WRC-MF65型纺纱用牵伸胶辊的研制与应用

赵德平，王　玉，朱春龙

(无锡二橡胶股份有限公司,江苏 无锡　214193)



•生产实践

WRC-MF65型纺纱用牵伸胶辊的研制与应用

赵德平，王玉，朱春龙

(无锡二橡胶股份有限公司,江苏 无锡214193)

摘要：为满足现代纺制中细号精梳棉纱的工艺要求，通过分析棉纤维性能、纺纱工艺要点及其纺纱过程中棉纤维的静电、粘附特征，胶辊磨损形式及其走熟期、后效应形成机理，研制成功WRC-MF65型纺纱牵伸胶辊用胶管。生产应用表明：WRC-MF65型胶辊不仅耐磨损、抗静电、抗缠绕，利于改善中凹、变形，而且成纱质量优、锭间差异小、粗细节少，纺中细号纱的优势明显，完全可以替代进口产品。

关键词：WRC-MF65型；胶辊；胶管；中细号精梳棉纱；静电；粘附；缠绕；磨损；变形；后效应

0引言

棉纤维是天然纤维，具有以下特点。

a)吸湿性强：棉纤维具有较好的吸湿性，其含水率可达到8%～10%；当其接触人的皮肤时使人感到柔软、舒适。而当棉布湿度增大，周围温度升高时则纤维中含的水分会逐渐被蒸发，使织物含水率保持平衡状态。

b)保湿性佳：棉纤维具有多孔性、弹性高的优点，纤维之间能积存大量空气，也是热和电的不良导体，使纯棉纤维纺织品具有良好的保湿、保暖性。

c)耐热性能良：纯棉纺织品耐热性能良好，在温度110 ℃以下时，只会引起织物上水分蒸发而不会损伤纤维，使纯棉织物适应洗涤印染后加工。

d)耐碱性强：棉纤维对碱的抵抗能力较强，纤维在碱溶液中不被破坏，从而利于纯棉织物进行染色、印花等后整理工艺，以开发更多棉织新品种。

e)天然卫生：棉纤维主要成分是纤维素，仅有少量的蜡质、含氮物、果胶，纯棉织物经多种应用的实践，对人体无任何刺激和副作用。

鉴于以上优点，人们更加崇尚自然、环保和舒适，回归纯棉时代已成为当今的时尚潮流。研制WRC-MF65型纺纱胶辊用胶管就是顺应这种发展趋势，以适应现代纺纱工艺纺制纯棉纱，其特点是适用集聚纺纺制中细号精梳棉纱，且胶辊表面可免处理或紫外线光照处理。

1胶管的研制

1.1静电特征

原棉纤维与胶辊及罗拉摩擦产生的静电量远少于化学纤维，因其含水率较高而使静电散逸较快；但原棉纤维长度参差不齐、质地细而轻，对静电感应敏感，受到外力易从纤维束中游离出来。

在静电电位序列表中，钢铁、丁腈橡胶占中心位置，白呢、原棉纤维列于左侧，腈纶、涤纶列于右侧。当两种材料的物体相摩擦时，则位于左侧的材料带正电，位于右侧的材料带负电。在胶辊纺纱过程中，推理棉纤维带正电荷，白呢绒辊同样带正电荷，同种电荷相斥有利于减少绒辊花；如果是静电植腈纶绒辊则带负电荷，和棉纤维带异种电荷相吸引，将增加绒辊花产生，导致有效纤维减重。

精梳棉纺纱静电防护，首先要通过控制温湿度以改善工艺条件，选用铝衬管胶辊，清洁绒辊包覆带以白呢、丁腈橡胶发泡类材料为佳，胶管配方体系组份关键是最大限度减少纤维和胶辊表面摩擦产生的静电量，其次是提高胶料表面导电性。

1.2粘附特征

棉纤维中含有果胶、油脂和蜡。果胶含有单糖碳水化合物，呈粘状物，在一定温湿度下与胶辊表面接触形成溶解状态污垢；油脂是高级脂肪酸的甘油酯，植物油脂熔点较低；蜡主要成分是由高级饱和脂肪酸和高级一元醇组成的酯，它们在一定温度下与胶辊表面接触熔融形成覆盖膜状污垢。

在温湿度波动变化下，棉纤维中的棉糖、棉蜡混合物粘附在胶辊表面的形态有所不同，高温高湿条件下易形成溶解、熔融状粘性膜，随着量的积聚，绕花、断头增加；当温度下降到一定程度则硬化成覆盖膜，恶化条干，发生纱疵质量事故。

