纤维强度检测技术与仪器.docx

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纤维强度检测技术与仪器

纤维强度检测技术与仪器

朱根峰李红江

1概述

任何纺织制品都必须具有一定的强力才有使用价值,因此强力纺织生产中最基本的测试项目.纺织材料在使用中受到拉伸/弯曲/压缩和扭转作用,产生不同的变形,但主要受到的外力是拉伸.纺织材料的弯曲性能与它的拉伸性能有关.因此,拉伸性能的研究受到充分的重视.

强力试验仪器种类很多,从原理上分有机械式和电子式两大类,机械式强力仪有摆锤式\斜面式和杠杆式等.从动力来源来分,有电动式、重力式、水压式和液压式.有的强力仪是静态慢速拉伸,有的则对试样进行快速拉伸或冲击试验.但是,尽管强力测试仪器种类很多.它们都有一些基本作用机构组成,包括以下一些部分:

（1）夹持和拉伸试样机构,包括拉神速度的调节/夹持器升降控制和自动操作等.

（2）负荷测量系统,用于指示试样受力大小.

（3）伸长测量机构,包括断裂自停装置.

（4）试验结果的数据处理和打印输出.

（5）负荷-伸长曲线的绘制.

2、纤维强度的性能指标表达体系

2、1结构材料强伸度指标

（1）短裂强力指试样拉伸至短裂所能承受的最大附荷，如图2-1中短裂点A对应的力值A1即为短裂强力。

单位为N1（牛顿）或CN（厘牛顿）。

（2）短裂伸长率试样拉伸至短裂所增加的长度与标准预加张力下试样加持的初始长度之比，称为断裂伸长率。

图2-1中最大负荷A点对应的伸长值A2，除以试样初始长度，即为断裂伸长率。

（3）断脱伸长率试样拉伸至完全断脱的伸长率，称为断脱伸长率。

图2-1中断脱点B所对应的伸长值B2除以试样初始长度，即为断脱伸长率。

（4）应力与应变试样单位截面积负荷大小称为应力，单位为N/mm2或CN/mm2.纺织材料截面面积不易测量，应力常以单位线密度所受力的大小表示，也称比应力。

单位为N/tex,CN/tex或CN/dtex.试样拉伸过程中的伸长值与初始长度之比为伸长率，或称应变，以百分率表示。

（5）比强度试样单位线密度所能承受的断裂强力，称为比强度。

单位为N/tex..CN/tex或CN/dtex.

