一種用於紡織產品厚度、壓縮回復性能的自動測試儀的製作方法與工藝

2023-05-20 03:12:31

本發明涉及用於紡織產品的厚度、壓縮回復性能及纖維壓縮性能測試裝置，屬紡織品壓縮回復性能測試技術。

背景技術：
厚度、壓縮回復性是紡織產品質量的指標之一，特別是蓬鬆織物(包括非織造布)、經編間隔織物、絮用纖維產品、絎縫製品、化纖複合絮片、被子等產品。對於厚度而言，其測量基本方法是：試樣放置在參考板上，平行於該板的壓腳，將規定壓力施加於試樣規定面積上，規定時間後測定並記錄兩版間的垂直距離，即為試樣厚度測量值。方法標準主要有GB/T3820-1997《紡織品和紡織產品厚度的測定》、GB/T13761.1-2009《土工合成材料規定壓力下厚度的測定第1部分：單層產品厚度的測定方法》、GB/T24218.2《紡織品非織造布實驗方法第2部分：厚度的測定》、QB/T1089-2001《機制地毯厚度的試驗方法》和QB/T1092-2001《地毯在短時間中等靜負載後厚度減少的試驗方法》等。測量厚度所用的到儀器有：YG141型織物厚度儀，適用於機織物和針織物在規定壓力下的厚度測定，亦可用於其它均勻薄材料的厚度測定，採用壓重砝碼，50cN(二隻),100cN(二隻),200cN(一隻)，測量厚度範圍：0.1-10mm，最小顯示數值為0.01mm。可部分適用於GB/T3820-1997和GB/T13761.1-2009。GB/T24218.2中正常的非織造布厚度測定採用LFY-205E織物厚度儀，加壓壓力0.1kPa、0.5kPa，測量精度為0.01mm，；對最大厚度為20mm的蓬鬆類非織造布厚度測定採用的是天平式非織造布厚度測試儀，測量精度0.1mm。GB/T3820-1997和GB/T24218.2中對大於20mm的蓬鬆類非織造布的測定選用的是針尖式非織造布厚度測試儀，由基準板、單個豎直刻度尺、固定在刻度尺上可垂直移動的水平測量臂搭建的簡單測量裝置，測量精度0.1mm。QB/T1089-2001和QB/T1092-2001中測試的儀器有Atlas地毯厚度測試儀，負載範圍20-2000g/cm2，壓腳為412mm2，測試量程為25mm，精度為0.01mm；方圓FY081系列地毯厚度測試儀，壓腳為352mm2，壓力為(2±0.2)KPa、(220±2)KPa，測試量程為25mm，精度為0.01mm；某些產品標準厚度的測量引用了相關方法標準，如FZ/T64017-2011《針刺壓縮彈性非織造布》、FZ/T64018-2011《纖網－紗線型縫編非織造布》厚度測量按GB/T24218.2-2009規定執行，壓腳面積為100mm2，壓力為250cN，加壓時間10s。在上述測量過程中，存在著影響測試數據精度、準確度的諸多因素：①測量所用到的儀器很多，測試儀器的通用性很差。同一種產品，僅僅因為其厚度規格的不同需要用到不同的儀器，如非織造布；②測量儀器的量程都有限，很多厚度測量儀量程為10mm或25mm，無法滿足目前出現的超厚的噴膠棉絮片、經編間隔織物厚度的測定；③所加載的壓力有限，多數採用砝碼、重物塊等方式加壓。對於壓縮回復性而言，有多種測量方法進行表徵，一是：壓腳以一定速度相繼對參考板上的試樣施加恆定輕、重壓力，保持規定時間後記錄兩種壓力下的厚度值。然後卸除壓力，試樣得到恢復，規定時間後再次測定輕壓下的厚度，由此計算壓縮性能指標；二是：壓腳以一定速度壓縮試樣至規定壓縮變形時停止壓縮，記錄此刻及保持此變形一定時間後的壓力，得到應力鬆弛性能指標；如果分貝測定恆定壓縮變形前後的輕壓厚度，得到厚度損失率；三是：壓腳以一定的速度壓縮參考板上的試樣，當壓力從零增加至最大壓力時，壓腳以相同速度返回。記錄以上過程中定壓厚度、壓縮功及回復功，獲得壓縮性能指標。三種方法對應的方法標準為GB/T24442.1-2009《紡織品壓縮性能的測定第1部分：恆定法》定壓法(a)和定形法(b)及GB/T24442.2-2009《紡織品壓縮性能的測定第2部分：等速法》。