专利名称：一种测量造纸植物纤维弹性模量的方法
技术领域：
本发明涉及造纸原料纤维性能测量，特别是涉及一种测量造纸植物纤维弹性模量的方法。
背景技术：
在造纸领域，纸页的原料主要是植物纤维，因此纤维的性能与纸页成型后的性能有非常大的相关性。在纸页的性能中，纸页的物理性能如抗张强度、耐破强度、撕裂强度、形稳性、挺度和松厚度等，都与形成纸页的单根纤维弹性性能直接相关。在单根纤维的弹性性能中，弹性模量是一个关注的重点。如果知道了单根纤维的弹性性能，就能顺利对纸页的物理性能、形稳性和挺度等进行研究。在传统的材料力学性能检测中，纤维类材料的弹性模量都是用拉力仪等检测设备来通过测量应力与应变的数据来进行计算。但因为造纸植物纤维太微细(常规长1.5mm左右，宽度15 μ m左右)，现在的一些测量仪器都不能对单根纤维的弹性模量来进行测量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量造纸植物纤维弹性模量的方法，该方法容易操作，结果准确。先测量单根纤维的柔软度，再测量纤维的惯性矩，最后通过结合柔软度和惯性矩来计算单根纤维的弹性模量。本发明的目的具体通过下述方案得以实现(1)将纤维悬挂在测量台面的支点上，以支点为坐标原点，将通过支点的水平面方向设为X轴，垂直于支点的竖直面为Y轴，建立坐标系，所述纤维为均勻、连续和各向同性的扁平型材料纤维，纤维任意截面的弯矩公式与材料力学弯矩定义的任意截面的弯矩公式 ⑴相同，
1 9M(x) = -F(l-x) + -q(l-x)\
L(1)再结合材料力学挠曲线方程的定义及边界条件，将纤维各点的弯矩对坐标X轴进行积分运算，得到纤维的柔软度Flex数值，
Flex =
CL4(2)其中0彡χ彡1，1为纤维弯曲后未与测量台面接触的单边距离，k为常数 1. 176X101(l，d为测量支点直径，c为纤维粗度；L为纤维未与测量台面接触的两点之间的距 1 ；(2)图像法计算纤维惯性矩在)(Z平面对纤维进行电镜扫描，然后在^平面扫描，得到纤维截面的图像；然后将该图像二值化，再计算出惯性矩I的数值；
(3)根据刚度定义，将前述两步骤得到的纤维柔软度数值和惯性矩数值进行乘积 后再求导，即得到纤维弹性模量的数值。所述L通过图像采集装置得到纤维的模拟图像，然后由图像采集卡将采集到的模 拟图像通过A/D转换卡转化为数字图像，再用图像测量软件进行測量得到。所述电镜扫描时步进距离设置为0. 12 U m。所述ニ值化过程为将图像像素点的灰度值设置为0或255。所述图像法计算纤维惯性矩采用拆分法、填补法或者利用纤维截面相关像素点的 位置来计算。在已建立的坐标系中由弯矩积分运算得到柔软度的具体计算过程为根据材料力学挠曲线公式定义有
权利要求
1.测量造纸纤维弹性模量的方法，其特征在于步骤如下(1)将纤维悬挂在测量台面的支点上，以支点为坐标原点，将通过支点的水平面方向设为X轴，垂直于支点的竖直面为Y轴，建立坐标系；所述纤维为均勻、连续和各向同性的扁平型材料纤维，结合材料力学挠曲线方程的定义及边界条件，将纤维各点的弯矩对坐标X轴进行积分运算，得到纤维柔软度/的数值，其中k为常数1.176XlOici, d为测量支点直径，C为纤维粗度；L为纤维未与测量台面接触的两点之间的距离；(2)图像法计算纤维惯性矩在)(Z平面对纤维进行电镜扫描，然后在^平面扫描，得到纤维截面的图像；然后将该图像二值化，再计算出惯性矩/的数值；(3)根据刚度定义，将前述两步骤得到的纤维柔软度数值和惯性矩数值进行乘积后再求导，即得到纤维弹性模量的数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述L通过图像采集装置得到纤维的模拟图像，然后由图像采集卡将采集到的模拟图像通过A/D转换卡转化为数字图像，再用图像测量软件进行测量得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述电镜扫描时步进距离设置为0.12mm。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于所述二值化过程为将图像像素点的灰度值设置为0或255。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述图像法计算纤维惯性矩采用拆分法、 填补法或者利用纤维截面相关像素点的位置来计算。
全文摘要
本发明提供一种测量造纸植物纤维弹性模量的方法，是将纤维对称悬挂在测量台面的支点上，利用纤维自身重量作用的形变来建立测量模型，以支点为坐标原点建立坐标系，将通过支点的水平面方向设为X轴，垂直于支点的竖直面为Y轴，借助图像采集装置和图像处理软件，再结合材料力学弯矩定义的任意截面的弯矩公式以及挠曲线方程以及边界条件，将纤维各点弯矩对X轴进行二积分运算，得到柔软度Flex，再通过图像法计算纤维惯性矩根据刚度定义公式计算，得到纤维的弹性模量。本发明测量方法克服现有测量仪器的局限性，能测量单根纤维的柔软度及弹性模量，测试过程不易堵塞不用固定，可操作性强。
文档编号G01N3/08GK102539235SQ201110377899
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者陶劲松 申请人:华南理工大学