WRC-MF65型紡紗用牽伸膠輥的研制與應(yīng)用

趙德平，王　玉，朱春龍

(無錫二橡膠股份有限公司,江蘇 無錫　214193)

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?生產(chǎn)實(shí)踐

WRC-MF65型紡紗用牽伸膠輥的研制與應(yīng)用

趙德平，王玉，朱春龍

(無錫二橡膠股份有限公司,江蘇 無錫214193)

摘要：為滿足現(xiàn)代紡制中細(xì)號(hào)精梳棉紗的工藝要求，通過分析棉纖維性能、紡紗工藝要點(diǎn)及其紡紗過程中棉纖維的靜電、粘附特征，膠輥磨損形式及其走熟期、后效應(yīng)形成機(jī)理，研制成功WRC-MF65型紡紗牽伸膠輥用膠管。生產(chǎn)應(yīng)用表明：WRC-MF65型膠輥不僅耐磨損、抗靜電、抗纏繞，利于改善中凹、變形，而且成紗質(zhì)量優(yōu)、錠間差異小、粗細(xì)節(jié)少，紡中細(xì)號(hào)紗的優(yōu)勢(shì)明顯，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：WRC-MF65型；膠輥；膠管；中細(xì)號(hào)精梳棉紗；靜電；粘附；纏繞；磨損；變形；后效應(yīng)

0引言

棉纖維是天然纖維，具有以下特點(diǎn)。

a)吸濕性強(qiáng)：棉纖維具有較好的吸濕性，其含水率可達(dá)到8%～10%；當(dāng)其接觸人的皮膚時(shí)使人感到柔軟、舒適。而當(dāng)棉布濕度增大，周圍溫度升高時(shí)則纖維中含的水分會(huì)逐漸被蒸發(fā)，使織物含水率保持平衡狀態(tài)。

b)保濕性佳：棉纖維具有多孔性、彈性高的優(yōu)點(diǎn)，纖維之間能積存大量空氣，也是熱和電的不良導(dǎo)體，使純棉纖維紡織品具有良好的保濕、保暖性。

c)耐熱性能良：純棉紡織品耐熱性能良好，在溫度110 ℃以下時(shí)，只會(huì)引起織物上水分蒸發(fā)而不會(huì)損傷纖維，使純棉織物適應(yīng)洗滌印染后加工。

d)耐堿性強(qiáng)：棉纖維對(duì)堿的抵抗能力較強(qiáng)，纖維在堿溶液中不被破壞，從而利于純棉織物進(jìn)行染色、印花等后整理工藝，以開發(fā)更多棉織新品種。

e)天然衛(wèi)生：棉纖維主要成分是纖維素，僅有少量的蠟質(zhì)、含氮物、果膠，純棉織物經(jīng)多種應(yīng)用的實(shí)踐，對(duì)人體無任何刺激和副作用。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，人們更加崇尚自然、環(huán)保和舒適，回歸純棉時(shí)代已成為當(dāng)今的時(shí)尚潮流。研制WRC-MF65型紡紗膠輥用膠管就是順應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，以適應(yīng)現(xiàn)代紡紗工藝紡制純棉紗，其特點(diǎn)是適用集聚紡紡制中細(xì)號(hào)精梳棉紗，且膠輥表面可免處理或紫外線光照處理。

1膠管的研制

1.1靜電特征

原棉纖維與膠輥及羅拉摩擦產(chǎn)生的靜電量遠(yuǎn)少于化學(xué)纖維，因其含水率較高而使靜電散逸較快；但原棉纖維長度參差不齊、質(zhì)地細(xì)而輕，對(duì)靜電感應(yīng)敏感，受到外力易從纖維束中游離出來。

在靜電電位序列表中，鋼鐵、丁腈橡膠占中心位置，白呢、原棉纖維列于左側(cè)，腈綸、滌綸列于右側(cè)。當(dāng)兩種材料的物體相摩擦?xí)r，則位于左側(cè)的材料帶正電，位于右側(cè)的材料帶負(fù)電。在膠輥紡紗過程中，推理棉纖維帶正電荷，白呢絨輥同樣帶正電荷，同種電荷相斥有利于減少絨輥花；如果是靜電植腈綸絨輥則帶負(fù)電荷，和棉纖維帶異種電荷相吸引，將增加絨輥花產(chǎn)生，導(dǎo)致有效纖維減重。

