YY-J68型無差異化紡紗牽伸膠輥的研制與應(yīng)用

黃順道，丁飛霞，王效安

(1.無錫宇一精工科技有限公司，江蘇 無錫 214112；2.江蘇寶利來斯橡膠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212002；3.無錫經(jīng)緯紡織科技試驗有限公司，江蘇 無錫 214092)

0 引言

近幾年，棉紡行業(yè)飛速發(fā)展，但不少棉紡織企業(yè)面臨產(chǎn)品附加值低、同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重、傳統(tǒng)型產(chǎn)品占主導(dǎo)、市場競爭力偏弱等問題，只有提高產(chǎn)品開發(fā)能力、實現(xiàn)品種多元化，才能長遠(yuǎn)發(fā)展。對此，部分紡紗企業(yè)朝著小批量、差異化、多品種方向發(fā)力，以快速適應(yīng)市場。滿足紡紗企業(yè)快節(jié)奏品種更換以及降低消耗、節(jié)省成本的需求，成為膠輥、膠圈制造企業(yè)迫切需要解決的問題，YY-J68型無差異化紡紗牽伸膠輥應(yīng)運而生。

1 研制要點

1.1 主體材料

丁腈橡膠分子鏈結(jié)構(gòu)含有的氰基(-CN)是一種強極性且易于水解的基團，在光電子能譜中發(fā)現(xiàn)丁腈橡膠磨損表面有酰胺基團(-CONH2)和羧酸基團(-COOH)，這是因為在100 ℃～200 ℃環(huán)境條件下或經(jīng)過較長時間，氰基基團很容易水解成酰胺基團。水解產(chǎn)物脫落，會使材料產(chǎn)生磨損[1-2]。

膠輥在摩擦或磨損時產(chǎn)生的自由基，能與空氣中的氧氣發(fā)生氧化降解反應(yīng)。在紡紗過程中，由于膠輥發(fā)生多次滯后壓縮變形，進而形成熱累積，至一定溫度時易造成熱降解反應(yīng)，同時也為氧化反應(yīng)儲存了更多能量；紡紗過程中膠輥表面層處在搖架與羅拉的應(yīng)力場中，在接觸點處很小體積內(nèi)的分子鏈?zhǔn)茌^大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，分子中共價鍵的鍵角、鍵長形變增大，變?yōu)榛罨癄顟B(tài)，降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，使膠輥交聯(lián)結(jié)構(gòu)中的S-S交聯(lián)鍵易斷裂并氧化。

膠輥表面層的氧化降解和熱降解反應(yīng)，降低了拉伸強度，加速了磨損，故在配方設(shè)計中需彌補丁腈橡膠使用過程中的不足。YY-J68型膠輥配方設(shè)計中加入堿銅絡(luò)合物+甘油+聚乙烯醇微膠囊改性丁腈橡膠，增加膠料的熱穩(wěn)定性及硫化膠的模量，提高膠輥的耐摩擦、耐磨損性能。

1.2 補強劑

YY-J68型膠輥采用白炭黑作為補強劑。由于白炭黑比表面積大，易發(fā)生二次聚集，在環(huán)境中易吸收水分，其中的羥基與水易產(chǎn)生很強的氫鍵，進一步提高了白炭黑顆粒間的凝集力，造成白炭黑混煉與分散困難。配方中白炭黑多量配合時，易生成凝膠，使膠料硬化，混煉生熱大。為了保證膠料良好的分散性能，要求混煉開始時保持高的剪切力，既使填料中聚集粒子盡可能被打開，又不使分子鏈產(chǎn)生過多的降解。YY-J68型膠輥在配方設(shè)計時，加入了一定量的助劑提高膠料的分散性能，促使其短時間內(nèi)分散均勻，確保膠料混煉后性能一致。

1.3 抗老化和耐疲勞結(jié)構(gòu)劑

紡紗膠輥在運行過程中承受每分鐘上百次的周期性形變，因內(nèi)摩擦產(chǎn)生力學(xué)損耗，且膠輥與羅拉、紗線之間的摩擦生熱，使其表面溫度隨運轉(zhuǎn)時間延長而迅速上升，材料強度隨溫度的上升而下降，加速了膠輥的熱氧老化和臭氧老化，縮短了膠輥的使用壽命。其實質(zhì)是疲勞過程中力化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的疲勞破壞，按分子論的觀點，由于膠輥中存在一定量交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在紡紗過程中，膠輥中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)承受不斷疊加的應(yīng)力，因網(wǎng)絡(luò)具有不一致性，故承受的作用力無法均勻分布，會因應(yīng)力集中而產(chǎn)生某些網(wǎng)鏈的斷裂。網(wǎng)鏈斷裂一般發(fā)生在弱鍵部位，導(dǎo)致微觀損傷。隨著溫度不斷升高，活化了氧化反應(yīng)與臭氧化反應(yīng)，加速微觀損傷惡化為裂紋；若網(wǎng)鏈斷裂在裂紋端部，隨著使用時間延長，裂紋不斷加大。

