聚氨酯胶辊微观形貌对纺纱质量的影响

吉宜军，刘国卫 ，范正春

(1.南通双弘纺织有限公司，江苏 南通 226661；2.浙江三门中瑞聚氨酯科技有限公司，浙江 三门 317100)

•应用研究

聚氨酯胶辊微观形貌对纺纱质量的影响

吉宜军1，刘国卫2，范正春1

(1.南通双弘纺织有限公司，江苏 南通 226661；2.浙江三门中瑞聚氨酯科技有限公司，浙江 三门 317100)

为用好聚氨酯胶辊，提高成纱质量，介绍聚氨酯胶辊的材料特性、加工工艺、技术特性，对比应用不同型号、不同表面粗糙度的聚氨酯胶辊的成纱质量，分析其微观形貌对纺纱质量的影响及磨砺加工要求。指出：聚氨酯胶辊具有优良的回弹性、握持能力和耐磨性能，适纺性优，回磨周期长；其表面粗糙度Ra值越小，成纱质量越好；聚氨酯胶辊对纺纱质量提升、低碳环保、节能降耗效果突出，是性价比较高的纺纱牵伸器材。

聚氨酯；胶辊；弹性；磨砺；微观形貌；表面；成纱质量

0 引言

由于聚氨酯弹性体拥有极佳的物理力学性能，能满足纺纱牵伸胶辊材料的特性要求[1]，以及重加压、高定量、超大牵伸工艺的要求和集聚纺、集聚赛络纺、磁性纺、卡摩纺对橡胶器材耐磨性的特殊要求，是新一代节能、环保、免维护、性价比高、性能优良的牵伸器材材料。目前，聚氨酯胶辊、胶圈已经推向市场，其应用研究深受各方关注。

1 聚氨酯特性

聚氨酯弹性体材料分为聚酯型和聚醚型：聚酯型材料强力高，分子极性和分子间的力大于聚醚型；聚醚型材料的硬度、定伸强力、拉伸强度和撕裂强度等均随聚醚相对分子质量的升高而下降。聚酯型聚氨酯橡胶弹性体的硬度和定伸强力也有同样的规律性，但拉伸强度却出现相反的趋势，这主要是聚酯分子主价力较大、分子间的力较强而易结晶的缘故。聚醚型聚氨酯的耐水解性能优良，适合于硫化罐硫化制品；而聚酯型聚氨酯的耐水解性能差，只适用于注射式、浇注型模具生产。通过改性处理的聚氨酯性能得到极大改善，适用环境由-57 ℃～120 ℃提升到150 ℃以上，有效地满足了胶辊、胶圈的磨砺要求[2-3]。

2 聚氨酯胶管加工工艺

纺纱牵伸用聚氨酯胶管的加工方法分为3种：浇注型(CPU)，热塑型(TPU)和混炼型(MPU)。聚氨酯合成技术以化学反应为基础，有“一步法”和“二步法”之分。所谓一步法，是将全部原料一次性混合反应制成聚氨酯制品；二步法又称预聚法，是将低聚物多元醇和多异氰酸酯先反应生成分子量较低的预聚弹性体，然后再加入扩链剂等与预聚体反应制成聚氨酯。预聚体的制备，主要是为了降低常温下的粘度，以便在第二步反应中使预聚体组分和扩链剂的粘度与体积接近，以提高计量的精确性和流体的混合效果。一般预聚体是由低聚物多元醇，如聚酯、聚醚等与过量的二异氰酸酯反应制备而成。

3 聚氨酯胶管技术特征

纺纱牵伸用聚氨酯胶辊：具有优良的冲击弹性，握持能力强，有利于改善成纱品质；具有极佳的耐磨性能，使用中变形小，耐磨且回磨周期长(若纺织企业规范管理和维护，可为传统胶辊的3～5倍)，明显降低企业机物料消耗和吨纱成本；具有良好的耐溶性，与油剂接触时不溶胀，不起埂、不起泡、不变形；抗污染、自洁性强、不吸湿，上车基本无走熟期[4]。

当聚氨酯弹性体材料中添加抗静电剂或增加导电成分后，使其具有良好的抗缠绕性能，对温湿度变化的适应性强，与涂料相容性好，适纺性优，稳定性好，是高性价比的胶辊。重加压、高车速工艺时，纺纱用聚氨酯牵伸胶辊使用寿命比丁腈胶辊长，耐热性能与丁腈胶辊相当[5]。

纺纱牵伸用聚氨酯胶辊适纺纯棉和粘胶棉型纤维、纯化纤、毛纺及混纺差别化品种，如：竹纤维、木纤维、毛纤维、莫代尔纤维、氨纶包芯纱、环保负离子纤维、色纱等，适用于普通环锭纺、集聚纺、涡流纺和摩擦纺设备。