精梳棉紡紗靜電防護(hù)，首先要通過控制溫濕度以改善工藝條件，選用鋁襯管膠輥，清潔絨輥包覆帶以白呢、丁腈橡膠發(fā)泡類材料為佳，膠管配方體系組份關(guān)鍵是最大限度減少纖維和膠輥表面摩擦產(chǎn)生的靜電量，其次是提高膠料表面導(dǎo)電性。

1.2粘附特征

棉纖維中含有果膠、油脂和蠟。果膠含有單糖碳水化合物，呈粘狀物，在一定溫濕度下與膠輥表面接觸形成溶解狀態(tài)污垢；油脂是高級(jí)脂肪酸的甘油酯，植物油脂熔點(diǎn)較低；蠟主要成分是由高級(jí)飽和脂肪酸和高級(jí)一元醇組成的酯，它們?cè)谝欢囟认屡c膠輥表面接觸熔融形成覆蓋膜狀污垢。

在溫濕度波動(dòng)變化下，棉纖維中的棉糖、棉蠟混合物粘附在膠輥表面的形態(tài)有所不同，高溫高濕條件下易形成溶解、熔融狀粘性膜，隨著量的積聚，繞花、斷頭增加；當(dāng)溫度下降到一定程度則硬化成覆蓋膜，惡化條干，發(fā)生紗疵質(zhì)量事故。

當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)濕度較高時(shí)，空氣中的水分容易受溫度波動(dòng)的影響，在膠輥表面凝聚形成水霧，而水霧微小的液滴產(chǎn)生液橋，由液橋產(chǎn)生的作用力增強(qiáng)了纖維對(duì)膠輥表面的吸附力，這種問題在開冷車時(shí)較為明顯。隨著膠輥表面因纖維摩擦升溫與周圍環(huán)境達(dá)到平衡，使水霧逐漸消失，紡紗趨于正常。

1.2.1機(jī)械波成因

新型集聚紡紗技術(shù)以其“減小加捻三角區(qū)、負(fù)壓吸風(fēng)槽集聚”功能使所紡紗線結(jié)構(gòu)緊密、外觀光潔、毛羽少、單紗強(qiáng)度增大，改善了紡紗的抗繞性，減少斷頭率，提高了紗線可紡性。若片面追求成紗條干(選用膠輥硬度過低、表面摩擦因數(shù)太大)、過量使用棉糖、棉蠟含量高的原棉以降低成本，則膠輥表面易積聚過量棉糖、棉蠟熔融形成的粘性覆蓋膜，促使摩擦因數(shù)變大，發(fā)展到一定程度其粘附力將破壞紗條在正常牽伸過程中纖維的有序排列分布，造成有規(guī)律的機(jī)械波，繼續(xù)發(fā)展下去甚至產(chǎn)生諧波。

1.2.2波譜圖實(shí)例分析

邵爾A硬度為65度的細(xì)紗牽伸免處理膠輥，紫外線光照90 s，磨礪上車直徑為32 mm，集聚紡紡制14.58 tex精梳棉紗，10個(gè)樣紗實(shí)例波譜圖分析見圖1、圖2。

1.2.2.1現(xiàn)象：新膠輥上車紡紗15 d后，在波譜圖中波長靠近10 cm對(duì)應(yīng)處出現(xiàn)機(jī)械波(主波)，相對(duì)高度大于該處正常波幅的1/2，形成嚴(yán)重紗疵，再過約7 d即產(chǎn)生譜波(次波)。

1.2.2.2初步判斷：波譜圖中波長與膠輥周長(3.2×π=10.048 cm)基本吻合處，重復(fù)出現(xiàn)有規(guī)律的機(jī)械波，是膠輥缺陷造成的機(jī)械波。

1.2.2.3排查：① 從外觀看，膠輥無破損、缺膠，膠管與鋁襯管結(jié)合良好、無脫膠，鋁襯管內(nèi)徑與套制均正常。② 從物理性能看，膠輥硬度正常，無中凹，表面粗糙度正常。

1.2.2.4表面輔助處理：膠輥經(jīng)紫外線光照90 s，生產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)符合規(guī)定；紫外線光照延長至120 s，條干CV值超標(biāo)。

1.2.2.5膠輥表面摩擦因數(shù)變化：上車15 d，摩擦因數(shù)急劇上升，手感明顯粘澀。

1.2.2.6復(fù)磨回用：將造成機(jī)械波的膠輥經(jīng)復(fù)磨、光照處理后再上車使用，初期紡紗狀況正常，后期又產(chǎn)生機(jī)械波。

