５０ 《陕西纺织》 ２０１１．２ （总第９０期） 纺纱胶辊的研究现状及发展 李冰摘要李汉青 成阳，７１２００ｏ） （陕西纺织器材研究所，陕西胶辊是纺纱牵伸机构的重要器材，对成纱质量有着重要作用。本文从硬度与弹性、表 面状态、结构及纺纱工序四个方面详细论述了胶辊的作用、特点、适用范围等关键问题，指出了 胶辊发展过程中的主要进展，并在此基础上，对胶辊的研究前景和发展进行了展望。 关键字胶辊硬度与弹性表面状态结构纺纱工序 数据见表２，从表２可以看出，随着胶辊硬度的增加，成纱质量 下降，目前，国内广泛应用的高弹低硬胶辊硬度为邵尔Ａ６５度。 表２不同硬度胶辊同等条件下成纱质量测试比较 硬度 条干 （邵尔Ａ）／度 Ｃ、ｒ，％ ６５ ７５ ８２ １７．２ １８．９ ２０．２ 胶辊的发展，自上世纪五十年代利用合成橡胶代替皮革生 产以来，经历了多次改革，在材质、结构等方面都有一定的发 展，根据目前的生产实际，胶辊可按下列方法进行分类，见表１。 表１ 分类 胶辊的分类方法 】 品种 细节 ，个－ｋｍ ６５ １３６ １９８ 粗节 ，个・ｋｍ ２９８ ６９ｌ ２ｏ６ 棉结 ／４＂・ 。‘ ３７４ ４４５ ５３２ 硬度与弹性 低弹、高硬 中等硬度 高弹、低硬 表面状态 结构 处理 单层 不处理 双层 微处理 铝衬管 纺纱工序 精梳 并条 粗纱 细纱 近年来，美国阿姆斯壮公司开发研究的胶辊硬度可下降到 鉴于胶辊的研究工作对今后如何提高成纱质量以及降低 工厂生产成本的现实应用意义，作者就胶辊研究中的硬度与弹 性、表面状态、结构等关键问题进行了系统的分析和综述，并对 胶辊的发展进行了展望。 邵尔Ａ５５度和邵尔ＡＳＯ度。资料表明，胶辊的硬度并不是越低 越好，一般最低可达邵尔Ａ５０度，再低，成纱质量会严重下 降 。 具体胶辊的硬度选择，还要由所纺品种和纱的粗细这两方 １硬度与弹性 胶辊的硬度和弹性对其握持性能有很大影响，是最重要的 物理指标。从硬度上讲，胶辊可分为三类，第一类是邵尔Ａ８３ 度以上的高硬、低弹胶辊，第二类是邵尔Ａ７３度 ８２度之间的 面决定。通常：（１）纺纯棉和粘胶品种一般采用邵尔Ａ５５度一６８ 度的高弹性低硬度胶辊；（２）涤棉混纺品种或其他化纤与棉的 混纺品种，一般采用邵尔Ａ７０度一７５度的中弹性中硬度胶辊； （３）纺纯化纤品种、纯棉粗号纱和涤棉粗号纱，条卷、精梳、并条 等牵伸胶辊及粗纱与细纱牵伸胶辊均采用邵尔Ａ７８度一８２度 的中弹性中硬度胶辊；（４）毛纺、麻纺、绢丝纺采用邵尔Ａ８４度 中硬、中弹胶辊，第三类是邵尔Ａ６３度一７２度高弹低硬胶辊。 目前应用最为普遍的是高弹、低硬胶辊。 高弹低硬胶辊的出现对棉纺牵伸理论发展具有指导性意 义，从理论上表现在四个方面：（１）改善牵伸罗拉钳口的握持特 以上的高硬度胶辊【２ ；（５）纺制各种纤维素纤维纱时，如天丝纤 维、莫代尔纤维、竹浆纤维时，用硬度为邵尔Ａ７５度的ＷＲＣ一 ９７５型胶辊并用表面微处理，纺纱质量好；（６）当新型纤维与棉 混纺时，可选用邵尔Ａ６３度～６５度的低硬度抗绕胶辊；当与涤 纶混纺时，可选用邵尔Ａ７２度一７８度的中等硬度抗绕胶辊【３ ； （７）纺制氨纶包芯纱时，国内普遍采用耐磨性好、成纱质量优良 