YY-J68型无差异化纺纱牵伸胶辊的研制与应用
2022-10-15黄顺道丁飞霞王效安
黄顺道,丁飞霞,王效安
(1.无锡宇一精工科技有限公司,江苏 无锡 214112;2.江苏宝利来斯橡胶有限公司,江苏 镇江 212002;3.无锡经纬纺织科技试验有限公司,江苏 无锡 214092)
0 引言
近几年,棉纺行业飞速发展,但不少棉纺织企业面临产品附加值低、同质化现象严重、传统型产品占主导、市场竞争力偏弱等问题,只有提高产品开发能力、实现品种多元化,才能长远发展。对此,部分纺纱企业朝着小批量、差异化、多品种方向发力,以快速适应市场。满足纺纱企业快节奏品种更换以及降低消耗、节省成本的需求,成为胶辊、胶圈制造企业迫切需要解决的问题,YY-J68型无差异化纺纱牵伸胶辊应运而生。
1 研制要点
1.1 主体材料
丁腈橡胶分子链结构含有的氰基(-CN)是一种强极性且易于水解的基团,在光电子能谱中发现丁腈橡胶磨损表面有酰胺基团(-CONH2)和羧酸基团(-COOH),这是因为在100 ℃~200 ℃环境条件下或经过较长时间,氰基基团很容易水解成酰胺基团。水解产物脱落,会使材料产生磨损[1-2]。
胶辊在摩擦或磨损时产生的自由基,能与空气中的氧气发生氧化降解反应。在纺纱过程中,由于胶辊发生多次滞后压缩变形,进而形成热累积,至一定温度时易造成热降解反应,同时也为氧化反应储存了更多能量;纺纱过程中胶辊表面层处在摇架与罗拉的应力场中,在接触点处很小体积内的分子链受较大的应力,当应力达到一定值时,分子中共价键的键角、键长形变增大,变为活化状态,降低化学反应的活化能,使胶辊交联结构中的S-S交联键易断裂并氧化。
胶辊表面层的氧化降解和热降解反应,降低了拉伸强度,加速了磨损,故在配方设计中需弥补丁腈橡胶使用过程中的不足。YY-J68型胶辊配方设计中加入碱铜络合物+甘油+聚乙烯醇微胶囊改性丁腈橡胶,增加胶料的热稳定性及硫化胶的模量,提高胶辊的耐摩擦、耐磨损性能。
1.2 补强剂
YY-J68型胶辊采用白炭黑作为补强剂。由于白炭黑比表面积大,易发生二次聚集,在环境中易吸收水分,其中的羟基与水易产生很强的氢键,进一步提高了白炭黑颗粒间的凝集力,造成白炭黑混炼与分散困难。配方中白炭黑多量配合时,易生成凝胶,使胶料硬化,混炼生热大。为了保证胶料良好的分散性能,要求混炼开始时保持高的剪切力,既使填料中聚集粒子尽可能被打开,又不使分子链产生过多的降解。YY-J68型胶辊在配方设计时,加入了一定量的助剂提高胶料的分散性能,促使其短时间内分散均匀,确保胶料混炼后性能一致。
1.3 抗老化和耐疲劳结构剂
纺纱胶辊在运行过程中承受每分钟上百次的周期性形变,因内摩擦产生力学损耗,且胶辊与罗拉、纱线之间的摩擦生热,使其表面温度随运转时间延长而迅速上升,材料强度随温度的上升而下降,加速了胶辊的热氧老化和臭氧老化,缩短了胶辊的使用寿命。其实质是疲劳过程中力化学反应导致的疲劳破坏,按分子论的观点,由于胶辊中存在一定量交联结构,在纺纱过程中,胶辊中的交联网络承受不断叠加的应力,因网络具有不一致性,故承受的作用力无法均匀分布,会因应力集中而产生某些网链的断裂。网链断裂一般发生在弱键部位,导致微观损伤。随着温度不断升高,活化了氧化反应与臭氧化反应,加速微观损伤恶化为裂纹;若网链断裂在裂纹端部,随着使用时间延长,裂纹不断加大。
