YY-J68型无差异化纺纱牵伸胶辊的研制与应用

黄顺道，丁飞霞，王效安

(1.无锡宇一精工科技有限公司，江苏 无锡 214112；
2.江苏宝利来斯橡胶有限公司，江苏 镇江 212002；
3.无锡经纬纺织科技试验有限公司，江苏 无锡 214092)

近几年，棉纺行业飞速发展，但不少棉纺织企业面临产品附加值低、同质化现象严重、传统型产品占主导、市场竞争力偏弱等问题，只有提高产品开发能力、实现品种多元化，才能长远发展。对此，部分纺纱企业朝着小批量、差异化、多品种方向发力，以快速适应市场。满足纺纱企业快节奏品种更换以及降低消耗、节省成本的需求，成为胶辊、胶圈制造企业迫切需要解决的问题，YY-J68型无差异化纺纱牵伸胶辊应运而生。

1.1 主体材料

丁腈橡胶分子链结构含有的氰基(-CN)是一种强极性且易于水解的基团，在光电子能谱中发现丁腈橡胶磨损表面有酰胺基团(-CONH2)和羧酸基团(-COOH)，这是因为在100 ℃～200 ℃环境条件下或经过较长时间，氰基基团很容易水解成酰胺基团。水解产物脱落，会使材料产生磨损[1-2]。

胶辊在摩擦或磨损时产生的自由基，能与空气中的氧气发生氧化降解反应。在纺纱过程中，由于胶辊发生多次滞后压缩变形，进而形成热累积，至一定温度时易造成热降解反应，同时也为氧化反应储存了更多能量；
纺纱过程中胶辊表面层处在摇架与罗拉的应力场中，在接触点处很小体积内的分子链受较大的应力，当应力达到一定值时，分子中共价键的键角、键长形变增大，变为活化状态，降低化学反应的活化能，使胶辊交联结构中的S-S交联键易断裂并氧化。

胶辊表面层的氧化降解和热降解反应，降低了拉伸强度，加速了磨损，故在配方设计中需弥补丁腈橡胶使用过程中的不足。YY-J68型胶辊配方设计中加入碱铜络合物+甘油+聚乙烯醇微胶囊改性丁腈橡胶，增加胶料的热稳定性及硫化胶的模量，提高胶辊的耐摩擦、耐磨损性能。

1.2 补强剂

YY-J68型胶辊采用白炭黑作为补强剂。由于白炭黑比表面积大，易发生二次聚集，在环境中易吸收水分，其中的羟基与水易产生很强的氢键，进一步提高了白炭黑颗粒间的凝集力，造成白炭黑混炼与分散困难。配方中白炭黑多量配合时，易生成凝胶，使胶料硬化，混炼生热大。为了保证胶料良好的分散性能，要求混炼开始时保持高的剪切力，既使填料中聚集粒子尽可能被打开，又不使分子链产生过多的降解。YY-J68型胶辊在配方设计时，加入了一定量的助剂提高胶料的分散性能，促使其短时间内分散均匀，确保胶料混炼后性能一致。

1.3 抗老化和耐疲劳结构剂

纺纱胶辊在运行过程中承受每分钟上百次的周期性形变，因内摩擦产生力学损耗，且胶辊与罗拉、纱线之间的摩擦生热，使其表面温度随运转时间延长而迅速上升，材料强度随温度的上升而下降，加速了胶辊的热氧老化和臭氧老化，缩短了胶辊的使用寿命。其实质是疲劳过程中力化学反应导致的疲劳破坏，按分子论的观点，由于胶辊中存在一定量交联结构，在纺纱过程中，胶辊中的交联网络承受不断叠加的应力，因网络具有不一致性，故承受的作用力无法均匀分布，会因应力集中而产生某些网链的断裂。网链断裂一般发生在弱键部位，导致微观损伤。随着温度不断升高，活化了氧化反应与臭氧化反应，加速微观损伤恶化为裂纹；
若网链断裂在裂纹端部，随着使用时间延长，裂纹不断加大。

