技術(shù) ▎膠輥制造和加工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的探討

2017-12-28

摘要：本文重點探討了膠輥制造和處理的幾個指標(biāo)與成紗質(zhì)量的相關(guān)性。說明優(yōu)選磨礪參數(shù)、優(yōu)選涂料配比的重要性。

關(guān)鍵詞：牽伸；握持力；牽伸力；分散度；粗糙度；磨礪參數(shù)

膠輥、膠圈是紡紗的重要牽伸器材。膠輥和羅拉、膠圈與上下銷組成兩對彈性握持鉗口，完成對纖維的握持和牽伸。

很多膠輥生產(chǎn)廠家在推銷自己的產(chǎn)品時，往往介紹說其膠輥采用先進的工藝配方制造，能夠提升成紗水平，抗繞、抗靜電性能好等等。過分夸大了膠輥、膠圈的配方作用，實際上膠輥的生產(chǎn)過程與紡紗過程一樣，“人、機、料、法、環(huán)”五要素缺一不可，膠輥配方僅排第四位，人是完成生產(chǎn)、工藝的首要因素，排第一位，設(shè)備和原料依次排第二、三位。沒有好的設(shè)備及完好的設(shè)備狀態(tài)、優(yōu)質(zhì)的橡膠原料，再先進的配方工藝都不可能生產(chǎn)出好的膠輥、膠圈產(chǎn)品來。

1紡織橡膠的分類

丁腈橡膠是制造紡織膠輥的主要原料，簡稱“NBR”，丁腈橡膠中丙烯腈含量（%）有42~46、36~41、31~35、25~30、18~24等五種，丙烯腈含量越高則橡膠的耐油性越好。這一特性非常適合做具有耐油性要求的紡織牽伸器材，特別是紡制含色油劑、化學(xué)油劑的紡織品種，高丙烯腈含量用于開發(fā)化纖、色紡、毛紡及氨綸包芯紗的膠輥。

 

羧基丁腈橡膠：羧基丁腈橡膠是由丁二烯、丙烯腈和有機酸（丙烯酸、甲基丙烯酸等）三元共聚而成。簡稱XNBR，相對密度0.98—0.99。丁腈橡膠引入羧基，增加了極性，增大NBR與PVC和酚醛樹脂的相容性，賦予高強度，具有良好的粘接性和耐老化性，改進耐磨性和撕裂強度，進一步提高耐油性。拉伸強度一般為25.5-26.5MPa，扯斷伸長率310～380%，撕裂強度51.0～55.9kN/m。

2紡織膠輥、膠圈的主要工藝流程

紡織丁膠腈輥生產(chǎn)加工一般要經(jīng)過：塑煉→混膠→壓延→擠出→注射→壓鑄→硫化→切割→倒角→粗磨→檢驗→包裝工序。

在整個丁膠腈輥生產(chǎn)流程中，硫化對產(chǎn)品質(zhì)量具有關(guān)鍵性的影響，硫化是指橡膠分子鏈的交聯(lián)，賦予橡膠各種良好的物理性能。因為橡膠在未經(jīng)過硫化前，缺乏良好的機械性能（抗拉強度、定伸強度、伸長率、彈性等），實用性能不大。因此要在膠輥配方中精確計算硫化反應(yīng)時硫磺的使用量，在硫化反應(yīng)過程中減少游離狀態(tài)硫的產(chǎn)生（多余未反應(yīng)的硫磺），以使膠輥硬度更加穩(wěn)定，在使用一年后硬度上升控制在2度以內(nèi)。在促進劑的選擇上采用TMTD、TMTM快速硫化促進劑，提高橡膠的交聯(lián)密度，提高膠輥的彈性和抗變形能力。特別要注意擠出工藝的壓力和硫化溫度及硫化時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)的精準(zhǔn)掌握。