的邵尔Ａ６５度的ＷＲＣ一９６５型表面不处理胶辊；（８）近些年出现 性，增大握持力，减小握持力不匀率；（２）罗拉钳口线相对比较稳 定，前后移动小；（３）低硬度胶辊变形大，当前钳口稳定后移时， 相对缩小了浮游区的长度，有利于控制浮游纤维的无序运动， 当前钳口稳定前移时，减小了纺纱三角区，有利于捻度传递，增 加了成纱强力，降低了细纱断头和成纱毛羽；（４）横向握持均匀， 控制纤维能力强。 高弹低硬的胶辊在生产中的应用有五大特点：（１）对纱条纤 维控制均匀，成纱的常发性纱疵少，成纱条干均匀度好；（２）钳口 握持面大，对纱条纤维的控制力强；（３）在同等加压条件下，低硬 度胶辊同须条纤维的接触面积和握持力要优于中、高硬度胶 的集聚纺纱正在逐步扩大市场，针对胶辊，与传统环锭纺纱机 相比：须条对胶辊的磨损加大；在相同加压条件下，单位面积受 压量增加４０％～５０％，胶辊需有更好的弹性和强韧性；前压胶 辊需增大表面粗糙度，表面粗糙度不匀率要显著提高，利于对 纱线握持，条干性好；需要有较好的抗绕性和抗污性。针对这 辊，能稳定牵伸、减少机械磨损和能源动力的消耗，降低企业成 本；（４）有利于降低细纱断头和成纱毛羽，减轻工人的劳动强度； （５）低硬度胶辊的伺磨周期比中、高硬度胶辊短。 我们选用相同规格硬度不同的胶辊纺纱（Ｃ１４．６ｔｅｘ），试验 些特点，前胶辊可用硬度小（邵尔Ａ６３—６５度），直径大的表面不 处理铝衬管胶辊“ｊ。 另外，由于棉纤维短绒率高、整齐度差，在牵伸过程中较难 控制；而化学纤维几乎没有短绒，整齐度很好，容易控制。因此。 ２０１１・２ （总第９ｏ期） 《陕西纺织》 ５１ 胶辊硬度和弹性对不同纤维成分纱线的影响不同。纺特细纯 棉精梳纱，硬度选择邵尔Ａ５５—６０度；纺细号、中号纯棉精梳纱， 细号纯棉纱、细号涤棉混纺纱、弹力包芯纱等，硬度选择邵尔 目前，表面不处理胶辊在适纺性和可纺性上取得了不错的 效果，在纺织企业已逐步得到应用。表面不处理胶辊回磨周期 长，磨量小，免处理，为企业增创了效益，减轻了劳动强度。并 且不处理胶辊在周期复磨过程中硬度变化较小，也不存在涂料 层对胶辊圆整度的影响，成纱质量稳定，对纯棉或棉与化纤混 纺品种的适纺性比较好。但在实际生产中也难免会出现一些 问题：①抗绕性能差：由于表面不处理胶辊的动摩擦因数最大， 在加压较重而车速较高的情况下，易产生静电，增加缠绕；另 Ａ６１—７０度；纺中号、粗号纯棉纱、中号涤棉混纺纱、中号棉型粘 胶纱，硬度选择邵尔Ａ７１—７５度；纺粗号涤棉纱、粗号棉型粘胶 纱，硬度选择邵尔Ａ７６—８０度 Ｊ。 ２表面状态 胶辊按照表面状态可以分为三类，分别为：表面处理、表面 不处理、表面微处理。 对于表面处理胶辊来说，主要有生漆涂料处理、表面酸处 理、紫外线光照处理、新型化学涂料处理，其主要机理和作用， 是在胶辊的表面产生一层覆盖物，或是通过化学键的断裂，使 其在胶辊的表面形成一层低分子的氧化层，经过这些表面处理 后，增强胶辊的适纺性能，减少缠绕，改善成纱质量【６】。目前生 漆涂料处理、酸处理和紫外线光照处理均由于弊大于利而逐渐 淘汰，广泛采用的是胶辊表面涂敷新型化学涂料的处理方法， 使胶辊表面达到光、爽、燥的要求。 