趙德平，王 玉，姜 磊

（無錫二橡膠股份有限公司，江蘇 無錫 214193）

0 引言

差別化纖維是通過對化學纖維的化學改性或物理變形制得，主要品種有易染、有色、高吸濕、防水、高收縮、抗靜電、抗起毛起球、抗菌、阻燃、遠紅外、防紫外、發(fā)光、異型、細特、復合、仿絲、仿毛及仿麻等。目前，我國差別化纖維品種在質量與數(shù)量上同國外相比仍有較大差距，化纖行業(yè)必須加大力度開發(fā)技術含量高、附加值高的差別化纖維產品。這既是全球經濟發(fā)展的需要，也是企業(yè)規(guī)避常規(guī)產品競爭風險，發(fā)展壯大的唯一出路。

差別化纖維最適用集聚賽絡紡紡紗工藝。集聚紡、賽絡紡是在環(huán)錠細紗機上改進的、一種比較成熟的新型（前紡重定量、細紗大牽伸、紗線高品質）紡紗技術。隨著國產技術的日趨成熟，改造成本大幅度降低，加之差別化纖維紡紗品種向多元化發(fā)展，企業(yè)減少用工成本，提高紡紗產品質量競爭力，迎來紡紗技改高速發(fā)展期成為可能。

由于集聚賽絡紡以“重定量、大牽伸、高品質”為技術特征，差別化纖維紡紗工藝對關鍵牽伸器材膠輥適用性提出了更高要求：① 集聚紡微導紗動程（3mm～4mm），縮短了紗條與膠輥表面往復周期接觸時間，造成摩擦剪切和壓縮形變應力相對集中，易產生中凹、起槽現(xiàn)象；② 賽絡紡大牽伸工藝使膠輥對紗條牽伸力增加，纖維變速加快，諸多因素促使膠輥表面溫度升高產生早期磨損；③ 隨著新型纖維多組份混紡（差別化纖維）的應用，紡紗工藝的適紡性受到影響，如異形、高模量纖維直接增大膠輥表面磨損程度，多組份混紡摩擦產生的靜電荷正負變向復雜，防止纏繞較為困難；④ 纖維功能助劑的應用（如色紡、半精紡），加大膠輥表面腐蝕溶脹，導致膠輥表面硬度下降，起泡掉皮，遷移粘附促使斷頭增加，纏繞膠輥。為此，盡快研制新型差別化纖維紡紗用牽伸膠輥，消除差別化纖維紡紗工藝技改發(fā)展瓶頸，增強紡橡企業(yè)產品競爭力，具有重要的社會經濟效益［1－2］。

1 膠輥研制

1.1 配方組份

表1為WRC－JF68型膠輥的配方體系成分。

表1 WRC－JF68型膠輥配方體系成分

1.2 核心技術

1.2.1 活性電介質預處理

采用活性電介質改性丁腈橡膠作抗靜電（電荷方向與量的控制）、補強體系材料，提高紡紗抗靜電纏繞和提高膠輥運轉狀態(tài)下的抗壓形變功能。

1.2.2 表面功能助劑配伍處理

從紡紗抗粘附纏繞入手，減輕“走熟期”和回磨“后效應”造成摩擦因數(shù)增大，紡紗條干變差的問題，表面適合環(huán)保型紫外線光照處理，紡紗膠輥運轉中經物理化學效應生成適合紡紗工藝的表面功能膜。

1.2.3 硫化劑、活性劑膠體納米化處理

應用高科技納米膠體技術，對橡膠交聯(lián)劑、硫化活性劑進行納米微型化處理，優(yōu)化混煉膠工藝，縮短工藝流程，促使硫化交聯(lián)體系分散勻稱，減少混煉膠生產受熱時間，降低丁腈橡膠的凝膠化程度，確保產品成型硫化組成均質三維交聯(lián)結構彈性體。

粉末硫磺進行膠體納米微型膠囊化改性：改性主體材料為國產200目～300目粉末硫磺（48μm～75μm）（見圖1左），通過膠體納米（見圖1右）微型膠囊化改性，克服了原有配料飛揚污染，只適應開煉加工、混煉分散差及易結子等缺陷。

