一种再生碳纤维纱线可编织性与纤维长度匹配分析方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种再生碳纤维纱线可编织性与纤维长度匹配分析方法。

背景技术：

1、随着碳纤维复合材料在航空航天、风电叶片、汽车轻量化等领域的广泛应用，废弃复合材料的产量逐年增加，通过热解、溶剂分解或机械剥离等手段回收得到的再生碳纤维，已经成为降低碳纤维产业整体能耗与成本的重要来源。然而，相较于原生碳纤维具有统一的长度规格与平整的端面形态，再生碳纤维由于回收工艺路径多样、原始复合材料结构不同以及剥离过程中受力随机，其原始长度分布天然呈现出长短不一的特征，同一批次中既包含数十毫米的较长纤维，也包含仅有几毫米的短纤维。为了使再生碳纤维能够顺利地进入纺纱与编织流程，需要在混合开松阶段对纤维进行打散与混合处理。打手转速是开松环节的关键工艺参数，当打手转速提高时，纤维端部受到更强烈的冲击和揉搓，会从原本相对平整的断口逐渐演变为类似扫帚一样的多丝分叉结构。这种分叉形态在梳理网中能够增加纤维与相邻纤维之间的横向摩擦与机械啮合，使纱条整体的抱合力得到增强，从而在一定程度上提高纱条抗拉断的能力。然而，端部分叉这一原本有益的形态变化，在再生碳纤维长度分布不均的现实条件下，端部分叉的绝对长度在一定打手转速下大致相近，但其在不同长度纤维上所占的比例却差异悬殊。对于较长的纤维而言，分叉段只占自身总长的较小部分，纤维主体仍保留较长的实体段，能够在牵伸过程中被前后罗拉稳定握持并平稳输送。但对于本身就较短的纤维而言，同样长度的分叉段可能占据其总长的相当大比例，剩余的实体部分不足以跨越牵伸区中前后罗拉之间的握持距，导致这些短纤维在牵伸过程中无法被罗拉有效钳制。未被握持的短纤维进入牵伸区后，会脱离正常的纤维运动轨迹，在纱条内部形成不受控的滑移与漂浮状态。这些游离纤维不仅自身无法承担牵伸张力，反而会破坏周围纤维之间的连续排列结构，造成局部抱合力的塌陷。当游离纤维数量积累到一定程度时，纱条的拉伸强度会出现大幅波动甚至发生意外断裂，使后续编织工序难以稳定运行。目前针对纤维牵伸稳定性的工艺控制方法，多数沿用面向原生碳纤维或常规化学纤维的全局固定参数设定思路，对整批纤维施加统一的打手转速与牵伸条件，忽视了再生碳纤维微观形态变化对不同长度纤维群体所产生的差异化物理影响。现有技术中，一种回收碳纤维短纤梳理成条的方法和设备，公开号为cn118957828a，公开了一种采用开松机、上料机和梳理机对回收碳纤维短纤进行多机分级开松梳理成条的技术，公开的技术主要通过针布齿形、隔距及气流转移结构降低梳理损伤并提高纤维转移能力，但其仍以梳理成条环节的整体损伤控制和转移效率为核心，未针对再生碳纤维在开松后形成的端部分叉比例与纤维自身长度之间的匹配关系进行识别，也无法判断短纤维是否会因实体段不足而在后续牵伸区失去罗拉握持。这种粗放式的工艺控制方式，使得提高打手转速以增强抱合力的策略，与避免短纤维因分叉过深而失去握持的需求之间产生了直接冲突，难以同时兼顾整体抱合力与局部牵伸失效的风险。因此，在纤维长度长短不一的现实条件下，如何精准识别那些因分叉段在自身长度中占比过高而即将在牵伸区失去握持的短纤维群体，成为实现再生碳纤维纱线可编织性稳定匹配过程中必须直面的关键问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种再生碳纤维纱线可编织性与纤维长度匹配分析方法，所述方法包括：