新型化学涂料组分复杂，多种极性强的树脂与脂基能同丁 腈橡胶中的腈基交联固化成薄膜附在胶辊表面；渗透剂能使涂 料渗透在橡胶的表层，形成柔性良好的分子链，使其富有韧性、 抗冲击性、抗弯曲性与耐磨性，并具有耐油、耐酸碱和耐臭氧等 特性；抗静电剂可在胶辊表面形成薄膜，降低胶辊表面的摩擦 因数，减少胶辊表面对须条纤维的粘附和缠绕，使生产正常进 行，并延长胶辊的使用寿命。 目前，化学涂料主要有无色和有色两种，其中的有色涂料 开发时间早，应用范围广，但在使用中存在着一些不足：随着时 间的推移和胶辊所处环境的差异，胶辊与胶辊之间出现表面色 泽不一，甚至同一只胶辊一周的表面色泽也不尽相同。胶辊表 面色泽差异，必然导致胶辊表面状态、性能产生差异，进而影响 成纱质量。而无色涂料作为有色涂料的替代品，是近些年才发 展起来的。无色涂料采用高活性、极性基团，成膜对光、热稳定 的化学物质作主体，可以避免由于紫外线等的辐射作用而引起 的胶辊表面结构性能差异，造成周围表面摩擦系数不同，影响 成纱质量。 然而，采用化学涂料处理，存着在有毒物质对人体的危害， 为此，淘汰传统的有毒胶辊表面处理工艺，发展特种抗扰不处 理胶辊，并使胶辊保持原有的弹性，柔软性，吸湿性等，也就成 为目前胶辊的发展趋势。 要使胶辊不涂覆涂料而又具有爽、滑、燥的特点，且能适应 高速转动的纺纱机器，就必须对丁腈橡胶胶辊主体高分子材料 进行改性。通常是在组织结构中注入、补充其他改性树脂材料 或高分子材料，抗静电剂等，以帮助提高胶辊的抗张强度、抗静 电性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等，保证胶辊具有较强的吸湿 性、高绝缘性能，以防止胶辊在高速运动状态下表面静电量增 加，造成胶辊握持力不足而“喷白花”或缠花现象大量出现 。 外，对纺纱环境温湿度的不相适应也会使抗绕性下降［８ ；②由 于胶辊回磨后大、小端壁厚不一致；胶辊表面粗糙度值过大或 过小；轴承补油过多或过少造成胶辊回磨后纱线条干恶化。因 此，为了确保正常生产，防止成纱质量出现波动，不少纺织企业 应用表面不处理胶辊时，对胶辊表面进行化工涂料微处理，不 仅可以解决铝衬管胶辊抗绕性差及抗静电的问题，改善成纱质 量和纺纱性能，对使用寿命也有所提高｜９］。 微处理胶辊在技术性能上着重定位在其优异的回弹性与 硬度的均匀性；在适纺性能上着重定位在通过磨砺和表面的轻 微处理，使其表面的摩擦状态可在较宽的范围内选择，以能适 应棉纺及混纺等多种纺纱的要求。 ３结构 早期的国产胶辊结构主要是单层大套差胶辊，内孔与罗拉 轴承的套差达３ｎｍａ，胶辊在套制时，内壁被拉伸，橡胶分子间的 间距拉大，胶辊圆整度差，使其弹性减小，表面易受空气中臭氧 侵蚀而老化龟裂，其硬度也会随着胶辊套差的增大而升高。另 外，装配后由于内应力的释放，破坏橡胶分子的排列，造成应力 不匀，使成纱条干均匀度恶化，影响纺纱质量的稳定，降低胶辊 的使用寿命，现已逐渐淘汰。 第二类是中间带骨架线的双层小套差胶辊，按其结构的组 成又称为三层小套差胶辊：内层由橡胶与塑料混合做成，在内 层与橡胶层之间绕一层强力线层，外层是不同硬度的橡胶层， 其内孔与罗拉轴承的套差为０．