（6）初始模量应力-应变曲线起始部分的斜率，它代表纺织纤维和纱线在受拉伸力很小时抵抗变形的能力。

如图2-2中直线OY的斜率为初始模量。

初始模量的单位为N/tex,cN/tex,或cN/dtex。

（7）屈服点应力与应变应力-应变曲线中起始直线部分向延伸区域过渡的转折点，称为屈服点，向对应的应力与应变称为屈服点应力与应变。

图2-2中取曲线上P点，其切线DE的斜率等于O点与断裂点A连线上的斜率，P点即为屈服点。

图2-3为屈服点的另一种求法。

作拉伸曲线起始部分直线与平坦部分切线相交，交角的对分线与曲线交点C即为屈服点。

（8）断裂功拉伸试样至断裂时外力所作的功，称为断裂功。

如图2-4所示，断裂功等于负荷－伸长曲线下的面积。

式中：

W为断裂功；F（l）代表负荷－伸长曲线；Lmax为负荷最大值所对应的伸长。

（9）断裂比功单位线密度和单位长度的试样拉伸至断裂，外力所做的功称为断裂比功。

数值上等于应力－应变曲线下的面积。

断裂比功可用于不同试样断裂比功的比较，与试样线密度和长度无关。

（10）功系数负荷－伸长曲线下面积与断裂强力和断裂伸长乘积之比。

如图2－5所示，图（a）曲线上凸，功系数大于1/2；图（b）曲线下凹，功系数小于1/2。

2.2讨论

综合比较以上指标，讨论如下：

（1）断裂强力反映纤维所能承受的最大负荷，是个绝对量。

是选择纤维用途的基本指标之一。

也是得到断裂断裂伸长率的前提。

断裂伸长率是反映纤维的受力伸长情况。

若没有该指标则不能预测产品的弹性情况。

（2）断裂伸长率反映纤维完全断脱情况，不同与断裂伸长率。

（3）应力与应变是绘制应力-应变曲线的必要条件，应力不同与断裂强力，是一相对量，对于同一实验材料只有一个断裂强力，而应力则是一系列的。

应变不同与断裂伸长率它是与应力相对的。

（4）比强度它的单位是N/tex.CN/tex或CN/dtex，它的测定可依据断裂强力得出，该指标可比较不同纤维的强力情况。

（5）初始模量，主要反映应力应变曲线中的一个转折点，该点以后表示纤维在增加很小应力时能产生较大的应变。

（7）断裂功表示纤维拉伸断裂时所做的功，它反映了纤维的实际抗拉伸能力，断裂功与断裂强力没有直接关系，这与纤维的材料特性有关。

（8）断裂比功与比强度没有直接关系。

功系数则是同一试样自我比较的一个参数，它是宏观反映拉伸-负荷曲线的形状，如是上凸还是下凸。

由上面讨论可知：

纤维强度指标测试技术的发展应以能否得到的；拉伸曲线为准则。

当然，在具体的测试时，由于纤维强力随着环境因素的变化在不断变化，因此，测量时对实验条件应当有统一的规定。

如：

等速延伸型强力机和等速牵伸型强力即的测试结果相比较，等速延伸型强力机在拉伸过程中使试样受到较多的重复疲劳作用和较高的初负荷，使等速牵伸型强力机测试量的强力比等速延伸型强力机测试量的强力要小。

3测试的原理

3.1摆锤式强力仪的工作原理

利用摆锤偏转所产生的力矩，来平衡式样拉伸力的作用。

结合作用力点固定式强力仪，具体如下：

若摆锤系统的重力为W,重心至O点距离为h，扇形轮半径为r，转动支点至强力刻度尺的距离为H，当式样受力为P时，重锤摆动杆转动θ角。

忽略摆锤系统的惯性影响及摆杆偏转时的摩察阻力，力矩平衡关系如下：

Whsinθ=Prcosθ（3-1）

P=Wh/rtgθ（3-2）

当W、r、h一定时，试样所受拉力正比于摆杆偏转角度的正切。

改变重锤重量W可以改变仪器量程。

由图3-1可知

L=Htgθ（3-3）

由式（3-2）和式（3-3）得

P/L=Wh/rH=k（3-4）

式中k为一常数。

由式（3-4）可知，试样所受拉力与摆杆下端的位移成正比。

摆杆下端在强力刻度尺上的读数正比于试样强力,因此,强力刻度是等间距的。

3.2Pressley束纤维强力仪原理

Pressley束纤维强力仪采用杠杆式测力原理，如图3-2所示。

横梁7通过支点O与基座6相连，重量滑块8的滑轮可以在横梁7上滑行，横梁与基座呈1.5度倾角。

横梁7的右臂与上加持座4座相连，下加持器座5固定在基座6上。

纤维束式样3被加持在卜氏加持器片1和2之间，卜氏加持器片1和2分别插入加持座4和5的沟槽中。

试验开始前，重量滑块8停留在横梁7左臂的右端，被钩子钩住。

试验时右手将钩子扳开，重量滑块开始延横梁斜面下滑，由于杠杆力臂增大，纤维束试样受力不断增加，直至纤维束断裂，重量滑块立即向下倾落，被基座上的橡皮制动器支持住而停止滑移。

