耐特種紡紗油劑紡粗號紗用膠圈的研制與應(yīng)用

邵 煥，安建江，張新焱，曹恒坤

(無錫二橡膠股份有限公司，江蘇 無錫 214193)

0 引言

在用高效工藝紡粗號紗過程中，受各種化學纖維、混紡生產(chǎn)特性以及重定量、大牽伸、微動程等因素影響，牽伸膠圈表面需承受纖維須條高速變速剪切、摩擦升溫以及特種紡紗工藝用油劑的侵蝕；而且粗紗須條較粗，對膠圈表面施加的壓力增加，易發(fā)生碎粒磨損與油性磨損引起溝槽，或壓縮形變發(fā)生中凹、木耳邊導致膠圈報廢，使膠圈損耗增加、紡紗質(zhì)量穩(wěn)定性下降，膠圈維護保養(yǎng)難度加大。為適應(yīng)粗號紗及其紡織品的發(fā)展需求，亟需研制耐特種紡紗油劑的紡粗號紗用膠圈。

1 耐特種紡紗油劑紡粗號紗用膠圈研制思路

紡紗時，要求膠圈表面具有一定的彈性握持力(表面摩擦因數(shù))、耐曲撓、抗龜裂、抗形變、高耐磨、耐腐蝕、防帶花、運轉(zhuǎn)同步性好等特性。傳統(tǒng)橡塑配方體系，使膠圈在常溫下?lián)碛袃?yōu)良的物理化學性能，但隨著溫度和應(yīng)用條件改變，膠圈硬度變化范圍增大、物理化學性能下降，嚴重影響膠圈使用的穩(wěn)定性和壽命。因此，膠圈配方設(shè)計與制造工藝須從提高紡紗膠圈的剛性及韌性、抗壓變、高耐熱、抗磨損、抗靜電、耐腐蝕等性能入手，才能適應(yīng)高效紡紗工藝生產(chǎn)粗號紗的特定要求。

2 耐特種紡紗油劑紡粗號紗用膠圈技術(shù)亮點

新研制WRA-S25L型膠圈(83 mm×30 mm×1 mm)，外層黑色，內(nèi)層深綠色，是一種耐特種紡紗油劑的紡粗號紗用膠圈。它選用新型主體材料及新工藝，主要為重定量、大牽伸工藝下紡粗號紗而研發(fā)，內(nèi)層膠料耐磨、自潤，外層膠料耐油、抗中凹、抗污性能優(yōu)異，使用壽命長，適紡棉、粘膠、混紡等品種。

2.1 剛性強度好

2.1.1 采用新型高分子材料改性橡塑體系

該膠圈采用新型高分子材料改性耐油丁腈橡膠的橡塑體系共混膠，通過添加高分子專用交聯(lián)劑參與橡膠硫化體系高溫同步硫化，在原有橡塑硫化膠抗曲撓性能好的基礎(chǔ)上，提高剛性強度，形成強韌性橡膠彈性體，使膠圈在受壓牽伸時不易形變、中凹。

2.1.2 采用高強低伸骨架線

WRA-S25L型膠圈的骨架線采用高強低伸合股浸漿線，與內(nèi)外層硫化膠組成三位一體結(jié)構(gòu)，在運轉(zhuǎn)牽伸過程中不會出現(xiàn)意外伸長，膠圈周長幾何尺寸穩(wěn)定性好，間接提高了整圈的剛性強度，可明顯提高膠圈的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，對握持、牽伸以及輸送纖維均衡性起到了積極作用。

2.2 高耐熱

2.2.1 采用耐熱交聯(lián)體系

橡塑膠料的硫磺硫化體系，具有動態(tài)性能優(yōu)良的特點，但耐熱性能較差；通過專用交聯(lián)劑的活性基團與新型高分子材料分子鏈上的羥基、羧基、氨基等反應(yīng)形成化學交聯(lián)鍵，從而形成新型高分子材料與丁腈橡塑兩種交聯(lián)體系，由化學鍵與含硫鍵組成動態(tài)曲撓、剛性強度、耐熱性互補的優(yōu)質(zhì)硫化膠。