通過對(duì)機(jī)械波表象分析，全面排查影響膠輥使用的內(nèi)外因素，表明膠輥表面摩擦因數(shù)明顯升高與表面微處理、棉花含糖量高有關(guān)。在搖架加壓狀態(tài)下膠輥由前羅拉帶動(dòng)作勻速運(yùn)行，其積聚的粘附力足夠大時(shí)破壞了握持力與牽伸力的正常配置關(guān)系，促使紗條產(chǎn)生嚴(yán)重周期性條干不勻[1]。

精梳棉紡紗抗粘附，主要通過溫濕度控制以改善工藝條件，合理控制原棉成分配比、膠輥表面輔助處理狀態(tài)與回磨周期。膠管配方設(shè)計(jì)應(yīng)降低膠輥表面張力，直接減弱棉糖、棉蠟對(duì)膠輥表面粘附力以減少積聚量，極大地減小膠輥表面對(duì)水的潤濕接觸角，使水在膠輥表面充分散開以抑制液橋的產(chǎn)生。

1.3磨損形式

1.3.1油性磨損

雖然原棉纖維中不含礦物油劑，但是色紡會(huì)添加工藝油劑，若潤滑軸承的鋰基脂加油方法不合理，潤滑鋰基脂本身質(zhì)量問題造成分油，羅拉接頭潤滑油脂溢出，都會(huì)在遷移膠輥表面后發(fā)生局部溶脹、發(fā)粘，導(dǎo)紗動(dòng)程產(chǎn)生卷狀物剝離磨損。

1.3.2層狀磨損

當(dāng)膠輥硬度偏低、免處理膠輥表面摩擦因數(shù)偏大時(shí)，雖然對(duì)提高成紗質(zhì)量有利，但易發(fā)生層狀磨損。發(fā)生層狀磨損的機(jī)理是：膠輥本身是粘彈體，硬度偏低的膠輥能加大與下羅拉溝槽蠕變貼合的受力面，表面摩擦因數(shù)偏大增加了啟動(dòng)運(yùn)行阻力，在紡機(jī)啟動(dòng)的瞬間因橫向剪切力較大而啃傷膠輥，這種初始破壞發(fā)生在膠輥表層下(分子隱性斷裂)，并逐步向表層擴(kuò)展，直至膠輥被剝離掉膠。

1.3.3撕裂磨損

撕裂磨損主要發(fā)生在導(dǎo)紗動(dòng)程，集聚紡已由微動(dòng)程加大到5 mm～6 mm。若免處理膠輥硬度偏低、表面摩擦因數(shù)太大，易造成紗條橫動(dòng)失效、膠輥磨損起槽，且溝槽邊緣呈放射性裂紋，加上碎粒磨損而加劇[2]。

1.3.4疲勞磨損

膠輥在紡紗運(yùn)行過程中存在周期性載荷，被重復(fù)壓縮、拉伸、剪切等。免處理膠輥硬度偏低，表面摩擦因數(shù)過大，會(huì)加大橡膠表面疲勞磨損，導(dǎo)紗動(dòng)程內(nèi)有規(guī)律的花紋小裂縫(龜裂)。

磨損防護(hù)需要控制溫濕度以改善工藝條件，同時(shí)規(guī)范潤滑脂使用方法，合理選擇膠管硬度，正確控制膠輥表面摩擦因數(shù)；而膠管配方應(yīng)從丁腈橡膠韌性、耐油性、耐磨功能助劑的運(yùn)用等綜合改性，可全面防止膠料早期磨損。

1.4中凹形變

膠輥硬度是其硫化膠彈性、強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)，也是膠輥在紡紗過程中抵抗彈性變形、損壞的能力，膠輥硬度高則其抵抗彈性變形、損壞的能力強(qiáng)，硬度低則反之。在長期的紡紗生產(chǎn)實(shí)踐中證實(shí)，中細(xì)號(hào)精梳棉選用細(xì)紗膠輥邵爾A硬度為65度時(shí)，其適紡性能(抗壓變形量、牽伸握持力、適紡范圍)、成紗質(zhì)量最佳。

