聚氨酯膠輥微觀形貌對紡紗質(zhì)量的影響

吉宜軍，劉國衛(wèi) ，范正春

(1.南通雙弘紡織有限公司，江蘇 南通 226661；2.浙江三門中瑞聚氨酯科技有限公司，浙江 三門 317100)

?應(yīng)用研究

聚氨酯膠輥微觀形貌對紡紗質(zhì)量的影響

吉宜軍1，劉國衛(wèi)2，范正春1

(1.南通雙弘紡織有限公司，江蘇 南通 226661；2.浙江三門中瑞聚氨酯科技有限公司，浙江 三門 317100)

為用好聚氨酯膠輥，提高成紗質(zhì)量，介紹聚氨酯膠輥的材料特性、加工工藝、技術(shù)特性，對比應(yīng)用不同型號、不同表面粗糙度的聚氨酯膠輥的成紗質(zhì)量，分析其微觀形貌對紡紗質(zhì)量的影響及磨礪加工要求。指出：聚氨酯膠輥具有優(yōu)良的回彈性、握持能力和耐磨性能，適紡性優(yōu)，回磨周期長；其表面粗糙度Ra值越小，成紗質(zhì)量越好；聚氨酯膠輥對紡紗質(zhì)量提升、低碳環(huán)保、節(jié)能降耗效果突出，是性價比較高的紡紗牽伸器材。

聚氨酯；膠輥；彈性；磨礪；微觀形貌；表面；成紗質(zhì)量

0 引言

由于聚氨酯彈性體擁有極佳的物理力學(xué)性能，能滿足紡紗牽伸膠輥材料的特性要求[1]，以及重加壓、高定量、超大牽伸工藝的要求和集聚紡、集聚賽絡(luò)紡、磁性紡、卡摩紡對橡膠器材耐磨性的特殊要求，是新一代節(jié)能、環(huán)保、免維護(hù)、性價比高、性能優(yōu)良的牽伸器材材料。目前，聚氨酯膠輥、膠圈已經(jīng)推向市場，其應(yīng)用研究深受各方關(guān)注。

1 聚氨酯特性

聚氨酯彈性體材料分為聚酯型和聚醚型：聚酯型材料強(qiáng)力高，分子極性和分子間的力大于聚醚型；聚醚型材料的硬度、定伸強(qiáng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度等均隨聚醚相對分子質(zhì)量的升高而下降。聚酯型聚氨酯橡膠彈性體的硬度和定伸強(qiáng)力也有同樣的規(guī)律性，但拉伸強(qiáng)度卻出現(xiàn)相反的趨勢，這主要是聚酯分子主價力較大、分子間的力較強(qiáng)而易結(jié)晶的緣故。聚醚型聚氨酯的耐水解性能優(yōu)良，適合于硫化罐硫化制品；而聚酯型聚氨酯的耐水解性能差，只適用于注射式、澆注型模具生產(chǎn)。通過改性處理的聚氨酯性能得到極大改善，適用環(huán)境由-57 ℃～120 ℃提升到150 ℃以上，有效地滿足了膠輥、膠圈的磨礪要求[2-3]。

2 聚氨酯膠管加工工藝

紡紗牽伸用聚氨酯膠管的加工方法分為3種：澆注型(CPU)，熱塑型(TPU)和混煉型(MPU)。聚氨酯合成技術(shù)以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，有“一步法”和“二步法”之分。所謂一步法，是將全部原料一次性混合反應(yīng)制成聚氨酯制品；二步法又稱預(yù)聚法，是將低聚物多元醇和多異氰酸酯先反應(yīng)生成分子量較低的預(yù)聚彈性體，然后再加入擴(kuò)鏈劑等與預(yù)聚體反應(yīng)制成聚氨酯。預(yù)聚體的制備，主要是為了降低常溫下的粘度，以便在第二步反應(yīng)中使預(yù)聚體組分和擴(kuò)鏈劑的粘度與體積接近，以提高計(jì)量的精確性和流體的混合效果。一般預(yù)聚體是由低聚物多元醇，如聚酯、聚醚等與過量的二異氰酸酯反應(yīng)制備而成。