当生产环境相对湿度较高时，空气中的水分容易受温度波动的影响，在胶辊表面凝聚形成水雾，而水雾微小的液滴产生液桥，由液桥产生的作用力增强了纤维对胶辊表面的吸附力，这种问题在开冷车时较为明显。随着胶辊表面因纤维摩擦升温与周围环境达到平衡，使水雾逐渐消失，纺纱趋于正常。

1.2.1机械波成因

新型集聚纺纱技术以其“减小加捻三角区、负压吸风槽集聚”功能使所纺纱线结构紧密、外观光洁、毛羽少、单纱强度增大，改善了纺纱的抗绕性，减少断头率，提高了纱线可纺性。若片面追求成纱条干(选用胶辊硬度过低、表面摩擦因数太大)、过量使用棉糖、棉蜡含量高的原棉以降低成本，则胶辊表面易积聚过量棉糖、棉蜡熔融形成的粘性覆盖膜，促使摩擦因数变大，发展到一定程度其粘附力将破坏纱条在正常牵伸过程中纤维的有序排列分布，造成有规律的机械波，继续发展下去甚至产生谐波。

1.2.2波谱图实例分析

邵尔A硬度为65度的细纱牵伸免处理胶辊，紫外线光照90 s，磨砺上车直径为32 mm，集聚纺纺制14.58 tex精梳棉纱，10个样纱实例波谱图分析见图1、图2。

1.2.2.1现象：新胶辊上车纺纱15 d后，在波谱图中波长靠近10 cm对应处出现机械波(主波)，相对高度大于该处正常波幅的1/2，形成严重纱疵，再过约7 d即产生谱波(次波)。

1.2.2.2初步判断：波谱图中波长与胶辊周长(3.2×π=10.048 cm)基本吻合处，重复出现有规律的机械波，是胶辊缺陷造成的机械波。

1.2.2.3排查：① 从外观看，胶辊无破损、缺胶，胶管与铝衬管结合良好、无脱胶，铝衬管内径与套制均正常。② 从物理性能看，胶辊硬度正常，无中凹，表面粗糙度正常。

1.2.2.4表面辅助处理：胶辊经紫外线光照90 s，生产质量指标符合规定；紫外线光照延长至120 s，条干CV值超标。

1.2.2.5胶辊表面摩擦因数变化：上车15 d，摩擦因数急剧上升，手感明显粘涩。

1.2.2.6复磨回用：将造成机械波的胶辊经复磨、光照处理后再上车使用，初期纺纱状况正常，后期又产生机械波。

通过对机械波表象分析，全面排查影响胶辊使用的内外因素，表明胶辊表面摩擦因数明显升高与表面微处理、棉花含糖量高有关。在摇架加压状态下胶辊由前罗拉带动作匀速运行，其积聚的粘附力足够大时破坏了握持力与牵伸力的正常配置关系，促使纱条产生严重周期性条干不匀[1]。

精梳棉纺纱抗粘附，主要通过温湿度控制以改善工艺条件，合理控制原棉成分配比、胶辊表面辅助处理状态与回磨周期。胶管配方设计应降低胶辊表面张力，直接减弱棉糖、棉蜡对胶辊表面粘附力以减少积聚量，极大地减小胶辊表面对水的润湿接触角，使水在胶辊表面充分散开以抑制液桥的产生。

1.3磨损形式

1.3.1油性磨损

虽然原棉纤维中不含矿物油剂，但是色纺会添加工艺油剂，若润滑轴承的锂基脂加油方法不合理，润滑锂基脂本身质量问题造成分油，罗拉接头润滑油脂溢出，都会在迁移胶辊表面后发生局部溶胀、发粘，导纱动程产生卷状物剥离磨损。

1.3.2层状磨损

当胶辊硬度偏低、免处理胶辊表面摩擦因数偏大时，虽然对提高成纱质量有利，但易发生层状磨损。发生层状磨损的机理是：胶辊本身是粘弹体，硬度偏低的胶辊能加大与下罗拉沟槽蠕变贴合的受力面，表面摩擦因数偏大增加了启动运行阻力，在纺机启动的瞬间因横向剪切力较大而啃伤胶辊，这种初始破坏发生在胶辊表层下(分子隐性断裂)，并逐步向表层扩展，直至胶辊被剥离掉胶。

1.3.3撕裂磨损

撕裂磨损主要发生在导纱动程，集聚纺已由微动程加大到5 mm～6 mm。若免处理胶辊硬度偏低、表面摩擦因数太大，易造成纱条横动失效、胶辊磨损起槽，且沟槽边缘呈放射性裂纹，加上碎粒磨损而加剧[2]。