三種方法中第一種方法定壓法較為典型，最新的產品標準引用了此方法。如行業標準FZ/T64017-2011《針刺壓縮彈性非織造布》壓縮性能按GB/T24442.1-2009定壓法規定執行，加壓面積為100mm2，輕壓2.5kPa(25g)加壓時間10s後測定其厚度，繼續重壓50.0kPa(500g)加壓時間180s後測定其厚度，恢復時間180s(壓腳提升和返回的過程包含在內)後，再次輕壓2.5kPa(25g)測定其厚度，通過測量出的3個厚度平均值，利用公式計算出壓縮率及回復率。FZ/T64020-2011《複合保溫材料化纖複合絮片》壓縮性能按GB/T24442.1-2009定壓法規定執行，加壓面積為20cm×20cm，輕壓0.02kPa(80g)加壓時間10s後測定其厚度，繼續重壓1.0kPa(4kg)加壓時間60s後測定其厚度，恢復時間60s(壓腳提升和返回的過程包含在內)後，再次輕壓0.02kPa(80g)測定其厚度，通過測量出的3個厚度平均值，利用公式計算出壓縮率及回復率。有些產品標準則是採用類似的方法，以重錘代替施加的壓力，採用人工的方式。如國家標準GB/T24252-2009《蠶絲被》附錄D、GB/T22796-2009《被、被套》附錄B，行業標準FZ/T64003-2011《噴膠棉絮片》附錄A、FZ/T81005-2006《絎縫製品》附錄B都是採用的類似方法。具體的測量步驟是：(l)準備工作：選取20cm×20cm、質量約為60g(噴膠棉絮片樣品為40g)的三組試樣，測量設備與工具：重錘A(2kg)、B(4kg)、測試壓片(質量200g±10g，尺寸20cm×20cm)、工作檯(面積不小於20cm×20cm，與測試壓片工作面接觸時吻合平行)、鋼直尺、計時器；(2)將每組試樣分別整齊疊放在工作檯上，測試壓片放在試樣上，然後加上重錘A，30秒後取下重錘A，紡織30秒，如此重複操作3次後，去掉重錘放置30秒，立即用鋼直尺測量試樣四角處從工作檯上表面至測試壓片下表面的絲綿被高度，取其算術平均值；(3)在測試壓片上加上重錘B，30秒後取下，立即測量四角處從工作檯至測試壓片間的高度，取其算術平均值；(4)在重錘B取下後的3分種後，立即測量試樣的四角高度，取其算術平均值；(5)通過測量出的3個高度平均值，利用公式計算出壓縮率及回復率。上述檢測過程中，取三組試樣的平均值，作為測試結果。在上述測量過程中，存在著影響測試數據精度、準確度的諸多因素：①GB/T24252-2009附錄D、GB/T22796-2009附錄B、行業標準FZ/T81005-2006附錄B、FZ/T64003-2011附錄A中，規定了各自產品壓縮回彈性試驗方法，其中對於重錘的質量精度未作規定，測試壓片的質量精度較差，鋼直尺的分度值為1毫米(FZ/T64003-2011中鋼直尺的分度值為0.5毫米)，上述因素會影響測量的精度；②測量時，操作人員對鋼直尺的垂直度把握不準，會造成高度測量誤差；③測量時間難以控制，由於需要從四個方向分別測量試樣的四角高度，在30秒內測量人員要圍繞工作檯行走一周，用鋼直尺測量並記錄高度數據，實際操作難度較大，通常需要2位操作人員合作才能完成，否則將造成超時，因壓縮變形狀態的變化而影響測量的準確度。上述3點問題的存在，尤其是人為操作因素的存在，使目前測量絲綿被的壓縮回彈性指標操作繁瑣且測量誤差較大。針對GB/T24252-2009《蠶絲被》附錄D中測量準確度的問題，在某些方面進行了一些改進(盛家鏞，徐雅香，李兵等，絲綿被的壓縮回彈性測試儀，蘇州大學，申請號：200720033371.5，授權公告號：CN201014974Y，授權公告日：2008年1月30日)，但僅僅是改進了工作檯，此工作檯包括底座及分別設在平臺底座四角的向上延伸的測量標尺，加壓讓然採用砝碼的方式。如何解決這一問題，針對上述情況，本發明提出開發出一個通用的儀器及其平臺，使之滿足紡織相關產品厚度和壓縮性能的測量，同時開發出與之配套的集樣器和線框，使之能用於纖維、片狀材料或片狀包裝用緩衝材料靜態壓縮性能的測試。開發出這樣一臺儀器，將會做到一機多用，從而節省大量的資金購買其他設備，同時減少實驗室佔地，節約資源。