動態(tài)疲勞中，膠輥的形變幅度和頻率對疲勞壽命有較大的影響。隨著形變幅度增大，力化學(xué)反應(yīng)的活化能降低，氧化反應(yīng)容易進行，膠輥疲勞壽命降低。在低頻率變形下，膠輥的溫升通過熱傳遞與環(huán)境溫度達到熱平衡；而在高頻率變形時，膠輥作為不良導(dǎo)熱體，其內(nèi)部的溫升無法及時散逸，熱量的累積會加快熱老化和熱降解的速度，從而降低膠輥的壽命。因此，在YY-J68型膠輥的配方設(shè)計中，優(yōu)選添加了一種既能防臭氧老化，又能抗疲勞的橡膠結(jié)構(gòu)劑，使該膠輥具有良好的抗拉伸性能及耐疲勞性能。

2 生產(chǎn)工藝設(shè)計

在設(shè)計膠輥配方時，應(yīng)綜合考慮紡紗膠輥的使用壽命和成紗條干質(zhì)量。因此，既要求膠輥伸長率、彈性、抗壓強度、模量、脆性等基本不變，又要求膠輥的沖擊強度、永久變形等不被破壞。二者缺一，就會影響膠輥的使用性能和壽命，這也是膠輥與其他橡膠制品的區(qū)別之處。

膠輥生產(chǎn)工藝優(yōu)選，旨在使增塑材料最大限度的接近平衡狀態(tài)，盡可能避免在使用條件改變時制品性能隨時間而發(fā)生顯著變化。在膠料生產(chǎn)中，定量的確定分散程度以及控制混煉過程中的時間和溫度，對紡紗牽伸膠輥質(zhì)量非常重要。

優(yōu)選后YY-J68型膠輥的生產(chǎn)工藝流程：密煉機混煉→回?zé)挕鷫撼觥尚汀蚧サZ→檢驗→包裝→入庫。

3 試驗及應(yīng)用

3.1 抗拉試驗

針對膠輥在無差異化紡紗品種上存在起槽、不耐磨的問題，將YY-J68型膠輥與3種常用膠輥進行抗拉性能對比試驗，結(jié)果見表1和圖1。表2為YY-J68型膠輥及2種常用膠輥的上車損壞率對比。

表1 YY-J68型膠輥與3種常用膠輥抗拉性能對比

圖1 不同膠輥抗拉試驗后表觀形貌對比

分析表1、表2及圖1，發(fā)現(xiàn)YY-J68型膠輥的抗拉性能好、成紗條干好且上車損壞率較低。其中，56號車的上車損壞率僅為0.3%，211號車的上車損壞率僅為0.2%，這說明YY-J68型膠輥使用壽命長，能減少消耗、提升產(chǎn)能。

表2 YY-J68型膠輥與2種常用膠輥上車損壞率對比

3.2 應(yīng)用實踐

3.2.1 紡莫代爾11.66 tex紗和9.72 tex紗

表3為YY-J68型膠輥與國產(chǎn)L型膠輥，在56號機臺上紡制M-1/M-5 60/40 11.66 tex SK(G2)11.66 tex針織紗的成紗質(zhì)量對比。

表3 YY-J68型膠輥與國產(chǎn)L型膠輥紡莫代爾11.66 tex針織紗成紗質(zhì)量對比

由表3可知，與國產(chǎn)L型膠輥相比，應(yīng)用YY-J68型膠輥紡紗的CV值最大降低了0.32個百分點，CVb值最大降低了0.4個百分點，-35%細(xì)節(jié)最多下降50%，+50%粗節(jié)最多下降75%，+200%棉結(jié)最多下降40%，成紗質(zhì)量得到改善。

表4為YY-J68型膠輥與常規(guī)膠輥，在212號機臺上紡莫代爾9.72 tex針織紗的成紗質(zhì)量對比。

由表4可知，與常規(guī)膠輥相比，應(yīng)用YY-J68型膠輥紡莫代爾9.72 tex針織紗，CV值最大降低了0.83個百分點，-30%細(xì)節(jié)最多下降了78%，+35%粗節(jié)最多下降了60%，+50%粗節(jié)最多下降了80%，+200%棉結(jié)降低了46%；這說明通過采用YY-J68型膠輥紡紗，成紗質(zhì)量得到改善。