横梁上刻有强力读数，当纤维断裂时重量滑块在横梁上的位置，就可以读得纤维束断裂强力值。

纤维束强力P与重量滑块停止时位置有如下关系P=WB/A（3-5）式中W为滑块重量；B为重量滑块到支点的距离；A为加持器中纤维束到支点的距离。

由于W和A为常数，纤维束所受力重量滑块下滑距离B成正比，横梁上强力刻度是等间距的

仪器试验结果为纤维束的绝对强力，其数值与纤维束内纤维数量有关，因此要根据纤维重量计算纤维比强度。

3.3斯特洛束纤维强力仪原理

采用仆氏夹持器，可测粮棉纤维束强力与伸长值，经过换算可以求出纤维比强度，仪器可以使用零隔距和3.2mm隔距两种试验方式。

仪器的工作原理如图3-3所示。

仪器采用力矩平衡测力原理。

梁臂1可以绕O1点转动，摆杆2可以绕梁臂上的的点O2转动。

纤维束经梳理去除短纤维，用仆氏夹持器夹住，放入仪器上端的夹持器座3内。

梁臂1的重心位于B点，试验开始前梁臂及重锤摆杆都处于垂直状态，纤维束不受力。

实验开始后梁臂依靠重力以O1为支点顺时针转动，梁臂与垂线的夹角θ逐渐增大，如果试样没有伸长，摆杆也转过同样θ角度。

实际上纤维束受力后产生一定的伸长，摆杆将以O2为支点逆时针转过△θ角，所以实际上摆杆与垂线的夹角为θ-△θ。

由摆杆上重锤重量在垂直于摆杆方向上产生分力作用在纤维上，此分力逐渐增大。

由图3-3可见，纤维束所受的力为P=Wsin（θ-△θ）a/b（3-6）

式中：

W---重锤摆杆系统的重量；

b---重锤摆杆系统重心到支点O2的距离；

a----纤维束到支点O2的距离；

θ---梁顺时针转过角度；

△θ---摆杆逆时针转过角度。

由于W、a、b为常数，纤维束受力与摆杆偏转角度的正弦成正比。

另外，纤维伸长与△θ有关。

3.4电子强力仪原理

电子强力仪的工作原理，是采用测力传感器，将被测试样所受的力转换成电信号，经放大后得到与受力大小成正比的信号，显示负荷值及断裂强力。

另外，通过一定机构产生于试样变形成正比的数字脉冲，通过计数电路显示试样的变形量。

并可绘制负荷-伸长曲线，显示材料在整个受力变化过程中的力学性能。

增加一定的附属装置，还可进行压缩、弯曲和扭转等性能试验。

4仪器介绍（技术参数及其功能）

YG062全自动单纱强力仪

　　YG062全自动单纱强力仪是一种机、电、气一体化的高科技产品,适用于棉、毛、麻、绢、化纤的纯纺或混纺纱线和化纤长丝的断裂强力及断裂伸长的测量,其测试方法符合GB/T3916-1997标准。

仪器主要性能达到国际90年代同类产品水平,填补了国内高档单强的空白。

主要特点：

拉伸系统采用了交流伺服电机驱动和滚珠丝杠传动,光电编码器直接读取位移量等技术,在5mm/min～300mm/min内实现无级变速，具有运动平稳、控制精度高、读取的位移量准确等特点。

适应纱线品种范围广，可适应多种拉伸标准。

采用微处理机技术,强力检测具有量程自动换档功能,测力精度高。

上下夹持器夹纱及机械手抓纱均采用了气动技术，夹持、抓纱动作平稳柔和，不易损伤纱线。

实时故障自动定位检测与声光报警。

终端计算机中英文界面显示，下拉式菜单操作，操作简单方便。

计算机处理数据报表齐全，能长期大批量贮存测试的数据。

对目测到的无效数据可人工剔除或恢复。

主要技术规格和参数：

∙测试原理：

等速伸长型

∙测力范围：

0～200N±0.5%。

∙适应纱线种类：

棉、毛、麻、绢、化纤长线的纯纺或混纺的单纱或股纱。

∙隔距长度：

100mm-500mm±0.5mm

∙伸长范围：

试样长度与拉伸长度之和不小于900mm。

伸长精度:

不大于±0.5mm。

∙预加张力范围：

1cN～100cN可计算机设定

裕加张力误差：

不大于±5%或0.3cN

∙拉伸速度：

　5mm/min～3000mm/min。

∙每组纱线管数:

