適應(yīng)高速高產(chǎn)紡紗用塑料筒管的性能與結(jié)構(gòu)探討

戴云卿

(浙江三友塑業(yè)股份有限公司，浙江 臺(tái)州 318059)

0 引言

經(jīng)過(guò)幾代器材人和紡織人的共同努力，經(jīng)紗筒管材質(zhì)從上世紀(jì)五六十年代的木質(zhì)到七十年代的以塑代木，再到目前的高分子塑料，從第1代硬質(zhì)PVC材料到現(xiàn)在的PC，PCG等材料，筒管制造技術(shù)的進(jìn)步使其制造成本和加工工藝都發(fā)生了革命性變化。第1代PVC材料制作的經(jīng)紗筒管，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)時(shí)10 kr/min紡紗時(shí)產(chǎn)生的離心力，易變形和彎曲，與其配套的錠子受當(dāng)時(shí)紡機(jī)制造水平的限制，也難以適應(yīng)這種紡紗速度，錠子、紗管易與主機(jī)產(chǎn)生共振。當(dāng)時(shí)所紡紗號(hào)、品種均十分單一，未出現(xiàn)差別化的紡紗工藝與技術(shù)。隨著我國(guó)改革開(kāi)放步伐加快，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備不斷引進(jìn)，紡紗速度和產(chǎn)質(zhì)量得到大幅提高。

筆者針對(duì)近年來(lái)為適應(yīng)紡織高速高產(chǎn)的需要，簡(jiǎn)述浙江三友塑業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“三友塑業(yè)”)紡紗用塑料筒管在結(jié)構(gòu)及性能等技術(shù)指標(biāo)方面的提升。

1 精選原材料

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)采用高分子、高強(qiáng)度PC，PCG，PPO材料制造塑料筒管，在一定程度保證了筒管性能的穩(wěn)定與可靠[1]。PC材料苯環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品既具有一定剛性，又具備優(yōu)良的韌性，俗稱“防彈膠”，注塑的紡紗筒管成型收縮率只有0.5%～0.7%，性能相對(duì)穩(wěn)定，可保證加工尺寸的高精度和高穩(wěn)定性,是筒管實(shí)現(xiàn)高速的基礎(chǔ)。由于筒管結(jié)構(gòu)的特殊性，PC材料長(zhǎng)期連續(xù)使用后抗應(yīng)力和抗疲勞強(qiáng)度不足，易造成開(kāi)裂、斷管等。而紡織企業(yè)需要的是能連續(xù)、循環(huán)使用的塑料筒管。筒管的抗應(yīng)力和抗疲勞強(qiáng)度不足，不但增加企業(yè)采購(gòu)成本，而且會(huì)造成較大的紗線浪費(fèi)，增加擋車工的勞動(dòng)強(qiáng)度[2]。通過(guò)與大專院校以及高分子材料研究所合作，三友塑業(yè)研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能塑料筒管改性秘方，很好地解決了使用中的斷管與開(kāi)裂問(wèn)題[3]。

2 設(shè)備保障

2.1 精密化模具制作

隨著數(shù)控機(jī)床精密加工手段現(xiàn)代化水平的提高，國(guó)內(nèi)模具制造技術(shù)與世界先進(jìn)技術(shù)已無(wú)明顯差距，加工筒管模具的圓跳動(dòng)精度也從幾十微米提升到幾微米甚至更小，大幅提高了筒管的加工精度，為紡織廠實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 提升裝備性能

生產(chǎn)高質(zhì)量塑料筒管，除選用優(yōu)質(zhì)原材料外，還要有優(yōu)良的加工裝備做保證。采用伺服全電腦數(shù)字化精密注塑機(jī)，既能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，又能排除人為因素干擾，大幅提升了筒管成型合格率。采用熱鼓風(fēng)加遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)，使PC原材料在高溫成型加工時(shí)含水率極低，確保其不發(fā)生二次降解，從而保證了原材料物理性能和化學(xué)性能的穩(wěn)定性。

