一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置的制作方法

本实用新型涉及高性能陶瓷材料的性能检测领域，尤其涉及一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置。

背景技术：

连续碳化硅纤维作为一种特种陶瓷纤维材料，它具有高强高模、耐高温抗氧化、低蠕变、低密度等特质，是长寿命热端结构及隐身用高性能复合材料的关键组元。由于碳化硅纤维预制体作为增强项的复合材料广泛应用于航空、航天、核能与耐火材料等领域。碳化硅纤维作为基础材料，其结构和性能对复合材料的性能起决定作用。但是碳化硅纤维材料属于脆性材料，再后续编织过程中，经过摩擦容易产生毛丝或者断丝，进而影响复合材料的整体性能。

目前有关碳化硅纤维的性能是对拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率、线密度、密度、氧含量等性能进行检测评价，这些通用的检测要求满足不了碳化硅纤维的应用场合要求。目前随着纤维应用范围的推广，有关于纤维编织应用方法日趋复杂，比较常见的编织方式有二维编织、2.5d、三维编织(三维四向、五向至十三向等)，同一种纤维能够满足二维编织的应用要求，有可能满足不了三维编织的要求，不同的纤维编织方法对纤维的耐磨性提出了不同的要求，如2.5d编织、三维编织方式普遍对纤维的耐磨性要求更高。耐磨性好的纤维能够显著地提高织造的效率，因此从纤维编织应用的角度，有必要加快纤维耐磨性检测的方法研究，以便评价纤维的耐磨性是否能够满足不同的应用场合的要求。

现有的耐磨性检测方法主要是针对普通纱线或者碳纤维，国标及相关标准中未对碳化硅纤维的检测做出规定，当前比较通用的判断耐磨性的方法主要有三种：试样破损法、质量损失法、外观变化法。

试样破损法其检测原理是包覆标准砂纸的磨辊沿负有一定载荷的试样做匀速直线水平直线往复运动，试样受磨直至断裂，以磨辊水平直线往复次数表示纱线的耐磨性能。目前有部分碳化硅纤维、碳纤维的厂家耐磨性能检测是按照此种方法，具体参照《纱线耐磨试验方法往复式磨辊法》，此种方法是目前为止相对有效的检测纤维耐磨性的试验方法，测试结果也相对可信，但是还存在着如下不足，主要表现在：1、此种方法主要是针对普通纱线，不适用于碳化硅纤维，由于碳化硅纤维刚度大，本身耐磨性能较普通纱线强，按照普通纱线的耐磨性能检测方法，一方面会对磨损设备原件带来较大的反作用，大大降低磨损原件的使用寿命，提高设备的使用维护成本，另一方面也将很大程度上提高检测时间成本，造成检测效率低下。检测经济性及检测效率不高。2、通过纤维断裂时间来表征纤维的耐磨性不够直接，事实上当纤维摩擦到一定程度，纤维表面毛羽急剧增多，已严重影响纤维的编织应用，无需磨损至纤维断裂，已能够反映纤维本身的耐磨性能。

质量损失法其检测原理是通过对纤维进行反复摩擦，致使纤维结构不断损伤，表面毛丝不断抽离本体，导致纤维不断失重，重量损失越多，表明纤维所受的摩擦也越来越严重，其耐磨性能越差。这种方法同试样破损法一样，都不是纤维耐磨性的直观表征，主要是因为纤维摩擦受损后一部分虽然抽离本体脱落，但仍有一部分会保留在纤维本体上，因为表面毛丝的存在，在后续织造过程中这些毛丝会与其他纤维继续纠缠，导致纤维结构受到更进一步的损伤，因此停留在纤维表面的毛丝也不能忽略。外观变化法是对纤维摩擦之后，表面起毛的状况进行人工观察，其评价结果带有一定的主观性，检测结果不够准确。

在制备先进复合材料的过程中，碳化硅纤维摩擦容易导致纤维损伤，从而产生毛羽，当纤维表面毛羽较多时，将严重影响纤维后加工效率，同时也降低了复合材料的综合性能。因此纤维的起毛程度是其耐磨性能的直观体现。

综上所述，纤维的耐磨性能是衡量纤维抵抗各种机械磨损的重要性能指标之一，优越的纤维耐磨性能对于提升纤维可编织性具有重要作用。因此研究一种碳化硅纤维的耐磨性能检测方法，以实现对碳化硅纤维耐磨性能快速、准确的检测，对于加快纤维的编织应用具有重要作用。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置，其结构包括用于纤维输送的纤维放卷辊；用于纤维张力调节的第一张力辊和第二张力辊；张力控制器；用于纤维摩擦的摩擦辊装置；用于纤维传递的第一导引辊、第二导引辊和第三导引辊以及第四导引辊；用于检测纤维表面毛丝数量的第一毛丝检测器、第二毛丝检测器；用于纤维回收的纤维收卷辊；所述纤维放卷辊和纤维收卷辊上均设置有制动器；所述纤维放卷辊与第一张力辊之间设有第一毛丝检测器、第一导引辊；所述第一毛丝检测器设置在靠近纤维放卷辊的一侧；所述第一张力辊与张力控制器之间设置有第二导引辊；所述摩擦辊装置设置在张力控制器与第三导引辊之间；所述第二张力辊与第二毛丝检测器之间设置有第四导引辊。