动态疲劳中,胶辊的形变幅度和频率对疲劳寿命有较大的影响。随着形变幅度增大,力化学反应的活化能降低,氧化反应容易进行,胶辊疲劳寿命降低。在低频率变形下,胶辊的温升通过热传递与环境温度达到热平衡;而在高频率变形时,胶辊作为不良导热体,其内部的温升无法及时散逸,热量的累积会加快热老化和热降解的速度,从而降低胶辊的寿命。因此,在YY-J68型胶辊的配方设计中,优选添加了一种既能防臭氧老化,又能抗疲劳的橡胶结构剂,使该胶辊具有良好的抗拉伸性能及耐疲劳性能。
2 生产工艺设计
在设计胶辊配方时,应综合考虑纺纱胶辊的使用寿命和成纱条干质量。因此,既要求胶辊伸长率、弹性、抗压强度、模量、脆性等基本不变,又要求胶辊的冲击强度、永久变形等不被破坏。二者缺一,就会影响胶辊的使用性能和寿命,这也是胶辊与其他橡胶制品的区别之处。
胶辊生产工艺优选,旨在使增塑材料最大限度的接近平衡状态,尽可能避免在使用条件改变时制品性能随时间而发生显著变化。在胶料生产中,定量的确定分散程度以及控制混炼过程中的时间和温度,对纺纱牵伸胶辊质量非常重要。
优选后YY-J68型胶辊的生产工艺流程:密炼机混炼→回炼→压出→成型→硫化→磨砺→检验→包装→入库。
3 试验及应用
3.1 抗拉试验
针对胶辊在无差异化纺纱品种上存在起槽、不耐磨的问题,将YY-J68型胶辊与3种常用胶辊进行抗拉性能对比试验,结果见表1和图1。表2为YY-J68型胶辊及2种常用胶辊的上车损坏率对比。
表1 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊抗拉性能对比
图1 不同胶辊抗拉试验后表观形貌对比
分析表1、表2及图1,发现YY-J68型胶辊的抗拉性能好、成纱条干好且上车损坏率较低。其中,56号车的上车损坏率仅为0.3%,211号车的上车损坏率仅为0.2%,这说明YY-J68型胶辊使用寿命长,能减少消耗、提升产能。
表2 YY-J68型胶辊与2种常用胶辊上车损坏率对比
3.2 应用实践
3.2.1 纺莫代尔11.66 tex纱和9.72 tex纱
表3为YY-J68型胶辊与国产L型胶辊,在56号机台上纺制M-1/M-5 60/40 11.66 tex SK(G2)11.66 tex针织纱的成纱质量对比。
表3 YY-J68型胶辊与国产L型胶辊纺莫代尔11.66 tex针织纱成纱质量对比
由表3可知,与国产L型胶辊相比,应用YY-J68型胶辊纺纱的CV值最大降低了0.32个百分点,CVb值最大降低了0.4个百分点,-35%细节最多下降50%,+50%粗节最多下降75%,+200%棉结最多下降40%,成纱质量得到改善。
表4为YY-J68型胶辊与常规胶辊,在212号机台上纺莫代尔9.72 tex针织纱的成纱质量对比。
由表4可知,与常规胶辊相比,应用YY-J68型胶辊纺莫代尔9.72 tex针织纱,CV值最大降低了0.83个百分点,-30%细节最多下降了78%,+35%粗节最多下降了60%,+50%粗节最多下降了80%,+200%棉结降低了46%;这说明通过采用YY-J68型胶辊纺纱,成纱质量得到改善。
表4 YY-J68型胶辊与常规胶辊纺莫代尔9.72 tex针织纱的成纱质量对比
3.2.2 纺LC 14.58 tex纱
在车速为200 m/min情况下,YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺LC 14.58 tex纱的成纱质量对比见表5。