由于紡紗膠輥主體材料丁腈橡膠是典型的粘彈體高分子材料，所以紡紗丁腈膠輥用膠管的配方體系、混煉膠工藝，應(yīng)確保膠管通過硫化組成勻質(zhì)三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)彈性體，在一定的使用條件下防止由粘性引起的力學(xué)松馳(靜態(tài)為應(yīng)力松弛、蠕變；動(dòng)態(tài)為滯后、力學(xué)損耗)產(chǎn)生不可逆的變形[3]。

1.5使用后效應(yīng)

優(yōu)質(zhì)免處理紡紗膠輥必須具備穩(wěn)定的使用后效應(yīng)，主要表現(xiàn)為膠輥硬度、表面摩擦因數(shù)、回磨后走熟期的變化穩(wěn)定性。

a)硬度穩(wěn)定性：配方設(shè)計(jì)體系首要保持膠輥用膠管硬度的穩(wěn)定性，尤其要防止不利因素對(duì)膠輥硬度穩(wěn)定性造成危害。如防止以下因素：① 使用溫度升高，硬度下降，引起膠輥綜合力學(xué)性能下降，摩擦因數(shù)增大，磨損明顯；② 由于制造缺陷而產(chǎn)生硬度回性期(硫化后效應(yīng))及使用后期膠輥老化，表面硬度升高、彈性下降，影響成紗質(zhì)量。

b)表面摩擦因數(shù)變化：免處理膠輥經(jīng)磨礪上車運(yùn)行，其多功能助劑將緩慢遷移至表面達(dá)到平衡狀態(tài)，在羅拉摩擦力作用下，膠輥表面同時(shí)發(fā)生物理化學(xué)變化，有機(jī)官能團(tuán)相互作用發(fā)生游離基反應(yīng)，逐漸形成致密光潔的摩擦聚合膜(再生膜)，促使膠輥表面呈現(xiàn)滋潤、低表面能、摩擦因數(shù)適中，組成一個(gè)抗繞、耐磨適合紡紗的柔彈性功能界面。

c)回磨后走熟期變化：免處理膠輥在磨礪后上車紡紗，都有長短不同的走熟期，走熟期越短越佳；隨著回磨次數(shù)增多，膠輥內(nèi)部含有的多功能助劑逐漸消耗減少，遷移表面效率減緩，這是走熟期延長的主因。膠管配方設(shè)計(jì)可以通過高效功能助劑選用，結(jié)合控制遷移速率，提高使用效能并避免意外損耗來遏止走熟期延長；也可以通過紫外線光照輔助處理，直接消除走熟期，間接節(jié)省功能助劑，是提高紡紗膠輥后效應(yīng)的一種可靠捷徑[4]。

2生產(chǎn)實(shí)踐

2.1WRC-MF65型膠管

WRC-MF65型膠管，邵爾A硬度為65度；顏色為桔紅色；耐磨、抗靜電型；適紡中細(xì)號(hào)精梳棉；膠輥表面狀態(tài)為免處理或紫外線光照；摩擦因數(shù)、硬度均勻，紡紗條干和粗細(xì)節(jié)較優(yōu)，特別適紡中細(xì)號(hào)精梳棉及低模量軟質(zhì)纖維。

2.2生產(chǎn)實(shí)踐一

紡紗機(jī)型為豐田RX220型集聚紡細(xì)紗機(jī)；紡紗品種為CF 11.66 tex-LO、CF 7.29 tex/2-FX；膠輥直徑為30 mm；膠輥表面免處理；細(xì)紗膠輥回磨周期為使用30 d～45 d；回磨量為0.2 mm；牽伸膠輥使用2個(gè)月。

MF65型膠輥在豐田RX220型集聚紡細(xì)紗機(jī)臺(tái)上應(yīng)用2年來，表明完全可以替代原裝進(jìn)口免處理膠輥，其抗纏繞、抗變形、耐磨、成紗質(zhì)量穩(wěn)定性、外觀色澤等綜合性能較優(yōu)。

在12號(hào)機(jī)臺(tái)生產(chǎn)精梳棉集聚紡，抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)見表1。

表112號(hào)機(jī)臺(tái)生產(chǎn)精梳棉集聚紡抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)

2.3生產(chǎn)實(shí)踐二

MF65型紡紗牽伸膠輥用膠管具有高彈性、低硬度、壓縮變形小、表面功能膜手感滋潤等特點(diǎn)，在紡紗生產(chǎn)推廣應(yīng)用3年過程中相對(duì)穩(wěn)定；同時(shí)，采用光照處理膠輥有效發(fā)揮了其原有使用特性，良好的一致性和穩(wěn)定性，大大縮小了錠間差，從而改善了成紗質(zhì)量、減少了斷頭，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率，并因回磨周期(2個(gè)月)的延長使生產(chǎn)成本大幅度降低。

