專利名稱：高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機。
背景技術：
以碳纖維、芳綸纖維及高強高模聚乙烯纖維為代表的高性能纖維，由于具有優良 的性能而在現代戰爭、航空航天、海域防御、武器裝備等領域發揮著舉足輕重的作用；同時， 在汽車、船舶、繩網、醫療器械、運動器材等領域也有著廣闊的應用前景。在高性能纖維的生產過程都需要進行熱牽伸工藝，以高強高模聚乙烯纖維的生產 為例，它是將超高分子量的聚乙烯溶于第一溶劑中，制成聚乙烯溶液；該溶液由螺桿擠出機 擠出，再經紡絲箱噴出后，冷卻凝固成凍膠纖維；再用揮發性的第二溶劑萃取出第一溶劑， 待干燥后，再進行超倍熱牽伸，最終制得高強高模聚乙烯纖維。其中，超倍熱牽伸的機理是 促進大分子沿纖維軸向的取向；在熱牽伸過程中，聚乙烯大分子由折疊鏈向伸直鏈變化，伸 直鏈之間相互靠攏，彼此之間作用力增強，纖維隨外加張力的分子鏈數量增加，使纖維的斷 裂強度顯著提高，條理分明度下降，耐磨性及對各類形變的疲勞強度也明顯提高。由此可 見，超倍熱牽伸是制備高強高模聚乙烯纖維的關鍵環節；超倍熱牽伸的溫度、拉力、牽伸倍 率等工藝參數的設計，將直接影響高強高模聚乙烯纖維的性能和品質。然而現有的高性能纖維的熱牽伸工藝設計，通常都是在生產線開車前，經反復調 試后才確定的，這樣不僅費時費力，調試周期長，而且缺乏對纖維內部結構實時跟蹤、檢測， 使纖維的品質得不到保證。
發明內容
為克服現有技術的不足，本發明提供一種高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機， 可用于研究纖維絲束在拉伸過程中內部結構的演化過程，闡明纖維絲束內部缺陷與牽伸條 件之間的關聯，尋找影響高性能纖維結構轉變的關鍵過程和關鍵參數，以提升高性能纖維 工藝優化的效率。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是包括機座、機架、牽伸熱箱、前牽伸 機構、后牽伸機構、卷繞機構和平移機構；所述的牽伸熱箱用于纖維絲束的加熱，包含箱體及置于箱體內的加熱元件；箱體 裝于機架上，箱體的兩端分別設有纖維絲束進口和纖維絲束出口，并在纖維絲束進口和纖 維絲束出口處設有托絲輥；在箱體的一側對應于纖維絲束處設有工作區隙，以供同步輻射 裝置攝取纖維絲束在受熱牽伸狀態下的分子結構變化情況；所述的前、后牽伸機構安裝于牽伸熱箱前、后的機架上，為受熱纖維絲束的牽伸提 供牽伸力；前牽伸機構和后牽伸機構為對稱結構，均包含數個牽伸熱輥和牽伸電機，牽伸 電機與其中的一只牽伸熱輥相連而傳遞動力，該牽伸熱輥再與其它的牽伸熱輥依次傳遞動 力；所述的卷繞機構包含裝于機架上的卷繞輥和 卷繞電機，卷繞輥與卷繞電機相連，用于收卷熱牽伸后的纖維絲束；所述的平移機構用于機架的水平移動，其包含平移電機、傳動絲杠和導軌；傳動絲杠和導軌平行地裝于機座上，且傳動絲杠與平移電機相連；所述機架置于導軌上且與傳動 絲杠相連；當平移電機帶動傳動絲杠轉動時，使機架在導軌上前后平移，而便于同步輻射裝 置對纖維進行微觀構象的實時捕捉。在上述箱體的纖維絲束進口和纖維絲束出口處設有纖維絲束調節機構；所述的纖 維絲束調節機構包含調節絲桿、微型電機和升降座；微型電機通過調節絲桿與升降座相連； 所述升降座的頂端設有托持纖維絲束的凹槽。這樣，通過微型電機帶動升降座的運行，來調 節絲束位置，確保同步輻射裝置準確無誤地檢測到纖維，以便獲得纖維內部結構在外部應 力下的變化、微觀破壞細節等信息，以探尋纖維缺陷形成的關鍵因素，以便優化工藝與制備 條件。