优选的，所述摩擦辊装置包括机架、移动架、上摩擦辊、下摩擦辊、减速电机和第一气缸以及第二气缸，所述移动架滑动连接在机架上，所述移动架的底部设置有4个滚轮，并且位于移动架左侧的两滚轮之间通过滚轮轴相连接，所述滚轮轴的中部上通过轴承转动连接有安装座，所述上摩擦辊设置在下摩擦辊的正上方，且该上摩擦辊通过滑座滑动连接在移动架上，所述上摩擦辊通过轴承转动连接在滑座上，所述下摩擦辊通过轴承座转动连接在移动架的底部上，所述上摩擦辊的辊轴外露出移动架的部分处套设有一从动齿轮，所述下摩擦辊的辊轴外露出移动架的部分处固定连接有主动齿轮、从动链轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合连接，所述减速电机通过螺栓锁设在移动架上，所述减速电机输出轴上套设有一主动链轮，所述主动链轮与从动链轮之间通过传动链条相连接，所述第一气缸的数量为2个，且两者平行设置，两所述第一气缸的缸体分别固定连接在移动架顶部的前后侧面上，每一所述第一气缸伸缩杆的尾部均贯穿过移动架的顶部后进一步的固定连接在滑座的顶部上，所述第二气缸的缸体固定连接在机架上，该第二气缸伸缩杆的尾部固定设置在安装座的靠近其的一侧上。

优选的，所述移动架上开设有供滑座上下移动的纵向滑槽。

优选的，所述机架的顶部上开设有供滚轮左右移动的线性导槽。

优选的，所述上摩擦辊和下摩擦辊均由磨面轴套、卷绕轴和连接键组成，所述磨面轴套套设在卷绕轴的外侧面上，且两者之间通过连接键进行固定连接。

优选的，所述磨面轴套的内侧面上开设有一内凹槽，所述卷绕轴的外侧面上开设有一与内凹槽形状大小相适配的外凹槽，所述连接键插设在内凹槽与外凹槽之间。

优选的，还包括一控制系统，所述减速电机、第一气缸、第二气缸、制动器和第一毛丝检测器以及第二毛丝检测器均与控制系统电性连接。

由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型提供的一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置，即在检测前，将纤维两端固定，施加一定的张力，设定摩擦辊在纤维表面的水平直线往复摩擦次数，使摩擦辊在纤维表面做水平直线往复摩擦运动，纤维表面出现断丝、毛丝，通过毛丝检测器检测纤维表面毛丝根数，进而得出纤维的耐磨的能力，从而可实现对纤维样本间连续不间断的检测，检测效率高；其操作方法灵活方便，检测和维护成本低，能够快速的检测碳化硅纤维的耐磨性能；检测精度高、测量稳定、重复性好、安全性高。

2、本实用新型提供的一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置，根据测试要求，测试参数(张力、摩擦的速度、水平直线往复运动次数等)可以根据使用要求、试验目的进行灵活地调整，可用于动态分析摩擦频率与纤维表面起毛程度的关系，从而根据纤维的耐磨性能选择最合理的编织应用方式。

3、本实用新型提供的一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置，通过采用由磨面轴套、卷绕轴和连接键相结构构成的纤维放卷辊和纤维收卷辊，即磨面轴套可拆卸更换，磨面可根据实际使用的磨损程度更换，能够避免碳化硅纤维的磨损将会对检测装置带来较大的磨损，导致设备的损坏维护成本较高，从而使得能够确保检测数据的可靠、有效，同时摩擦辊的磨面可根据不同纤维的耐磨性能进行选择，实用性强。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置的示意图；

图2为本实用新型一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置的制动器连接在纤维放卷辊上的示意图；

图3为本实用新型一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置的上摩擦辊的示意图；

图4为本实用新型一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置的摩擦辊装置的结构示意图；

图5为图4中a处的向视图。

图中：1.纤维放卷辊2.第一张力辊3.张力控制器41.上摩擦辊42.下摩擦辊43第一气缸44.从动齿轮45.主动齿轮46.从动链轮47.传动链条48.轴承座49.滑座410.机架411.移动架412.减速电机413.第二气缸414.滚轮415.滚轮轴416.主动链轮51.磨面轴套52.卷绕轴53.连接键6.第三导引辊7.第二张力辊8.第二毛丝检测器9.纤维收卷辊10.制动器11.第一毛丝检测器12.第一导引辊13.第二导引辊14.第四导引辊15.待检测纤维。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例