表4 YY-J68型膠輥與常規(guī)膠輥紡莫代爾9.72 tex針織紗的成紗質(zhì)量對比

3.2.2 紡LC 14.58 tex紗

在車速為200 m/min情況下，YY-J68型膠輥與3種常用膠輥紡LC 14.58 tex紗的成紗質(zhì)量對比見表5。

由表5可知，與其他3種常用膠輥相比，應(yīng)用YY-J68型膠輥紡LC 14.58 tex紗，CVm值、平均差不勻率、細(xì)節(jié)、粗節(jié)、+280%棉結(jié)指標(biāo)都得到了明顯改善。

表5 YY-J68型膠輥與3種常用膠輥紡LC 14.58 tex紗的成紗質(zhì)量對比

3.2.3 紡C/T 55/45 13.06 tex紗

表6為YY-J68型膠輥與其他3種膠輥使用馬克隆值為4.1的棉纖維和線密度為1.33 dtex的滌綸纖維紡C/T 55/45 13.06 tex紗的成紗質(zhì)量對比。

由表6可知，與其他3種膠輥相比，應(yīng)用YY-J68型膠輥紡C/T 55/45 13.06 tex紗，CVm值、平均差不勻率、-50%細(xì)節(jié)、+50%粗節(jié)、+200%棉結(jié)指標(biāo)明顯改善。

表6 YY-J68型膠輥與3種常用膠輥紡C/T 55/45 13.06 tex紗的成紗質(zhì)量對比

分析發(fā)現(xiàn)，YY-J68型雙層鋁襯管膠輥套制后，抱合力強，使用時不會產(chǎn)生膠輥位移、脫殼問題，用烏斯特條干儀檢測未發(fā)現(xiàn)有機械波存在；且該膠輥抗靜電效果好，適紡性強，抗纏繞、抗拉性能好，耐油、耐老化，在使用中縱向摩擦力界分布均勻，成紗質(zhì)量良好。

4 注意事項

4.1 套制

套制前檢查膠輥軸承質(zhì)量，須剔除不良軸承，清潔軸承表面后，采用立式氣動套膠輥機進行套制。套制時要保證軸承芯殼、壓套機的壓桿軸與膠管同軸，使套膠輥機的壓套壓力同時作用在膠輥或鋁襯管上，保證1次壓套到位；雙層膠輥套制后需壓圓1次，粗磨后再壓圓1次，確保膠輥內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，否則會影響成紗質(zhì)量。

4.2 磨礪及表面處理

磨礪應(yīng)分為粗磨和精磨2部分。粗磨時，移動膠輥在砂輪上磨礪至設(shè)定厚度；精磨時，讓砂輪充分磨礪膠輥外層表面，建議磨2～3個往復(fù)，每次磨礪量不小于0.15 mm。

應(yīng)保持砂輪表面清潔和鋒利。粗磨采用46號大氣孔砂輪，自動走刀3個往復(fù)；若用變頻專用磨床白剛玉砂輪磨膠輥，自動走刀2個往復(fù)，保證膠輥磨礪表面光潔、細(xì)膩，目視膠輥表面不發(fā)亮以保證膠輥表面具有合適的摩擦因數(shù)。

磨礪后用壓縮空氣清潔膠輥表面，用白布遮光存放，并盡快用涂料處理膠輥表面(用RC涂料處理時，采用筆涂的方法先稀后濃)；勿用水或任何化學(xué)試劑處理膠輥表面，尤其是酸處理會破壞橡膠質(zhì)量，加速老化。

4.3 存放與使用維護

YY-J68型膠輥適紡純棉、混紡(滌/棉)紗，邵爾A硬度為(68±2)度，在使用和儲存時需避免高溫、高濕或陽光、紫外線照射，最好保存于暗室。

膠輥間的環(huán)境條件應(yīng)與紡紗車間保持一致。膠輥上車前應(yīng)保證其表面清潔，并在車間放置24 h平衡溫度，或放在烘房內(nèi)進行預(yù)熱，防止冷膠輥上車?yán)p繞纖維；上車后需經(jīng)常檢查搖架加壓的穩(wěn)定性，根據(jù)紡紗工藝的要求，合理控制搖架壓力，延長膠輥的使用壽命。

重視對膠輥的日常維護及保養(yǎng)：① 結(jié)合平、揩車計劃，對膠輥表面進行清洗及檢測，保證膠輥表面油污、棉蠟等及時被揩清；② 根據(jù)紡紗品種，制定膠輥回磨計劃。

5 結(jié)語

YY-J68型膠輥具有優(yōu)良的彈性、抗拉性及抗纏繞性，表面細(xì)膩光滑、壓縮變形小，抗靜電、耐磨、耐老化、適紡性強，成紗條干好等，適紡純棉、混紡(滌/棉)紗，適用于無差異化紡紗，能節(jié)約紡紗成本、降低消耗、提高經(jīng)濟效益，使用范圍較廣，具有廣闊的發(fā)展空間。