1～30管／组。

∙拉伸方式：

时间、速度、试样长度三种方式。

按时间拉伸　　3s、10s、20s任选

按速度拉伸　　5mm/min～3000mm/min任选

试样长度拉伸　拉伸速度为试样长度/min

∙工作条件：

电源：

单相交流：

80V-280V

频率：

50Hz±5%　整机功耗：

不大于800VA　

气源气压：

0.5Mpa-0.7Mpa

测试结果输出方式：

终端显示和打印机打印。

∙使用环境条件：

允许环境温度：

10℃-30℃

相对湿度：

＜75%RH

∙间隔取样长度：

0-999m

∙测试结果输出内容：

报表：

单次的测试值，可从断裂时间、断裂强力、断裂伸长率、`断裂功、部分功、断裂强度、各种摸量、定伸长率负荷、定负荷伸长率等指标中任意抽取6项指标进行显示、打印。

单管平均值和一组的强力和伸长率的统计值，其中包括平均值、最大值、最小值、管间CV%值、总CV%值。

图形格式：

强力-伸长曲线图、样条图、直方图、散点图、模量--伸长率曲线

组成方式：

　　YG062全自动单纱强力仪由拉伸试验机、终端处理机、交流稳压电源和供纱架等四部分组成。

拉伸实验机是YG062全自动单纱强力仪结构核心，立柜式造型，独立结构单元。

由拉伸运动部件单元、上下夹持器、强力检测单元、自动送纱机构、机械气路手单元、吸废纱机构、气路系统、润滑系统、气动剪刀、电子控制单元、机柜等组成。

　　终端处理机由计算机主机、显示器、键盘以及打印机等组成。

YG029-I全自动单纱强力仪

YG029-I全自动单纱强力仪是用于测量天然及化学短纤维纯纺或混纺纱线的断裂强力、断裂伸长率等数据的精密纺织仪器。

采用微机控制，自动测试，结构紧凑，使用棉纺、毛纺等行业使用，具有优越的性能价格比。

主要特点：

采用等速伸长（CRE）原理设计，符合GB/T3916-1997新标准。

高精度强力、伸长率测量，测试快速便捷。

可选择定速、定时两种测试方式，具备自动选速功能。

无需气源，只需单相电源，即插即用。

占地面积小，操作简便，易于使用与维护。

主要技术指标：

∙测力范围：

0～300cN

∙伸长范围：

∙试样长度：

500mm

∙测试速度调节范围：

15～2000mm/min

∙电源：

交流：

220V±10%，50Hz，功耗＜400W

组成方式：

　　YG029-I全自动单纱强力仪由主机、打印机、供纱架三部分组成。

 YG001A型电子单纤维强力机

 用于测试各种化学纤维、棉、毛、丝、麻及玻璃纤维的拉伸性能。

 ModelYG001AandYG003AElectronicSingleFibreStrengthTesterisusedfortestoftensilestrengthofvariouschemicalfibre,cottonyarn,wool,silk,linenandglassfibre.

主要技术参数MainTechnicalData

1、测试功能TechnicalData

YG001A:

一次拉伸试验、定伸长拉伸试验及定负荷拉伸试验等三种测试方法。

Threetestmethodsavaiable:

Asingletensiletest;TensiletestwithelongationprestTensiletestwithloadpreset.YG003A:

八种测试方法及曲线

输出功能。

Eighttestmethodsandthecurveoutputavaiable.

2、测力范围Measuringrangeofstrength:

0～100cN 

3、测力精度Accuracyofmeasuringstrength:

±1%

4、取样长度Lengthofsampling:

10mm,20mm

5、预张力夹Pre-tensionclamp:

0.1cN,0.15cN,0.2cN,0.3cN,0.4cN,0.5cN

YG004A型电子单纤维强力机

YGOO4AElectronicSingleFiberStrengthTester

 用于测定单根纤维的断裂强力、断裂伸长率、断裂强度、断裂时间和强伸曲线，打印测试数据和统计结果。

 Tomeasurebreakingpower,elongationstrength,timeandtensilecurve,andprintouttestdataandstatisticresults.

主要技术参数MainTechnicalData

1、负荷：

0-100cN

Load:

0-100cN

2、拉伸速度：

0.2-200mm/min

TensileSpeed:

0.2-200mm/min

3、上下夹持器间距：

10，20，30，40，50，60mm

DistancebetweenUpperandLowerGrippers:

10,20,30,40,50,60mm

4、夹持器夹紧纤维方式：

气动

GrippingStyle:

pneumatic

5、输入方式：

键盘输入

InputStyle:

bykeyboard

外形尺寸（长×宽×高）OutlineSize（L×W×H）:

400×360×525mm

Y162A型束纤维强力机

Y162ABundleStrengthTester

 用于测定棉、化纤、毛等束纤维的断裂强力。

 Usedto,measurebreakingstrengthofbundlefiberofcotton,woolandchenicalfiberetc.