圖1 粉末硫磺（左）與膠體納米硫磺（右）

膠體納米硫磺成品性能參數(shù)見表2。

表2 膠體納米硫磺成品性能參數(shù)

1.3 膠輥硬度

紡橡行業(yè)采用邵爾A型硬度計來測定膠輥的硬度。

膠輥硬度不是一個簡單的物理概念，而是其硫化膠彈性、強度、韌性等力學性能的綜合指標，在紡紗過程中體現(xiàn)的是抵抗彈性變形或損壞的能力。硬度是紡紗膠輥選型首要參考的指標。長期的紡紗生產實踐表明，細紗膠輥邵爾A硬度為68度時適紡性能（抗壓變形量、牽伸握持力、適紡范圍）、成紗質量綜合應用效果最佳。

1.3.1 影響膠輥硬度變化因素

紡紗膠輥的配方設計體系應針對紡紗工藝技術要求，提高各項物理化學性能指標。要保持膠輥硬度的穩(wěn)定性，應著重防止以下不穩(wěn)定因素對膠輥硬度的影響。

a） 使用溫度增高，膠輥硬度下降，膠輥綜合力學性能下降，摩擦因數(shù)增大，磨損明顯加大。

b） 由于制造缺陷產生硬度回性期（硫化后效應）及使用后期膠輥老化。表面硬度增加，彈性下降影響成紗質量。

1.3.2 接觸化學介質

a） 粘膠纖維含弱酸性，在紡紗過程中膠輥表面發(fā)生緩慢的氧化反應，表層逐漸光爽有利于抗繞，但導紗動程容易硬化促使膠輥表面硬度升高，使用后期成紗質量惡化。

b） 亞麻纖維含弱堿性，其化學纖維用油劑，在紡紗過程中逐漸遷移、擴散、滲透膠輥表層，引起橡膠分子鏈腫脹松馳，表面逐漸發(fā)澀，硬度明顯下降，導致導紗動程部位起泡掉皮，使膠輥直接報廢。

1.4 膠輥表面狀態(tài)

1.4.1 膠輥表面處理

1.4.1.1 免 處 理

紡制純棉品種或低模量再生纖維素纖維時，應使用免處理低硬度高彈性膠輥，只要紡紗生產工藝具備特定條件，確實可以實現(xiàn)經磨礪停放后直接上車紡紗的效果，無需任何表面處理，回磨使用周期普通環(huán)錠紡可達4～6個月；集聚紡、賽絡紡可達2～3個月。由于免處理膠輥表面保持原始高彈性狀態(tài)，成紗質量優(yōu)，但存在一個星期以上的走熟期，隨著回磨次數(shù)增加走熟期相應延長［3］。

1.4.1.2 雙組份涂料處理

1.4.2 紫外線光照處理

波長為0.2μm～0.3μm短波紫外線，在膠輥表面易被吸收變成內能，激發(fā)膠輥表層自身發(fā)生一系列自由基快速聚合反應，生成三維網狀彈性結構膜，是一種適應現(xiàn)代新型紡紗膠輥，擴大紡紗品種范圍的綠色環(huán)保表面處理方法，是當今膠輥表面處理應用的發(fā)展方向。同化學涂料處理方法相比，具有以下優(yōu)點：① 處理過程無揮發(fā)有毒物質產生；② 紫外線光照機自動處理成本低，工效比筆涂高；③ 處理完畢上車停放時間短，能有效消除膠輥上車走熟期，適用、適紡范圍廣；④ 表面摩擦因數(shù)均衡，保持原有彈性，無機械波產生。