动态疲劳中，胶辊的形变幅度和频率对疲劳寿命有较大的影响。随着形变幅度增大，力化学反应的活化能降低，氧化反应容易进行，胶辊疲劳寿命降低。在低频率变形下，胶辊的温升通过热传递与环境温度达到热平衡；
而在高频率变形时，胶辊作为不良导热体，其内部的温升无法及时散逸，热量的累积会加快热老化和热降解的速度，从而降低胶辊的寿命。因此，在YY-J68型胶辊的配方设计中，优选添加了一种既能防臭氧老化，又能抗疲劳的橡胶结构剂，使该胶辊具有良好的抗拉伸性能及耐疲劳性能。

在设计胶辊配方时，应综合考虑纺纱胶辊的使用寿命和成纱条干质量。因此，既要求胶辊伸长率、弹性、抗压强度、模量、脆性等基本不变，又要求胶辊的冲击强度、永久变形等不被破坏。二者缺一，就会影响胶辊的使用性能和寿命，这也是胶辊与其他橡胶制品的区别之处。

胶辊生产工艺优选，旨在使增塑材料最大限度的接近平衡状态，尽可能避免在使用条件改变时制品性能随时间而发生显著变化。在胶料生产中，定量的确定分散程度以及控制混炼过程中的时间和温度，对纺纱牵伸胶辊质量非常重要。

优选后YY-J68型胶辊的生产工艺流程：密炼机混炼→回炼→压出→成型→硫化→磨砺→检验→包装→入库。

3.1 抗拉试验

针对胶辊在无差异化纺纱品种上存在起槽、不耐磨的问题，将YY-J68型胶辊与3种常用胶辊进行抗拉性能对比试验，结果见表1和图1。表2为YY-J68型胶辊及2种常用胶辊的上车损坏率对比。

表1 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊抗拉性能对比

图1 不同胶辊抗拉试验后表观形貌对比

分析表1、表2及图1，发现YY-J68型胶辊的抗拉性能好、成纱条干好且上车损坏率较低。其中，56号车的上车损坏率仅为0.3%，211号车的上车损坏率仅为0.2%，这说明YY-J68型胶辊使用寿命长，能减少消耗、提升产能。

表2 YY-J68型胶辊与2种常用胶辊上车损坏率对比

3.2 应用实践

3.2.1 纺莫代尔11.66 tex纱和9.72 tex纱

表3为YY-J68型胶辊与国产L型胶辊，在56号机台上纺制M-1/M-5 60/40 11.66 tex SK(G2)11.66 tex针织纱的成纱质量对比。

表3 YY-J68型胶辊与国产L型胶辊纺莫代尔11.66 tex针织纱成纱质量对比

由表3可知，与国产L型胶辊相比，应用YY-J68型胶辊纺纱的CV值最大降低了0.32个百分点，CVb值最大降低了0.4个百分点，-35%细节最多下降50%，+50%粗节最多下降75%，+200%棉结最多下降40%，成纱质量得到改善。

表4为YY-J68型胶辊与常规胶辊，在212号机台上纺莫代尔9.72 tex针织纱的成纱质量对比。

由表4可知，与常规胶辊相比，应用YY-J68型胶辊纺莫代尔9.72 tex针织纱，CV值最大降低了0.83个百分点，-30%细节最多下降了78%，+35%粗节最多下降了60%，+50%粗节最多下降了80%，+200%棉结降低了46%；
这说明通过采用YY-J68型胶辊纺纱，成纱质量得到改善。

表4 YY-J68型胶辊与常规胶辊纺莫代尔9.72 tex针织纱的成纱质量对比

3.2.2 纺LC 14.58 tex纱

在车速为200 m/min情况下，YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺LC 14.58 tex纱的成纱质量对比见表5。

