适应高速高产纺纱用塑料筒管的性能与结构探讨

戴云卿

(浙江三友塑业股份有限公司，浙江 台州 318059)

0 引言

经过几代器材人和纺织人的共同努力，经纱筒管材质从上世纪五六十年代的木质到七十年代的以塑代木，再到目前的高分子塑料，从第1代硬质PVC材料到现在的PC，PCG等材料，筒管制造技术的进步使其制造成本和加工工艺都发生了革命性变化。第1代PVC材料制作的经纱筒管，无法适应当时10 kr/min纺纱时产生的离心力，易变形和弯曲，与其配套的锭子受当时纺机制造水平的限制，也难以适应这种纺纱速度，锭子、纱管易与主机产生共振。当时所纺纱号、品种均十分单一，未出现差别化的纺纱工艺与技术。随着我国改革开放步伐加快，国外先进技术与设备不断引进，纺纱速度和产质量得到大幅提高。

笔者针对近年来为适应纺织高速高产的需要，简述浙江三友塑业股份有限公司(以下简称“三友塑业”)纺纱用塑料筒管在结构及性能等技术指标方面的提升。

1 精选原材料

目前，国内企业采用高分子、高强度PC，PCG，PPO材料制造塑料筒管，在一定程度保证了筒管性能的稳定与可靠[1]。PC材料苯环状结构，使产品既具有一定刚性，又具备优良的韧性，俗称“防弹胶”，注塑的纺纱筒管成型收缩率只有0.5%～0.7%，性能相对稳定，可保证加工尺寸的高精度和高稳定性,是筒管实现高速的基础。由于筒管结构的特殊性，PC材料长期连续使用后抗应力和抗疲劳强度不足，易造成开裂、断管等。而纺织企业需要的是能连续、循环使用的塑料筒管。筒管的抗应力和抗疲劳强度不足，不但增加企业采购成本，而且会造成较大的纱线浪费，增加挡车工的劳动强度[2]。通过与大专院校以及高分子材料研究所合作，三友塑业研制出具有自主知识产权的高性能塑料筒管改性秘方，很好地解决了使用中的断管与开裂问题[3]。

2 设备保障

2.1 精密化模具制作

随着数控机床精密加工手段现代化水平的提高，国内模具制造技术与世界先进技术已无明显差距，加工筒管模具的圆跳动精度也从几十微米提升到几微米甚至更小，大幅提高了筒管的加工精度，为纺织厂实现持续高速打下坚实基础。

2.2 提升装备性能

生产高质量塑料筒管，除选用优质原材料外，还要有优良的加工装备做保证。采用伺服全电脑数字化精密注塑机，既能保证生产的连续性和稳定性，又能排除人为因素干扰，大幅提升了筒管成型合格率。采用热鼓风加远红外干燥技术，使PC原材料在高温成型加工时含水率极低，确保其不发生二次降解，从而保证了原材料物理性能和化学性能的稳定性。

2.3 自动化后加工处理

材料、模具、注塑设备是提升塑料筒管质量的基础。近几年，三友塑业在后整理工序投资了价值几百万元具有自主知识产权的专业自动化设备，如自动切割机、自动镶芯机、自动检验锭位机、自动跳动检验机等，保证每支塑料筒管从开始制造到出厂检验实现数字化，全程无人工干扰。

3 重新设计筒管卷绕形状

环锭纺纱用塑料筒管的外形设计，直接影响纺纱成型工艺的调整。以长度为205 mm筒管为例：原标准设计的端部直径为φ18 mm或φ20 mm，中部为φ20 mm或φ22 mm，下部为φ26 mm，与之配合的钢领直径一般为φ35 mm～φ45 mm，这种设计在行业形成共识已持续了几十年。为了将筒管外部的有效卷绕直径设计得更完美，在不影响筒管几何形状的前提下，考虑塑料筒管在18 kr/min甚至更高速度旋转时，筒管外部尺寸改变对其刚度的影响，尤其是在大纱卷绕时高速旋转筒管自身产生的弹性形变使筒管端部振程增大，造成筒管损坏、使用寿命缩短的问题，三友塑业的技术人员通过不断走访生产现场、利用CAD等软件，找寻并调整筒管卷绕尺寸的整体比例，确保纺织厂纱线卷绕成型工艺不受影响。