應(yīng)用條件如下。

紡紗機(jī)型為青澤集聚紡細(xì)紗機(jī)；紡紗品種為70%的長絨棉；搖架壓力為160 N(前區(qū)用壓力棒隔距塊)；錠速為16 kr/min；鋁襯管膠輥表面紫外線光照3 min。

2.3.1對(duì)比測試

表2和表3是MF65型紡紗牽伸膠輥與原生產(chǎn)用邵爾A硬度為65度免處理膠輥在紡CJ 11.66 tex紗、CJ 7.29 tex紗時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2不同膠輥紡CJ 11.66 tex紗成紗質(zhì)量對(duì)比

表3不同膠輥紡CJ 7.29 tex紗成紗質(zhì)量對(duì)比

從表2、表3可看出如下。

a)MF65型鋁襯管膠輥紡中細(xì)號(hào)紗的成紗條干優(yōu)于其他膠輥，且錠間差異較小，有效保證成紗質(zhì)量及成紗一致性，且紗號(hào)越細(xì)其優(yōu)勢(shì)越明顯。

b)MF65型鋁襯管膠輥在同樣處理方法的基礎(chǔ)上，成紗的粗節(jié)、細(xì)節(jié)也優(yōu)于其他膠輥，從而保證后道工序的順利進(jìn)行，有利于提高布面質(zhì)量。

c)經(jīng)過長期的試驗(yàn)觀察，在同紗號(hào)、同樣處理方法的情況下，MF65型鋁襯管膠輥的回磨周期比其他膠輥的回磨周期約長10 d～15 d，從而有效降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本。

2.3.2生產(chǎn)抽樣檢測

生產(chǎn)CJ 7.29 tex紗抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)見表4，生產(chǎn)CJ 5.83 tex抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)見表5。

表4生產(chǎn)CJ 7.29 tex紗抽樣檢測對(duì)比

表5生產(chǎn)CJ 5.83 tex紗抽樣檢測對(duì)比

2.3.3膠輥不同回磨周期生產(chǎn)抽樣檢測

在膠輥不同回磨周期，抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)匯總見表6。

表6膠輥不同回磨周期抽樣測試烏斯特條干數(shù)據(jù)匯總

3結(jié)語

WRC-MF65型紡紗膠輥具有抗靜電、抗粘附纏花能力；對(duì)改善磨損、中凹變形有利，增強(qiáng)了使用后效應(yīng)，其研制將理論與紡紗生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，優(yōu)化膠管用膠料的配方體系與制造工藝，滿足現(xiàn)代紡紗生產(chǎn)對(duì)中細(xì)號(hào)精梳棉產(chǎn)品要求。經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證表明，MF65型紡紗膠輥是近期開發(fā)成功的、適紡中細(xì)號(hào)精梳棉的優(yōu)質(zhì)細(xì)紗牽伸膠輥。

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Development and Application of Spinning Drafting Rollers WRC-MF65

ZHAO Deping,WANG Yu,ZHU Chunlong

(Wuxi No.2 Rubber Co.，Ltd.,Wuxi 214193，China)

Abstract:In order to meet the requirements of the modern process spinning medium or fine combed cotton yarn,through the analysis of the cotton fiber properties,spinning essentials,fiber electrostatic,adhesion characteristics,roller wear form and run-in period,after-effect mechanism,and on the basis of the basic theory,spinning drafting roller WRC-MF65 is successfully developed.The production application shows that spinning drafting rollers WRC-MF65 is not only wear resistance,antistatic,anti-lapping,improving the concave effect and deformation,good yarn quality,small spindle differences,less thin and thick,good edge in spinning fine count yarn,consequently a substitution of the overseas products.

Key Words:WRC-MF65;rollers;tube;fine combed cotton yarn;electrostatic;adhesion;lapping;wear;deformation;after-effect

收稿日期：2015-07-24

作者簡介：趙德平(1956—)，男，江蘇無錫人，總工程師，主要從事橡膠制品工藝及應(yīng)用方面的研究。

中圖分類號(hào)：TS103.82+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9634(2016)02-0013-05

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-20 10∶30

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1030.014.html