戴云卿

(浙江三友塑業(yè)股份有限公司，浙江 臺州 318059)

0 引言

經(jīng)過幾代器材人和紡織人的共同努力，經(jīng)紗筒管材質(zhì)從上世紀(jì)五六十年代的木質(zhì)到七十年代的以塑代木，再到目前的高分子塑料，從第1代硬質(zhì)PVC材料到現(xiàn)在的PC，PCG等材料，筒管制造技術(shù)的進步使其制造成本和加工工藝都發(fā)生了革命性變化。第1代PVC材料制作的經(jīng)紗筒管，無法適應(yīng)當(dāng)時10 kr/min紡紗時產(chǎn)生的離心力，易變形和彎曲，與其配套的錠子受當(dāng)時紡機制造水平的限制，也難以適應(yīng)這種紡紗速度，錠子、紗管易與主機產(chǎn)生共振。當(dāng)時所紡紗號、品種均十分單一，未出現(xiàn)差別化的紡紗工藝與技術(shù)。隨著我國改革開放步伐加快，國外先進技術(shù)與設(shè)備不斷引進，紡紗速度和產(chǎn)質(zhì)量得到大幅提高。

筆者針對近年來為適應(yīng)紡織高速高產(chǎn)的需要，簡述浙江三友塑業(yè)股份有限公司(以下簡稱“三友塑業(yè)”)紡紗用塑料筒管在結(jié)構(gòu)及性能等技術(shù)指標(biāo)方面的提升。

1 精選原材料

目前，國內(nèi)企業(yè)采用高分子、高強度PC，PCG，PPO材料制造塑料筒管，在一定程度保證了筒管性能的穩(wěn)定與可靠[1]。PC材料苯環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品既具有一定剛性，又具備優(yōu)良的韌性，俗稱“防彈膠”，注塑的紡紗筒管成型收縮率只有0.5%～0.7%，性能相對穩(wěn)定，可保證加工尺寸的高精度和高穩(wěn)定性,是筒管實現(xiàn)高速的基礎(chǔ)。由于筒管結(jié)構(gòu)的特殊性，PC材料長期連續(xù)使用后抗應(yīng)力和抗疲勞強度不足，易造成開裂、斷管等。而紡織企業(yè)需要的是能連續(xù)、循環(huán)使用的塑料筒管。筒管的抗應(yīng)力和抗疲勞強度不足，不但增加企業(yè)采購成本，而且會造成較大的紗線浪費，增加擋車工的勞動強度[2]。通過與大專院校以及高分子材料研究所合作，三友塑業(yè)研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能塑料筒管改性秘方，很好地解決了使用中的斷管與開裂問題[3]。

2 設(shè)備保障

2.1 精密化模具制作

隨著數(shù)控機床精密加工手段現(xiàn)代化水平的提高，國內(nèi)模具制造技術(shù)與世界先進技術(shù)已無明顯差距，加工筒管模具的圓跳動精度也從幾十微米提升到幾微米甚至更小，大幅提高了筒管的加工精度，為紡織廠實現(xiàn)持續(xù)高速打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 提升裝備性能

生產(chǎn)高質(zhì)量塑料筒管，除選用優(yōu)質(zhì)原材料外，還要有優(yōu)良的加工裝備做保證。采用伺服全電腦數(shù)字化精密注塑機，既能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，又能排除人為因素干擾，大幅提升了筒管成型合格率。采用熱鼓風(fēng)加遠紅外干燥技術(shù)，使PC原材料在高溫成型加工時含水率極低，確保其不發(fā)生二次降解，從而保證了原材料物理性能和化學(xué)性能的穩(wěn)定性。

2.3 自動化后加工處理

材料、模具、注塑設(shè)備是提升塑料筒管質(zhì)量的基礎(chǔ)。近幾年，三友塑業(yè)在后整理工序投資了價值幾百萬元具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)自動化設(shè)備，如自動切割機、自動鑲芯機、自動檢驗錠位機、自動跳動檢驗機等，保證每支塑料筒管從開始制造到出廠檢驗實現(xiàn)數(shù)字化，全程無人工干擾。

3 重新設(shè)計筒管卷繞形狀

環(huán)錠紡紗用塑料筒管的外形設(shè)計，直接影響紡紗成型工藝的調(diào)整。以長度為205 mm筒管為例：原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的端部直徑為φ18 mm或φ20 mm，中部為φ20 mm或φ22 mm，下部為φ26 mm，與之配合的鋼領(lǐng)直徑一般為φ35 mm～φ45 mm，這種設(shè)計在行業(yè)形成共識已持續(xù)了幾十年。為了將筒管外部的有效卷繞直徑設(shè)計得更完美，在不影響筒管幾何形狀的前提下，考慮塑料筒管在18 kr/min甚至更高速度旋轉(zhuǎn)時，筒管外部尺寸改變對其剛度的影響，尤其是在大紗卷繞時高速旋轉(zhuǎn)筒管自身產(chǎn)生的彈性形變使筒管端部振程增大，造成筒管損壞、使用壽命縮短的問題，三友塑業(yè)的技術(shù)人員通過不斷走訪生產(chǎn)現(xiàn)場、利用CAD等軟件，找尋并調(diào)整筒管卷繞尺寸的整體比例，確保紡織廠紗線卷繞成型工藝不受影響。