５一ｌｍｍ。与大套差胶辊相比，具 有以下优点：（１）应力较小，在纺纱过程中保持着较好的弹力握 持，有利于成纱质量的改善；制作简单方便；（２）胶辊经过多次 磨砺直径减小后，其表面硬度增加较小，能延长胶辊的使用寿 命；（３）胶辊壁厚不小于５ｍｍ时，其弹性良好，表面硬度正常，成 纱质量较好而稳定。双层小套差胶辊由于其价格较低，装配简 单，性能比较稳定，纺纱质量较单层胶辊好，在棉纺厂得到广泛 使用。 但在实际生产中仍存在缺点：（１）无法避免应力分布不匀 的问题，当胶辊逐渐经过回磨变薄时，会造成胶辊的偏心，导致 成纱质量的波动与下降。一般运转一段时间（一般２个～３个 月）后，个别胶辊内层会出现疙瘩或圆整度偏差增大，影响条干 均匀度，并易产生纱疵 】。（２）骨架层所应用的强力线，要求伸 缩率小，不易使胶辊产生变形，又要在硫化受热过程中不易膨 胀、收缩或断裂。若强力线质量达不到要求，会使胶辊套入铁 ５２ 《陕西纺织》 ２０１１．２（总第９０期） 壳后在负载运行时产生轴向开裂，导致胶辊脱壳游出等现象发 生。 并条工序的主要任务是并合、牵伸、均匀混合、成条。并条 胶辊要在高速度、高压下与罗拉组成有效的握持钳口，使须条 得以有效牵伸，除一般性能外，更强调胶辊的耐磨性和耐热性。 目前大多数纺织企业选用邵尔ＡＳ０度或８５度的普通胶辊，结构 为包胶，表面采用１：６的双组份涂料进行处理。 ４．３粗纱工序 第三类是铝衬管胶辊，其结构是较薄的内层铝衬管和较厚 的外层橡胶相结合，该结构显著改善纺纱性能，成为胶辊合理 的结构。首先，该胶辊外层橡胶层在丁腈橡胶和特种羧基丁腈 橡胶混炼改进后，引进了极性基团，增强了主体材料的极性，对 非极性类化学介质的抗耐性得到进一步提高；同时高联剂和极 性基团在硫化作用下，使硫化胶的三维交联密度增加，组织结 构化学性能稳定，抗耐活性剂一类化学品的能力增强，有效地 功止其渗透扩散，破坏其组织结构。其次，外层橡胶层与内层 铝衬管在橡胶硫化过程中相结合，彻底消除了因套差结构的影 响而形成的橡胶层应力分布不匀、局部应力集中的现象。再 次，由于其与罗拉轴承装配后，内层应力不会传递给外层，保证 胶辊表面橡胶不受内应力扩张而变形，在使用过程中没有硬度 变化和尺寸变化的影响，可以进一步改善和提高成纱质量。我 们选用不同结构的胶辊纺纱（ＣＪ１４．６ｔｅｘ），试验数据见表３。 表３ 不同结构胶辊成纱质量测试比较 粗纱工序的主要任务是牵伸、加捻、卷绕、成形。粗纱胶辊 要与罗拉组成有效的钳口，握持好纤维，提高对纤维的有效控 制，确保粗纱质量。 一般选用邵尔Ａ ８ｏ度普通胶辊即可，四罗拉粗纱机的前胶 辊可选用邵尔Ａ７５度的表面不处理铝衬管胶辊，可提高对纤维 的有效控制，有利于提高粗纱条干水平。对于普通胶辊，采用 １：６双组份涂料处理即可。对于不处理胶辊；必须用精密磨床 磨砺，并对其表面进行微处理，即采用１：１５双组份涂料进行处 理。 ４．