无纺布挤干辊及真空挤干机在金属板、带、箔生产中的应用

张 峰

（咸阳大田机械有限责任公司，陕西 咸阳 712000）

1 背景分析

目前，随着现代化工业的发展，对钢铁、铜、铝等合金的板、带、箔产品的需求越来越大，表面质量要求也越来越高，要求具备光亮、平整等优良的表面质量，以满足后续的电镀、焊接、冲压等二次加工的严格技术要求[1]。长期以来，金属板带生产中的清洗、挤干等工序使用的辊子都是采用钢辊包胶工艺制造而成的[2]，在实际使用中发现存在很多问题，主要有以下几个方面。

1.1 胶辊挤干效果差

由于胶辊本身不具有吸附性能，仅是靠挤压的作用来“推赶”液体[3]。在使用过程往往挤不干净，对产品质量的影响很大[1]。对于冷轧工序，会因轧制油除不干净，轧硬板表面残余油污铁粉很多，给后续的碱洗脱脂造成困难[4]；对于碱洗工序，会因碱液挤不干而造成碱渍残留，造成后续的镀锌漏镀缺陷或退火板表面斑点缺陷[5]；对于酸洗工序，会因酸液挤不干，造成酸洗板的过酸洗缺陷。对于漂洗、平整工序，会因漂洗水、平整液挤不干净，不得不增加边部喷嘴吹扫水分，或延长烘干设备的长度，尽管如此还是不能完全去除边部水分，给下道的退火、钝化等工序带来影响[6]。

1.2 胶辊耐腐蚀性差

研究和实践均表明，现有常用的耐酸耐碱性橡胶，包括氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯（海伯伦），仅限于在盐酸浓度低于10%的环境条件下使用，且寿命相对较短[6]。唯有三元乙丙胶可以在盐酸浓度略高于10%的环境条件下使用，寿命略长[6]，但对于连续生产来说，换辊带来的停机对生产线的正常运行还是有很大的影响。

1.3 胶辊寿命很短

由于橡胶在酸碱液体环境中固有的易老化的特性，橡胶辊的寿命极其短暂。而且，胶辊表面硬度非常难以控制，如果硬度低了，则胶辊的耐磨性能不好，使用寿命低；如果硬度高了，则胶辊在工作中变形量小，与板带接触不紧密，挤干效果更不好。据了解在酸洗线上部分企业的胶辊只能用十天，最多只能用两周。这样频繁的换辊除了大幅增加成本之外，对现代化的大生产而言，更严重的耽误的是宝贵的生产时间，影响了生产效率。

1.4 胶辊易造成带钢的划伤

由于胶辊与板带之间的摩擦系数较低，胶辊作为被动辊，在生产线的加速、减速等过程中，不能做到与板带完全同步运行，而板带表面残留金属粉末是不可避免的，因此在细微滑动时会将板带表面的金属粉末粘附在胶辊的表面，由于胶辊表面硬度较高，造成板带的划伤在所难免。

1.5 胶辊对生产线运行带来影响

胶辊由于表面光滑摩擦系数低，容易造成板带打滑跑偏，给生产线的正常运行带来影响。

综上所述，胶辊存在许多不足，胶辊进行更新换代非常必要。经我们考察发现，近年来，欧美等发达国家在金属板带酸洗、涂镀、清洗生产过程中已经全面采用无纺布辊代替了传统的胶辊，大大提高了产品质量及工作效率。但是由于国外技术的垄断，国内在此方面的推广应用受到很大的制约。为此，我们对无纺布辊的制造和应用技术进行了深入的研究，研制出了具有自主知识产权的无纺布挤干辊，一举打破了国外技术垄断的局面，在钢板带、铜板、铝板带等领域得到了广泛的应用，为企业和客户创造了显著的经济效益。

2 无纺布挤干辊的结构与特点

2.1 无纺布挤干辊的结构

无纺布挤干辊的结构类似于目前广泛使用的叠片式刷洗辊，其内部是钢质辊芯，材料的选择也与一般的刷洗辊大体相同。所不同的是，在钢质辊芯外部套的是一片片无纺布碟片，而不是刷毛制造的碟片。无纺布碟片又是由一层层无纺布叠起来制造而成，无纺布挤干辊制造时，先将无纺布剪切成圆环形的布片，若干层布片组成一个碟片，然后将若干个碟片套在钢质辊芯上，挤压紧密，边部安装压紧金属环，再对辊面进行粗加工、经加工到规定的粗糙度，即可制成无纺布挤干辊。非织造布碟片如图1所示，无纺布挤干辊结构如图2所示。