3膠輥制造過程中關(guān)鍵工序控制及對成紗質(zhì)量的影響

3.1 膠輥膠料的綜合分散度

膠輥膠料的綜合分散度是考核膠輥內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)，分散度越高，膠料配方中的各組份（包括抗靜電劑和補強填料）分布越均勻，其相應(yīng)的各種功能充分發(fā)揮，因此膠料的強力、磨耗、彈性、抗靜電性能都可得到改善。分散度高的膠輥在膠料中形成電子通道，常稱隧道效應(yīng)，可使體積電阻率降低、導(dǎo)電性能（抗靜電性能）提高；反之，分散度低的膠輥，抗靜電劑的分散不勻，使體積電阻率上升、導(dǎo)電性能下降，而且因膠料內(nèi)部含有微小氣孔和沒有分散的塊狀，區(qū)域中膠料分布不均勻，易造成膠輥硬度不勻，使膠輥在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生周期性握持力波動，直接影響成紗條干。因此為了保證膠輥質(zhì)量，高品質(zhì)膠輥要采用小批量及多次混料的方法，以使膠料達到應(yīng)有的分散度。

膠輥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)過去主要是考核硬度、回彈性、恒定壓縮永久變形率及幾何尺寸等；而目前對膠輥的分散度越來越重視，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6030-85《硫化橡膠中炭黑分散度的測定》中規(guī)定分散度共分為10級，5級以下為差，5-6級為較好，7-8級為好，9-10級為極好，紡織用膠輥分散度應(yīng)在8級以上。

3.2 膠輥的表面粗糙度

膠輥表面粗糙度可采用輪廓算術(shù)平均偏差Ra來表示，Ra可以通過粗糙度儀器來測試。 

3.2.1 分散度與表面粗糙度的關(guān)系

分散度高的膠輥硬度、分子密度、組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而經(jīng)過磨礪加工后表面粗糙度一致、均勻，成紗質(zhì)量一致性好。

3.2.2 套差

套差是膠輥制作的一個重要工藝，套差大則膠輥的內(nèi)應(yīng)力大，使橡膠分子始終處于張緊狀態(tài)，膠輥容易產(chǎn)生龜裂、老化，紡紗性能下降，從而影響膠輥外層硬度的均勻度，膠輥圓周硬度差異過大對膠輥表面粗糙度的均勻性產(chǎn)生影響。因而紡制質(zhì)量要求高的紗線，我們推薦使用鋁襯膠輥，鋁襯膠輥利用金屬鋁的彈性將膠輥套入膠輥軸承，消除了膠輥套制的內(nèi)應(yīng)力，一般我們稱鋁襯膠輥為‘零套差’，實際上應(yīng)該是微套差。由于它能夠減少制作工序，提高成紗質(zhì)量，目前已經(jīng)是主流產(chǎn)品。

3.2.3磨礪次數(shù)

膠輥的表面粗糙度與磨礪次數(shù)有著密切的關(guān)系；膠輥磨礪次數(shù)并不是越多越好，因為膠輥與砂輪擠壓摩擦造成膠輥和砂輪發(fā)熱，對膠輥表面粗糙度造成破壞，特別是當(dāng)溫度上升到120度以上時，還會燒傷膠輥表面的橡膠分子，致使粗糙度不勻率上升，膠輥磨礪次數(shù)普通802磨床采用三到四個往復(fù)、40-60mm大氣孔寬砂輪磨床以2個往復(fù)為宜，既可提高膠輥磨礪后的表面粗糙均勻度，又兼顧了磨床的生產(chǎn)效率。表1為LXC-966A膠輥在FM-1磨床不同磨礪參數(shù)下實測的粗糙度值。

表1 不同磨礪參數(shù)對膠輥表面粗糙度的影響

3.2.4 磨礪進刀量

膠輥磨礪進刀量的大小直接影響膠輥表面粗糙度Ra值的大小，磨礪進刀量應(yīng)控制在0.15-0.20mm之間，過大膠輥與砂輪的擠壓摩擦力過大，膠輥表面溫度會迅速升高，甚至高達200℃，灼傷膠輥表面，會造成膠輥表面粗糙均勻度下降，而且易導(dǎo)致膠輥表面抗靜電劑外溢。特別是在出現(xiàn)手盤進刀過快、磨削過多等操作不當(dāng)問題時，還可能造成膠輥表面磨痕。只要磨床精度允許，我們建議采取“勤磨少磨”的方法，既可以提高成紗質(zhì)量又能兼顧膠輥的消耗，達到節(jié)能增效的目的。

