专利名称：一种纤维材料轴向压缩性质测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测试纤维材料轴向力学性质的仪器，属测试技术领域。
背景技术：
纤维材料是一种长度比细度大百倍、千倍以上的细长物体，是重要的产业原材料， 主要应用于服装、装饰及产业用纺织品的加工。纤维的机械物理性质不但对纤维制品(如 纱、线、织物)的加工制造过程有较大影响，更对其最终产品的使用性能影响显著。纤维的 轴向压缩、弯曲性质对最终产品质量或使用性能的影响主要表现在以下几个方面①影响 织物表面毛羽(暴露在织物表面的纤维头端)的分布，并进而影响布面表观效果；②影响 织物接触皮肤的舒适性；③影响织物的起绒、植绒效果。对纤维性质的测试与分析，有利于 在设计加工纤维制品时选择合适的纤维品种和规格，制定合适的加工方法和工艺路线与参 数。中国专利第CN200310109512. 3号公开了一种纤维压缩弯曲性能测量的装置， 该装置采用高精度微力传感器、多功能上夹头、能作水平与垂直运动的下夹持器组成的 力-位移测量机构，可测量纤维头端应力和纤维轴向应变等数据及模拟人体皮肤的刺扎效 果，但该装置存在以下缺点①采用开窗式纸质制样模板和双面胶制备测试试样，使试样的制备复杂化，试样 制备水平的差异会对测试结果的一致性产生较大的影响；②每次测试都要调整试样的轴向对中，且还需要通过目测实现对中过程的监控， 操作复杂、可操作性不高；③试样的实际测试长度难以控制，如设计测试5mm长试样的轴向压缩性质，但在 制作好所要长度的试样纤维针之后，由于夹持操作差异的原因，可能造成实际测试的纤维 长度不是5mm，且试样固定后没有长度校正方法；④不同品牌双面胶性质的差异(厚薄差异)会造成纤维试样约束条件的差异，并 最终影响测试结果的精度；
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种操作方便、测试精度高的 纤维材料轴向压缩性质测试装置。本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的一种纤维材料轴向压缩性质测试装置，它包括测试台和数字式电子推拉力计，所 述测试台的底座上设置有带竖直滑杆的立柱，所述电子推拉力计通过滑块与滑杆滑动连 接，其下端的测试杆端部安装上测试头，所述上测试头为圆盘式测试头或上夹持器；在测试 台上安装有与上测试头对应的下夹持器，所述下夹持器由U型夹持器主体和下活动夹片组 成，所述下活动夹片位于U型夹持器主体上部的U型槽内且通过下夹紧螺钉与U型夹持器 主体连接。[0011 ] 上述纤维材料轴向压缩性质测试装置，所述上夹持器由” Π ”型夹持器主体和上活 动夹片组成，所述” Π，，型夹持器主体通过其上端的装配螺孔与测试杆连接，所述上活动夹 片位于” Π”型夹持器主体下部的” Π”型槽内且通过上夹紧螺钉与” Π”型夹持器主体连 接。上述纤维材料轴向压缩性质测试装置，所述圆盘式测试头、上夹持器、下夹持器与 纤维试样的接触面上设置有乳胶膜。上述纤维材料轴向压缩性质测试装置，所述U型夹持器主体和“Π”型夹持器主体上均设有夹持位置线。本实用新型采用上下夹持器对被测纤维进行固定，在简化了测试装置的同时，也 使试样的制备和测试操作更加简单、快捷，提高了重复操作的一致性，使测试结果更加可 靠。圆盘式测试头、上下夹持器与被测纤维材料的接触面上设置乳胶膜，可避免在纤维夹持 处出现应力集中现象，并保证夹持器对纤维的有效握持。上、下夹持器上设置的纤维试样夹 持位置线，用于确定纤维试样上下端的夹持位置，使装置调整对准后，不必每次安放试样都 去校准、调整纤维的夹持位置，大大提高了测试工作效率。同现有技术相比，本实用新型结构简单、操作方便，测试效率和测试精度高。以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是下夹持器的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是上夹持器的结构示意图；图6是图5的仰视图；图7是圆盘式测试头的结构示意图；图8是图7的仰视图。图中各标号为1、电子推拉力计；2、立柱；3、底座；4、圆盘式测试头；5、纤维试样； 6、下夹持器；7、测试台；8、数据总线；9、测控计算机；10、控制总线；11、滑块；12、测试杆； 13、U型夹持器主体；14、下活动夹片；15、下夹紧螺钉；16、乳胶膜；17、18、夹持位置线；19、 乳胶膜；20、上夹紧螺钉；21、上活动夹片；22、“Π”型夹持器主体；23、装配螺孔；24、压盘； 25、乳胶膜；26、滑杆。