4 应用不同胶辊对纺纱质量的影响

聚氨酯胶辊须经磨砺后方可上车使用。目前，国内外磨砺设备存在很大的差异性，半自动磨床、自动磨床的磨砺参数、工艺、砂轮材质各不相同，使磨砺后的聚氨酯胶辊表面存在较大差异，其表面形貌和表面粗糙度的差异，对成纱质量带来不利的影响。

4.1 应用ZR-D65型聚氨酯胶辊纺纱

应用不同表面粗糙度的ZR-D65型聚氨酯胶辊纺CJ/R 50/50 14.7 tex纱的质量对比见表1，该胶辊的表面微观形貌对比如图1所示。

表1 不同表面粗糙度的ZR-D65型聚氨酯胶辊的成纱质量指标

表面粗糙度Ra/μm条干CV/%细节(-40%)细节(-50%)粗节(+35%)粗节(+50%)棉结(+140%)棉结(+200%)个·km-1毛羽指数H1.811.9847.50.5152.58.877.814.83.020.711.5037.80.693.35.980.619.82.77对比-0.48-9.7+0.1-59.2-2.9+2.8+5-0.25

a) 表面粗糙度Ra值为 1.8 μm b) 表面粗糙度Ra值为 0.7 μm

从表1和图1可知，当聚氨酯胶辊的表面粗糙度Ra值由1.8 μm 减小为0.7 μm时，胶辊表面的波峰高度降低20 μm～25 μm。从钳口快速抽取纤维过程中，胶辊与罗拉握持纤维高速牵伸，由于胶辊表面存在微观波浪形、锯齿形、褶皱、沙滩形、陨坑形的波峰与波谷，纤维在脱离胶辊的0.004 s内头端无法较好地抱合，嵌入罗拉齿底的纤维头端呈现分散状，当纤维末梢夹在胶辊表面波峰之间时，就会有单根纤维被逆向旋转的胶辊挂带，并吸附到绒辊上成为绒辊花。由于须条的抱合力较弱，挂带纤维会牵缚须条上邻近伸直的纤维而形成倒伏和紊乱，从而使常发性纱疵增加。从表1可看出，随着胶辊表面粗糙度Ra值增大，毛羽指数值恶化，可推断3 mm以上毛羽有一定的增加。

4.2 应用ZR-G63型聚氨酯胶辊纺纱

应用不同表面粗糙度的ZR-G63型聚氨酯胶辊纺CJ 9.7 tex纱质量对比见表2，该胶辊的表面微观形貌对比如图2所示。

表2不同表面粗糙度的ZR-G63型聚氨酯胶辊的成纱质量指标

表面粗糙度Ra/μm条干CV/%细节粗节棉结个·km-1毛羽指数H1.813.571229603.410.712.80218352.72对比-0.77-10-11-25-0.69

a) 表面粗糙度Ra值为 1.8 μm b) 表面粗糙度Ra值为 0.7 μm

从表2和图2可见，随着胶辊表面粗糙度Ra值的减小，整体成纱质量指标得到很大改善，成纱品质提升。

4.3 聚氨酯胶辊与传统胶辊成纱质量对比

传统胶辊表面有不规则的波峰、波谷，使纤维在高速牵伸过程中所受的牵伸力与握持力、引导力和控制力处于不稳定状态，纤维无法合理有效地抱合，纱线表面的游离纤维被挂带成绒辊花，导致纱线毛羽增加。当波峰磨损或倒伏后，胶辊表面很快会中凹或起槽导致使用寿命缩短，影响纱线锭间差异CVb值。传统胶辊为橡塑混炼，其回弹性一般为20%～30%，胶辊的阿克隆磨耗较大，如果车间温湿度波动较大，细纱断头率较高且处理不及时，将会导致胶辊损伤、起槽较为严重，影响纱线质量。

应用ZR-D65型聚氨酯胶辊与传统65型胶辊生产C 14.6 tex磁性纺的成纱质量对比见表3，二者的表面微观形貌对比如图3所示。

从表3和图3可见，传统胶辊表面波峰宽度大于100 μm，对含有大量16 mm以下短纤维的普梳集聚纺须条，在纤维脱离胶辊表面时产生挂带，纤维抱合力受到较大削弱，加捻卷绕成形后很多纤维头端和尾端暴露在纱体外，导致成纱条干恶化。而聚氨酯胶辊表面光滑，其冲击弹性优于传统胶辊，握持力较好，分散度均匀，这些都对改善成纱质量起到决定性作用。