1.3.4疲劳磨损

胶辊在纺纱运行过程中存在周期性载荷，被重复压缩、拉伸、剪切等。免处理胶辊硬度偏低，表面摩擦因数过大，会加大橡胶表面疲劳磨损，导纱动程内有规律的花纹小裂缝(龟裂)。

磨损防护需要控制温湿度以改善工艺条件，同时规范润滑脂使用方法，合理选择胶管硬度，正确控制胶辊表面摩擦因数；而胶管配方应从丁腈橡胶韧性、耐油性、耐磨功能助剂的运用等综合改性，可全面防止胶料早期磨损。

1.4中凹形变

胶辊硬度是其硫化胶弹性、强度、韧性等力学性能的综合指标，也是胶辊在纺纱过程中抵抗弹性变形、损坏的能力，胶辊硬度高则其抵抗弹性变形、损坏的能力强，硬度低则反之。在长期的纺纱生产实践中证实，中细号精梳棉选用细纱胶辊邵尔A硬度为65度时，其适纺性能(抗压变形量、牵伸握持力、适纺范围)、成纱质量最佳。

由于纺纱胶辊主体材料丁腈橡胶是典型的粘弹体高分子材料，所以纺纱丁腈胶辊用胶管的配方体系、混炼胶工艺，应确保胶管通过硫化组成匀质三维交联结构弹性体，在一定的使用条件下防止由粘性引起的力学松驰(静态为应力松弛、蠕变；动态为滞后、力学损耗)产生不可逆的变形[3]。

1.5使用后效应

优质免处理纺纱胶辊必须具备稳定的使用后效应，主要表现为胶辊硬度、表面摩擦因数、回磨后走熟期的变化稳定性。

a)硬度稳定性：配方设计体系首要保持胶辊用胶管硬度的稳定性，尤其要防止不利因素对胶辊硬度稳定性造成危害。如防止以下因素：① 使用温度升高，硬度下降，引起胶辊综合力学性能下降，摩擦因数增大，磨损明显；② 由于制造缺陷而产生硬度回性期(硫化后效应)及使用后期胶辊老化，表面硬度升高、弹性下降，影响成纱质量。

b)表面摩擦因数变化：免处理胶辊经磨砺上车运行，其多功能助剂将缓慢迁移至表面达到平衡状态，在罗拉摩擦力作用下，胶辊表面同时发生物理化学变化，有机官能团相互作用发生游离基反应，逐渐形成致密光洁的摩擦聚合膜(再生膜)，促使胶辊表面呈现滋润、低表面能、摩擦因数适中，组成一个抗绕、耐磨适合纺纱的柔弹性功能界面。

c)回磨后走熟期变化：免处理胶辊在磨砺后上车纺纱，都有长短不同的走熟期，走熟期越短越佳；随着回磨次数增多，胶辊内部含有的多功能助剂逐渐消耗减少，迁移表面效率减缓，这是走熟期延长的主因。胶管配方设计可以通过高效功能助剂选用，结合控制迁移速率，提高使用效能并避免意外损耗来遏止走熟期延长；也可以通过紫外线光照辅助处理，直接消除走熟期，间接节省功能助剂，是提高纺纱胶辊后效应的一种可靠捷径[4]。

2生产实践

2.1WRC-MF65型胶管

WRC-MF65型胶管，邵尔A硬度为65度；颜色为桔红色；耐磨、抗静电型；适纺中细号精梳棉；胶辊表面状态为免处理或紫外线光照；摩擦因数、硬度均匀，纺纱条干和粗细节较优，特别适纺中细号精梳棉及低模量软质纤维。

2.2生产实践一

纺纱机型为丰田RX220型集聚纺细纱机；纺纱品种为CF 11.66 tex-LO、CF 7.29 tex/2-FX；胶辊直径为30 mm；胶辊表面免处理；细纱胶辊回磨周期为使用30 d～45 d；回磨量为0.2 mm；牵伸胶辊使用2个月。

MF65型胶辊在丰田RX220型集聚纺细纱机台上应用2年来，表明完全可以替代原装进口免处理胶辊，其抗缠绕、抗变形、耐磨、成纱质量稳定性、外观色泽等综合性能较优。

在12号机台生产精梳棉集聚纺，抽样测试乌斯特条干数据见表1。

表112号机台生产精梳棉集聚纺抽样测试乌斯特条干数据

2.3生产实践二

MF65型纺纱牵伸胶辊用胶管具有高弹性、低硬度、压缩变形小、表面功能膜手感滋润等特点，在纺纱生产推广应用3年过程中相对稳定；同时，采用光照处理胶辊有效发挥了其原有使用特性，良好的一致性和稳定性，大大缩小了锭间差，从而改善了成纱质量、减少了断头，进而提高了生产效率，并因回磨周期(2个月)的延长使生产成本大幅度降低。