主要技术参数MainTechnicalData

1、强力测定范围：

0-3000cN 

RangeofStrengthTest:

0-3000cN 

2、下夹持器动程：

0-50mm

StrokeofLowerGripper:

0-50mm

外形尺寸（长×宽×高）OutlineSize（L×W×H）:

533×246×670mm

YG011型束纤维强力机

YG011BundleStrengthTester

 用于各种棉、毛、化纤等束纤维的强力和伸长率的测定。

 Usedtoanalyzelengthofcottonfiberorchemicalfiber.Itconsistsoftwoparts,namelyfiberdrawoffunitandanalyzer.

主要技术参数MainTechnicalData

1、强力范围：

20-70N

Rangeofstrength:

20-70N

2、加荷速度：

10N/sec

SpeedofLoading:

10N/sec

3、夹钳距离：

0、3.2mm

DistancebetweenGripper:

0,3.2mm

4、伸长率：

0-50%（3.2mm隔距）

ElongationRate:

0-50%（3.2mm隔距）

外形尺寸（长×宽×高）OutlineSize（L×W×H）:

310×155×390mm

YG021A-1.3.5型单纱强力机

YG021A-1,3,5SingleYarnTester

测定单要纱线的抗拉断裂强力和断裂伸长

Tomeasureensilesrengthandbreakingelongationofsingleyarm.

主要技术参数MainTechnicalData

1、抗拉断裂强力：

YG021A-10-1000Cn

                YG021A-30-30000cN

                YG021A-50-50000cN

TensileStrength:

YG021A-10-1000cN

                YG021A-30-30000cN

                YG021A-50-50000cN

2、抗拉断裂伸长率：

60%

BreakingElngation:

60%

3、下夹持器下降速度：

100-2000mm/min（无级）

LoweringSpeedofLower

Gripper:

100-2000mm/min（stepless）

外形尺寸（长×宽×高）OutlineSize（L×W×H）:

900×430×1800mm

YG021A-II型单纱强力机

用于检测纱线的断裂强度及断裂伸长的测定。

ModelYG（B）021A-IISingleYarnStrengthTesterisusedfortestingbreakingstrength,breakingelongationandelongationpercentage.

主要技术参数MainTechnicalData

1、微机程控方式MainTechnicalData

数显测试数据TestedParamtersdigtal-dispayed

2、测力范围及精度

Testingrangeandmeasuringaccuracy:

YG（B）021AII-3型0-3000cN±1%

YG（B）021AII-5型0-5000cN±1% 

3、取样长度Lengthofsampling

100mm、250mm、500mm

4、拉伸速度Tensilespeed:

50～100mm/min无级调速Steplesscontrolled

5、预加张力Pre-tension:

0～150cN

6、外型尺寸ExternalDimensions:

370（L）×530（W）×930（H）mm

YG023型全自动单纱强力机

YG023AutoaticSingleYarnTeser

用于全自动测定单要纱线的断裂强力和断裂伸长，显示并打屯测试数据和统计结果。

Tomeasuretensilestrengthandbreakageelongaionofsingleyarnautomaecallyandtodisplaysandprintoutalltestdataandstaisticresults.

主要技术参数MainTechnicalData

1、测力：

           YG023:

0-50N

TensileStrength:

YG023-100:

0-100N

                YG023-500:

0-500N

                   YG023J:

0-50N

              YG023-J-100:

0-100N

2、夹持器最大距离：

800mm

Max.Distancebetweenrippers:

800mm

3、拉伸速度：

80-8000mm/min（任意设定）

TensileSpeed:

80-8000mm/min（optional）

4、夹持方式：

气动

GrippingStyle:

pneumatic

外形尺寸（长×宽×高）OutlineSize（L×W×H）:

主机（Mainengine）650×580×1730mm

YG023A型全自动单纱强力机

YG023AAutomatisSingleYarnTester

 用于全自动测定单要纱线的断裂强力和断裂伸长，打印测试数据和统计结构，汉化格式的菜单，强伸曲线由高分辨率彩色显示器即时显示，显示器上方同时显示强力和伸长数据。

 Tomeasuretensilestrengthandbreakingelongationofandstatisticresults,WithChineseformatmenu,tensilecurvecanbedisplayedbyhigh-resolutionmonitor,tensileandelongationdataaredisplayed

ontheoftopthescreen.

主要技术参数MainTechnicalData

1、负荷：

0-50N±1%

Load:

0-50N±1%

2、试样夹持距离：

100-500mm任选

GrioppingdistanceofSample:

1