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：
本发明涉及一种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 轴向压縮、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。 纤维材料轴向压縮性质的测试技术从原理上来说与其它材料压縮性质的测试是 相同的，但实际操作要解决由于纤维材料的特殊性所带来的诸多问题，如纤维试样的约束 条件确定与实现问题 一一 纤维材料在不同的端部约束条件下( 一端夹持一端为自由端或 两端均为夹持)，其压縮性质表现不同，测试装置应能够满足不同约束条件的实现；测试装 置的传感器精度问题；测试装置操作的简便性及试验结果的准确性问题，等等。
中国专利CN200310109512. 3公开了一种纤维压縮弯曲性能测量的方法及装置， 该技术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、以及模拟人体皮肤的剌 扎效果，但该技术所用装置存在以下缺点 1.所述装置该只能对纤维进行一端夹持、一端为自由端的轴向压縮性质测试，缺 乏对纤维两端夹持轴向压縮性质测试的必要设施，适用范围较窄； 2.该技术对纤维试样的夹持方式采用开窗式纸质制样模板和双面胶制备测试试 样，试样制备复杂，操作过程麻烦，且容易产生因试样制备水平差异对测试结果的一致性产 生较大的影响； 3.在检测过程中，试样每次测试都要调整其轴向对中，且还需通过目测实现对中 过程的监控，可操作性不高； 4.由于纤维试样径向尺寸非常�。辈捎貌煌放扑娼菏保娼盒灾实牟钜� (主要是厚薄差异)会造成纤维试样约束条件的差异，由此造成测试结果的差异，使在不同 条件下所做的测试结果缺乏精确的可比性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种测试方式较多、操作方便、测试
精度较高的纤维材料轴向压縮性质测试装置。 本发明所述问题是以下述技术方案实现的
—种纤维材料轴向压縮性质测试装置，它包括测试台、数字式电子推拉力计和测 控计算机，其改进在于所述测试台的底座上设有带竖直滑杆的立柱，所述电子推拉力计通 过滑块与滑杆连接，电子推拉力计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；在测试台上装有与上测试头对应的下夹持器。 上述纤维材料轴向压縮性质测试装置，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型夹持器主体的U型槽内、且通过下夹紧螺钉与U型夹持
器主体连接；所述上夹持器由n型夹持器主体和上活动夹片组成，所述n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n型夹持器主体的n型槽内、并 通过上夹紧螺钉与n型夹持器主体连接。 上述纤维材料轴向压縮性质测试装置，所述u型夹持器主体的夹持面与n型夹持 器主体的夹持面位于同一垂直平面内；所述u型夹持器主体和n型夹持器主体上分别设有
夹持位置线，上述两夹持位置线位于同一垂直平面内。 上述纤维材料轴向压縮性质测试装置，所述圆盘式测试头与纤维试样的接触面上
设有乳胶膜，所述上夹持器的夹持面上上设有乳胶膜，所述下夹持器的夹持面上设有乳胶 膜。 本发明针对已有技术的诸多不足进行了优化设计，采用电子推拉力计和电子测试 台配套，结合创新的试样夹持机构，在简化了测试装置和操作方法的同时，消除了影响测试 过程再现性的因素。本发明可实现对纤维试样进行一端夹持一端为自由端、或两端均为夹 持约束条件下的性能试验，拓宽了装置的适用范围；对试样的夹持可靠、准确、简便、再现性 好、可操作性高。采用本发明装置，使纤维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合理。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图； 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、电子测试台；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、下夹持器乳胶膜；17、18、夹 持位置线；19、上夹持器乳胶膜；20、上夹紧螺钉；21、上活动夹片；22、TI型夹持器主体；23、 装配螺孔；24、压盘；25、圆盘式测试头乳胶膜；26、滑杆；27、紧固夹片。
具体实施例方式
参看图1、图2，纤维试样5的一端夹持在下夹持器6上，下夹持器固装在测试台7 上，上测试头通过螺孔安装于电子推拉力计1的测试杆12上，上测试头包括上夹持器或圆 盘式测试头4，测试时根据测试方法一端夹持一端为自由端或两端均为夹持约束条件，选择 上测试头。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縮动程 时，即可实现纤维试样的轴向压縮测试过程。电子推拉力计运行的速度及压縮动程均可通 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。 本发明装置主要构件说明如下
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縮的最大载荷情况及压縮过程要求，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)O. OOIN(O. 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1安装在测试台立柱2中滑杆26(或是 丝杠)的滑块(或是丝母)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IO可直接连接计算机，借助应用程序 实现测试速度、压縮位移等操作。滑块运动速度可调，其数值范围为5 100mm/min。作压縮操 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縮过程。