技術實現要素：
本發明的目的是提供一種便於測量紡織相關產品厚度和壓縮回彈性和纖維的壓縮性能的測試儀，在增加儀器通用性的同時，以提高測試數據的準確度。為達到上述目的，本發明發明採用的技術方案是：構建通用的主體框架(一個底座、兩根垂直立柱、一個中橫梁)，伸長器(包括相應的水平支撐板)、一系列壓腳、傳感器、集樣器、輸出接口及輸出設備等。一種用於紡織產品厚度、壓縮回復性能的自動測試儀，包括儀器主框架、伸長器、一系列壓腳、傳感器、集樣器、輸出接口、輸出設備、軟體控制系統，所述儀器主框架包括一個底座、兩根垂直立柱、一個中橫梁，所述伸長器包括相應的水平支撐板，利用軟體控制系統設定壓腳壓力、運行速度，自動測定紡織產品的厚度、壓縮回復性能及纖維壓縮性能，其測試數據自動輸出，並根據試驗所需輸出相關統計圖表；所述軟體控制系統包括位移系統、壓力系統，安裝在所述中橫梁上的所述一系列壓腳通過位移系統上下移動，通過壓力系統對試樣施加規定的作用力，對於某些樣品需要使用所述集樣器進行樣品固定和收集，通過所述軟體控制系統控制測試儀自動測試後，通過數據記錄系統將實驗結果進行記錄和顯示；所述的位移系統由速度控制系統和位移測定系統構成；所述速度控制系統通過交流伺服電機經過同步帶輪減速後，通過滾珠絲杆傳動來帶動所述中橫梁上下運動，所述中橫梁設置在兩個所述滾珠絲杆之間；所述位移測定系統則是由所述伸長器和安裝伸長器的所述水平支撐板組成，所述水平支撐板與一系列所述壓腳相連接；所述的壓力系統由壓力測定系統和壓力恆定系統構成；所述壓力測定系統採用伺服電機電動施壓，壓力可調節範圍廣，運轉平穩；通過安裝在所述伸長器中的光柵尺來測定所述一系列壓腳移動的距離，所述一系列壓腳與所述底座間的初始距離減去所述一系列壓腳移動距離，得到試樣的厚度或壓縮位移；所述的一系列壓腳通過連接器使其與所述傳感器相連，連接器的四角安裝有水平調節絲杆，連接器下平面嵌入強磁鐵，所述一系列壓腳被強磁鐵吸合安裝，方便其他型號壓腳更換；所述集樣器上邊緣有朝外的弧形倒角。所述底座可以手動調節，達到所需水平要求的一個平臺，兩根立柱垂直安裝在平臺的左右兩邊，確保在一條直線上，兩立柱之間的平臺部分作為測試工作面，樣品直接放置在平臺上。對於某些樣品如絮用纖維產品、纖維等進行測試時，將所述集樣器放置在測試工作面上，再將測試樣品放入所述集樣器中。啟動儀器讓所述中橫梁下移，使所述一系列壓腳壓在所述測試工作面上，通過調節連接器四角的水平調節絲杆來調節所述一系列壓腳，使所述一系列壓腳與所述測試工作面平行，所述一系列壓腳與所述測試工作面的最大直線距離為250mm。所述交流伺服電機編碼器採用2500線編碼器，所述中橫梁連接的所述一系列壓腳速度最小可為0.01mm/min，最高速的可以達到1000mm/min。2500線電機編碼器和緊密的滾珠絲杆保證位移的精度。所述壓力測定系統採用32bitARM控制器運行速度達到70MHz，配備24位高速、高精度AD轉換器，通過有效地電路濾波及軟體濾波，保證採樣頻率在5000次/秒，從而確保隨時捕捉壓力值，保證精度。所述壓力恆定系統則是通過PID算法控制電機，來增加或減小壓力來實現恆定。所述的數據記錄系統由輸出接口，電腦、印表機和安裝在電腦上的軟體控制系統構成；本儀器採用虛擬儀器工作模式，下位機完成採集及工作指令任務，上位機完成數據分析及數據處理機列印任務。專業軟體功能強大，所有執行任務參數由所述上位機設定好，發送給測試儀器，軟體功能主要包括：1)操控儀器和對狀態時時監控；2)設置儀器參數、試驗參數、試驗動作；3)試驗數據接收、保存、時時顯示、繪製曲線；4)試驗數據分析處理、生成報表；5)試驗數據查詢，報表列印，數據管理。