2.2.2 耐熱硫化膠特征

新型高分子材料改性丁腈橡塑體系硫化膠，優(yōu)化成具有抗曲撓、一定剛性強度的高耐熱橡塑彈性體，成品硫化膠工作溫度適應(yīng)范圍寬、制品尺寸穩(wěn)定，永久變形小、高溫下耐化學油劑的滲透性強，老化進程緩慢，有利于降低表面磨損與化學侵蝕。

2.3 高耐磨

2.3.1 抗機械性磨損

膠圈表面磨損主要分為撕裂磨損(碎粒磨損)和疲勞磨損[1]。撕裂磨損主要發(fā)生在導紗動程內(nèi)，紡紗大牽伸剪切(纖維變速)應(yīng)力大，橡膠分子鏈來不及松弛恢復(fù)，受熱、氧化降解造成分子鏈斷裂，溝槽邊緣呈現(xiàn)放射性裂紋，又因碎粒磨損而加?。黄谀p是由于存在周期性載荷、重復(fù)壓縮、拉伸、剪切等應(yīng)力導致，表現(xiàn)為膠圈表面有規(guī)律的花紋小裂縫(即龜裂)。

經(jīng)過新型高分子材料改性的橡塑體系硫化膠，具有一定剛性強度和高耐熱化學交聯(lián)鍵，形成強韌性好、耐熱性佳的橡膠彈性體，能防止膠圈發(fā)生早期機械性磨損。

2.3.2 抗化學性磨損

化學纖維含有加工助劑(和毛油)，在紡紗過程中會侵蝕膠圈表面，在膠圈受壓牽伸、摩擦發(fā)熱時影響更甚。初期表現(xiàn)為膠圈表面導紗動程受油劑浸潤發(fā)粘，隨著油劑進一步擴散進入膠圈內(nèi)部，使導紗動程膠料體積膨脹鼓出，此時油劑已對膠料交聯(lián)鍵產(chǎn)生實質(zhì)性的破壞——呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，致使導紗動程內(nèi)產(chǎn)生卷狀物剝離的油性磨損。

經(jīng)過新型高分子材料改性的橡塑體系硫化膠，具有高耐油、高耐熱特性，在特種橡膠防護助劑作用下形成抗油劑滲透保護膜，通過綜合技術(shù)設(shè)計可以防止膠圈發(fā)生早期化學油性磨損。

2.4 抗夾帶短纖維

2.4.1 抗靜電吸附

紡紗纖維與膠圈相互受壓、牽伸后產(chǎn)生摩擦，表面層的分子基團發(fā)生運動，偶極基團受剪切力發(fā)生取向，同時兩個摩擦的表面間發(fā)生電荷激化，使電荷由一個表面向另一表面遷移形成接觸電位差后產(chǎn)生靜電，是造成膠圈表面吸附夾帶短纖維的主要原因之一[2]。

經(jīng)過新型高分子材料改性的橡塑體系硫化膠，復(fù)配長效抗靜電劑，最大限度降低纖維和膠圈表面摩擦產(chǎn)生的靜電量，提高膠料表面導電性，達到消除由靜電引起的膠圈表面吸附夾帶短纖維的問題。

2.4.2 抗粘附

由上、下膠圈與牽伸纖維組成的摩擦副體系中，上膠圈周長小于下膠圈周長，同步運轉(zhuǎn)時上膠圈的線速度明顯高于下膠圈，單位面積在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的摩擦功大于下膠圈，導致上膠圈表面溫度明顯高于下膠圈表面溫度。因此，纖維中的工藝助劑較易遷移至溫度較高的上膠圈表面，形成覆蓋膜狀粘性污垢，導致上膠圈粘附、夾帶短纖維；溫升較高的上膠圈也更易受纖維油劑滲透產(chǎn)生淺表溶脹，同樣會出現(xiàn)上膠圈粘附夾帶短纖維問題[3]。

