纤维拉伸实验台研制及其测试方法研究

论文摘要

皮革是一种非常重要的化工原材料,它被广泛的应用于服装、鞋帽、纺织以及工业的各个领域。皮革质量的优劣取决于纤维强度的大小。为了避免生产中掺杂不合格的皮革纤维,需要对原材料进行前期的检测。纤维拉伸强度是检测的一项重要技术指标,对于表征皮革纤维的质量非常关键。因此,本课题就是从研制皮革纤维拉伸测试装置入手,结合实际应用的猪皮纤维样本,通过大量的实验探索出一种实用有效的方法,为我国的纤维化工生产提供技术参考。本课题中用到的猪皮纤维是一种未经过加工的天然纤维,尺寸上纤细而且短小,具有一定的离散度,针对这个特点,设计了专门的载体和夹持装置,方便而实用。由于纤维在拉伸过程中张力的变化数值比较小,直接精确测量有一定的难度,通过引入半导体应变片以及高精度仪表放大器AD620组成的放大电路,可以实现将毫伏级的电压转换成5伏以内的常用电压值,而在纤维拉伸测量之前,通过对其进行标定操作,可以确定纤维拉力与电压值的对应关系,纤维拉伸断裂值由此可以得出。另外,步进电机的引入可以很好的解决纤维拉伸高精度、微步位移和定位的问题,整个平台通过数据采集卡配合上位机来实现数据的采集和记录。软件设计上采用具有可视化操作界面的VC编程,平台主要分为步进电机控制模块以及数据采集和记录模块,采用高精度定时、Teechart控件、标定等核心技术,拉力值通过上位机控制数据采集卡采集读入到内存,从而实现了纤维的拉伸测量。经过多次实验测试,结果表明,本实验台运行稳定可靠,检测精度较高,有一定的实用性和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本课题的研究方向
• 1.4 技术路线与创新点
• 1.5 论文的研究内容
• 第2章 纤维拉伸实验台功能模块组成及搭建
• 2.1 纤维拉伸微测量总体设想
• 2.2 各功能模块详细介绍
• 2.2.1 步进电机及其驱动模块
• 2.2.2 纤维夹持模块
• 2.2.3 信号处理模块
• 2.2.4 数据采集模块
• 2.3 纤维拉伸实验台的测试操作流程
• 第3章 纤维拉伸实验平台软件实现
• 3.1 软件整体设计思路
• 3.2 系统功能模块介绍
• 3.2.1 步进电机控制模块
• 3.2.2 参数设定模块
• 3.2.3 拉力/位移标定模块
• 3.2.4 数据/曲线显示模块
• 3.2.5 数据采集模块
• 3.3 系统的具体实现
• 3.4 关键技术
• 3.4.1 高精度定时
• 3.4.2 多线程应用
• 3.4.3 Teechart 控件的使用
• 3.4.4 标定技术的引入
• 3.5 界面设计
• 第4章 皮革纤维拉伸测试
• 4.1 试验前期准备
• 4.1.1 试验方法与步骤
• 4.1.2 样品制备
• 4.1.3 纤维夹持
• 4.1.4 纤维直径测量
• 4.2 纤维拉伸试验
• 4.2.1 典型拉伸曲线
• 4.2.2 实际拉伸曲线
• 4.3 数学分析及计算
• 4.3.1 初始模量提取
• 4.3.2 弹性模量计算
• 4.4 物理模型
• 4.4.1.弹簧质点物理模型的建立
• 4.4.2 模型建立过程
• 4.4.3 计算弹性系数
• 4.5 真实纤维力学参数模拟
• 4.6 结果与讨论
• 4.7 纤维断裂前后形态观察
• 4.8 拉伸纤维分子结构的傅里叶红外光谱（FTIR）分析
• 4.9 猪皮纤维蛋白质分子的结构
• 4.10 拉伸猪皮纤维大分子构象变化的分析
• 4.10.1 酰胺Ⅰ 带和Ⅱ 带
• 4.10.2 酰胺Ⅲ谱带
• 4.10.3 盐式键
• 4.10.4 结论
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在学期间主要科研成果