2、获取混合开松产线的目标批次再生碳纤维的端部形态图像与单根纤维全长图像，识别端部帚状分叉轮廓与单根纤维两端断口，提取帚状分叉深度与单根纤维截断长度；

3、根据所述帚状分叉深度与所述单根纤维截断长度，计算长度不均匀程度与分叉段占纤维全长的比例，得到端部分叉截断特征集合；

4、识别所述端部分叉截断特征集合中分叉段占纤维全长的比例超过预设比例上限而在牵伸区中无法被罗拉握持的单根纤维，得到浮游纤维群体；

5、获取所述浮游纤维群体在梳理网中的横向抱合摩擦力，依据所述横向抱合摩擦力与所述长度不均匀程度的测量值对照预设强力基准范围，确定所述浮游纤维群体的纤维强力；

6、筛选所述纤维强力低于预设强力下限的浮游纤维群体得到弱强力浮游纤维群体，依据其长度不均匀程度动态调整所述帚状分叉深度的允许上限，得到目标深度上限；

7、获取各转速区间下的历史帚状分叉深度记录，从所述历史帚状分叉深度记录中筛选出帚状分叉深度不超过所述目标深度上限的转速区间，确定目标打手转速；

8、按照所述目标打手转速调整混合开松产线，依据调整后梳理成网得到的条子抗拉伸断裂数据确定临界牵伸倍数。

9、优选地，所述获取混合开松产线的目标批次再生碳纤维的端部形态图像与单根纤维全长图像，识别端部帚状分叉轮廓与单根纤维两端断口，提取帚状分叉深度与单根纤维截断长度，包括：

10、由线阵工业相机配合背光照明对单根纤维末梢区域以局部放大方式获取所述端部形态图像，由面阵工业相机沿纤维铺展方向以平铺方式获取覆盖纤维两端的所述单根纤维全长图像，按纤维编号建立两类图像一一对应的关联关系，得到带索引的纤维双视图集合。

11、优选地，所述得到带索引的纤维双视图集合，包括：

12、对所述带索引的纤维双视图集合中的端部形态图像采用大津阈值法分割出纤维主体与帚状分叉区域，对二值图像细化得到端部骨架，在骨架分歧点标定分叉起始点，把分叉起始点至梢端最远细支端点的连通区域确定为帚状分叉轮廓；

13、沿单根纤维全长图像的纤维主轴方向搜索两端灰度突变位置作为两端断口位置；

14、测量分叉起始点与最远细支端点之间的轴向投影距离作为所述帚状分叉深度，把两端断口位置之间的像素跨度依相机标定比例尺换算为所述单根纤维截断长度。

15、优选地，所述根据所述帚状分叉深度与所述单根纤维截断长度，计算长度不均匀程度与分叉段占纤维全长的比例，得到端部分叉截断特征集合，包括：

16、把全部单根纤维截断长度按纤维编号汇集成长度数列，把所述长度数列的标准差与算术均值的比值作为长度离散系数确定为所述长度不均匀程度；

17、把同一纤维编号下的帚状分叉深度除以单根纤维截断长度得到所述分叉段占纤维全长的比例；

18、把所述长度不均匀程度与所述分叉段占纤维全长的比例按纤维编号汇总至同一数据表，得到所述端部分叉截断特征集合。

19、优选地，所述识别所述端部分叉截断特征集合中分叉段占纤维全长的比例超过预设比例上限而在牵伸区中无法被罗拉握持的单根纤维，得到浮游纤维群体，包括：

20、对所述端部分叉截断特征集合中各纤维编号下的分叉段占纤维全长的比例逐根与所述预设比例上限进行数值比较，把超过所述预设比例上限的纤维编号及其对应的单根纤维截断长度按纤维编号升序写入浮游纤维数据表，把所述浮游纤维数据表确定为所述浮游纤维群体。