具体实施方式
参看图1、图2，纤维试样5的一端夹持在下夹持器6上，后者则固装在测试台7上， 上端自由或夹持在上夹持器上(根据测试方法不同进行选择)，上测试头(上夹持器或圆 盘式测试头4)通过螺孔安装于电子推拉力计1的测试杆12上；电子推拉力计1安装于配 套测试台立柱2上的滑块11上，随着滑块11以设定的速度做上下运动。当电子推拉力计 随滑块11按设定的速度向下运动至设定的压缩动程时，即可实现纤维试样的轴向压缩测 试过程。电子推拉力计运行的速度及压缩动程均可通过测控计算机9中的应用程序进行设定。电子推拉力计1与测试台7分别通过数据总线8、控制总线10与测控计算机9相连，实 现实验参数的设定、数据采集与处理及实验结果的计算输出。各主要构件说明如下①数字式电子推拉力计有多种市场产品型号可�。缱油评仆ü馐愿�12上的测试头测试所受压 力的大小。考虑到纤维材料轴向压缩的最大载荷情况及压缩过程要求，选择精度高的型号， 技术特征最大荷重(工作范围)2N(200gf)，最小读值(测试精度)0. 001N(0. lgf)，取样率 1000次/秒(可在范围内设定)，输出信号为USB接口或RS232C接口，可通过随机配置的数 据总线直接连接计算机，借助应用程序实现数据采集、输出与数据采集密度等参数的设定。②测试台为电子推拉力计配套附件，电子推拉力计即安装在测试台立柱2中的滑杆26(或 丝杠)上的滑块11上，位于底座3中的电机驱动滑块11做上下运动。电子式测试台7配 有控制总线接口，通过随机配置的控制总线10可直接连接计算机，借助应用程序实现测试 速度、压缩位移等操作。滑块运动速度可调，其数值范围为5 lOOmm/min。作压缩操作时， 电子推拉力计1随滑块11按设定的速度向下移动，达到设定的位移量即完成压缩过程。③上测试头它安装在电子推拉力计1的测试杆12上，有两种结构一种结构为圆盘式测试头 4(为电子式推拉力计标准配件，有。40_、60_、10_规格可选)，装配在电子推拉力计1 的测试杆12上，当纤维试样5 —端夹持、一端为自由状态时，可用作纤维试样5的轴向压缩 压缩头。为模拟纤维毛羽与皮肤之间的接触及相互作用、避免压缩时纤维试样5自由端与 圆盘式测试头4接触后产生滑移，对圆盘式测试头4表面进行包覆处理，包覆材料选用与皮 肤性质接近的乳胶膜(厚度为0. 2mm)。另一种结构为上夹持器(参看图5、图6)，用于实现纤维试样5两端夹持情况下的 压缩。上夹持器为金属材料制成，通过装配螺孔23安装到电子推拉力计1的测试杆12上。 通过旋紧上夹紧螺钉20将纤维试样5的上端夹紧，实现纤维试样5的两端夹持(纤维试样 5下端被下夹持器夹持)。夹持纤维试样5时，按上夹持器上标示的夹持位置线18 (穿过测 试杆装配螺孔的中心)调整纤维试样5的夹持位置，轻轻旋紧上夹紧螺钉20，实现纤维夹 持。为了避免在夹持处出现由于夹紧造成的应力集中现象，并保证夹持器对纤维的有效握 持，纤维夹持面8上均涂覆0. Imm厚的乳胶膜19，当夹紧纤维试样5时，乳胶膜19变形，对 纤维材料实现部分或全部包裹。④测试台7与下夹持器6下夹持器6固装在测试台7上，测试台为一长方体金属平台，平放于底座3上，其 在底座3上的相对位置可以调整，调整后通过紧固夹片紧固到底座3上，紧固后位置不能移 动。参看图3、图4，下夹持器6通过旋紧下夹紧螺钉15实现对纤维试样5的夹紧，夹 持纤维时，按下夹持器6上标示的夹持位置线17调整纤维的夹持位置，轻轻旋紧下夹紧螺 钉15，实现纤维夹持。基于与上测试头相同的理由，纤维夹持面上涂覆0. Imm厚的乳胶膜 16，当夹紧纤维时，乳胶膜16变形，对纤维材料实现部分或全部包裹。测试时，下夹持器6固装在测试台7上，测试台7位置的调整方法为调整测试台7的位置，使上下纤维夹持位置线位于同一垂直平面内，且使上、下夹持器主体的夹持面位 于同一垂直平面内，即可保证上下纤维夹持点位于电子推拉力计测试杆的轴线延长线上， 旋紧测试台紧固夹片，之后一般不再做调整。本测试装置能实现下列三项测试功能纤维一端夹持，一端自由状态下的轴向压 缩测试；纤维两端夹持的轴向压缩测试及纤维轴向压缩松弛性质的测试。