参考图1至图5，一种碳化硅纤维的耐磨性能检测装置，其结构包括用于纤维输送的纤维放卷辊1；用于纤维张力调节的第一张力辊2和第二张力辊7；张力控制器3；用于纤维摩擦的摩擦辊装置；用于纤维传递的第一导引辊12、第二导引辊13和第三导引辊6以及第四导引辊14；用于检测纤维表面毛丝数量的第一毛丝检测器11、第二毛丝检测器8；用于纤维回收的纤维收卷辊9；纤维放卷辊1和纤维收卷辊9上均设置有制动器10；纤维放卷辊1与第一张力辊2之间设有第一毛丝检测器11、第一导引辊12；第一毛丝检测器11设置在靠近纤维放卷辊1的一侧；第一张力辊2与张力控制器3之间设置有第二导引辊13；摩擦辊装置设置在张力控制器3与第三导引辊6之间；第二张力辊7与第二毛丝检测器8之间设置有第四导引辊14。采用上述结构，通过设置有纤维放卷辊1和纤维收卷辊9，即在检测前，将纤维两端固定，施加一定的张力，设定摩擦辊在纤维表面的水平直线往复摩擦次数，使摩擦辊在纤维表面做水平直线往复摩擦运动，纤维表面出现断丝、毛丝，通过毛丝检测器检测纤维表面毛丝根数，进而得出纤维的耐磨的能力，从而可实现对纤维样本间连续不间断的检测，检测效率高；其操作方法灵活方便，检测和维护成本低，能够快速的检测碳化硅纤维的耐磨性能；检测精度高、测量稳定、重复性好、安全性高。

进一步的，摩擦辊装置包括机架410、移动架411、上摩擦辊41、下摩擦辊42、减速电机412和第一气缸43以及第二气缸413，移动架411滑动连接在机架410上，移动架411的底部设置有4个滚轮414，并且位于移动架411左侧的两滚轮414之间通过滚轮轴415相连接，滚轮轴415的中部上通过轴承转动连接有安装座，上摩擦辊41设置在下摩擦辊42的正上方，且该上摩擦辊41通过滑座49滑动连接在移动架411上，上摩擦辊41通过轴承转动连接在滑座49上，下摩擦辊42通过轴承座48转动连接在移动架411的底部上，上摩擦辊41的辊轴外露出移动架411的部分处套设有一从动齿轮44，下摩擦辊42的辊轴外露出移动架411的部分处固定连接有主动齿轮45、从动链轮46，主动齿轮45与从动齿轮44啮合连接，减速电机412通过螺栓锁设在移动架411上，减速电机412输出轴上套设有一主动链轮416，主动链轮416与从动链轮46之间通过传动链条47相连接，第一气缸43的数量为2个，且两者平行设置，两第一气缸43的缸体分别固定连接在移动架411顶部的前后侧面上，每一第一气缸伸缩杆的尾部均贯穿过移动架411的顶部后进一步的固定连接在滑座49的顶部上，第二气缸413的缸体固定连接在机架410上，该第二气缸413伸缩杆的尾部固定设置在安装座的靠近其的一侧上。采用该结构，本实用新型的耐磨性能检测装置，可实现对纤维样本间连续不间断的检测，检测效率高；其操作方法灵活方便，检测和维护成本低，能够快速的检测碳化硅纤维的耐磨性能；检测精度高、测量稳定、重复性好、安全性高；根据测试要求，测试参数(张力、摩擦的速度、水平直线往复运动次数等)可以根据使用要求、试验目的进行灵活地调整，可用于动态分析摩擦频率与纤维表面起毛程度的关系，从而根据纤维的耐磨性能选择最合理的编织应用方式。

进一步的，移动架411上开设有供滑座上下移动的纵向滑槽。

进一步的，机架410的顶部上开设有供滚轮左右移动的线性导槽。

进一步的，上摩擦辊41和下摩擦辊42均由磨面轴套51、卷绕轴52和连接键53组成，磨面轴套51套设在卷绕轴52的外侧面上，且两者之间通过连接键53进行固定连接。采用该结构，即通过采用由磨面轴套、卷绕轴和连接键相结构构成的纤维放卷辊和纤维收卷辊，即磨面轴套可拆卸更换，磨面可根据实际使用的磨损程度更换，能够避免碳化硅纤维的磨损将会对检测装置带来较大的磨损，导致设备的损坏维护成本较高，从而使得能够确保检测数据的可靠、有效，同时摩擦辊的磨面可根据不同纤维的耐磨性能进行选择，实用性强。