2.3 自動(dòng)化后加工處理

材料、模具、注塑設(shè)備是提升塑料筒管質(zhì)量的基礎(chǔ)。近幾年，三友塑業(yè)在后整理工序投資了價(jià)值幾百萬(wàn)元具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，如自動(dòng)切割機(jī)、自動(dòng)鑲芯機(jī)、自動(dòng)檢驗(yàn)錠位機(jī)、自動(dòng)跳動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)等，保證每支塑料筒管從開(kāi)始制造到出廠檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，全程無(wú)人工干擾。

3 重新設(shè)計(jì)筒管卷繞形狀

環(huán)錠紡紗用塑料筒管的外形設(shè)計(jì)，直接影響紡紗成型工藝的調(diào)整。以長(zhǎng)度為205 mm筒管為例：原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的端部直徑為φ18 mm或φ20 mm，中部為φ20 mm或φ22 mm，下部為φ26 mm，與之配合的鋼領(lǐng)直徑一般為φ35 mm～φ45 mm，這種設(shè)計(jì)在行業(yè)形成共識(shí)已持續(xù)了幾十年。為了將筒管外部的有效卷繞直徑設(shè)計(jì)得更完美，在不影響筒管幾何形狀的前提下，考慮塑料筒管在18 kr/min甚至更高速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒管外部尺寸改變對(duì)其剛度的影響，尤其是在大紗卷繞時(shí)高速旋轉(zhuǎn)筒管自身產(chǎn)生的彈性形變使筒管端部振程增大，造成筒管損壞、使用壽命縮短的問(wèn)題，三友塑業(yè)的技術(shù)人員通過(guò)不斷走訪生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、利用CAD等軟件，找尋并調(diào)整筒管卷繞尺寸的整體比例，確保紡織廠紗線卷繞成型工藝不受影響。

3.1 增加卷裝容量的方法

在不改變其他紡紗條件時(shí)，增加紗線卷裝容量的辦法一般有2個(gè)：加大鋼領(lǐng)尺寸或縮小筒管的外部有效幾何尺寸[4]。加大鋼領(lǐng)尺寸，高速紡紗時(shí)氣圈變大，斷頭率隨之增加，紗線的毛羽、條干等關(guān)鍵性指標(biāo)會(huì)受到影響。也就是說(shuō)，想要增加卷裝容量、延長(zhǎng)紡紗時(shí)間，加大鋼領(lǐng)直徑不能作為首選。

3.2 改進(jìn)思路

為提高紗線卷裝容量，筆者從改變筒管外形尺寸入手，將205 mm筒管的端部直徑由φ18 mm改為φ17.5 mm，中部從φ20 mm改為φ19 mm或φ18.5 mm，下部從φ26 mm改為φ25 mm，總長(zhǎng)度也縮短2 mm～3 mm?？傞L(zhǎng)度縮短是考慮到筒管剛度會(huì)隨著筒管管壁減薄而降低，從而影響筒管本身卷繞大紗時(shí)的振程值。

4 改變?cè)O(shè)計(jì)后存在問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

改變筒管外形尺寸后，每支筒管質(zhì)量從50 g～52 g下降為約43 g。為驗(yàn)證使用效果，用部分筒管小樣在紡紗實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行高速試紡，同時(shí)由紡織廠上機(jī)驗(yàn)證，查看是否會(huì)出現(xiàn)跳管、牢錠、振程增大或擋車工操作不順暢等問(wèn)題。