21、优选地，所述获取所述浮游纤维群体在梳理网中的横向抱合摩擦力，依据所述横向抱合摩擦力与所述长度不均匀程度的测量值对照预设强力基准范围，确定所述浮游纤维群体的纤维强力，包括：

22、对所述浮游纤维群体中各纤维编号下的单根纤维，沿垂直于纤维主轴方向牵拉直至与相邻纤维相对滑动，由微力传感器采集反作用力峰值作为所述横向抱合摩擦力；

23、把所述横向抱合摩擦力与所述长度不均匀程度的测量值组合成二元数据点，投射到以横向抱合摩擦力与长度不均匀程度划分若干强力等级区间的二维查找表中，按落入位置确定对应代表强力数值；

24、对所述浮游纤维群体的全部代表强力数值取算术均值作为所述纤维强力。

25、优选地，所述筛选所述纤维强力低于预设强力下限的浮游纤维群体得到弱强力浮游纤维群体，依据其长度不均匀程度动态调整所述帚状分叉深度的允许上限，得到目标深度上限，包括：

26、把所述弱强力浮游纤维群体的全部单根纤维截断长度汇集成弱群体长度数列，把标准差与算术均值的比值作为弱群体长度离散系数；

27、按预先建立的长度不均匀程度与缩减比例对应关系表查得对应缩减比例，把当前帚状分叉深度的允许上限乘以1与所述缩减比例的差值得到所述目标深度上限。

28、优选地，所述获取各转速区间下的历史帚状分叉深度记录，从所述历史帚状分叉深度记录中筛选出帚状分叉深度不超过所述目标深度上限的转速区间，确定目标打手转速，包括：

29、从历史工艺数据库中按预设打手转速区间归类汇集帚状分叉深度数值，得到所述历史帚状分叉深度记录；

30、把帚状分叉深度不超过所述目标深度上限的打手转速区间筛选为候选转速区间，把所述候选转速区间中转速数值最高者确定为所述目标打手转速。

31、优选地，所述按照所述目标打手转速调整混合开松产线，依据调整后梳理成网得到的条子抗拉伸断裂数据确定临界牵伸倍数，包括：

32、把所述目标打手转速回写至打手电机控制单元，按预设的试样初始长度截取梳理工序输出端的条子作为抗拉伸试样；

33、对各抗拉伸试样以恒定速率沿试样轴向加载拉伸力，采集断裂瞬间的拉力数值与试样伸长量写入所述条子抗拉伸断裂数据；

34、把所述试样伸长量与试样初始长度之和除以试样初始长度得到断裂时牵伸倍数，取算术均值并下调预设安全余量得到所述临界牵伸倍数。

35、优选地，所述把所述长度不均匀程度与所述分叉段占纤维全长的比例按纤维编号汇总至同一数据表，得到所述端部分叉截断特征集合，包括：

36、以纤维编号为主键，把所述长度不均匀程度作为公共字段附加于各行记录上，把所述分叉段占纤维全长的比例与单根纤维截断长度作为纤维级字段对齐存放。

37、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

38、本发明公开了一种再生碳纤维纱线可编织性与纤维长度匹配分析方法，针对再生碳纤维在混合开松产线加工过程中因端部帚状分叉导致的纤维握持失效和强力不均问题。本发明通过获取目标批次纤维的端部形态图像与全长图像，识别帚状分叉轮廓与断口特征，提取分叉深度与截断长度，计算长度不均匀程度及分叉段占比，识别出因分叉段比例过大而在牵伸区无法被罗拉有效握持的浮游纤维群体。通过测量浮游纤维在梳理网中的横向抱合摩擦力，结合长度不均匀程度评估纤维强力，筛选出弱强力浮游纤维群体，据此动态调整帚状分叉深度的允许上限。根据历史转速记录筛选满足深度上限要求的转速区间，确定目标打手转速并调整产线参数，通过条子抗拉伸断裂数据确定临界牵伸倍数，实现纤维长度特征与加工工艺的精确匹配，有效提升再生碳纤维纱线的可编织性能。