上述卷繞輥與張力調節器相連，以適時調節卷繞輥上纖維絲束的收卷張力。上述箱體沿工作區隙而分設成上蓋和下箱體，所述上蓋與下箱體的一側相鉸接， 使上蓋能夠開啟而便于維修和接絲。本發明的有益效果在于其結構合理、操作方便，與同步輻射裝置配合使用，及時 準確地檢測出高強主模聚乙烯纖維絲束在受熱牽伸情況下的分子變化情況，為高性能纖維 生產的超倍熱牽伸工藝設計提供有力的技術支撐，縮短調試周期，保證纖維的產品質量。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明所采用的纖維絲束調節機構的結構示意圖。圖中1為箱體、1-1為上蓋、1-2為下箱體、1-3為工作區隙、2為電熱元件、3為托 絲輥、4為纖維絲束調節機構、4-1為升降座、4-2為調節塊、4-3為調節絲桿、4-4為微型電 機、5為牽伸熱輥、6為牽伸電機、7為張力調節器、8為卷繞輥、9為導軌、10為卷繞電機、11 為機架、12為放絲輥、13為機座、14為傳動絲杠、15為平移電機、16為纖維絲束。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。本發明所述的高強高模聚乙烯纖維熱牽伸試驗機，包括機座13、機架11、牽伸熱 箱、前牽伸機構、后牽伸機構、卷繞機構和平移機構。所述的牽伸熱箱用于纖維絲束的加熱，包含箱體1及置于箱體1內的加熱元件2 ； 箱體1裝于機架11上，箱體1的兩端分別設有纖維絲束進口和纖維絲束出口，并在纖維絲 束進口和纖維絲束出口處設有托絲輥3 ；在箱體1的一側對應于纖維絲束處設有工作區隙 1-3 ；所述箱體1沿工作區隙1-3而分設成上蓋1-1和下箱體1-2，上蓋1-1與下箱體1_2的 另一側相鉸接，使上蓋1-1能夠開啟而便于維修和接絲。所述的前、后牽伸機構分別安裝于牽伸熱箱前、后的機架11上，為受熱纖維絲束 的牽伸提供牽伸力；前牽伸機構和后牽伸機構為對稱結構，均包含五個牽伸熱輥5和牽伸 電機6，牽伸電機6與其中的一只牽伸熱輥5相連而傳遞動力，該牽伸熱輥5再通過齒輪傳 動副與其它的牽伸熱輥5依次傳遞動力。
所述的卷繞機構包含裝于機架11上的卷繞輥8和卷繞電機10，卷繞輥8，用于收 卷熱牽伸后的纖維絲束；上述卷繞輥8與張力調節器7相連，以適時調節卷繞輥8上纖維絲 束的收卷張力。所述的平移機構用于機架11的水平移動，其包含平移電機15、傳動絲杠14和導 軌9 ；傳動絲杠14和導軌9平行地裝于機座13上，且傳動絲杠14與平移電機15相連；所 述機架11置于導軌9上且與傳動絲杠14相連；當平移電機15帶動傳動絲杠14轉動時，使 機架11在導軌9上前后平移，而便于固定的同步輻射裝置及時同步地攝取受熱牽伸的纖維 絲束的分子結構變化情況。在上述箱體1的纖維絲束進口和纖維絲束出口處設有纖維絲束調節機構；所述的纖維絲束調節機構包含調節絲桿4-3、微型電機4-4和升降座4-1 ；微型電機4-4通過調節 絲桿4-3與調節塊4-2相連，升降座4-1安置于調節塊4-2上；所述升降座的頂端設有托持 纖維絲束的凹槽。這樣，通過微型電機4-4帶動升降座4-1的運行，以便調節絲束位置，確 保同步輻射裝置準確無誤地檢測到纖維。工作時，在安置于機架11上的放絲輥12上放置待加工的纖維絲束16，纖維絲束經 前牽伸機構的數只牽伸熱輥5后，從牽伸熱箱的進絲口進入箱體1內進行加熱，該纖維絲束 16由于還受后牽伸機構的作用，從而在箱體1中邊加熱邊牽伸；同時，該纖維絲束在纖維絲 束調節機構的作用下，始終處于箱體1 一側的工作區隙中；此時，與本發明配合使用的同步 輻射裝置工作，對受熱牽伸的纖維絲束進行拍攝；平移機構也進行工作，使纖維絲束16與 同步輻射裝置進行相對運動，從而掌握牽伸熱箱工作區隙各點的纖維絲束16的分子結構 的變化情況。本發明還可通過調節牽伸熱箱的加熱溫度，以及前、后牽伸機構的轉速，使同步輻 射裝置能捕捉到到不同溫度及牽伸倍率下的纖維絲束的微觀變化信息，從而得出最優的工 藝參數，為工業化生產高性能纖維的熱牽伸工藝提供有力的技術支撐。
