[发明专利]一种纤维丝束耐磨性能的测试装置和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维工艺性能评价技术领域，是一种碳纤维丝束耐磨性能的测试装置和测试方法。

背景技术

碳纤维是一种先进的新型材料，与一般金属制品相比较，在同等性能的前提下碳纤维的减重效果优异，仅为一般金属制品的1/4～1/2。因此，碳纤维被广泛的应用于航空、航天、汽车工业和体育用品等领域，而且价格不菲，是二十一世纪人类理想的新材料。随着科技、经济的不断发展，碳纤维将会在更多的领域大放异彩，也将会为人类节约更多的能源，创造更多的价值。

碳纤维要在更多的领域应用，首先就需要碳纤维具有较为优良的工艺适用性能，而碳纤维工艺适用性能的评价一直以来又都是一个突出的难题，往往是生产商和客户各执一词，互不相让，难以达成共识。所以，提出一种双方都认可的评价方法并不容易，而这其中耐磨性能的评价更是一个难上加难的问题。一般来说，碳纤维生产商不会去评价耐磨性能，而客户在使用碳纤维的过程中却经常遇到耐摩性差、毛丝多等问题，争论的最终结果往往是不了了之，这必将影响产品的市场占有率，并在一定程度上影响了碳纤维在更多领域的应用。因此，对碳纤维耐磨性能的评价迫在眉睫，只有提出一种业内人士普遍认可的评价方法才能解决由此衍生出的一系列问题。中国专利CN103604714A中公开了一种碳纤维耐磨性能的测试方法，具体是将一段碳纤维试样两端固定，并使试样中部与耐摩材料接触，然后往复运动，直至纤维摩断，通过记录纤维摩断的时间来评价纤维的耐磨性能。此方法具有一定的创新性，首次提出了一种相对有效的检测碳纤维丝束耐磨性能的方法，测试结果也相对可信，但是还存在着几点不足，主要表现在：(1)所选取的碳纤维较短，不具代表性；(2)采用时间来判断纤维耐磨性，不能直接反映碳纤维丝束的耐磨性能；(3)在纤维摩擦测试过程中必将生成大量的微小毛丝，不利于环境保护，也不利于操作人员的人身健康；(4)忽略了外界环境(主要是温度和相对湿度)对测试结果的影响。

发明内容

本发明的目的：提出了一种纤维丝束耐磨性能的测试装置和测试方法，为碳纤维丝束的耐磨性能提供了一个定量的评价方法。

一种纤维丝束耐磨性能的测量装置，包括测试箱，测试箱内设置有固定机构，固定机构上设置有纤维纱架、瓷眼、多个展纱辊、纤维卷绕机构以及孔槽，孔槽内设置有镀铬不锈钢细棒，孔槽外设置有镀铬不锈钢细棒，通过孔槽上下调节镀铬不锈钢细棒的位置，使纤维丝束通过镀铬不锈钢细棒时形成的夹角都是60度，在纤维丝束经过镀铬不锈钢细棒之前设置有毛丝测量机构一，在纤维丝束经过镀铬不锈钢细棒之后设置有毛丝测量机构二，测试箱上设置由转速调节旋钮和显示器组成的控制机构。

所述毛丝测量机构采用CCD相机，放大纤维丝束表面并记录。

所述测试箱底部设置有水平调节旋钮。

纤维丝束耐磨性能的测量装置，通过以下步骤进行测量：

①调节测试房间温度为25℃±3℃，相对湿度为50％±10％，并使用水平调节旋钮调节测试箱的水平，打开测试箱的推拉门，在此环境中静置2小时以上；

②选需要测试耐磨性能的纤维固定在碳纤维纱架上，放置于步骤的环境中2小时；

③关闭推拉门，通过控制机构，开启电动机，初始转速是每分钟5转；

④将纤维纱锭固定在纤维纱架上，纤维丝束依次穿过瓷眼，展纱辊，毛丝测量机构一，展纱辊，镀铬不锈钢细棒，毛丝测量机构二，展纱辊，最后在纤维卷绕机构上，回收纤维；通过孔槽上下调节镀铬不锈钢细棒的位置，使碳纤维丝束通过镀铬不锈钢细棒时形成的夹角都是60度；

⑤通过转速控制机构调节纤维丝束通过毛丝测量机构一和毛丝测量机构二的速度0.1～10转/分钟；

⑥通过毛丝测量机构一和毛丝测量机构二，调节放大倍数20～200，记录1～5m纤维表面形貌，通过对纤维丝束图像观测，即可测试出单位长度纤维丝束的毛丝数量；

⑦选取多个长度段进行测量，即可得到纤维丝束单位长度上的毛丝数量的算术平均值；

⑧通过对比经过镀铬不锈钢细棒前后纤维丝束毛丝量的变化，计算纤维丝束耐磨性能的参考数值，分析纤维的耐磨性能，计算公式如下：

W_f＝|a/b|

其中W_f代表纤维丝束的耐磨性能，a代表单位长度的纤维丝束经过镀铬不锈钢细棒前后毛丝量的变化值，b＝3*2^k，k为从0开始的整数，其中k＝0代表3k的纤维丝束，k＝1代表6k的纤维丝束，k＝2代表12k的纤维丝束，依此类推。