表3 聚氨酯胶辊与传统胶辊的成纱质量指标

胶辊型号条干CV/%细节粗节棉结个·km-1毛羽指数H传统6513.24436743.84ZR-D6511.61211472.48对比-1.63-2-25-27-1.36

a) 传统65型 b) ZR-D65型图3 两种胶辊表面微观形貌对比(100×)

5 聚氨酯胶辊的磨砺

为保证同台胶辊直径的一致性及适宜的表面粗糙度，应对胶辊进行磨砺，磨砺质量直接影响聚氨酯胶辊的使用效果。粗磨一般选用粒度为40号～60号的大气孔砂轮，精磨选用80号大气孔砂轮，磨削量控制为0.10 mm～0.15 mm。

磨砺聚氨酯胶辊时，砂轮、车头转速宜偏高掌握。以FM-5型磨床为例，车头转速应为磨砺传统胶辊时的1.5倍，砂轮转速为2600 r/min(磨砺传统胶辊时为1900 r/min)，拖板移动速度降低50%以上，往复1次约1 min；或者按传统胶辊磨砺工艺往复3次(比传统胶辊多磨砺1次往复)。磨砺后的聚氨酯胶辊手感细腻、滑爽,表面粗糙度Ra值偏小掌握，一般控制为约0.5 μm。

早期磨砺聚氨酯胶辊时，胶屑易粘附罗拉、砂轮和胶辊，需随时用压缩空气清洁罗拉和砂轮表面，影响磨砺质量和磨砺效率；改进型聚氨酯胶辊不存在这样的问题，磨砺性能已接近传统胶辊。

根据聚氨酯胶辊硬度与所纺品种，确定双组分涂料比例。纺纯棉，最好用紫外线光照处理；也可用双组分涂料微处理，A∶B为1∶20以上，笔涂或板涂；纺化纤及混纺品种，用A∶B为1∶(5～8)的双组分涂料，笔涂两遍。

6 结语

聚氨酯胶辊具有优良的回弹性、握持能力和耐磨性能，回磨周期长，成纱质量好，能降低纺织企业的机物料消耗和吨纱成本；添加抗静电剂或增加导电成分后，抗缠绕性能好，温湿度变化适应性强，适纺性优良，稳定性好；重加压、高车速工艺时，使用寿命比丁腈胶辊长，耐热性能与丁腈胶辊相当；聚氨酯胶辊表面磨砺后形貌细腻，利于成纱质量的提高。聚氨酯胶辊是性价比较高的牵伸器材，该产品在质量提升、低碳环保、节能降耗方面效果突出，为纺织技术的进步与产业升级产生深远意义。

[1] 欧怀林.聚氨酯细纱胶辊的纺纱实践[J].纺织器材，2014，41(6):31-33.

[2] 吕万良.聚氨酯涂漆辊配方与用浇注机生产低硬度浇注型聚氨酯胶辊工艺[J].山东化工，2015,44(15):148-149.

[3] 孟庆杰.聚氨酯胶辊破技术瓶颈[J].纺织机械，2016(8)：74.

[4] 余桂林.聚氨酯胶辊的特性与应用[J].棉纺织技术，2012，40(11)：1-5．

[5] 唐文辉.胶辊胶圈的技术进步与发展[C]//“五爱·潜阳杯”2014’纺织器材制造﹑应用及新技术交流研讨会论文集.咸阳：全国纺织器材科技信息中心，2014：87-100.

InfluenceofMicro-morphologyofPolyurethaneRubberRolleronSpinningQuality

JI Yijun1,LIU Guowei2,FAN Zhengchun1

(1.Nantong Shuanghong Textile Co.,Ltd.,Nantong 226661,China; 2.Zhejiang Sanmen Sino-Swiss Polyurethane Technology Co.,Ltd.,Sanmen 317100,China)

To make good use of polyurethane rubber roller for better yarn quality,introduction is made to the material properties,processing technology,technical characteristics of polyurethane rubber roller,application and contrast of different types in spinning quality with different surface roughness of polyurethane rubber roller.Analysis is done to its micro-morphology effect on the spinning quality and grinding processing requirements.It is pointed out that polyurethane roller is of excellent resilience,good holding capacity and wear-resistance,excellent spinability,and long grinding cycle;the smaller the surface roughnessRa value,the better the yarn quality;polyurethane rollers excellent in yarn quality improvement,low carbon environmental protection,and energy saving effect,the price-performance ratio is competitive.

polyurethane;cot;elasticity;grinding;micro-morphology;surface;spinning quality

TS103.82+3

B

1001-9634(2017)06-0032-03

2017-03-12

吉宜军(1966—)，男，江苏海安人，高级工程师，主要从事纺纱技术、产品开发和生产管理方面的研究。

时间：2017-08-31 17:57

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

20170831.1757.020.html