一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，属于纤维材料技术领域。
【背景技术】
[0002]高性能纤维及其复合材料与国民经济和国防安全密切相关，是先进武器装备、航空航天等国必不可少的关键结构材料。同时，在清洁能源、土木建筑、石油工业、交通运输及体育娱乐等国民经济领域都有广泛的应用。
[0003]相比于普通纤维，高性能纤维具有优异的力学性能。高性能纤维的力学性能与其成型过程中纤维内部的微观结构、形态及缺陷等的形成与演变密切相关。根据理论计算，聚丙烯腈(PAN)碳纤维的理论强度可达184GPa，理论模量可为1020GPa，但即使目前世界上强度水平最高的T-1000型碳纤维，其抗张强度仅为理论值的3.95%。这是由于碳纤维在制备过程中会产生大量缺陷，缺陷的存在成为影响碳纤维实际强度的重要因素。而超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维由典型的柔性链聚合物制备，具有高强高模、高抗冲性能是源于成型过程中形成的高结晶、高取向的结构形态。由此可见，高性能纤维成型过程中结晶、取向等超分子结构以及缺陷的形成与变化对纤维性能具有决定性影响。
[0004]高性能纤维内部微观结构多样，变化规律复杂，对其结构随纤维拉伸演变规律的在线测试一直是研宄热点。目前普遍采用的测试方法是“离线”测试，即将纤维进行拉伸后再进行测试，缺乏对于纤维拉伸过程内部结构的实时检测。同步辐射X射线的高亮度、高通量、高准直等优势正好满足了高时间和高空间分辨的要求，使实时在线跟踪高性能纤维拉伸过程中的结构演变成为可能。目前纤维的在线检测装置均采取双向对称拉伸，检测点不变的方式。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:提供了一种结构合理、操作方便、灵活性高，解决了离线检测缺乏对于纤维拉伸过程内部结构的实时检测和双向对称拉伸形式的检测点不变的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，包括机台，机台上设有移动和驱动装置，移动和驱动装置上设有热箱、第一五辊牵伸机和第二五辊牵伸机，第二五辊牵伸机和第一五辊牵伸机分别设于热箱的左右两侧，第二五辊牵伸机的左侧设有带有张力控制的放丝装置，第一五辊牵伸机的右侧设有收丝装置。
[0007]优选地，所述的热箱的正面和其相对应的反面设有检测视窗。
[0008]优选地，所述的检测视窗贴有耐高温透光薄膜。
[0009]优选地，所述的热箱内设有两组电加热元件。
[0010]优选地，所述的热箱上设有控温元件插入口，控温元件插入口的两侧设有温度显示元件插入口，控温元件插入口内设有控温元件。
[0011]优选地，所述的移动和驱动装置包括双丝杆，双丝杆的一端与电机及驱动装置连接，双丝杆的另一端与底板连接，底板的下端与滑块连接，滑块设于机台上的导轨上。
[0012]优选地，所述的放丝装置上设有张力控制器。
[0013]本实用新型结构合理、操作方便、灵活性高，模拟了高性能纤维实际生产中的拉伸形式，克服了现有的双向对称拉伸形式以及离线检测所存在的不足。本实用新型用于同步辐射在线检测高性能纤维在不同环境温度和不同力场下拉伸过程中内部结构的演变，为深入研宄高性能纤维结构与性能的关系提供了技术基础。
【附图说明】
[0014]图1为一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置的结构示意图；
[0015]图2为热箱的内部结构示意图；
[0016]图3为移动和驱动装置的结构示意图；
[0017]图4为图3的俯视图。
[0018]其中:1为收丝装置，2为第一五辊牵伸机，3为热箱，4为机台，5为第二五辊牵伸机，6为带有张力控制的放丝装置，7为移动和驱动装置，8为检测视窗，3-1为电加热元件，3-2为控温元件插入口，3-3为温度显示元件插入口，6-1为张力控制仪，7-1为双丝杆，7-2为电机及驱动装置，7-3为导轨，7-4为滑块，7-5为底板。
【具体实施方式】
[0019]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0020]本实用新型为一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，如图1所示，其包括有机台4、移动和驱动装置7、两个五辊牵伸机(即第一五辊牵伸机2和第二五辊牵伸机5)、带有检测视窗8的热箱3、带有张力控制的放丝装置6和收丝装置I。如图3、图4所示，移动和驱动装置7安装在机台4的上面，该移动和驱动装置7内有双丝杆7-1，双丝杆7-1的一端与电机及驱动装置7-2连接，并通过电机及驱动装置7-2移动，具有控制移动和驱动装置7左右移动的功能。双丝杆7-1的另一端与底板7-5连接，底板7-5的下端与滑块7-4连接，滑块7-4安装在机台4上的导轨7-3上。热箱3固定在移动驱动装置7上面，如图2所示，热箱3内部上、下安装两组电加热元件3-1，为热箱3提供热量；并在控温元件插入口 3-2内装有控温元件，可控制热箱的温度，控温元件插入口 3-2在热箱3上，控温元件插入口 3-2的两侧安装有温度显示元件插入口 3-3。热箱3正面和其相对应的反面开有检测视窗8，上贴有耐高温透光薄膜，同步辐射X射线通过检测视窗8照射在纤维丝束上，对纤维丝束进行检测。第一五辊牵伸机2和第二五辊牵伸机5分别固定在移动和驱动装置7上、热箱3的两侧，其速度可以控制，利用速度差调节拉伸倍数。