通過安裝在電腦上的控制系統，可將試驗實時記錄的數據、數據處理結果和實驗結果列印輸出。本儀器數據記錄主要是電腦軟體記錄方式，數據存儲量只與硬碟容量有關，可以導出不同格式文件，方便數據傳輸和共享。數據內容包括：測試曲線可以自由選擇；測試報表單次測試，多次平均，多次CV值，多次均方差，多次最大，最小值；測試綜合報表多曲線，測試列表及分析結果。所述的集樣器由透明有機玻璃製成的無底框；用於絮用纖維產品壓縮性能測試的集樣器，高250±1mm，內徑大小為20cm*20cm，使用20cm*20cm規格的所述一系列壓腳對樣品施加作用力。所述集樣器上邊緣有朝外的弧形倒角，一是放置試樣時減少試樣與所述集樣器內邊緣的摩擦，二是當所述一系列壓腳剛與所述集樣器接觸時，減少其對內邊緣的摩擦；用於各種纖維壓縮性能測試的集樣器為圓柱形，高50±1mm，底面面積大小有200cm2、100cm2和50cm2三種規格，測試時樣品放入所述集樣器中，對應規格的所述一系列壓腳對樣品施加作用力。所述的紡織產品厚度、壓縮回復性能的自動測試儀的用途，一是用於各種紡織產品，包括紡織品、非織造布、絮用纖維產品的厚度和壓縮性能測試；二是用於纖維壓縮性能測試的纖維指各種纖維，還包括羽絨、羽毛。由於上述技術方案運用，本發明發明與現有技術相比具有下列優點；1、加壓方式採用電動加壓，壓力範圍可調節，克服了實用重物塊加壓的局限；壓力檢測通過配備高精度控制器和AD轉換器，採樣頻率達5000次/秒，確保隨時捕捉壓力值，保證精度。通過PID算法控制電機，來增加或減小壓力來實現壓力恆定；2、壓腳的上升和下降有電腦控制，且移動速度可根據需要設定，避免了認為操作時，放置和取下重塊時速度不一，而引起的試驗結果的誤差；3、測量過程中的壓力和位移可以實時顯示，且對相關曲線具有積分功能，可計算壓縮功、回復功，試驗結果可直接列印輸入；4、厚度測量時，其檢測範圍為0mm～250mm，適應紡織產品的品種範圍廣，厚度值直接顯示在輸出設備上，不用手工用直尺測量，避免了人為誤差；5、通過配置集樣器，對絮用纖維產品(褥子、被子、絎縫製品、絮片等)進行厚度和壓縮性能測試時，將樣品放入其中，壓腳對試樣上表面均勻施壓，避免了人為放置重塊時無法保證壓力均勻分布的問題；6、通過配置集樣器，可對各種纖維壓縮性能進行測試和研究，還可對羽絨、羽毛等物質進行測試。附圖說明圖1是儀器的結構和組成示意圖；圖2是壓腳安裝示意圖；圖3是水平底座圖。具體實施方式通過下面的實施例有助於理解本發明，但並不限於本發明的內容。實施例1採用本發明測試儀進行紡織產品厚度測試時，根據相關標準要求，配置安裝相應規格的壓腳，並使壓腳回復到原位，通過軟體控制系統設定壓力為0.02kPa，壓腳的下降速度和測試完畢後的回升速度，對不同厚度類型的15個樣品進行測試。同時，依據相關測試儀和裝置進行再次測試，數據見下表。表1本發明測試儀與其他測試裝置厚度測試比對(單位mm)實施例2採用本發明測試儀進行紡織產品壓縮回復性能測試時，根據相關標準要求，配置安裝20cm×20cm的壓腳，並使壓腳回復到原位，選取5塊噴膠棉絮片作為測試樣。通過軟體控制系統設定輕壓為0.5kPa，加壓時間30s後測定厚度，靜置30s(壓腳提升和返回的過程包含在內)再次加壓，重複此操作過程3次。設定重壓為1.0kPa，加壓時間30s後測定厚度，靜置3min後(壓腳快速提升)測定厚度，重複此操作過程3次。參照GB/T24442.1-2009A法，同時使用重塊加壓手工操作對該5塊噴膠棉絮片進行壓縮性能測試，加壓面積為20cm×20cm的測試壓片，輕壓時手工加上2kg砝碼，計時30s後測定四角厚度計算其平均值，靜置30s，重複此操作過程3次。重壓時手工加上4kg砝碼，計時30s後測定四角厚度計算其平均值，靜置3min後測定四角厚度計算其平均值，重複此操作過程3次。通過相關公式計算出壓縮率及壓縮彈性率，數據見下表。表21號試樣三次測量的詳細數據表3本發明測試儀與重塊法壓縮彈性測試比對數據