４细纱工序 细纱工序要通过牵伸将粗纱均匀地抽长拉细到所需的线 密度，加上适当捻度使成纱有一定的强度、弹性和光泽，达到织 ‘硬度（邵 直径 规格 条干ｃ、， 细节／个 粗节，个 棉结／个 尔Ａ）／度 ／ｍｍ ，％ ・ｋｍ一 ・ｋｍ ・ｋｍ ６５ ６５ 布要求。细纱胶辊选用着眼于在确保正常生产情况下，如何加 强对纤维的控制，提高成纱质量。 细纱胶辊是纺纱胶辊中最重要的胶辊，目前，随着表面不 ２９．８ 铝衬管 １２．７ ２９．８ 双层 ２９．８ 双层 １３．１ １３．２ ６．７ １３．３ １７．５ ２７．３ ３５．８ ３７．７ ７３．６ ７８．９ １２．８ ．４０．５ ６８ ６８ ２９．８ 铝衬管 １２．８ ８２．７ ８９．３ 处理胶辊适纺性的不断提高，纺织企业大多选用邵尔Ａ６５度表 面不处理铝衬管胶辊作为细纱前档胶辊，对某些易粘缠的品 种，则对邵尔Ａ６５度表面不处理胶辊用１：１５或１：２０的双组份 涂料进行微处理，以提高其抗绕性。对于某些化纤品种，可选 ４纺纱工序 纺纱是个系统工程，由开清棉、梳理、精梳、并条、粗纱、细 纱等工序组成，就涉及胶辊的工序有：精梳、并条、粗纱、细纱， 这四个工序的牵伸装置、生产工艺、技术要求不同，牵伸部件的 运动形式也不同，因此，各个工序对胶辊就有不同要求，必须对 精梳、并条、粗纱、细纱各道工序胶辊的应用进行系统性研究。 ４．１精梳工序 用邵尔Ａ７５度的铝衬管胶辊，表面采用１：６的双组份涂料进行 处理。而对于细纱后档胶辊，硬度一般比相搭配的前档胶辊大 ５渡，直径小Ｏ．５ｍｍ一１．５ｍｍ为宜【 ，ｌ为降低成本，也可以用退 下的前档表面不处理胶辊，对其表面采用双组分涂料处理来提 高硬度，应用于后档胶辊上。 精梳工序要排除条子中一定长度以下的短纤维、残留的棉 结、杂质、疵点，将纤维进一步伸直、平行和分离，制成均匀的精 梳棉条。该工序涉及到分离胶辊和牵伸胶辊。 对于分离胶辊，硬度一般在邵尔Ａ７５度左右，以便使纤维 能够有效分离结合。由于分离胶辊直径较小、长度较大，并且 在精梳机上高速旋转，运动形式问题对胶层扭力大，所以，高效 ５胶辊的发展 随着新型纺纱机械、纺纱工艺的发展，成纱品质的不断提 高，对于影响成纱质量的关键牵伸器材之一的胶辊，也提出了 新的发展趋势。目前国内外主流产品集中在适应主机高速、新 型纺纱形式及新型纤维发展等方面。与国外相比，国产胶辊的 硬度达到了要求，但在弹性方面表现不足，另外，由于设备硬件 差异，国产添加剂质量不稳定，都导致胶辊适纺性差距较大【ｌｌ 奋 因此，胶辊的主要发展方向体现在以下几个方面： 能精梳机分离胶辊结构最好采用包胶，其表面采用１：６的双组 份涂料处理，避免粘缠，提高胶辊的硬度和使用寿命。 对于牵伸胶辊，目前常用的ＦＡ２６６系列高效能精梳机，需 选用硬度为邵尔Ａ７５度或邵尔Ａ６５度的低硬度、高弹性胶辊， （１）在使用期内可靠性、一致性、稳定性强，握持性能衰退 速度慢、衰退幅度小；（２）有很好的抗绕性能，以提高和稳定纱 线质量。（３）开发出新品种的胶辊适用于目前不能应用表面不 处理胶辊纺纱的品种，以及适应新型纺纱工艺的牵伸胶辊，解 有利于提高握持力及精梳条条干水平，而中、后胶辊一般选用 邵尔Ａ ８０度或８５度普通胶辊。牵伸胶辊速度较快，加压较重， 必须采用包胶式胶辊。表面处理一般采用ｌ：６的双组份涂料处 理。 