[0021]本实用新型工作时，第一五辊牵伸机2和第二五辊牵伸机5分别以一定速度同向运动，由速度差产生对纤维的牵伸，未检测样品安装在放丝装置6，纤维经过热箱3，在一定温度和张力下进行拉伸，并同时进行同步辐射在线检测，出热箱3的纤维收集在收丝装置I上，放丝装置6带有张力控制器6-1，保证纤维不会打滑。热箱3内部上、下安装两组电加热元件3-1，为热箱3提供热量，并能通过控制调节热箱3的温度。同步辐射X射线通过位于热箱3正面、背面的检测视窗8照射在纤维丝束上，对纤维丝束进行检测。机台4带有移动和驱动装置7，可以水平调节整体装置，以便于测定热箱中不同位置纤维的结构。通过本实用新型与同步辐射装置的联用，能够获得不同加热温度下以及拉伸时高性能纤维丝束内部微观结构的演变信息，为深入研宄高性能纤维结构与性能的关系提供支撑。
[0022]本实用新型由两个五辊牵伸机，提供纤维的高倍热拉伸。该装置模拟了高性能纤维实际生产中的拉伸形式，可以进行UHMWPE纤维的超倍热拉伸过程、聚丙烯腈原丝二次拉伸过程(干拉伸)等、芳纶纤维的热处理过程等，并可同时进行利用同步辐射的在线检测。
【主权项】
1.一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，包括机台(4)，机台⑷上设有移动和驱动装置(7)，移动和驱动装置(7)上设有热箱(3)、第一五辊牵伸机(2)和第二五辊牵伸机(5)，第二五辊牵伸机(5)和第一五辊牵伸机(2)分别设于热箱(3)的左右两侧，第二五辊牵伸机(5)的左侧设有带有张力控制的放丝装置(6)，第一五辊牵伸机(2)的右侧设有收丝装置(I)。
2.如权利要求1所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的热箱(3)的正面和其相对应的反面设有检测视窗(8)。
3.如权利要求2所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的检测视窗(8)贴有耐高温透光薄膜。
4.如权利要求1或2或3所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的热箱(3)内设有两组电加热元件(3-1)。
5.如权利要求4所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的热箱(3)上设有控温元件插入口(3-2)，控温元件插入口(3-2)的两侧设有温度显示元件插入口(3-3)，控温元件插入口(3-2)内设有控温元件。
6.如权利要求1所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的移动和驱动装置(7)包括双丝杆(7-1)，双丝杆(7-1)的一端与电机及驱动装置(7-2)连接，双丝杆(7-1)的另一端与底板(7-5)连接，底板(7-5)的下端与滑块(7_4)连接，滑块(7-4)设于机台(4)上的导轨(7-3)上。
7.如权利要求1所述的一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，所述的放丝装置(6)上设有张力控制器￠-1)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于同步辐射在线检测的高性能纤维拉伸装置，其特征在于，包括机台，机台上设有移动和驱动装置，移动和驱动装置上设有热箱、第一五辊牵伸机和第二五辊牵伸机，第二五辊牵伸机和第一五辊牵伸机分别设于热箱的左右两侧，第二五辊牵伸机的左侧设有带有张力控制的放丝装置，第一五辊牵伸机的右侧设有收丝装置。本实用新型具有结构合理、操作方便、灵活性高等特点。
【IPC分类】D02J1-22, D02J13-00, G01N3-06, G01N3-08
【公开号】CN204346830
【申请号】CN201420806848
【发明人】龚静华, 马敬红, 徐坚, 田宇
【申请人】东华大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月17日