基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型方法及系统与流程

文档序号:43765073发布日期:2025-11-15 00:30阅读:15来源:国知局

本发明涉及纤维喷丝板,具体为基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型方法及系统。


背景技术:

1、随着纤维材料制备技术的发展,该领域在复合材料、功能纤维和智能纤维等方向具有广泛应用。在高分子材料加工中,熔体纺丝技术是一种核心工艺,其通过喷丝板将高分子熔体拉伸成纤维。在熔体纺丝技术的细分方向中,基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型方法成为近年来关注的重点研究对象。该方法通过在喷丝板上引入导电层并施加电场,使纤维在成型过程中实现结构可控,从而获得核壳型纤维、梯度导电纤维等高性能产品。

2、现阶段在现有的纤维成型方法中,喷丝板通常采用均一电流分布的方式进行控制,即在整个喷丝板上施加相同的电流密度。该方式虽然工艺简单,但存在明显局限性:由于中心区与边缘区电场分布一致,纤维分子链在成型过程中只能产生整体一致的取向,难以在核壳区域或局部区域形成差异化结构。这直接导致纤维内部结构单一,功能耦合不足,无法满足对高性能纤维提出的多层次导电性、力学性能梯度或响应性需求。

3、上述现状的不足主要源于电场驱动机制的单一性,即均匀电流分布未能在空间上形成有效梯度。当这种不足出现时,纤维在成型过程中缺少驱动力差异,导致纤维核壳层的分子链排布过于接近,无法形成清晰的核壳边界或梯度导电区域。结果是:纤维整体性能偏向均质化,表现为电导率无法分层调控、力学性能局部强化不足以及光学响应不明显。这类异常效果不仅降低了纤维的应用拓展性,还制约了在智能纺织品、传感材料及功能复合纤维中的推广应用。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本发明提供了基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型方法及系统,解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:包括以下步骤:

3、s1、在复合导电纤维喷丝板的周围布设若干采集点,并在采集点中设置相关传感器,用于实时采集中心区的导电原始数据;将所采集的导电原始数据通过数据接口传输至控制系统,并在控制系统中对导电原始数据进行预处理,得到标准导电数据集;

4、s2、基于标准导电数据集,进行计算输出电场差△e,并将基于电场差进行初步对比评估,依据初步对比评估结果,触发补偿机制;

5、s3、在补偿机制中,启动采集点中的电势采集点与光学采集点,实时采集电势与光学数据,将采集电势与光学数据传输至控制系统,并在控制系统中计算取向差△hf;

6、s4、在控制系统中基于电场差△e与取向差△hf,建立纤维结构成型指标x,并将纤维结构成型指标x与成型阈值xth进行比对,基于比对结果执行自适应调整机制。

7、优选的,所述s1包括s11;

8、s11、所述采集点包括电流采集点、电导率采集点、电势采集点和光学采集点;初步启动电流采集点和电导率采集点,基于电流采集点和电导率采集点中设置的相关传感器,实时采集导电原始数据;并通过数据交互模组通过无线通信协议,将导电原始数据传输至控制系统中;

9、所述相关传感器包括第一电流传感器、第二电流传感器和微型电极探针阵列;

10、所述导电原始数据包括中心区电流密度jc、边缘区电流密度je和熔体电导率rmelt。

11、优选的,所述s1还包括s12;

12、s12、所述数据交互模组包括设置在纤维成型设备与控制系统之间的双向通信单元,所述双向通信单元采用无线通信协议,将所述电流采集点与电导率采集点获取的导电原始数据进行封装打包编码后,获取数据包,并将数据包传输至控制系统;

13、在控制系统对接收到数据包进行解封提取导电原始数据,并对导电原始数据依次执行预处理,获取标准导电数据集,所述预处理包括数据完整性检测和噪声滤波;

14、所述数据完整性检测通过对接收到的中心区电流密度jc、边缘区电流密度je与熔体电导率rmelt进行数据包校验和时间戳比对,剔除丢包与异常延迟数据;

15、所述噪声滤波通过对中心区电流密度jc和边缘区电流密度je采用中值滤波方法消除高频噪声干扰。

16、优选的,所述s2包括s21;

17、s21、基于预处理后的标准导电数据集,采用欧姆定律的改写公式,进行计算输出电场差△e,并在计算过程中,控制系统执行多步验证,所述多步验证通过对输入的标准导电数据集进行时间序列一致性校验,将中心区电流密度jc与边缘区电流密度je对应于同一批次的熔体电导率rmelt。

18、优选的,所述s2包括s22;

19、s22、在控制系统在获得电场差△e后,执行初步对比评估,所述初步对比评估通过将电场差△e与预设的电场阈值eth进行初步对比评估,并基于初步对比评估结果进行触发补偿机制,具体评估内容如下:

20、当电场差△e≥电场阈值eth时,控制系统判定纤维核壳结构的形成条件已满足并输出进入直接成型步骤的执行指令;

21、当电场差△e<电场阈值eth时,控制系统判定纤维成型条件不足并自动触发补偿机制。

22、优选的,所述s3包括s31;

23、s31、在触发补偿机制后,启动电势采集点和光学采集点,并在电势采集点和光学采集点中设置微型电势探针阵列和偏振干涉传感器,实时采集电势与光学原始数据,并将采集到的电势与光学原始数据由数据交互模组传输至控制系统,再进行无量纲化处理,消除电势与光学原始数据中所有参数之间的量纲影响,获取电势与光学数据;