由表5可知,与其他3种常用胶辊相比,应用YY-J68型胶辊纺LC 14.58 tex纱,CVm值、平均差不匀率、细节、粗节、+280%棉结指标都得到了明显改善。
表5 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺LC 14.58 tex纱的成纱质量对比
3.2.3 纺C/T 55/45 13.06 tex纱
表6为YY-J68型胶辊与其他3种胶辊使用马克隆值为4.1的棉纤维和线密度为1.33 dtex的涤纶纤维纺C/T 55/45 13.06 tex纱的成纱质量对比。
由表6可知,与其他3种胶辊相比,应用YY-J68型胶辊纺C/T 55/45 13.06 tex纱,CVm值、平均差不匀率、-50%细节、+50%粗节、+200%棉结指标明显改善。
表6 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺C/T 55/45 13.06 tex纱的成纱质量对比
分析发现,YY-J68型双层铝衬管胶辊套制后,抱合力强,使用时不会产生胶辊位移、脱壳问题,用乌斯特条干仪检测未发现有机械波存在;且该胶辊抗静电效果好,适纺性强,抗缠绕、抗拉性能好,耐油、耐老化,在使用中纵向摩擦力界分布均匀,成纱质量良好。
4 注意事项
4.1 套制
套制前检查胶辊轴承质量,须剔除不良轴承,清洁轴承表面后,采用立式气动套胶辊机进行套制。套制时要保证轴承芯壳、压套机的压杆轴与胶管同轴,使套胶辊机的压套压力同时作用在胶辊或铝衬管上,保证1次压套到位;双层胶辊套制后需压圆1次,粗磨后再压圆1次,确保胶辊内部应力分布均匀,否则会影响成纱质量。
4.2 磨砺及表面处理
磨砺应分为粗磨和精磨2部分。粗磨时,移动胶辊在砂轮上磨砺至设定厚度;精磨时,让砂轮充分磨砺胶辊外层表面,建议磨2~3个往复,每次磨砺量不小于0.15 mm。
应保持砂轮表面清洁和锋利。粗磨采用46号大气孔砂轮,自动走刀3个往复;若用变频专用磨床白刚玉砂轮磨胶辊,自动走刀2个往复,保证胶辊磨砺表面光洁、细腻,目视胶辊表面不发亮以保证胶辊表面具有合适的摩擦因数。
磨砺后用压缩空气清洁胶辊表面,用白布遮光存放,并尽快用涂料处理胶辊表面(用RC涂料处理时,采用笔涂的方法先稀后浓);勿用水或任何化学试剂处理胶辊表面,尤其是酸处理会破坏橡胶质量,加速老化。
4.3 存放与使用维护
YY-J68型胶辊适纺纯棉、混纺(涤/棉)纱,邵尔A硬度为(68±2)度,在使用和储存时需避免高温、高湿或阳光、紫外线照射,最好保存于暗室。
胶辊间的环境条件应与纺纱车间保持一致。胶辊上车前应保证其表面清洁,并在车间放置24 h平衡温度,或放在烘房内进行预热,防止冷胶辊上车缠绕纤维;上车后需经常检查摇架加压的稳定性,根据纺纱工艺的要求,合理控制摇架压力,延长胶辊的使用寿命。
重视对胶辊的日常维护及保养:① 结合平、揩车计划,对胶辊表面进行清洗及检测,保证胶辊表面油污、棉蜡等及时被揩清;② 根据纺纱品种,制定胶辊回磨计划。
5 结语
YY-J68型胶辊具有优良的弹性、抗拉性及抗缠绕性,表面细腻光滑、压缩变形小,抗静电、耐磨、耐老化、适纺性强,成纱条干好等,适纺纯棉、混纺(涤/棉)纱,适用于无差异化纺纱,能节约纺纱成本、降低消耗、提高经济效益,使用范围较广,具有广阔的发展空间。