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智能束纤维强力仪的成型及其拉伸参数的探讨

作　者: 王超辉
导　师: 于伟东
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 束纤维拉伸性能智能测量强力仪拉伸曲线
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

国内外束纤维强力测试仪器的研究进展一直很慢。目前国内的束纤维强力仪多为早期的卜氏束强仪。此类强力仪自动化程度低、技术落后、信息量小。澳大利亚CSIRO上世纪80年代推出的Sirolan-Tensor虽然在自动化程度上有所提高,其他变化较小,且因夹持器的问题其适用范围小,基本用于羊毛。美国的HVI系统虽有束强测试部分,但仅适用于棉花,而且是该系统的一个单元。随着对纤维原料质量要求的定量化和检测的标准化,随着进出口商检业务的增长,随着纤维加工中的高效和理性化,对纤维的客观、快速、原位、多指标、智能化的检测成为纤维质量评价的趋势。应该说,国内在束纤维强力测量上,从仪器到方法都基本沿用国外技术,这类方法及装置的基本特征与缺陷已有较明确的认识。这对研制具有自主知识产权的智能与多功能束纤维力学性能评价系统,以及新测量理念的引入提供了基础。本课题在此方面做了努力,研制了智能束纤维强力仪TMT-FiBTensor,其中加入了准等张力梳理制样系统、自动夹持机构和改进了夹头,让测量分析不同的纤维束,包括高性能、高强类纤维成为可能;增设了自动称量系统和自动切样机构,可以快速、精准、自动地完成束纤维线密度分析;引入了CCD高速摄像系统及声发射系统,可以在拉伸纤维束的同时获得纤维束不同断裂形态的声、像特征,即实现原位的多元测量。编制的操作与控制软件平台,可以进行多种功能模块的测量和进行实时的数据分析、特征值计算和性能评价,这使得该仪器TMT-FiBTensor具备了数字化和智能测量的特征。TMT-FiBTensor的研制主要实现的功能和特点为:可对多种纤维的束纤维做自动、低损的夹持,可完成平行纤维束的自动制样,可完成拉伸完束纤维的自动切取和称量,可进行自动完成一次拉伸检测,可自动选择标准化的或最优化纤维拉伸参数及设置,可在拉伸时观察纤维束断裂形状,可进行束纤维断裂时声发射的测量,可对实验结果进行实时显示和后台快速处理及打印实验报告。本文以智能化束纤维强力仪为背景,重点对智能束纤维强力仪的基本测量和硬件结构成型,作了基本研究。论文选用高强度易滑移的蚕丝纤维及涤纶纤维束和常规羊毛与棉花纤维束进行了有关拉伸参数与试验条件相关性的测量验证。其基本结果为:随着隔距长度的增加,纤维束断裂比功随着隔距长度的增加而增加;纤维束的强力峰值伸长率、比强度随着隔距长度的增加有下降的趋势;而纤维束的初始模量与隔距长度呈二次关系。同时讨论了纤维束的断裂区衰减模量的表达,结果为:断裂区衰减模量随着隔距长度的增加而增大;纤维束的断裂区衰减模量与初始模量之间存在负相关关系。这些结果与传统测量的结论一致,且相对精度要更好些。由此证实:本课题研制的智能束纤维强力仪具有可实用性,且在功能、自动化和数据信息分析上优于传统的束强仪。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-16
第1章前言  16-32
  1.1 束纤维与单纤维强力关系理论探讨  16-25
    1.1.1 束纤维与单纤维强力研究现状  16-18
    1.1.2 单纤维强力预测束纤维强力理论模型  18-22
    1.1.3 束纤维强力预测单纤维强力理论模型  22-25
  1.2 束纤维强力仪的国内外研究现状  25-30
    1.2.1 国内外束纤维强力测试标准的发展概况  25
    1.2.2 国内外仪器发展概况  25-30
  1.3 课题研究的主要内容  30-32
第2章智能束纤维强力仪硬件系统设计  32-70
  2.1 装置的基本构造与原理  32-35
    2.1.1 基本构造  32-34
    2.1.2 基本测量原理  34
    2.1.3 基本功能  34-35
  2.2 控制及信号分析系统  35-38
    2.2.1 PLC可编程控制器  35-36
    2.2.2 DSP信号分析处理系统  36-37
    2.2.3 通讯接口  37
    2.2.4 硬件的抗干扰设计  37-38
  2.3 制样系统  38-41
    2.3.1 制样方法分析  38-39
    2.3.2 智能束纤维强力仪制样方法  39-41
  2.4 夹持机构的设计及原理  41-47
    2.4.1 夹具的特点  41-42
    2.4.2 夹具的适用性  42-44
    2.4.3 智能束纤维强力仪夹具的设计  44-47
  2.5 束纤维拉伸系统  47-56
    2.5.1 束纤维拉伸曲线的实时显示  47-48
    2.5.2 提取的拉伸性能参数  48-49
    2.5.3 曲线的综合分析功能  49
    2.5.4 拉伸机构  49-54
    2.5.5 位移系统  54-56
  2.6 切断称重系统  56-61
    2.6.1 切断机构  57-58
    2.6.2 试样转移与称重机构  58
    2.6.3 数据的采集与存储分析  58-61
  2.7 CCD高速摄像系统  61-63
    2.7.1 CCD传感技术  61-63
    2.7.2 摄像机构及性能  63
    2.7.3 图像数据的储存与分析  63
  2.8 断裂过程声发射测量系统  63-68
    2.8.1 基本测量原理  65-66
    2.8.2 测量单元  66-67
    2.8.3 信号采集与处理  67-68
    2.8.4 信号传输、储存与分析  68
    2.8.5 声发射传感器的选择与安装  68
  2.9 PC主机及其接口  68-69
  2.10 本章小结  69-70
第3章智能束纤维强力仪软件系统设计  70-78
  3.1 软件逻辑流程  70-71
  3.2 中断服务模块  71-73
  3.3 A/D中断服务程序设计  73-74
  3.4 步进电机控制设计  74
  3.5 串行通讯模块设计  74-75
  3.6 软件的抗干扰设计  75-76
  3.7 本章小结  76-78
第4章束纤维强力测试中隔距长度对强力参数的影响  78-92
  4.1 试样  78
  4.2 试验仪器  78
  4.3 试验方案、指标  78-79
  4.4 实际拉伸曲线与典型拉伸曲线的区别  79-80
  4.5 生丝拉伸隔距与各参数关系的探讨  80-86
    4.5.1 隔距与束纤维拉伸性质  80-82
    4.5.2 隔距长度与四类指标的关系  82-83
    4.5.3 断裂区衰减模量AM的比较  83-84
    4.5.4 束纤维拉伸曲线后区分析  84-86
  4.6 对比实验结果分析  86-90
    4.6.1 试样  86-87
    4.6.2 实验仪器  87
    4.6.3 试验方案  87
    4.6.4 测试结果分析  87-90
  4.7 本章小结  90-92
第5章结论与展望  92-94
  5.1 结论  92-93
  5.2 展望  93-94
参考文献  94-98
附录  98-110
攻读硕士期间发表论文情况  110-112
致谢  112

智能束纤维强力仪的成型及其拉伸参数的探讨

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