24、所述电势与光学数据包括局部电势调节量△jb、芯层双折射△ncore与壳层双折射△nshell。

25、优选的,所述s3还包括s32;

26、s32、基于所获取的电势与光学数据,将芯层双折射△ncore与壳层双折射△nshell与预存的全取向参考双折射△nref进行比对,并结合局部电势采集点传输的局部电势调节量△jb,计算获取取向差△hf,衡量芯层与壳层分子链取向差异。

27、优选的,所述s4包括s41;

28、s41、将电场差△e进行无量纲化处理,消除电场差△e的量纲,并与取向差△hf进行综合计算,输出纤维结构成型指标x,进行量化分析电场驱动力与分子链取向差异的复合效应。

29、优选的,所述s4还包括s41;

30、s41、获得纤维结构成型指标x后,与预设的成型阈值xth进行比对,并基于对比结果执行自适应调整机制;具体比对内容如下:

31、当纤维结构成型指标x大于等于成型阈值xth时,判定纤维成型工艺条件满足,输出进入批量生产的执行指令;

32、当纤维结构成型指标x小于成型阈值xth时,控制系统触发自适应调整机制;

33、所述自适应调整机制通过控制系统下调2%的边缘区电流密度je,下调后检测迭代纤维结构成型指标x,若不足,再上调1%的中心区电流密度jc,二次检测迭代纤维结构成型指标x,若仍不足,则上调0.1v局部电势调节量△jb;若仍不足,则继续从下调2%的边缘区电流密度je开始进行迭代,直至判定纤维成型工艺条件满足结束迭代。

34、基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型系统,包括电感采集模块、电场分析模块、取向差分析模块和成型分析模块;

35、所述电感采集模块通过复合导电纤维喷丝板的周围布设若干采集点,并在采集点中设置相关传感器,用于实时采集中心区的导电原始数据;将所采集的导电原始数据通过数据接口传输至控制系统,并在控制系统中对导电原始数据进行预处理,得到标准导电数据集;

36、所述电场分析模块通过基于标准导电数据集,进行计算输出电场差△e,并将基于电场差进行初步对比评估,依据初步对比评估结果,触发补偿机制;

37、所述取向差分析模块通过在补偿机制中,启动采集点中的电势采集点与光学采集点,实时采集电势与光学数据,将采集电势与光学数据传输至控制系统,并在控制系统中计算取向差△hf;

38、所述成型分析模块通过在控制系统中基于电场差△e与取向差△hf,建立纤维结构成型指标x,并将纤维结构成型指标x与成型阈值xth进行比对,基于比对结果执行自适应调整机制。

39、本发明提供了基于复合导电纤维喷丝板的纤维成型方法及系统。具备以下有益效果:

40、(1)该方法通过在复合导电纤维喷丝板的中心区与边缘区分别设置电流采集点,并在喷丝口出口附近配置电导率采集点,实时采集导电原始数据,并将所采集的导电原始数据通过数据交互模组传输至控制系统,在控制系统内经过数据完整性检测与噪声滤波等预处理步骤,形成标准导电数据集。基于该标准导电数据集,采用欧姆定律改写公式计算输出电场差△e,能够实现电场差△e的准确计算。与传统均匀电流分布的方式相比,该方法通过多点采集与数据预处理,保证了数据的可靠性与电场差计算的精确性,从而有效提高了纤维成型过程中电场控制的稳定性与精细化程度。

41、(2)该方法在电场差△e计算完成后,控制系统通过将其与预设电场阈值eth进行初步对比评估,若电场差△e不足以支撑纤维核壳结构的稳定成型,则自动触发补偿机制,启动喷丝口出口处的电势采集点与光学采集点。电势采集点中配置的微型电势探针阵列能够实时监控局部电势调节量△jb,光学采集点中配置的偏振干涉传感器则实时获取芯层双折射△ncore与壳层双折射△nshell。通过将采集到的数据传输至控制系统并进行无量纲化处理,再与全取向参考双折射△nref比对,结合局部电势调节量△jb,计算得到取向差△hf。该步骤能够在电场差不足的情况下,通过电势调节与光学反馈实现分子链取向的强化补偿,改善了纤维核壳层取向差异不明显的问题,使纤维成型过程具有自修正能力。

42、(3)该方法通过在获得电场差△e与取向差△hf之后,控制系统将两者进行无量纲化综合计算,得到纤维结构成型指标x,并与成型阈值xth进行比对。若纤维结构成型指标x≥成型阈值xth,则直接进入批量生产;若纤维结构成型指标x<成型阈值xth,则触发自适应调整机制。所述自适应调整机制通过控制系统自动下调2%的边缘区电流密度je,若不足,再上调1%的中心区电流密度jc,仍不足则上调0.1v的局部电势调节量△jb,并在多轮迭代中实现闭环优化。该机制能够动态修正电流分布与局部电势,确保纤维结构成型指标x稳定达到阈值xth,从而显著提升纤维批量成型的一致性与良品率。与现有仅依赖单一电流控制的方法相比,本方法通过“电场差+取向差+指标阈值比对”的复合控制逻辑,实现了工艺的自适应性与高度可重复性。

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