图1 无纺布碟片

图2 无纺布挤干辊的结构

2.2 辊用无纺布的结构

无纺布是将纺织长纤或短纤经过定向或随机排列形成纤维网，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成的一种布状物，它不同于传统的纺织物，没有经过纺纱和织造，材料内部没有纱线存在，而是以单纤维的形式存在。因此，无纺布孔隙率高、孔径大小和分布可以进行调整，吸水、排水效果好。辊用无纺布是一种特殊的无纺布，它一般由干法成网针刺非织造布经过化学粘合整理后形成，其内部结构如图3所示，从图3中可以看出，内部纤维是随机均匀分布的，部分纤维之间存在孔隙哦，形成了多孔的三维网状结构。

图3 辊用无纺布内部结构图

2.3 辊用无纺布的特点

相比传统的胶辊，无纺布挤干辊具有一系列优点：

（1）硬度可调，挤干效果非常好。由于无纺布本身非常柔软，可以吸湿，根据不同的液体制成不同的硬度，制成的辊子在生产线使用时，只要轻轻施加压力，自身就可以产生变形，而与板形不良的钢带紧密结合，包括在钢带端部，上下辊子可以紧密接触，不留下任何空隙，从而将钢带表面的液体一挤而干，这是胶辊所无法比拟的。

（2）多孔的结构，既能挤干、还能吸水。无纺布与橡胶有根本性不同还有，这种多空性的结构使得辊子弹性非常好，在一定压力下，使辊子在工作时，即使板形不良也始终与板面紧密结合，挤去板带表面原有大量的液体；同时，在挤干大量的水分以后，无纺布内部海绵状的多孔结构，能够吸干残余的很薄的液体薄膜，使得作用后板带表面的液体非常之少，这对于下道工序非常重要，而胶辊很难做到这些的。

（3）不但能够吸水，还能吸铝粉，避免了板面的划伤。因为胶辊表面积聚金属粉等异物造成板带表面划伤，是常见而又很难解决的问题。无纺布辊的海绵状的多孔结构，使得金属板带表面的铝粉能够吸收进其内部，再加上无纺布辊工作时压力很低，就减轻了铁粉对带钢的作用，避免了板带表面的划伤；另外，无纺布也可以将吸入的铁粉在挤水时再挤出来，即使挤不干净，当吸附饱和时，也可以很方便地通过维修修磨去除，从而避免给带钢造成划伤。这同样是生产优质产品不可缺少的基本保障条件。

（4）高的耐酸碱性，高的摩擦系数，磨损小。橡胶辊单边橡胶厚度一般在20mm左右，而无纺布辊的单边布的厚度则在50mm左右，显然占有很大的优势；通过纤维的选择和粘合剂的合理配置，可以制备出具有高的耐酸耐碱性能的辊用无纺布，在酸或碱性介质环境中不易老化，性能失效甚微；无纺布辊与带钢有非常高的摩擦力，摩擦系数是胶辊的20多倍，不易发生打滑现象，磨损也非常小；此外，辊子使用过程中有可能会被带钢划伤，但无纺布外层在一定温度、湿度和压力下，被割伤部位能够自愈合，也可以经过修磨后使用；即使在板带边部等处划伤、磨损严重，由于无纺布挤干辊是一节一节组成的，可以仅仅将划伤、磨损了的那几节进行更换，而不要整体更换。国内外实践证明，无纺布辊的寿命根据使用环境的液体不同为橡胶辊的50-100倍。

3 无纺布挤干辊的工作原理及应用

3.1 无纺布挤干辊的工作原理

采用无纺布制造的挤干辊在工作原理上与传统的胶辊相比有了根本性的突破。工作时，通过内部的钢质辊芯给挤干辊略施压力，在压力下辊体与带钢接触的部分，由于无纺布的弹性作用体积缩小，故在下列三个方面有胶辊无法达到的效果：

（1）与带材钢表面接触面积大，即使板带材板形不良也能与之紧密接触，所以能够大幅度提高带材表面液体的挤干效果，这说明无纺布挤干辊具有胶辊达不到的“挤干”作用；

（2）在带材的边部，即使有一定的厚度，由于无纺布的弹性变形，上下挤干辊超出带材宽度的辊体仍然能够相互接触，基本没有空隙，能够有效防止液体从上下挤干辊的空隙中流出，边部的挤干也非常好，这说明无纺布挤干辊具有胶辊达不到的“防漏”作用；

（3）无纺布挤干辊工作原理如图4所示。当辊体转动时，接触带材的部分辊体无纺布被压缩，内部原舒展的孔隙缩小，挤出内部的液体和金属粉末；通过最低点以后，这部分无纺布开始回弹，内部缩小的空隙重新恢复舒展状态，形成真空，板带表面残余的少量的液体迅速被吸入辊体；继续转动，这部分辊体再次进入与带钢接触的区域，再次受到挤压，挤出内部吸进的液体和铁粉，这样的一边吸、一边挤，就能够有效得将经过挤干后带钢表面残余的很少的水分也吸得干干净净，这说明无纺布挤干辊具有胶辊根本不具备的进一步“吸水”和“吸金属粉末”作用。

