格纤维的摩擦系数，结果视于表3。

表3

纤维类型	转速/ rpm	加热温度/℃	摩擦系数	Cv值/%
					HF10-12K	10	80	0.3662	1.56
HF10-12K	30	80	0.3249	3.81
					HF10-12K	60	80	0.2835	3.75

从实施例4表3可看出，同等规格碳纤维在相同温度下，不同运行速度下，摩擦系数存在较大的区别，表现出转速越高，摩擦系数越小的趋势，同时摩擦系数Cv值都在5%以下，说明纤维摩擦系数测试值离散较小，测试数据较为可靠。

实施例5

1.测试之前先维持测试房间温度和湿度恒定，室温为24℃，相对湿度为46%，将纤维摩擦系数测试装置水平放置在工作台上，再通过水平调节旋钮，使纤维摩擦系数测试装置保持水平。

2. 打开电源开关，调节温控按钮，显示电磁加热摩擦辊温度为200℃，状态维持10分钟。

3.选取1锭12K聚丙烯腈基原丝（以下简称原丝），油剂代号为A，测试摩擦系数。

4.打开推拉门，取碳纤维锭放入纱轴上，将纤维牵出后按照图1中的顺序依次经前限位辊、前定位辊、前张力仪、摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊，最后从上面缠绕于收丝轴的空纱锭上。

5.调节变速旋钮使显示屏上显示的收丝速度为30rpm，数据采集频率设置为10秒/次，运行时间设定为100秒，张力传感器采集得到10组张力仪测试值（α、β），计算机根据公式μ=㏑(α/β)/3π，计算出10批摩擦系数数据，得出数据离散系数Cv值；将油剂代号为B、C的原丝重复步骤1-5的设定，得出不同油剂原丝的摩擦系数，结果视于表4。

表4

纤维类型	转速/ rpm	加热温度/℃	摩擦系数	Cv值/%
					12K原丝-A	30	200	0.1376	2.18
12K原丝-B	30	200	0.2789	4.17
					12K原丝-C	30	200	0.2142	3.63

从实施例5表4可看出，同等规格原丝在200℃温度下，A油剂上油原丝摩擦系数最小，B油剂上油原丝摩擦系数最大，同时摩擦系数Cv值都在5%以下，说明纤维摩擦系数测试值离散较小，测试数据较为可靠。

根据以上实施例，可以看出，该装置通过驱动纤维在摩擦辊上的运动进行摩擦系数测试，能有效模拟纤维在实际生产中经过机械辊时的摩擦系数，进而为研究纤维束表面保护剂对纤维摩擦系数的影响提供数据支持，提高产品质量；而且可以通过调节电机转速，测试不同类型及规格纤维在不同转速下的摩擦系数，对研究纤维运行速度对摩擦系数的影响大有裨益；通过调节摩擦辊温度，测试不同类型及规格纤维在不同工作温度下的摩擦系数，有利于研究温度对纤维束摩擦因数的影响；更进一步的通过对摩擦系数测试值的离散情况的考察，可判断纤维表面保护剂分布的均匀性，为纤维的生产及评价提供了确切的参考数据，减少纤维研发和生产成本。

Claims (5)

1.一种纤维摩擦系数测试装置，其特征在于：包括纱轴、限位辊、定位辊、摩擦辊温控箱、电磁加热摩擦辊、张力仪、电机控制箱、收卷轴，以上部件均固定在可承重板上，固定顺序为纱轴、前限位辊、前定位辊、前张力仪、电磁加热摩擦辊、后张力仪、后定位辊、后限位辊、收卷轴，所述收卷轴连接电机，所述电磁加热摩擦辊连接摩擦辊控制箱，前张力仪和后张力仪分别设置在电磁加热摩擦辊前后两端，所述前张力仪、所述后张力仪都连接张力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种纤维摩擦系数测试装置，其特征在于：所述电机控制箱箱体上设有无级调速旋钮、显示电机转速的显示屏。

3.根据权利要求1所述的一种纤维摩擦系数测试装置，其特征在于：所述摩擦辊温控箱的箱体上设有上面板和下面板，下面板包括电源开关和温度控制面板，上面板显示电磁加热摩擦辊的实时温度。

4.根据权利要求1所述的一种纤维摩擦系数测试装置，其特征在于：所述可承重板底部安装有调节支架。

5.根据权利要求1所述的一种纤维摩擦系数测试装置，其特征在于：所述电磁加热摩擦辊包括2-8根金属棒，金属棒表面镀铬，彼此上下交错平行排列。

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