3 聚氨酯膠管技術(shù)特征

紡紗牽伸用聚氨酯膠輥：具有優(yōu)良的沖擊彈性，握持能力強(qiáng)，有利于改善成紗品質(zhì)；具有極佳的耐磨性能，使用中變形小，耐磨且回磨周期長(若紡織企業(yè)規(guī)范管理和維護(hù)，可為傳統(tǒng)膠輥的3～5倍)，明顯降低企業(yè)機(jī)物料消耗和噸紗成本；具有良好的耐溶性，與油劑接觸時不溶脹，不起埂、不起泡、不變形；抗污染、自潔性強(qiáng)、不吸濕，上車基本無走熟期[4]。

當(dāng)聚氨酯彈性體材料中添加抗靜電劑或增加導(dǎo)電成分后，使其具有良好的抗纏繞性能，對溫濕度變化的適應(yīng)性強(qiáng)，與涂料相容性好，適紡性優(yōu)，穩(wěn)定性好，是高性價比的膠輥。重加壓、高車速工藝時，紡紗用聚氨酯牽伸膠輥使用壽命比丁腈膠輥長，耐熱性能與丁腈膠輥相當(dāng)[5]。

紡紗牽伸用聚氨酯膠輥適紡純棉和粘膠棉型纖維、純化纖、毛紡及混紡差別化品種，如：竹纖維、木纖維、毛纖維、莫代爾纖維、氨綸包芯紗、環(huán)保負(fù)離子纖維、色紗等，適用于普通環(huán)錠紡、集聚紡、渦流紡和摩擦紡設(shè)備。

4 應(yīng)用不同膠輥對紡紗質(zhì)量的影響

聚氨酯膠輥須經(jīng)磨礪后方可上車使用。目前，國內(nèi)外磨礪設(shè)備存在很大的差異性，半自動磨床、自動磨床的磨礪參數(shù)、工藝、砂輪材質(zhì)各不相同，使磨礪后的聚氨酯膠輥表面存在較大差異，其表面形貌和表面粗糙度的差異，對成紗質(zhì)量帶來不利的影響。

4.1 應(yīng)用ZR-D65型聚氨酯膠輥紡紗

應(yīng)用不同表面粗糙度的ZR-D65型聚氨酯膠輥紡CJ/R 50/50 14.7 tex紗的質(zhì)量對比見表1，該膠輥的表面微觀形貌對比如圖1所示。

表1 不同表面粗糙度的ZR-D65型聚氨酯膠輥的成紗質(zhì)量指標(biāo)

表面粗糙度Ra/μm條干CV/%細(xì)節(jié)(-40%)細(xì)節(jié)(-50%)粗節(jié)(+35%)粗節(jié)(+50%)棉結(jié)(+140%)棉結(jié)(+200%)個·km-1毛羽指數(shù)H1.811.9847.50.5152.58.877.814.83.020.711.5037.80.693.35.980.619.82.77對比-0.48-9.7+0.1-59.2-2.9+2.8+5-0.25

a) 表面粗糙度Ra值為 1.8 μm b) 表面粗糙度Ra值為 0.7 μm

從表1和圖1可知，當(dāng)聚氨酯膠輥的表面粗糙度Ra值由1.8 μm 減小為0.7 μm時，膠輥表面的波峰高度降低20 μm～25 μm。從鉗口快速抽取纖維過程中，膠輥與羅拉握持纖維高速牽伸，由于膠輥表面存在微觀波浪形、鋸齒形、褶皺、沙灘形、隕坑形的波峰與波谷，纖維在脫離膠輥的0.004 s內(nèi)頭端無法較好地抱合，嵌入羅拉齒底的纖維頭端呈現(xiàn)分散狀，當(dāng)纖維末梢夾在膠輥表面波峰之間時，就會有單根纖維被逆向旋轉(zhuǎn)的膠輥掛帶，并吸附到絨輥上成為絨輥花。由于須條的抱合力較弱，掛帶纖維會牽縛須條上鄰近伸直的纖維而形成倒伏和紊亂，從而使常發(fā)性紗疵增加。從表1可看出，隨著膠輥表面粗糙度Ra值增大，毛羽指數(shù)值惡化，可推斷3 mm以上毛羽有一定的增加。