3.1 增加卷裝容量的方法

在不改變其他紡紗條件時，增加紗線卷裝容量的辦法一般有2個：加大鋼領(lǐng)尺寸或縮小筒管的外部有效幾何尺寸[4]。加大鋼領(lǐng)尺寸，高速紡紗時氣圈變大，斷頭率隨之增加，紗線的毛羽、條干等關(guān)鍵性指標(biāo)會受到影響。也就是說，想要增加卷裝容量、延長紡紗時間，加大鋼領(lǐng)直徑不能作為首選。

3.2 改進思路

為提高紗線卷裝容量，筆者從改變筒管外形尺寸入手，將205 mm筒管的端部直徑由φ18 mm改為φ17.5 mm，中部從φ20 mm改為φ19 mm或φ18.5 mm，下部從φ26 mm改為φ25 mm，總長度也縮短2 mm～3 mm?？傞L度縮短是考慮到筒管剛度會隨著筒管管壁減薄而降低，從而影響筒管本身卷繞大紗時的振程值。

4 改變設(shè)計后存在問題及應(yīng)對措施

改變筒管外形尺寸后，每支筒管質(zhì)量從50 g～52 g下降為約43 g。為驗證使用效果，用部分筒管小樣在紡紗實驗室里進行高速試紡，同時由紡織廠上機驗證，查看是否會出現(xiàn)跳管、牢錠、振程增大或擋車工操作不順暢等問題。

4.1 沖擊強度和靜彎曲負荷減小

為了驗證改變外形尺寸對筒管沖擊強度和靜彎曲負荷的影響，在實驗室對2種筒管進行技術(shù)測試。結(jié)果如下：正常尺寸的205 mm筒管，實測沖擊功為100 J～130 J，靜彎曲負荷為2.0 kN～2.2 kN；改進后的205 mm筒管沖擊功為80 J～100 J，靜彎曲負荷為1.8 kN～2.0 kN?；谏鲜鰷y試數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)新型筒管時，需通過加強原材料性能等級，特別是材料改性技術(shù)和分子量大小等關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)的嚴(yán)格把控，彌補改變壁厚后筒管剛度和韌性減小的弊端。

4.2 振程(跳動)問題

正常尺寸的205 mm筒管，在錠速為18 kr/min時，其端部振程一般控制為不大于0.15 mm，改進后的筒管振程總體未見增大反而更加穩(wěn)定、可靠。同時，由于筒管質(zhì)量減小，主電機負荷和錠子負荷均有減少，完全能滿足紡紗工藝需求，也不會對筒管使用壽命產(chǎn)生影響。

4.3 實際使用效果

4.3.1 落紗次數(shù)少

在420錠環(huán)錠細紗機上，用φ38 mm平面鋼領(lǐng)紡9.7 tex純棉紗，錠子選用32系列平底高速錠子，錠速為17.2 kr/min～17.8 kr/min，在相同的條件下進行2種紗管紡紗對比。經(jīng)過3個多月的試驗、記錄，發(fā)現(xiàn)：改進后的筒管一落紗可約紡6.0 km紗線，正常尺寸的205 mm經(jīng)筒管一落紗能紡5.5 km～5.6 km，前者相比后者每落紗能延長紡紗時間約為40 min，一落紗的紡紗時間約為8 h。以紡織廠四班三運轉(zhuǎn)或三班三運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)規(guī)律估算，每班工人只落一次紗即可。

4.3.2 紡紗斷頭少

采用小直徑鋼領(lǐng)后(直徑小于38 mm)，紡紗氣圈減小，紗線的毛羽、條干等指標(biāo)均有不同程度的改善，紡紗斷頭率也有下降。正常尺寸筒管每臺車每落紗約3～4根斷頭，改進后筒管的紗線斷頭下降為約2根，紗線留頭率大于99%，擋車工的接頭頻次大幅減少。

4.3.3 紡紗能耗小

試驗時，在機臺上安裝電表進行耗能計量，實測顯示，改進后筒管每臺車一落紗(8 h)可以節(jié)約能耗0.5 kW·h～0.8 kW·h，單機臺節(jié)能效果不顯著，但大面積、長時間使用的節(jié)能效果應(yīng)當(dāng)是比較可觀的。從2013年的產(chǎn)品小試到批量投放市場至今，改進后的筒管在紡織廠的使用狀況比較理想，相比正常尺寸筒管，該筒管出現(xiàn)跳管、斷裂等問題的概率大幅減小。

5 結(jié)語

紡紗用塑料筒管是重要的紡紗器材，通過優(yōu)選原料和提升裝備水平，對接紡紗實際和工藝調(diào)整需求，改進紡紗器材筒管的結(jié)構(gòu)和性能，有效提升了塑料筒管的制造技術(shù)水平，使高速高產(chǎn)時筒管跳管、斷裂等問題大幅減小，為企業(yè)效益增加以及下游企業(yè)高速、高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為企業(yè)綠色、節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展提供了借鑒。