在进行一端(上端)自由，一端(下端)夹持状态的轴向压缩测试时，为了便于测 试过程的操作，控制�？樯柚昧说缱油评频牧礁龉ぷ魑恢檬匝僮魑缓脱顾跗鹗嘉�。 实验时联机复位和完成一次压缩测试后，电子推拉力计均会自动复位到试样操作位，此时 电子推拉力计1的上测试头与测试台间有较大距离(此隔距可通过程序基本控制�？榻� 设定)，以免上测试头影响下夹持器安置和更换试样。当试样安置或更换完毕后，控制电子 推拉力计自动下行到压缩起始位，然后再控制开始压缩过程。这样设计的目的是减少压缩 空程(压缩开始后，电子推拉力计下行但未与纤维头端接触的动程)。压缩起始位根据测试 纤维试样的长度而设定，一般稍大于测试纤维试样长度即可。应用程序中可预设下夹持器头顶端至电子推拉力计两个工作位置距离，这样可实 现压缩纤维长度的自动计算，即根据压缩起始位与下夹持器头顶端的距离与压缩过程中 的压缩空程计算出纤维试样的长度纤维试样长度=压缩起始位与下夹持器头顶端的距 离-压缩空程，用以校正所制试样的长度，解决由于夹持操作，可能造成的实际压缩长度与 设计试样长度不等问题。在进行两端夹持轴向压缩测试时，采用与一端自由，一端夹持状态轴向压缩测试 不同的控制流程。由于试样需要两端夹持，在实现试样夹持时，先将纤维试样在下夹持器上 夹持好，再控制电子推拉力计1下行到压缩起始位，完成上夹持器对试样的夹持。此时需 要压缩起始位与下夹持器之间的距离小于纤维试样5从下夹持器中的伸出长度，即保证上 夹持器对纤维试样有一定的夹持长度(不少于5mm，以保证上夹持器对纤维试样的牢固握 持)。压缩完成后，电子推拉力计不能直接返回试样操作位，而是先返回压缩起始位，等打开 上夹持器夹紧螺钉，释放纤维试样5上端后，再控制其返回试样操作位。测试纤维轴向压缩松弛性质时，当轴向压缩达到设定压缩动程后，保持一设定时 间，测试压力随时间衰减的情况。其测试过程在上述两种测试方法上稍加修改即可，即设定 达到设定压缩位移后至返回前的停滞时间，在上述两种测试中该时间一般不做调整(设定 为1秒)。
权利要求一种纤维材料轴向压缩性质测试装置，其特征是，它包括测试台(7)和数字式电子推拉力计(1)，所述测试台(7)的底座(3)上设置带竖直滑杆(26)的立柱(2)，所述电子推拉力计(1)通过滑块(11)与滑杆(26)滑动连接，其下端的测试杆(12)端部安装上测试头，所述上测试头为圆盘式测试头(4)或上夹持器；在测试台(7)上装有与上测试头(4)对应的下夹持器(6)，所述下夹持器(6)由U型夹持器主体(13)和下活动夹片(14)组成，所述下活动夹片(14)位于U型夹持器主体(13)上部的U型槽内且通过下夹紧螺钉(15)与U型夹持器主体(13)连接。
2.根据权利要求1所述纤维材料轴向压缩性质测试装置，其特征是，所述上夹持器由 “Π”型夹持器主体(22)和上活动夹片(21)组成，所述“Π”型夹持器主体(22)通过其上 端的装配螺孔(23)与测试杆(12)连接，所述上活动夹片(21)位于“Π”型槽内并通过上 夹紧螺钉(20)与“Π”型夹持器主体(22)连接。
3.根据权利要求1或2所述纤维材料轴向压缩性质测试装置，其特征是，所述圆盘式测 试头(4)、上夹持器、下夹持器(6)与纤维试样(5)的接触面上设有乳胶膜。
4.根据权利要求1或2所述纤维材料轴向压缩性质测试装置，其特征是，所述U型夹持 器主体(13)和” Π”型夹持器主体(22)上均设有夹持位置线。
专利摘要一种纤维材料轴向压缩性质测试装置，用于提高测试效率和精度。其技术方案是它包括测试台和数字式电子推拉力计，所述测试台的底座上设置有带竖直滑杆的立柱，所述电子推拉力计通过滑块与滑杆滑动连接，其下端的测试杆端部安装有圆盘式测试头或上夹持器，在测试台上安装有与圆盘式测试头或上夹持器上下对应的下夹持器，所述下夹持器由U型夹持器主体和下活动夹片组成，所述下活动夹片位于U型夹持器主体上部的U型槽内且通过下夹紧螺钉与U型夹持器主体连接。本实用新型在简化了测试装置的同时，也使试样的制备和测试操作更加简单、快捷，测试结果更加可靠。
文档编号G01N3/08GK201622209SQ201020122608
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者敖利民, 贾立霞, 郑元生 申请人:河北科技大学
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