經(jīng)過新型高分子材料改性的橡塑體系硫化膠，可大幅提高膠圈高溫狀況下的耐油性，復(fù)配低表面能活性劑，可降低膠圈表面能與摩擦因數(shù)，增大膠圈表面極性排斥非極性油劑污垢粘附，又能協(xié)同減小膠圈表面摩擦產(chǎn)生的熱量，達到全面防止上膠圈由粘附發(fā)生的夾帶短纖維問題。

2.5 運轉(zhuǎn)同步性好

根據(jù)紡紗滑溜牽伸機理，首先要提高紡紗膠圈與羅拉運轉(zhuǎn)的同步性。新型高分子材料改性的橡塑體系硫化膠具有“增摩減磨”功能，在成品硫化膠中可定向分布成交錯相接的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，促使下膠圈內(nèi)表面與中羅拉夾絲在加壓運轉(zhuǎn)過程中增加摩擦結(jié)合力，類似于“亞嚙合”傳動，同時膠圈內(nèi)表面與羅拉的相對滑溜率較小，能有效減小滑動磨損；下膠圈內(nèi)層特定的“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”在經(jīng)過銷板、擺銷時接觸平移滑動阻力變小，有利于提高整圈回轉(zhuǎn)的有效牽伸輸送率，可以消除內(nèi)周長意外伸長或運轉(zhuǎn)抖動(吊圈)；通過“增摩減磨”能提高膠圈的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性及延長使用壽命。

3 應(yīng)用案例

3.1 案例一

FA506型細紗機紡T/R 90/10 36.44 tex+70 D賽絡(luò)包芯紗，粗紗定量為5 g/(10 m)，羅拉隔距為19 mm×40 mm，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.25，使用平面牽伸彈簧加壓，下膠圈張力為4孔，WRA-S25L型膠圈與國產(chǎn)某型膠圈成紗質(zhì)量和使用周期對比見表1和表2。

表1 2種膠圈成紗質(zhì)量對比

表2 2種膠圈使用周期對比

從表1和表2可以看出，WRA-S25L型膠圈比國產(chǎn)某型膠圈的成紗質(zhì)量和使用周期具有明顯優(yōu)勢。

3.2 案例二

使用JWF1562型細紗機，紡R 11.66 tex集聚賽絡(luò)紗，中羅拉表面線速度為3.235 mm/s，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.175，上膠圈同型號，WRA-S25L型下膠圈每轉(zhuǎn)5圈記錄1次時間，算出各自運轉(zhuǎn)的平均速度。WRA-S25L型菱形下膠圈與進口下膠圈滑溜率對比見表3；WRA-S25L型菱形下膠圈與進口下膠圈紡R 11.66 tex紗成紗質(zhì)量對比見表4。

表3 不同下膠圈滑溜率對比

表4 不同下膠圈成紗質(zhì)量對比

從表3和表4可以看出，WRA-S25L型菱形下膠圈與中羅拉之間的滑溜率明顯小于進口膠圈，成紗質(zhì)量方面也優(yōu)于進口下膠圈。

3.3 應(yīng)用小結(jié)

通過案例對比可見，WRA-S25L型膠圈運行速度明顯高于進口膠圈，接近中羅拉線速度；與中羅拉之間的滑溜率明顯小于進口膠圈；膠圈開冷車運行無后區(qū)涌紗、夾圈問題；WRA-S25L型膠圈成紗質(zhì)量穩(wěn)定，使用周期延長，使用期內(nèi)膠圈內(nèi)、外表面無明顯磨損及中凹。

4 結(jié)語

耐特種紡紗油劑紡粗號紗用膠圈，采用高強低伸、耐腐抗磨、抗夾帶花衣、增摩減磨等技術(shù)，從紡紗實踐可以看出，在重加壓大牽伸紡紗過程中不易伸長；膠圈表面耐熱抗腐性能好，導紗動程不易產(chǎn)生機械磨損；膠圈具備低表面能，可有效改善靜電及粘附引起的夾帶短纖維問題；膠圈內(nèi)表面的增摩減磨功能，可有效減小膠圈運轉(zhuǎn)滑溜率，提高了膠圈運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，因此耐特種紡紗油劑紡粗號紗用膠圈能有效適應(yīng)粗號紗紡制工藝要求。