3.2.5 膠輥表面處理

膠輥表面處理不當(dāng)，必然會增加膠輥表面粗糙度不勻，膠輥表面處理通常有三種方法：表面酸處理（由于對人體危害較大，同時對操作者要求很高風(fēng)險較大，處理后膠輥易老化早期龜裂，現(xiàn)在基本不用了）、表面光照處理、表面化學(xué)涂料處理，在同一磨勵工藝條件下，三種處理膠輥表面粗糙度各有差異，見表2。

表2 不同處理方式下的膠輥促再度Ra值

膠輥表面處理方式	膠輥實測Ra值（μm）	Ra值絕對值差（μm）
未處理	0.654	0.145
光照處理	0.532	0.076
化學(xué)涂料	0.664	0.137

可見通過化學(xué)涂料處理后，并不能改善膠輥表面粗糙度，原先通過化學(xué)涂料處理膠輥可以達到“削高填低”、改善膠輥粗糙度的提法并不準(zhǔn)確，它只是在膠輥表面增加了一層涂覆層。而通過紫外線光照處理膠輥的方法，通過紫外線伽馬射線改變了膠輥橡膠分子結(jié)構(gòu)，對膠輥的粗糙度有所改善。有時用涂料處理比用紫外線處理成紗質(zhì)量好，車間生活好做，但這不是涂料處理后降低了膠輥的粗糙度的原因，膠輥的可紡性和膠輥的粗糙度是兩個不同的概念。

4膠輥表面粗糙度Ra值大小與成紗質(zhì)量的關(guān)系

膠輥內(nèi)在質(zhì)量不同，在同一磨勵工藝條件下，其表面粗糙度Ra值也不盡相同，Ra值的大小決定了膠輥的握持力和摩擦力，膠輥的摩擦力直接影響成紗條干質(zhì)量；一般紡純棉中支紗推薦膠輥的粗糙度為0.8微米左右，一般高精度寬砂輪磨床一個往復(fù)就可以了；紡制高支紗一般推薦0.6微米左右，高精度寬砂輪兩個往復(fù)也可以滿足。而紡制化纖及特殊品種（如0.8旦的超細旦纖維）時，為了提高握持力，膠輥表面粗糙度Ra值不宜過小，而且要根據(jù)膠輥的處理方式和工藝條件來決定。

 

 牽伸倍數(shù)與膠輥表面粗糙度Ra值大小對成紗質(zhì)量也有影響；紡紗生產(chǎn)中，對膠輥表面粗糙度Ra值大小的要求隨著紡紗牽伸倍數(shù)的增大而增大，隨時著牽伸倍數(shù)的減小而減小，牽伸倍數(shù)大、纖維離散度高，只有較大的膠輥動摩擦力才能保證其纖維抱合力從而減少浮游纖維。紡紗牽伸倍數(shù)小，對膠輥表面粗糙度的要求適應(yīng)面較寬，如粗糙度Ra值過高對條干不理想，且細節(jié)有所增加； 在紡紗牽伸中，膠輥表面粗糙度在混紡品種中盡可能加大到0.8-1.0μm，而在紡純棉品種中可適當(dāng)?shù)募哟蟮?.5-0.7μm，而在生產(chǎn)細旦天絲品種時，盡可能增加膠輥粗糙度到1.0μm以上。但粗糙度過大會帶來靜電聚集，易產(chǎn)生繞花，但由于當(dāng)前不處理膠輥的抗靜電性能強，粗糙度適當(dāng)加大也不會產(chǎn)生靜電繞花，加大粗糙度對牽伸的穩(wěn)定性是有好處的。但過大的粗糙度會產(chǎn)生纏繞現(xiàn)象，必須通過加覆涂層處理提高其抗纏繞性能。

膠輥表面粗糙度不勻易造成動摩擦系數(shù)波動，摩擦力不均勻，影響對須條的握持力，進而產(chǎn)生粗細節(jié)，而膠輥表面粗糙度均勻，可使膠輥動態(tài)握持力相對均勻，有利于改善成紗條干。

由于膠輥的粗糙度直接影響牽伸握持力，所以當(dāng)紡紗廠在不同溫濕度和不同的工藝情況下，生產(chǎn)不同細度、長度及不同性質(zhì)的纖維時對膠輥加工的粗糙度會有不同。

如在江蘇南通某知名企業(yè)在生產(chǎn)0.8旦G100天絲和蘭精莫代爾混11.8tex紡紗時，采用進口貝克磨床磨礪膠輥時，由于膠輥表面的粗糙度較小，成紗條干惡化、細節(jié)增加較明顯，而調(diào)整磨礪參數(shù)后，提高了膠輥的粗糙度，成紗細節(jié)顯著下降，見表3。