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图7、图8所示 的圆盘式测试头4(设有①40mm、60mm、10mm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的轴向压縮头。为模 拟纤维毛羽与皮肤之间的接触及相互作用、避免压縮时纤维试样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25乳胶膜25的厚度为0. 2mm。 参看图5、图6，上测试头的另一种结构为上夹持器，用于实现纤维试样5两端夹持 约束条件下的轴向压縮性能测试。上夹持器的n型夹持器主体22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n夹持器主体22上标示的夹持位置线18 (穿过测试杆装配螺孔的中心)确定 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，纤维夹持面上涂覆O. lmm 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。该 夹持方式既能够将纤维试样可靠夹持，操作又十分快捷方便，而且重复操作的一致性很容
5易保证。
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27与底座3紧固。 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U型夹持器主体13上标示的夹持位置线17确定纤维的夹持位置，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O. lmm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，使下、上夹持位置线17、18位于同一垂直平面内(该平面过测试杆12轴线)，且
使U型夹持器主体13的夹持面、n型夹持主体22的夹持面位于同一垂直平面内(该平面
过测试杆12轴线)，然后旋紧测试台紧固夹片27，之后一般不用再做调整。该设置非常方
便两端夹持约束条件下试样测试操作，无需借用其它仪器或工具即可以保证纤维上下夹持
点位于电子推拉力计测试杆的轴线延长线上。 本测试装置在进行一端(上端)自由，一端(下端)夹持状态的轴向压縮测试时， 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� 压縮起始位。实验时联机复位和完成一次压縮测试后，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�？榻猩瓒�)，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縮起始位，然后再控制开始压縮过程。这样设计的目的 是减少压縮空程(压縮开始后，电子推拉力计下行但未与纤维头端接触的动程)。压縮起始 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，这样可实现压縮纤维长度的自动计 算，即根据压縮起始位与下夹持器头顶端的距离与压縮过程中的压縮空程计算出纤维试样 的长度纤维试样长度=压縮起始位与下夹持器头顶端的距离-压縮空程，用以校正所制 试样的长度，解决由于夹持操作，可能造成的实际压縮长度与设计试样长度不等问题。
本测试装置在进行两端夹持轴向压縮测试时，采用与一端自由，一端夹持状态轴 向压縮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下行到压縮起始位，完成上夹持器对试样的 夹持。此时需要压縮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)。压縮完成后，电子推拉力计不能直接返回试样操作位，而是先返回压縮起 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。
权利要求
一种纤维材料轴向压缩性质测试装置，它包括测试台(7)、数字式电子推拉力计(1)和测控计算机(9)，其特征在于所述测试台(7)的底座(3)上设有带竖直滑杆(26)的立柱(2)，所述电子推拉力计(1)通过滑块(11)与滑杆(26)连接，电子推拉力计下端的测试杆(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)。
2. 根据权利要求1所述的纤维材料轴向压縮性质测试装置，其特征在于所述下夹持 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)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；所述上 夹持器由n型夹持器主体(22)和上活动夹片(21)组成，所述n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n型夹持器主体的n型槽内、并通过上夹紧螺钉(20)与n型夹持器主体(22)连接。
3. 根据权利要求2所述的纤维材料轴向压縮性质测试装置，其特征在于所述U型夹 持器主体(13)的夹持面与n型夹持器主体(22)的夹持面位于同一垂直平面内；所述U型 夹持器主体和n型夹持器主体上分别设有夹持位置线(17、18)，上述两夹持位置线位于同 一垂直平面内。
4. 根据权利要求1或2或3所述的纤维材料轴向压縮性质测试装置，其特征在于所 述圆盘式测试头(4)与纤维试样(5)的接触面上设有乳胶膜(25)，所述上夹持器的夹持面 上上设有乳胶膜(19)，所述下夹持器的夹持面上设有乳胶膜(16)。
全文摘要
一种纤维材料轴向压缩性质测试装置，用于拓宽测试范围、提高测试效率和精度。其技术方案是它包括测试台、数字式电子推拉力计和测控计算机，所述测试台底座上设有带竖直滑杆的立柱，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；在测试台上装有与上测试头对应的下夹持器。本发明在简化了测试装置和操作方法的同时，消除了影响测试过程再现性的因素。它拓宽了装置的适用范围，对试样的夹持可靠、准确、简便、再现性好、可操作性高。
文档编号G01N3/08GK101788426SQ201010117190
公开日2010年7月28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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