应用条件如下。

纺纱机型为青泽集聚纺细纱机；纺纱品种为70%的长绒棉；摇架压力为160 N(前区用压力棒隔距块)；锭速为16 kr/min；铝衬管胶辊表面紫外线光照3 min。

2.3.1对比测试

表2和表3是MF65型纺纱牵伸胶辊与原生产用邵尔A硬度为65度免处理胶辊在纺CJ 11.66 tex纱、CJ 7.29 tex纱时的试验数据。

表2不同胶辊纺CJ 11.66 tex纱成纱质量对比

表3不同胶辊纺CJ 7.29 tex纱成纱质量对比

从表2、表3可看出如下。

a)MF65型铝衬管胶辊纺中细号纱的成纱条干优于其他胶辊，且锭间差异较小，有效保证成纱质量及成纱一致性，且纱号越细其优势越明显。

b)MF65型铝衬管胶辊在同样处理方法的基础上，成纱的粗节、细节也优于其他胶辊，从而保证后道工序的顺利进行，有利于提高布面质量。

c)经过长期的试验观察，在同纱号、同样处理方法的情况下，MF65型铝衬管胶辊的回磨周期比其他胶辊的回磨周期约长10 d～15 d，从而有效降低操作工的劳动强度及生产成本。

2.3.2生产抽样检测

生产CJ 7.29 tex纱抽样测试乌斯特条干数据见表4，生产CJ 5.83 tex抽样测试乌斯特条干数据见表5。

表4生产CJ 7.29 tex纱抽样检测对比

表5生产CJ 5.83 tex纱抽样检测对比

2.3.3胶辊不同回磨周期生产抽样检测

在胶辊不同回磨周期，抽样测试乌斯特条干数据汇总见表6。

表6胶辊不同回磨周期抽样测试乌斯特条干数据汇总

3结语

WRC-MF65型纺纱胶辊具有抗静电、抗粘附缠花能力；对改善磨损、中凹变形有利，增强了使用后效应，其研制将理论与纺纱生产实践相结合，优化胶管用胶料的配方体系与制造工艺，满足现代纺纱生产对中细号精梳棉产品要求。经过长期生产实践验证表明，MF65型纺纱胶辊是近期开发成功的、适纺中细号精梳棉的优质细纱牵伸胶辊。

参考文献：

[1] 胡树衡，王柏润，刘荣清，等.纱疵分析与防治[M].北京：中国纺织出版社，1997：12-13.

[2] 张嗣伟．橡胶磨损原理[M].北京：石油工业出版社，1998：10-25.

[3] 胡万春，赵德平，邵焕.纺纱胶辊胶圈配方设计与产品创新[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，2014：101-105.

[4] 朱兴学，安建江，赵德平，等.双组份涂料辅助处理免处理低硬度胶辊的应用[J].纺织器材，2015，42(1)：46-49.

Development and Application of Spinning Drafting Rollers WRC-MF65

ZHAO Deping,WANG Yu,ZHU Chunlong

(Wuxi No.2 Rubber Co.，Ltd.,Wuxi 214193，China)

Abstract:In order to meet the requirements of the modern process spinning medium or fine combed cotton yarn,through the analysis of the cotton fiber properties,spinning essentials,fiber electrostatic,adhesion characteristics,roller wear form and run-in period,after-effect mechanism,and on the basis of the basic theory,spinning drafting roller WRC-MF65 is successfully developed.The production application shows that spinning drafting rollers WRC-MF65 is not only wear resistance,antistatic,anti-lapping,improving the concave effect and deformation,good yarn quality,small spindle differences,less thin and thick,good edge in spinning fine count yarn,consequently a substitution of the overseas products.

Key Words:WRC-MF65;rollers;tube;fine combed cotton yarn;electrostatic;adhesion;lapping;wear;deformation;after-effect

收稿日期：2015-07-24

作者简介：赵德平(1956—)，男，江苏无锡人，总工程师，主要从事橡胶制品工艺及应用方面的研究。

中图分类号：TS103.82+3

文献标志码：B

文章编号：1001-9634(2016)02-0013-05

网络出版时间：2015-10-20 10∶30

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1030.014.html