權利要求
高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機，其特征在于包括機座、機架、牽伸熱箱、前牽伸機構、后牽伸機構、卷繞機構和平移機構；所述的牽伸熱箱用于纖維絲束的加熱，包含箱體及置于箱體內的加熱元件；箱體裝于機架上，箱體的兩端分別設有纖維絲束進口和纖維絲束出口，并在纖維絲束進口和纖維絲束出口處設有托絲輥；在箱體的一側對應于纖維絲束處設有工作區隙，以供同步輻射裝置攝取纖維絲束在受熱牽伸狀態下的分子結構變化情況；所述的前、后牽伸機構安裝于牽伸熱箱前、后的機架上，為受熱纖維絲束的牽伸提供牽伸力；前牽伸機構和后牽伸機構為對稱結構，均包含數個牽伸熱輥和牽伸電機，牽伸電機與其中的一只牽伸熱輥相連而傳遞動力，該牽伸熱輥再與其它的牽伸熱輥依次傳遞動力；所述的卷繞機構包含裝于機架上的卷繞輥和卷繞電機，卷繞輥與卷繞電機相連，用于收卷熱牽伸后的纖維絲束；所述的平移機構用于機架的水平移動，其包含平移電機、傳動絲杠和導軌；傳動絲杠和導軌平行地裝于機座上，且傳動絲杠與平移電機相連；所述機架置于導軌上且與傳動絲杠相連；當平移電機帶動傳動絲杠轉動時，使機架在導軌上前后平移，而便于同步輻射裝置對纖維進行微觀構象的實時捕捉。
2.根據權利要求1所述的高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機，其特征在于在上述 箱體的纖維絲束進口和纖維絲束出口處設有纖維絲束調節機構；所述的纖維絲束調節機構 包含調節絲桿、微型電機和升降座；微型電機通過調節絲桿與升降座相連；所述升降座的 頂端設有托持纖維絲束的凹槽。
3.根據權利要求1所述的高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機，其特征在于上述卷 繞輥與張力調節器相連，以適時調節卷繞輥上纖維絲束的收卷張力。
4.根據權利要求1所述的高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機，其特征在于上述箱 體沿工作區隙而分設成上蓋和下箱體，所述上蓋與下箱體的一側相鉸接，使上蓋能夠開啟 而便于維修和接絲。
全文摘要
本發明提供一種高性能纖維同步輻射原位檢測試驗機。包括機座、機架、牽伸熱箱、前牽伸機構、后牽伸機構、卷繞機構和平移機構；所述的牽伸熱箱用于纖維絲束的加熱，在箱體的一側對應于纖維絲束處設有工作區隙；所述的前、后牽伸機構為受熱纖維絲束的牽伸提供牽伸力；所述的卷繞機構用于收卷熱牽伸后的纖維絲束；所述的平移機構用于機架的水平移動，其包含平移電機、傳動絲杠和導軌。本發明結構合理、操作方便，與同步輻射裝置配合使用，及時準確地檢測出高強主模聚乙烯纖維絲束在受熱牽伸情況下的分子變化情況，為高性能纖維生產的超倍熱牽伸工藝設計提供有力的技術支撐，縮短調試周期，保證纖維的產品質量。
文檔編號D01D10/02GK101831719SQ20101017855
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者張竹標, 郭子賢 申請人:江蘇神泰科技發展有限公司