4.2 應(yīng)用ZR-G63型聚氨酯膠輥紡紗

應(yīng)用不同表面粗糙度的ZR-G63型聚氨酯膠輥紡CJ 9.7 tex紗質(zhì)量對比見表2，該膠輥的表面微觀形貌對比如圖2所示。

表2不同表面粗糙度的ZR-G63型聚氨酯膠輥的成紗質(zhì)量指標(biāo)

表面粗糙度Ra/μm條干CV/%細(xì)節(jié)粗節(jié)棉結(jié)個·km-1毛羽指數(shù)H1.813.571229603.410.712.80218352.72對比-0.77-10-11-25-0.69

a) 表面粗糙度Ra值為 1.8 μm b) 表面粗糙度Ra值為 0.7 μm

從表2和圖2可見，隨著膠輥表面粗糙度Ra值的減小，整體成紗質(zhì)量指標(biāo)得到很大改善，成紗品質(zhì)提升。

4.3 聚氨酯膠輥與傳統(tǒng)膠輥成紗質(zhì)量對比

傳統(tǒng)膠輥表面有不規(guī)則的波峰、波谷，使纖維在高速牽伸過程中所受的牽伸力與握持力、引導(dǎo)力和控制力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，纖維無法合理有效地抱合，紗線表面的游離纖維被掛帶成絨輥花，導(dǎo)致紗線毛羽增加。當(dāng)波峰磨損或倒伏后，膠輥表面很快會中凹或起槽導(dǎo)致使用壽命縮短，影響紗線錠間差異CVb值。傳統(tǒng)膠輥為橡塑混煉，其回彈性一般為20%～30%，膠輥的阿克隆磨耗較大，如果車間溫濕度波動較大，細(xì)紗斷頭率較高且處理不及時，將會導(dǎo)致膠輥損傷、起槽較為嚴(yán)重，影響紗線質(zhì)量。

應(yīng)用ZR-D65型聚氨酯膠輥與傳統(tǒng)65型膠輥生產(chǎn)C 14.6 tex磁性紡的成紗質(zhì)量對比見表3，二者的表面微觀形貌對比如圖3所示。

從表3和圖3可見，傳統(tǒng)膠輥表面波峰寬度大于100 μm，對含有大量16 mm以下短纖維的普梳集聚紡須條，在纖維脫離膠輥表面時產(chǎn)生掛帶，纖維抱合力受到較大削弱，加捻卷繞成形后很多纖維頭端和尾端暴露在紗體外，導(dǎo)致成紗條干惡化。而聚氨酯膠輥表面光滑，其沖擊彈性優(yōu)于傳統(tǒng)膠輥，握持力較好，分散度均勻，這些都對改善成紗質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。

表3 聚氨酯膠輥與傳統(tǒng)膠輥的成紗質(zhì)量指標(biāo)

膠輥型號條干CV/%細(xì)節(jié)粗節(jié)棉結(jié)個·km-1毛羽指數(shù)H傳統(tǒng)6513.24436743.84ZR-D6511.61211472.48對比-1.63-2-25-27-1.36

a) 傳統(tǒng)65型 b) ZR-D65型圖3 兩種膠輥表面微觀形貌對比(100×)

5 聚氨酯膠輥的磨礪

為保證同臺膠輥直徑的一致性及適宜的表面粗糙度，應(yīng)對膠輥進(jìn)行磨礪，磨礪質(zhì)量直接影響聚氨酯膠輥的使用效果。粗磨一般選用粒度為40號～60號的大氣孔砂輪，精磨選用80號大氣孔砂輪，磨削量控制為0.10 mm～0.15 mm。

磨礪聚氨酯膠輥時，砂輪、車頭轉(zhuǎn)速宜偏高掌握。以FM-5型磨床為例，車頭轉(zhuǎn)速應(yīng)為磨礪傳統(tǒng)膠輥時的1.5倍，砂輪轉(zhuǎn)速為2600 r/min(磨礪傳統(tǒng)膠輥時為1900 r/min)，拖板移動速度降低50%以上，往復(fù)1次約1 min；或者按傳統(tǒng)膠輥磨礪工藝往復(fù)3次(比傳統(tǒng)膠輥多磨礪1次往復(fù))。磨礪后的聚氨酯膠輥手感細(xì)膩、滑爽,表面粗糙度Ra值偏小掌握，一般控制為約0.5 μm。