表3 膠輥的粗糙度對成紗質(zhì)量的影響

而在山東某知名企業(yè)生產(chǎn)純棉高支紗（緊密紡JC11.7tex）時，也分別使用貝克全自動磨床、普通磨床和高精度磨床磨礪膠輥，實測膠輥的粗糙度，進行了膠輥的粗糙度對成紗質(zhì)量影響的對比試驗，見表4。

表4 膠輥的粗糙度對成紗質(zhì)量影響的對比試驗

5生產(chǎn)不同的品種選用不同性能的膠輥

生產(chǎn)色紡紗及氨綸包芯紗時，由于纖維中還有色素和油劑，容易出現(xiàn)膠輥起鼓現(xiàn)象。而同一款膠輥由于橡膠分子中的親油基分子及添加劑不同，耐油劑性能也不同，主要表現(xiàn)為膠輥耐油的能力和耐油劑的品種不一樣。LXC-766、LXC-766a為抗油劑膠輥，能有效解決紡色紡及氨綸紗膠輥起鼓現(xiàn)象。

有些企業(yè)，車間里的溫濕度控制不良，特別是生產(chǎn)化纖品種時，膠輥纏、繞、損現(xiàn)象突出。可選用抗纏繞性能較好的D-85/90石墨硒膠輥，該膠輥即使在黃梅天高溫高濕情況下， “三抗”效果也表現(xiàn)良好。

生產(chǎn)渦流紡紗線，可選用V-73、V-78膠輥，其性能可與進口膠輥相媲美，使用壽命周期和成紗的9級紗疵水平都不差于進口膠輥，但價格遠低于進口膠輥。

生產(chǎn)對膠輥耐磨性要求較高的產(chǎn)品（如緊密紡），可選用JA-65、JA-75聚氨酯膠輥，該膠輥耐磨性能好，磨礪周期長，可有效節(jié)約膠輥房用工。

使用細紗長車的企業(yè)，常常因為不到更換周期時就出現(xiàn)一些下膠圈斷圈、壞圈等問題而苦惱，LXA-2010K超耐磨膠圈可以有效解決這一問題。該膠圈采用特殊酸處理工藝（酸液微電腦計量泵補充工藝），膠圈酸處理一致性好、耐磨性能高，在高配置紡紗設(shè)備上完全可以替代進口膠圈。

6不同工藝、不同纖維和不同牽伸型式對膠輥性能要求不同

6.1 對“緊隔距，重加壓，強控制”傳統(tǒng)工藝理念的再認識

牽伸過程的實質(zhì)就是纖維間產(chǎn)生相對位移的過程，而采取“緊隔距，重加壓，強控制”實質(zhì)上是制約了纖維的變速和位移，以前細紗機的牽伸倍數(shù)普遍較小，“緊隔距，重加壓，強控制”應(yīng)該說還是可行的，但在大牽伸工藝或者生產(chǎn)細旦纖維時，“緊隔距，重加壓，強控制”必然造成牽伸力過大，反而會造成成紗質(zhì)量的惡化。這就像說“交通工具速度越快越不安全”，這句話本身好像是挺有道理的！但高鐵比汽車快吧？飛機又比高鐵快吧？但從安全角度上講，實際情況是越快的安全性能越高，前提是看你的載體。

6.2 對“膠輥硬度越軟成紗質(zhì)量越好”的再思考

據(jù)膠輥膠圈技術(shù)教科書上介紹，膠輥硬度63-85度的范圍內(nèi)，硬度越軟則成紗質(zhì)量越好，這也成為廣大技術(shù)人員的共識。但在生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常出現(xiàn)在硬度高的膠輥成紗質(zhì)量好于硬度小的膠輥的現(xiàn)象。為什么會出現(xiàn)這種情況呢？棉紡牽伸理論認為，牽伸過程中，必須保證握持力大于牽伸力。這一對力不匹配就會出現(xiàn)粗細節(jié)，影響成紗條干。在正常條件下，低硬度高彈性膠輥的成紗質(zhì)量好主要是因為握持力的穩(wěn)定性增強的結(jié)果。一般來講，膠輥硬度越硬，橡膠分子的間隙越小，膠輥的彈性越差。