1.4.3 表面粗糙度

表面粗糙度Ra值為輪廓算術平均偏差，是指加工表面具有較小間距和微小峰谷不平度。膠輥表面粗糙度Ra值控制范圍為0.4μm～0.8μm，Ra值過小摩擦因數(shù)反而增大，因真實接觸面積越大摩擦因數(shù)也越大，隨之摩擦表面溫度升高，不利于紡紗。表面粗糙度微小峰谷形成的輪廓，理想狀態(tài)為圓潤的駝峰形，膠輥應有良好的磨礪操作性能，在磨礪過程中砂輪切削阻力小，不易夾帶膠屑，對膠輥表面組織結構破壞小，形成峰谷比較圓潤光潔，特別有利于縮短紡紗走熟期。

膠輥表面粗糙度過大，磨紋形成臺階，雙組份涂料固化吸附磨紋谷底，紡紗受擠壓后涂料固化體將膠輥表面割開形成細微裂紋，見圖2。

圖2 膠輥表面細微裂紋

1.4.4 摩擦因數(shù)

因紡紗過程中膠輥表面與接觸界面的摩擦因數(shù)使用指標及測定方法有許多不確定因素，紡橡行業(yè)至今沒有制定檢測標準，目前仍沿用傳統(tǒng)的“光、滑、爽、燥”基本原則，通過手感、成紗質量檢測和工藝跟蹤檢查等綜合手段來判斷膠輥表面摩擦因數(shù)是否符合使用要求范圍。實際生產中，控制膠輥表面與紡紗接觸界面摩擦因數(shù)至關重要。

本站站位屬汾河東岸I級階地區(qū)，地勢北高南低，地面高程為794 m～797 m，鉆探揭露深度范圍的地層為第四系全新統(tǒng)填土、粉質黏土、粉土、砂土和第四系上更新統(tǒng)粉質黏土、粉細砂、砂質粉土和細圓礫土透鏡體[14]。

1.4.4.1 摩擦因數(shù)定義

摩擦因數(shù)是指兩物體表面間的摩擦力和作用在其表面上的垂直力之比值。它與膠輥表面狀態(tài)形式、紡機羅拉結構、紡紗纖維品種有關，與相互接觸面積的大小無關。在實際使用過程中可分為靜摩擦因數(shù)（μs）和動摩擦因數(shù)（μk），則：靜摩擦力Fs＝μs×N；動摩擦力Fk＝μk×N；N為垂直力，實驗證實μs大于μk。

1.4.4.2 粘彈性高分子材料特征

由于紡紗膠輥主體材料丁腈橡膠是典型的粘彈體高分子材料。所謂粘彈性，就是指某種材料的力學性質兼具不可恢復的永久變形和可恢復的彈性變形。粘性是象膠水一樣能使一個物質附著在另一個物體上的性質（澀性）、受應力后在時間作用下分子發(fā)生緩慢的不可逆滑移（形變）。紡紗丁腈膠輥通過硫化組成三維交聯(lián)結構彈性體，在一定的使用條件下防止由粘性引起的力學松馳（應力松弛、蠕變、滯后、力學損耗）產生不可逆的形變，紡紗膠輥就是充分利用橡膠的高彈性和澀性，用以握持牽伸紡紗纖維，其表面澀性特征直接體現(xiàn)為摩擦因數(shù)［4］。

1.4.4.3 摩擦因數(shù)變化的因素

摩擦因數(shù)分為動、靜摩擦因數(shù)，在搖架靜態(tài)加壓紡機啟動瞬間，低硬度高彈性膠輥容易造成層狀磨損（塊狀掉膠），這是μs大于μk引起摩擦力增大所致，紡紗過程中膠輥表面摩擦因數(shù)逐漸增大引起碎粒磨損或油性磨損（溝槽、微孔），如果膠輥表面摩擦因數(shù)過大（粘附性）有產生紗疵的風險，具體見表3。

