[发明专利]一种实验用纤维加捻装置及加捻方法

权利要求书

1.一种实验用纤维加捻装置，其特征在于，包括两个平行的支撑座，两个所述支撑座上均设置有安装套，两个所述安装套相对的面均开口；两个所述安装套之间设置有两端封闭的溶剂舱，所述溶剂舱为圆柱形结构，所述溶剂舱的两端分别设置有第一捻盘和第二捻盘，且第一捻盘和第二捻盘转动设置在溶剂舱内；所述溶剂舱的上端开设有窗口，所述窗口通过透明的舱盖封装，所述第一捻盘安装在转动轴上，所述转动轴穿过溶剂舱的一端通过联轴器与步进电机的转轴连接，所述第二捻盘安装在丝杆的一端，所述丝杆穿过溶剂舱的另一端向溶剂舱的轴向延伸，且丝杆与溶剂舱的另一端螺纹连接，所述丝杆的另一端设置有手轮，所述第二捻盘和第一捻盘上均设置有若干固定纤维的固定孔。

2.根据权利要求1所述的实验用纤维加捻装置，其特征在于，所述舱盖的闪断设置有加料口，所述溶剂舱的下端设置有排料口，所述加料口和排料口分别通过加料盖和排料盖封装，且加料口与加料盖、排料口与排料盖均螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的实验用纤维加捻装置，其特征在于，所述第二捻盘上靠近第一捻盘的表面开设有成十字的第二沉槽，所述第二沉槽延伸到第二捻盘的圆周面上，且第二沉槽的底部设置有第二走线槽，所述第二沉槽内活动设置有滑块，所述滑块的尺寸大于第二走线槽的尺寸，所述滑块上开设有与第二捻盘的表面垂直的通孔，所述通孔位置与沉槽位置对应，且安装套和溶剂舱上开设有与走线槽对应的进线孔。

4.根据权利要求3所述的实验用纤维加捻装置，其特征在于，所述第二捻盘的中部设置有固定块，所述固定块上开设有固定纤维的第二固定孔。

5.根据权利要求1所述的实验用纤维加捻装置，其特征在于，所述第一捻盘上靠近第二捻盘的表面上开设有成十字的第一沉槽，所述第一沉槽的底部均匀设置有若干固定纤维的第一固定孔。

6.根据权利要求1所述的实验用纤维加捻装置，其特征在于，所述舱盖的边沿和窗口的边沿均设置固定耳，所述舱盖通过固定耳上的螺栓固定在窗口上，且舱盖和窗口的边沿均设置有密封条，所述舱盖的上端设置有提手。

7.一种权利要求1-6任一项所述的实验用纤维加捻装置的加捻方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：抽取加捻原料中可用于加捻的纤维中的n根，n≥10，并检测每根纤维的直径d和能承受的极限拉力f，采集每根纤维承受极限拉力f的情况下的拉伸率ε：其中L为承受极限拉力f时断裂的长度，L₀为纤维的初始长度；

得到每根纤维得到的数据组，每个数据组包括[(f).(d，ε)]；

建立纤维能承受的极限拉力f与直径d、拉伸率ε的关系模型：f＝a·d+b·ε+c，其中a为直径对极限拉力的影响系数、b为拉伸率对极限拉力的影响系数、c为波动系数；

将n根纤维得到的n个数据组进行组队，每三个数据组[(f).(d，ε)]组成一个计算关系数据组，代入带关系模型中，计算出系数a、b和c，每个计算关系数据组得到一个系数数据组(a，b，c)；

根据数据组的数量n，得到m个系数数据组，n＝3·m+q q＜3，q为剩下不能组成计算关系数据组的数据组数量；

计算得到的m个系数数据组中系数a、b和c的平均值：

其中，a_i、b_i和c_i分别为第i个系数数据组计算得到的影响系数和波动系数；

将平均值和代入关系模型中，得到纤维能承受的极限拉力f的评估模型：

S2：选择需要加捻的加捻纤维，将加捻纤维的拉伸率ε和直径d代入评估模型中，计算出每根加捻纤维能承受的极限拉力，并计算加捻纤维能承受的总拉力F₁＝f₁+f₂+···+f_e，e为此次加捻需要的加捻纤维根数；

S3：打开舱盖，将e根加捻纤维分别从进线孔穿入，加捻纤维通过第二走线槽进行走线，并从滑块上的通孔穿出；

S4：牵引分别从每个滑块上的通孔穿出的加捻纤维，使加捻纤维的端部固定在第一捻盘的第二固定孔上；

S5：盖上舱盖，通过螺栓将舱盖固定在窗口上，打开加料盖并利用排料盖密封排料口；通过加料口向溶剂舱内注满加捻溶剂，并盖紧加料盖；

S6：步进电机以设定的转速v转动，并保持手轮静置，加捻过程中加捻纤维从进线孔输入溶剂舱，初步加捻完成后，步进电机停止转动；

S7：驱动手轮转动第二捻盘，使第二捻盘在溶剂舱内沿溶剂舱轴线移动，拉伸初步加捻完成的生物缝合线，拉伸到设定长度l后，停止转动手轮，加捻完成生物缝合线；

S8：打开排料盖排出剩余的加捻溶剂回收利用，再打开舱盖取出加捻完成的生物缝合线，对生物缝合线的性能进行测试，包括以下步骤：

S81：对取出的生物缝合线去除两边未收紧的毛边，测试生物缝合线的直径D以及能承受的极限拉力F₂；

S82：将极限拉力F₂与总拉力F₁作差，得到e根纤维加捻后能承受的极限拉力的提升值ΔF：ΔF＝F₂-F₁；

若ΔF≤0，则判定步进电机的转速v过高，在加捻过程中对纤维的扭转过度，在加捻过程中部分纤维已经断裂；或第二捻盘拉伸的长度l过大，在拉伸过程中部分纤维已经断裂；需要调整步进电机的转速v和第二捻盘拉伸的长度l；

若ΔF＞0，则将提升值ΔF与提升阈值ΔF_阈值进行比较；

若ΔF≥ΔF_阈值，则判定加捻出的生物缝合线满足要求；

若ΔF＜ΔF_阈值，则判定加捻出的生物缝合线不满足要求，将直径D与加捻出的生物缝合线的标准直径D_标准进行比较；

若D≥D_标准，则需要更换加捻用的纤维材料，使用具有更高的极限拉力f的纤维材料进行加捻；

若D＜D_标准，则需要增加的加捻纤维的根数，计算提升值ΔF与提升阈值ΔF_阈值的差值F_差值＝ΔF_阈值-ΔF，e根加捻纤维的平均极限拉力f_平均为：

利用差值F_差值和平均极限拉力f_平均计算所需增加的加捻纤维的根数m：

其中，S为正整数，s为小于平均极限拉力f_平均的余数。