3.1 增加卷装容量的方法

在不改变其他纺纱条件时，增加纱线卷装容量的办法一般有2个：加大钢领尺寸或缩小筒管的外部有效几何尺寸[4]。加大钢领尺寸，高速纺纱时气圈变大，断头率随之增加，纱线的毛羽、条干等关键性指标会受到影响。也就是说，想要增加卷装容量、延长纺纱时间，加大钢领直径不能作为首选。

3.2 改进思路

为提高纱线卷装容量，笔者从改变筒管外形尺寸入手，将205 mm筒管的端部直径由φ18 mm改为φ17.5 mm，中部从φ20 mm改为φ19 mm或φ18.5 mm，下部从φ26 mm改为φ25 mm，总长度也缩短2 mm～3 mm。总长度缩短是考虑到筒管刚度会随着筒管管壁减薄而降低，从而影响筒管本身卷绕大纱时的振程值。

4 改变设计后存在问题及应对措施

改变筒管外形尺寸后，每支筒管质量从50 g～52 g下降为约43 g。为验证使用效果，用部分筒管小样在纺纱实验室里进行高速试纺，同时由纺织厂上机验证，查看是否会出现跳管、牢锭、振程增大或挡车工操作不顺畅等问题。

4.1 冲击强度和静弯曲负荷减小

为了验证改变外形尺寸对筒管冲击强度和静弯曲负荷的影响，在实验室对2种筒管进行技术测试。结果如下：正常尺寸的205 mm筒管，实测冲击功为100 J～130 J，静弯曲负荷为2.0 kN～2.2 kN；改进后的205 mm筒管冲击功为80 J～100 J，静弯曲负荷为1.8 kN～2.0 kN。基于上述测试数据，在生产新型筒管时，需通过加强原材料性能等级，特别是材料改性技术和分子量大小等关键性技术指标的严格把控，弥补改变壁厚后筒管刚度和韧性减小的弊端。

4.2 振程(跳动)问题

正常尺寸的205 mm筒管，在锭速为18 kr/min时，其端部振程一般控制为不大于0.15 mm，改进后的筒管振程总体未见增大反而更加稳定、可靠。同时，由于筒管质量减小，主电机负荷和锭子负荷均有减少，完全能满足纺纱工艺需求，也不会对筒管使用寿命产生影响。

4.3 实际使用效果

4.3.1 落纱次数少

在420锭环锭细纱机上，用φ38 mm平面钢领纺9.7 tex纯棉纱，锭子选用32系列平底高速锭子，锭速为17.2 kr/min～17.8 kr/min，在相同的条件下进行2种纱管纺纱对比。经过3个多月的试验、记录，发现：改进后的筒管一落纱可约纺6.0 km纱线，正常尺寸的205 mm经筒管一落纱能纺5.5 km～5.6 km，前者相比后者每落纱能延长纺纱时间约为40 min，一落纱的纺纱时间约为8 h。以纺织厂四班三运转或三班三运转的生产规律估算，每班工人只落一次纱即可。

4.3.2 纺纱断头少

采用小直径钢领后(直径小于38 mm)，纺纱气圈减小，纱线的毛羽、条干等指标均有不同程度的改善，纺纱断头率也有下降。正常尺寸筒管每台车每落纱约3～4根断头，改进后筒管的纱线断头下降为约2根，纱线留头率大于99%，挡车工的接头频次大幅减少。

4.3.3 纺纱能耗小

试验时，在机台上安装电表进行耗能计量，实测显示，改进后筒管每台车一落纱(8 h)可以节约能耗0.5 kW·h～0.8 kW·h，单机台节能效果不显著，但大面积、长时间使用的节能效果应当是比较可观的。从2013年的产品小试到批量投放市场至今，改进后的筒管在纺织厂的使用状况比较理想，相比正常尺寸筒管，该筒管出现跳管、断裂等问题的概率大幅减小。

5 结语

纺纱用塑料筒管是重要的纺纱器材，通过优选原料和提升装备水平，对接纺纱实际和工艺调整需求，改进纺纱器材筒管的结构和性能，有效提升了塑料筒管的制造技术水平，使高速高产时筒管跳管、断裂等问题大幅减小，为企业效益增加以及下游企业高速、高产奠定了基础，也为企业绿色、节能、环保和可持续发展提供了借鉴。