專利名稱：一種測量造紙植物纖維彈性模量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙原料纖維性能測量，特別是涉及一種測量造紙植物纖維彈性模量的方法。
背景技術(shù)：
在造紙領(lǐng)域，紙頁的原料主要是植物纖維，因此纖維的性能與紙頁成型后的性能有非常大的相關(guān)性。在紙頁的性能中，紙頁的物理性能如抗張強度、耐破強度、撕裂強度、形穩(wěn)性、挺度和松厚度等，都與形成紙頁的單根纖維彈性性能直接相關(guān)。在單根纖維的彈性性能中，彈性模量是一個關(guān)注的重點。如果知道了單根纖維的彈性性能，就能順利對紙頁的物理性能、形穩(wěn)性和挺度等進(jìn)行研究。在傳統(tǒng)的材料力學(xué)性能檢測中，纖維類材料的彈性模量都是用拉力儀等檢測設(shè)備來通過測量應(yīng)力與應(yīng)變的數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。但因為造紙植物纖維太微細(xì)(常規(guī)長1.5mm左右，寬度15 μ m左右)，現(xiàn)在的一些測量儀器都不能對單根纖維的彈性模量來進(jìn)行測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量造紙植物纖維彈性模量的方法，該方法容易操作，結(jié)果準(zhǔn)確。先測量單根纖維的柔軟度，再測量纖維的慣性矩，最后通過結(jié)合柔軟度和慣性矩來計算單根纖維的彈性模量。本發(fā)明的目的具體通過下述方案得以實現(xiàn)(1)將纖維懸掛在測量臺面的支點上，以支點為坐標(biāo)原點，將通過支點的水平面方向設(shè)為X軸，垂直于支點的豎直面為Y軸，建立坐標(biāo)系，所述纖維為均勻、連續(xù)和各向同性的扁平型材料纖維，纖維任意截面的彎矩公式與材料力學(xué)彎矩定義的任意截面的彎矩公式 ⑴相同，
1 9M(x) = -F(l-x) + -q(l-x)\
L(1)再結(jié)合材料力學(xué)撓曲線方程的定義及邊界條件，將纖維各點的彎矩對坐標(biāo)X軸進(jìn)行積分運算，得到纖維的柔軟度Flex數(shù)值，
Flex =
CL4(2)其中0彡χ彡1，1為纖維彎曲后未與測量臺面接觸的單邊距離，k為常數(shù) 1. 176X101(l，d為測量支點直徑，c為纖維粗度；L為纖維未與測量臺面接觸的兩點之間的距 1 ；(2)圖像法計算纖維慣性矩在)(Z平面對纖維進(jìn)行電鏡掃描，然后在^平面掃描，得到纖維截面的圖像；然后將該圖像二值化，再計算出慣性矩I的數(shù)值；
(3)根據(jù)剛度定義，將前述兩步驟得到的纖維柔軟度數(shù)值和慣性矩數(shù)值進(jìn)行乘積 后再求導(dǎo)，即得到纖維彈性模量的數(shù)值。所述L通過圖像采集裝置得到纖維的模擬圖像，然后由圖像采集卡將采集到的模 擬圖像通過A/D轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，再用圖像測量軟件進(jìn)行測量得到。所述電鏡掃描時步進(jìn)距離設(shè)置為0. 12 U m。所述ニ值化過程為將圖像像素點的灰度值設(shè)置為0或255。所述圖像法計算纖維慣性矩采用拆分法、填補法或者利用纖維截面相關(guān)像素點的 位置來計算。在已建立的坐標(biāo)系中由彎矩積分運算得到柔軟度的具體計算過程為根據(jù)材料力學(xué)撓曲線公式定義有
權(quán)利要求
1.測量造紙纖維彈性模量的方法，其特征在于步驟如下(1)將纖維懸掛在測量臺面的支點上，以支點為坐標(biāo)原點，將通過支點的水平面方向設(shè)為X軸，垂直于支點的豎直面為Y軸，建立坐標(biāo)系；所述纖維為均勻、連續(xù)和各向同性的扁平型材料纖維，結(jié)合材料力學(xué)撓曲線方程的定義及邊界條件，將纖維各點的彎矩對坐標(biāo)X軸進(jìn)行積分運算，得到纖維柔軟度/的數(shù)值，其中k為常數(shù)1.176XlOici, d為測量支點直徑，C為纖維粗度；L為纖維未與測量臺面接觸的兩點之間的距離；(2)圖像法計算纖維慣性矩在)(Z平面對纖維進(jìn)行電鏡掃描，然后在^平面掃描，得到纖維截面的圖像；然后將該圖像二值化，再計算出慣性矩/的數(shù)值；(3)根據(jù)剛度定義，將前述兩步驟得到的纖維柔軟度數(shù)值和慣性矩數(shù)值進(jìn)行乘積后再求導(dǎo)，即得到纖維彈性模量的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述L通過圖像采集裝置得到纖維的模擬圖像，然后由圖像采集卡將采集到的模擬圖像通過A/D轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，再用圖像測量軟件進(jìn)行測量得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電鏡掃描時步進(jìn)距離設(shè)置為0.12mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于所述二值化過程為將圖像像素點的灰度值設(shè)置為0或255。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述圖像法計算纖維慣性矩采用拆分法、 填補法或者利用纖維截面相關(guān)像素點的位置來計算。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量造紙植物纖維彈性模量的方法，是將纖維對稱懸掛在測量臺面的支點上，利用纖維自身重量作用的形變來建立測量模型，以支點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，將通過支點的水平面方向設(shè)為X軸，垂直于支點的豎直面為Y軸，借助圖像采集裝置和圖像處理軟件，再結(jié)合材料力學(xué)彎矩定義的任意截面的彎矩公式以及撓曲線方程以及邊界條件，將纖維各點彎矩對X軸進(jìn)行二積分運算，得到柔軟度Flex，再通過圖像法計算纖維慣性矩根據(jù)剛度定義公式計算，得到纖維的彈性模量。本發(fā)明測量方法克服現(xiàn)有測量儀器的局限性，能測量單根纖維的柔軟度及彈性模量，測試過程不易堵塞不用固定，可操作性強。
文檔編號G01N3/08GK102539235SQ201110377899
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者陶勁松 申請人:華南理工大學(xué)