早期磨礪聚氨酯膠輥時，膠屑易粘附羅拉、砂輪和膠輥，需隨時用壓縮空氣清潔羅拉和砂輪表面，影響磨礪質(zhì)量和磨礪效率；改進(jìn)型聚氨酯膠輥不存在這樣的問題，磨礪性能已接近傳統(tǒng)膠輥。

根據(jù)聚氨酯膠輥硬度與所紡品種，確定雙組分涂料比例。紡純棉，最好用紫外線光照處理；也可用雙組分涂料微處理，A∶B為1∶20以上，筆涂或板涂；紡化纖及混紡品種，用A∶B為1∶(5～8)的雙組分涂料，筆涂兩遍。

6 結(jié)語

聚氨酯膠輥具有優(yōu)良的回彈性、握持能力和耐磨性能，回磨周期長，成紗質(zhì)量好，能降低紡織企業(yè)的機(jī)物料消耗和噸紗成本；添加抗靜電劑或增加導(dǎo)電成分后，抗纏繞性能好，溫濕度變化適應(yīng)性強(qiáng)，適紡性優(yōu)良，穩(wěn)定性好；重加壓、高車速工藝時，使用壽命比丁腈膠輥長，耐熱性能與丁腈膠輥相當(dāng)；聚氨酯膠輥表面磨礪后形貌細(xì)膩，利于成紗質(zhì)量的提高。聚氨酯膠輥是性價比較高的牽伸器材，該產(chǎn)品在質(zhì)量提升、低碳環(huán)保、節(jié)能降耗方面效果突出，為紡織技術(shù)的進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級產(chǎn)生深遠(yuǎn)意義。

[1] 歐懷林.聚氨酯細(xì)紗膠輥的紡紗實(shí)踐[J].紡織器材，2014，41(6):31-33.

[2] 呂萬良.聚氨酯涂漆輥配方與用澆注機(jī)生產(chǎn)低硬度澆注型聚氨酯膠輥工藝[J].山東化工，2015,44(15):148-149.

[3] 孟慶杰.聚氨酯膠輥破技術(shù)瓶頸[J].紡織機(jī)械，2016(8)：74.

[4] 余桂林.聚氨酯膠輥的特性與應(yīng)用[J].棉紡織技術(shù)，2012，40(11)：1-5．

[5] 唐文輝.膠輥膠圈的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展[C]//“五愛·潛陽杯”2014’紡織器材制造﹑應(yīng)用及新技術(shù)交流研討會論文集.咸陽：全國紡織器材科技信息中心，2014：87-100.

InfluenceofMicro-morphologyofPolyurethaneRubberRolleronSpinningQuality

JI Yijun1,LIU Guowei2,FAN Zhengchun1

(1.Nantong Shuanghong Textile Co.,Ltd.,Nantong 226661,China; 2.Zhejiang Sanmen Sino-Swiss Polyurethane Technology Co.,Ltd.,Sanmen 317100,China)

To make good use of polyurethane rubber roller for better yarn quality,introduction is made to the material properties,processing technology,technical characteristics of polyurethane rubber roller,application and contrast of different types in spinning quality with different surface roughness of polyurethane rubber roller.Analysis is done to its micro-morphology effect on the spinning quality and grinding processing requirements.It is pointed out that polyurethane roller is of excellent resilience,good holding capacity and wear-resistance,excellent spinability,and long grinding cycle;the smaller the surface roughnessRa value,the better the yarn quality;polyurethane rollers excellent in yarn quality improvement,low carbon environmental protection,and energy saving effect,the price-performance ratio is competitive.

polyurethane;cot;elasticity;grinding;micro-morphology;surface;spinning quality

TS103.82+3

B

1001-9634(2017)06-0032-03

2017-03-12

吉宜軍(1966—)，男，江蘇海安人，高級工程師，主要從事紡紗技術(shù)、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)管理方面的研究。

時間：2017-08-31 17:57

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

20170831.1757.020.html