由表5可知，与其他3种常用胶辊相比，应用YY-J68型胶辊纺LC 14.58 tex纱，CVm值、平均差不匀率、细节、粗节、+280%棉结指标都得到了明显改善。

表5 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺LC 14.58 tex纱的成纱质量对比

3.2.3 纺C/T 55/45 13.06 tex纱

表6为YY-J68型胶辊与其他3种胶辊使用马克隆值为4.1的棉纤维和线密度为1.33 dtex的涤纶纤维纺C/T 55/45 13.06 tex纱的成纱质量对比。

由表6可知，与其他3种胶辊相比，应用YY-J68型胶辊纺C/T 55/45 13.06 tex纱，CVm值、平均差不匀率、-50%细节、+50%粗节、+200%棉结指标明显改善。

表6 YY-J68型胶辊与3种常用胶辊纺C/T 55/45 13.06 tex纱的成纱质量对比

分析发现，YY-J68型双层铝衬管胶辊套制后，抱合力强，使用时不会产生胶辊位移、脱壳问题，用乌斯特条干仪检测未发现有机械波存在；
且该胶辊抗静电效果好，适纺性强，抗缠绕、抗拉性能好，耐油、耐老化，在使用中纵向摩擦力界分布均匀，成纱质量良好。

4.1 套制

套制前检查胶辊轴承质量，须剔除不良轴承，清洁轴承表面后，采用立式气动套胶辊机进行套制。套制时要保证轴承芯壳、压套机的压杆轴与胶管同轴，使套胶辊机的压套压力同时作用在胶辊或铝衬管上，保证1次压套到位；
双层胶辊套制后需压圆1次，粗磨后再压圆1次，确保胶辊内部应力分布均匀，否则会影响成纱质量。

4.2 磨砺及表面处理

磨砺应分为粗磨和精磨2部分。粗磨时，移动胶辊在砂轮上磨砺至设定厚度；
精磨时，让砂轮充分磨砺胶辊外层表面，建议磨2～3个往复，每次磨砺量不小于0.15 mm。

应保持砂轮表面清洁和锋利。粗磨采用46号大气孔砂轮，自动走刀3个往复；
若用变频专用磨床白刚玉砂轮磨胶辊，自动走刀2个往复，保证胶辊磨砺表面光洁、细腻，目视胶辊表面不发亮以保证胶辊表面具有合适的摩擦因数。

磨砺后用压缩空气清洁胶辊表面，用白布遮光存放，并尽快用涂料处理胶辊表面(用RC涂料处理时，采用笔涂的方法先稀后浓)；
勿用水或任何化学试剂处理胶辊表面，尤其是酸处理会破坏橡胶质量，加速老化。

4.3 存放与使用维护

YY-J68型胶辊适纺纯棉、混纺(涤/棉)纱，邵尔A硬度为(68±2)度，在使用和储存时需避免高温、高湿或阳光、紫外线照射，最好保存于暗室。

胶辊间的环境条件应与纺纱车间保持一致。胶辊上车前应保证其表面清洁，并在车间放置24 h平衡温度，或放在烘房内进行预热，防止冷胶辊上车缠绕纤维；
上车后需经常检查摇架加压的稳定性，根据纺纱工艺的要求，合理控制摇架压力，延长胶辊的使用寿命。

重视对胶辊的日常维护及保养：① 结合平、揩车计划，对胶辊表面进行清洗及检测，保证胶辊表面油污、棉蜡等及时被揩清；
② 根据纺纱品种，制定胶辊回磨计划。

YY-J68型胶辊具有优良的弹性、抗拉性及抗缠绕性，表面细腻光滑、压缩变形小，抗静电、耐磨、耐老化、适纺性强，成纱条干好等，适纺纯棉、混纺(涤/棉)纱，适用于无差异化纺纱，能节约纺纱成本、降低消耗、提高经济效益，使用范围较广，具有广阔的发展空间。