进一步的，磨面轴套51的内侧面上开设有一内凹槽，卷绕轴52的外侧面上开设有一与内凹槽形状大小相适配的外凹槽，连接键插设在内凹槽与外凹槽之间。

进一步的，还包括一控制系统，减速电机412、第一气缸43、第二气缸413、制动器10和第一毛丝检测器11以及第二毛丝检测器8均与控制系统电性连接。

需要说明的是，本文中出现的电器元件均与外部的电源相连接，且控制系统采用现有技术中的结构，可配有按钮等结构，控制系统用于控制减速电机、第一气缸、第二气缸、制动器和第一毛丝检测器以及第二毛丝检测器的运行，第一气缸和第二气缸均与外部的气源相连接。

工作原理：

纤维放卷辊1由电机驱动进行顺时针转动实现对纤维的输送，纤维收卷辊9由电机驱动进行顺时针转动实现对检测完成的纤维进行回收，纤维放卷辊1和纤维收卷辊9同步运转，同步停止，纤维放卷辊1和纤维收卷辊9的一端上均连接有制动器10，当上摩擦辊41和下摩擦辊42准备摩擦时，控制系统向制动器10发出制动指令，制动器10靠紧纤维放卷辊1和纤维收卷辊9实现制动，使纤维放卷辊1和纤维收卷辊9处于静止张紧状态；当上摩擦辊41和下摩擦辊42停止运转时，控制系统发出解除制动指令，制动器10松开，纤维放卷辊1和纤维收卷辊9开始运转，实现纤维的传递。

张力控制器包括张力传感器、张力调节器，张力传感器对纤维表面的张力进行检测，当张力未达到设定要求时，张力控制器对张力辊传达增加张力指令，第一张力辊2和第二张力辊7相对运动，使纤维处于张紧状态，直至达到设定的张力要求；反之，当纤维张力超出设定要求时，第一张力辊2和第二张力辊7进行反向运动，使纤维松弛，直至达到设定的张力要求。

第一毛丝检测器11和第二毛丝检测器8的工作原理是：光束照到待检测纤维表面，经放大倍数为200倍的放大镜，毛羽的影像投影在光电转换器上，光电转换器根据毛羽的程度产生脉冲，经放大电路放大，毛丝计数器相应地进行毛丝根数记录；其中，第一毛丝检测器11用于检测纤维本体已有的毛丝数量，第二毛丝检测器8用于检测摩擦后纤维本体的毛丝数量。

使用时：将纤维依次绕过纤维放卷辊、第一毛丝检测器、第一导引辊、第一张力辊、第二导引辊、张力控制器、穿过上摩擦辊和下摩擦辊之间、第三导引辊、第二张力辊、第四导引辊、第二毛丝检测器和纤维收卷辊。

控制器控制纤维放卷辊和纤维收卷辊上的电机同步启动，纤维放卷辊开始运转，开始向第一毛丝检测器输送待测纤维，纤维收卷辊同速度运转，进行纤维回收，张力控制器检测纤维传输过程中的张力是否满足系统设定要求，当张力未达到设定要求时，张力控制器对张力辊传达增加张力指令，第一张力辊和第二张力辊相对运动，使纤维处于张紧状态，直至达到设定的张力要求；反之，当纤维张力超出设定要求时，第一张力辊和第二张力辊进行反向运动，使纤维松弛，直至达到设定的张力要求。当纤维放卷辊和纤维收卷辊运转时，上摩擦辊抬起，系统设定5分钟后，控制系统向制动器发出制动指令，制动器靠紧纤维放卷辊和纤维收卷辊实现制动，纤维放卷辊和纤维收卷辊停止运转，控制系统控制第一气缸运行，第一气缸的伸缩杆伸出，带动了上摩擦辊向下摩擦辊的方向运动，直至夹持待摩擦纤维，而后，控制系统控制第二气缸运行，带动了上摩擦辊和下摩擦辊可以水平移动，即对纤维进行水平直线往复摩擦，同时控制系统记录第一毛丝检测器显示的毛丝数量n1，摩擦结束后，上摩擦辊抬起，同步地，纤维放卷辊和纤维收卷辊开始运转，将已摩擦完成的纤维输送到第二毛丝检测器进行毛丝检测，系统自动设定5分钟后，纤维放卷辊和纤维收卷辊停止运转，第二毛丝检测器显示实时的毛羽数量n2，一个检测周期结束；通过对单位时间内纤维的起毛数量进行计算评价纤维的耐磨性能，计算公式为：w＝(n2-n1)v/2lf,其中n2表示摩擦试验之后纤维表面的毛丝数量，n1表示摩擦试验之前纤维表面的毛丝数量，v表示水平直线往复摩擦的速度，l表示单次摩擦运动的路程，f表示水平直线往复摩擦运动的次数。w值越大表示纤维耐磨性能越差，w越小表示纤维耐磨性能越好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。