表3 影響膠輥表面摩擦因數(shù)的變化因素

2 結構設計

膠管采用最先進的鋁襯管結構，鋁管材質為鋁錳合金，具有防銹、機械強度及延展塑性好等特點，適合膠管與軸承緊配合制作，以軸承外徑φ19mm為例，則鋁管內徑為φ19－－00..0048mm，壁厚為 1mm。硫化成型采用冷回料Y型復合機頭擠出包覆：鋁管外表面經打磨清潔處理，再噴涂專用膠粘劑，干燥后喂入冷回料Y型復合機頭。一次性混煉膠擠出包覆成型工藝先進，生產效率高，膠料和鋁管粘著性好不易脫層，鋁管受力均勻不變形，成品圓柱度好，內徑精度高，膠輥間制作工序簡便，其結構紡紗時不產生靜電，鋁襯管膠管結構見圖3。

圖3 鋁襯管膠管的結構

3 紡紗應用

3.1 WRC－JF68型膠輥主要特性

硬度（邵爾A）：68度；顏色：青灰色；類別：抗靜電型；表面處理：免處理、紫外線光照，涂料輕處理附加光照。

主要特性：表面功能膜具備抗靜電、抗拉、低變形率、耐油劑等優(yōu)異性能，特別適合光照處理，主紡差別化纖維，適用集聚紡、賽絡紡，使用周期長。

WRC－JF68型紡紗膠輥硬度適中，具有壓縮變形小、耐磨性好、適紡性能優(yōu)異、成紗質量穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點。長期生產實踐證明，可適用于多個系列品種的生產，其回磨周期一般為3～4個月，較其它類型膠輥可延長1～2個月。膠輥表面光照處理10min，經長時間使用后，對車間溫、濕度的適應性強，上機不會出現(xiàn)帶花、纏繞等問題，減少斷頭，上車無走熟期，從而提高了生產效率，回磨周期延長，生產成本大幅度降低。WRC－JF68型膠輥與同硬度膠輥紡紗性能比較見表4。

3.2 生產實踐之一

表4 WRC－JF68型膠輥與同硬度膠輥紡紗性能比較

3.3 生產實踐之二

純滌氨綸絲賽絡紡品種推廣應用9臺車，膠輥上車磨礪直徑為30.2mm，采用雙組份涂料1∶5表面處理，WRC－JF68型膠輥紡制該品種基本保持原有成紗質量，但周期損壞率大幅度降低，使用周期比原生產膠輥延長達1.5倍，使用綜合效果較好，具體見表5。

3.4 生產實踐之三

經過一段時間生產實踐，WRC－JF68型膠輥具有：① 適紡性廣，新上機膠輥無走熟期，同時對車間溫濕度的適應性非常強；② 彈性好，耐磨性好，使用壽命比較長，相同加壓條件下產生的握持力比同類膠輥大，紡生物質粘膠纖維紗時回磨周期可延長至4～5個月，比其它同類型膠輥延長1～2月；③ 具有良好的抗靜電性能和可紡穩(wěn)定性，通過涂覆兩遍1∶8稀涂料，同時結合3min紫外光處理，上機使用效果更佳，紡紗時膠輥不出現(xiàn)帶花和纏繞問題，機臺生頭成功率高，并且瞬時斷頭數(shù)極少，詳見表6。

表5 WRC－JF68型膠輥在純滌氨綸絲賽絡紡上的性能比較

表6 WRC－JF68型膠輥紡R 19.7tex AAJF的性能比較

4 結語

采用活性電介質改性丁腈橡膠，活性膠體納米硫化劑等先進技術，研制開發(fā)的差別化纖維紡紗用WRC－JF68型牽伸膠輥，具有抗靜電、抗拉、低變形、耐油劑，適合光照處理等特性，生產應用證實，WRC－JF68型膠輥完全可以滿足差別化纖維新型紡紗生產工藝的發(fā)展需求。

［1］歐懷林.正確使用細紗膠輥 穩(wěn)定成紗質量［J］.紡織器材，2010，37（6）：33－36.

［2］劉海洋.新形勢下紡紗對膠輥膠圈的要求［J］.紡織器材，2009，36 （6）：40－41.

［3］夏長志.免處理膠輥應用技術問題探討［J］.紡織器材，2013，40 （3）：26－27.

［4］黃文生，馬躍平.新型紡紗膠輥應用［J］.紡織器材，2013，40（5 ）：39－40.