图4 无纺布挤干辊工作原理

3.2 无纺布挤干辊的性能

为了满足各种生产线挤干工序的要求，在无纺布挤干辊生产过程中，对无纺布性能进行了改良，使其达到了理想的性能。

（1）摩擦系数，无纺布挤干辊与带钢的摩擦系数与胶辊的对比见表1。

表1 无纺布挤干辊与带钢的摩擦系数与胶辊的对比

高的摩擦系数，能够提供足够的摩擦力，可有效防止打滑造成卷材表面二次划伤等缺陷。

（2）燃点和熔点，辊用无纺布的燃点和熔点大于250℃，在环境温度160℃以下可长期使用，完全满足镀锌、连退、酸洗等生产线的需要；

（3）耐酸碱性，经过大量的试验，普通型的无纺布挤干辊可以在氢离子浓度1.4mol/L介质（5%的盐酸）中使用，可完全满足镀锌、连退等生产线的需要；通过纤维的选择和粘合剂的合理配置，可以制备出具有高的耐酸耐碱性能的辊用无纺布，在酸或碱性介质环境中不易老化，性能失效甚微，改进后的耐酸型无纺布挤干辊可以在氢离子浓度9mol/L酸性介质（30%的盐酸）中使用，完全满足酸洗生产线的需要。也可以在一些浓度较高的碱液环境下使用。

3.3 无纺布辊的应用

无纺布挤干辊以其卓越的挤干效果及其耐用性和耐酸碱性，一经问世便受到了业界的欢迎。以金田铜业为例：过去用胶辊挤轧机油残余油量在1000mg/㎡以上，用无纺布挤干辊后残余油量则低于500mg/㎡。广东乳源铝箔、河南科源电子等单位过去使用脱脂生产线碱液挤不干净，换成无纺布挤干辊后彻底解决了这一问题，而且辊子的寿命已经用了四年以上，仍在使用。

3.4 虹吸式真空挤干机

为了进一步发挥无纺布辊的作用，我们研制出了发明专利（专利号ZL201310470808.1）产品真空虹吸式挤干机。该机采用无纺布真空辊组成的全新真空系统及排屑系统。该机利用真空系统抽走金属板带上的轧机油等液体的同时，排屑系统可快速的排掉嵌入真空辊内部的金属粉末，避免了带材划伤，更节能环保，并填补了国内外这一领域的空白。

（1）板带除油的应用（如下图所示）

图5 真空虹吸式挤干机

金属板带除油机在宁波金田等多家板带厂家使用，将原来的残余油量降到了100mg/㎡之内，而且根除了板面划伤的问题。有些厂家为解决轧机除油问题，也采用热风吹扫的方式。不但耗能而且吹扫产生的油雾污染环境，除油效果还不理想。引入真空除油之后这一问答题得到了解决，其对比数据如下：

图6 真空虹吸式出邮件与空压机吹扫除油效果比对表

（2）锂电铝箔除油

锂电铝箔生产过程中轧机油用来润滑、冷却、清洗以保证锂电铝箔的质量，是不可或缺的。为此我们将传统的挤干用胶辊换成无纺布真空辊及配套的真空及排屑系统。如图所示：

图7 真空辊配套图

锂电铝箔除油系统经洛阳优箔使用成功之后，受到了锂电铝箔行业广泛关注，已先后为全球最大的锂电铝箔生产厂家——鼎胜新材料及华北铝业装机使用，情况良好。

（3）无纺布辊及真空挤干系统应用案例，见下表。

表2 无纺布辊及真空挤干系统应用案例表

4 结论

（1）目前在轧制、清洗等生产线广泛使用的胶辊存在挤干效果不好、腐蚀性差、使用寿命短、易造成板带的划伤等问题，对胶辊进行换代性的改进非常迫切；

（2）新型无纺布挤干辊具有硬度低、挤干效果好，多孔结构既能挤、还能吸；并具有高的耐酸碱性，使用寿命长，高的摩擦系数，可避免板面的划伤，是理想的橡胶换代型替代品；

（3）无纺布挤干辊与板带表面接触面积大具有好的“挤干”作用，弹性变形量大具有好的“防漏”作用，特别是内部存在大量空隙具有独特的“吸水”和“吸金属粉末”作用；

（4）到目前为止，全国已经有多家国有和民营企业正在应用无纺布挤干辊，事实证明无纺布挤干辊完全可以全面取代现有的胶辊，在使用效果方面比胶辊寿命更长、质量更好、成本更低。