在相同的搖架壓力、牽伸倍數(shù)和紡紗條件件下，彈性越高的膠輥與紗條的接觸面積越大，紡紗過程中的粗節(jié)、細節(jié)越少，條干水平越穩(wěn)定。膠輥彈性越高，運轉(zhuǎn)過程中因彈性恢復(fù)滯后造成的能量損失越小，溫度上升越慢，對延長膠輥的使用壽命也就越有利。膠輥彈性越好，條干錠間差異也越小。但膠輥的硬度也不能太低，否則彈性恢復(fù)性能偏低，影響到握持力的穩(wěn)定性，就會導(dǎo)致條干變差。如果膠輥的彈性恢復(fù)不佳，反向包圍弧的延伸還會加劇纖維的斷裂及分離，條干就會極大的惡化，細節(jié)增加，錠差加大。同時皮輥由于過度加壓疲勞易中凹，過早損壞，如不及時回磨或更換，同樣會惡化條干。

6.3 對膠輥磨礪“光、滑、燥、爽”要求的再思考

傳統(tǒng)的膠輥膠圈技術(shù)書籍對膠輥制作的要求是“光、滑、燥、爽”，隨著磨礪設(shè)備自動化程度的提高，膠輥磨礪后表面的粗糙度也越來越高。但我們發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)純棉品種時，膠輥表面的粗糙度一般要求要低一點，而生產(chǎn)粘膠等化纖品種時，，膠輥表面的粗糙度則要適當(dāng)高一些。其原因是棉纖維之間的摩擦系數(shù)小，而化纖的纖維長度長，纖維之間的摩擦系數(shù)大，膠輥表面的粗糙度小不利于牽伸的穩(wěn)定。

 一般遵循紡純棉品種時，膠輥的粗糙度應(yīng)控制在0.5-0.7μm之間，紡混紡和化纖品種時，膠輥表面的粗糙度應(yīng)控制在0.7-1.0μm之間為宜。

6.4 膠輥涂料表面處理時涂料配比的探討

傳統(tǒng)理論認為，膠輥涂料表面處理時涂料配比越淡（不處理）成紗質(zhì)量越好，但近年來隨著大定量高效工藝的出現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)涂料比例越濃，條干越好的現(xiàn)象，而且不同品種均有。如河南永安紡織用細絨棉生產(chǎn)高支紗，經(jīng)過優(yōu)選確定涂料配比1：15筆涂一遍成紗質(zhì)量較好，而福建長樂華源生產(chǎn)50支粘膠緊密紡紗時涂料配比1：8條干較好。涂料的作用不僅是增加膠輥的抗靜電性能，同時也改變了膠輥表面的摩擦系數(shù)。涂料比例不同直接影響膠輥對纖維的握持力。表5是河南永安紡織用LXC-966A膠輥生產(chǎn)緊密紡JC11.7tex紗時，不同涂料配比時的條干CV%值對比試驗情況。

表5 不同涂料配比時條干CV%值對比試驗

 

表6、表7分別是LXC-866A、LXC-963在越南南定省裕綸紡紗廠生產(chǎn)普梳C14.7tex紗、隆安省華孚工廠生產(chǎn)B2(麻灰)C14.8tex紗時的對比試驗情況。

深入研究和試驗后不難發(fā)現(xiàn)，所有現(xiàn)象都是遵循牽伸原理的，關(guān)鍵是握持力和牽伸力的平衡問題。當(dāng)膠輥表面處理過程中的涂料配比能夠使握持力和牽伸力達到好的匹配狀態(tài)時，產(chǎn)品質(zhì)量就會比較穩(wěn)定。

7結(jié)束語

由于紡織廠的紡紗品種、紡紗工藝及紡紗型式已經(jīng)趨于多元化，對膠輥的性能會有不同要求，這就要求膠輥、膠圈技術(shù)人員及膠輥膠圈生產(chǎn)廠家要不斷優(yōu)選磨礪參數(shù)和涂料配比，深入研究膠輥、膠圈的應(yīng)用、制造和表面處理技術(shù)，探討膠輥、膠圈主要性能參數(shù)與成紗質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系，確保使膠輥、膠圈發(fā)揮出其好的工藝效能。