4.1 沖擊強(qiáng)度和靜彎曲負(fù)荷減小

為了驗(yàn)證改變外形尺寸對(duì)筒管沖擊強(qiáng)度和靜彎曲負(fù)荷的影響，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)2種筒管進(jìn)行技術(shù)測(cè)試。結(jié)果如下：正常尺寸的205 mm筒管，實(shí)測(cè)沖擊功為100 J～130 J，靜彎曲負(fù)荷為2.0 kN～2.2 kN；改進(jìn)后的205 mm筒管沖擊功為80 J～100 J，靜彎曲負(fù)荷為1.8 kN～2.0 kN。基于上述測(cè)試數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)新型筒管時(shí)，需通過(guò)加強(qiáng)原材料性能等級(jí)，特別是材料改性技術(shù)和分子量大小等關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)的嚴(yán)格把控，彌補(bǔ)改變壁厚后筒管剛度和韌性減小的弊端。

4.2 振程(跳動(dòng))問(wèn)題

正常尺寸的205 mm筒管，在錠速為18 kr/min時(shí)，其端部振程一般控制為不大于0.15 mm，改進(jìn)后的筒管振程總體未見(jiàn)增大反而更加穩(wěn)定、可靠。同時(shí)，由于筒管質(zhì)量減小，主電機(jī)負(fù)荷和錠子負(fù)荷均有減少，完全能滿足紡紗工藝需求，也不會(huì)對(duì)筒管使用壽命產(chǎn)生影響。

4.3 實(shí)際使用效果

4.3.1 落紗次數(shù)少

在420錠環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，用φ38 mm平面鋼領(lǐng)紡9.7 tex純棉紗，錠子選用32系列平底高速錠子，錠速為17.2 kr/min～17.8 kr/min，在相同的條件下進(jìn)行2種紗管紡紗對(duì)比。經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的試驗(yàn)、記錄，發(fā)現(xiàn)：改進(jìn)后的筒管一落紗可約紡6.0 km紗線，正常尺寸的205 mm經(jīng)筒管一落紗能紡5.5 km～5.6 km，前者相比后者每落紗能延長(zhǎng)紡紗時(shí)間約為40 min，一落紗的紡紗時(shí)間約為8 h。以紡織廠四班三運(yùn)轉(zhuǎn)或三班三運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)規(guī)律估算，每班工人只落一次紗即可。

4.3.2 紡紗斷頭少

采用小直徑鋼領(lǐng)后(直徑小于38 mm)，紡紗氣圈減小，紗線的毛羽、條干等指標(biāo)均有不同程度的改善，紡紗斷頭率也有下降。正常尺寸筒管每臺(tái)車每落紗約3～4根斷頭，改進(jìn)后筒管的紗線斷頭下降為約2根，紗線留頭率大于99%，擋車工的接頭頻次大幅減少。

4.3.3 紡紗能耗小

試驗(yàn)時(shí)，在機(jī)臺(tái)上安裝電表進(jìn)行耗能計(jì)量，實(shí)測(cè)顯示，改進(jìn)后筒管每臺(tái)車一落紗(8 h)可以節(jié)約能耗0.5 kW·h～0.8 kW·h，單機(jī)臺(tái)節(jié)能效果不顯著，但大面積、長(zhǎng)時(shí)間使用的節(jié)能效果應(yīng)當(dāng)是比較可觀的。從2013年的產(chǎn)品小試到批量投放市場(chǎng)至今，改進(jìn)后的筒管在紡織廠的使用狀況比較理想，相比正常尺寸筒管，該筒管出現(xiàn)跳管、斷裂等問(wèn)題的概率大幅減小。

5 結(jié)語(yǔ)

紡紗用塑料筒管是重要的紡紗器材，通過(guò)優(yōu)選原料和提升裝備水平，對(duì)接紡紗實(shí)際和工藝調(diào)整需求，改進(jìn)紡紗器材筒管的結(jié)構(gòu)和性能，有效提升了塑料筒管的制造技術(shù)水平，使高速高產(chǎn)時(shí)筒管跳管、斷裂等問(wèn)題大幅減小，為企業(yè)效益增加以及下游企業(yè)高速、高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為企業(yè)綠色、節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展提供了借鑒。