决胶辊对温度、湿度变化的敏感性问题。（４）为降低企业的生 产成本要求胶辊向一次回磨周期１年以上，使用寿命４年以上 的方向发展。（５）精、并、粗、细胶辊全流程铝衬（下转第４５页） ４．２并条工序 ２０１１．２ （总第９０期） 《陕西纺织》 ４５ 种颜色混合包缠在一起，更是活泼中不失稳重，低调中 于针织物和机织物生产。形成的织物具有与传统纱织 不失华丽，素朴中不失高雅。而蓝色，红色涤纶长丝具 物不同的风格特征，主要表现为：由于织物中纱线呈带 有闪亮效果，与白色棉纱搭配起来更能凸显其效，用它 状或扁平状，使得织物的覆盖系数增大，织物看起来厚 来做一些秋，冬季的针织服装会更显大方和洋气。 实紧密，蓬松感好，且织物质量也可以相应减轻。 ２．３编织难点 此外，配上带子纱的结构特征，使得编织而成的带 此款带子纱由三股纱线相互包缠纺制而成，因此 子纱针织物结构更为松散，手感更为柔软。 纱线相对粗些，在针织横机上无法实现，在手工编织过 ２．５针织物的性能特征 程中也遇到了很多问题。由于带子纱具有很好的网眼 本文所织的毛衣小样以棉纱和涤纶为原料，因而 效果，为了将此效果表现到最好，毛衣针的选择一定要 成品针织物毛衣也是同时具备了涤纶和棉的性能特 合适：毛衣针选的太粗，织成的针织物会很稀疏，网眼 点：涤纶的结实耐穿，抗皱免烫，易打理；棉的高强力， 很大，保暖陛就不好；毛衣针选的太细，织成的针织物 高吸湿性、透气性，无静电，以及良好的舒适性能和良 会很紧密，穿着起来会很不舒服，因而本文选用１４号 好的手感；但同时涤纶具有吸湿性差、舒适性差、手感 的毛衣针进行针织物的编织；再者，由于此款带子纱相 差等弱点，而棉织物经过水洗和穿着后易起皱，变形。 对一般纱线会粗些，在编织过程中比较有难度，有时还 两种不同原料的性能搭配起来很好的弥补了彼此性能 会出现掉针的情况，为了克服这些难点，在编织过程中 的不足，既突出了涤纶的风格又同时具有了棉织物的 一定要格外小心。 优势，强度更强，柔软舒适性更佳，适用于各种人群，尤 ２．４针织物结构特征 其适用于生产老人和儿童的服装。 此外，带子纱有很好的网眼效果，用小针筒织成的 带子纱，由于带子中空有相对静止的空气层，所以使用 带子纱编制成的服装比普通纱线编制成的服装透气性 更好，吸湿性也更好，穿着舒服且吸汗。 ３结束语 个性化消费时代的到来，对纺织品的外观、风格及 功能提出了更高的要求，花式纱线的应用恰恰能最大 限度的赋予产品艺术个性和技术功能，满足千变万化 图２涤棉三色带子纱所织的小毛衣 的市场需求，不仅可以创造出好的服用性能而且可以 由于选用外转式小针筒装置纺制带子纱，因而纺 生产出特有美丽的外观效果，应用前景一片大好。 出的带子纱没有捻度，呈带状或扁平状，可以直接被用 （上接第５２页）表面不处理化是未来胶辊优势组合的趋势。 ［６］余桂林．胶辊胶圈应用关键技术问题探析［Ｊ］．棉纺织技术， （６）向环保节能型发展，避免污染环境，不损害人体健康。 ２００２，３０（１１）：５—９ 参考文献： 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