5 网格圈的制造和维护.docx
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5网格圈的制造和维护
集聚纺网格圈的制造和维护
目前国内网格圈制造业已经形成相当规模,产量已居世界之冠,不但供应国内纺纱企业的巨大需要,还大量出口到东南亚、非洲和北美地区。
网格圈原料为锦纶(尼龙6)单丝,首先用机织方法做成一定长度(按照后续加工工装)“管坯”,然后经过“热定型”、切割和锁边而成。
一、织造工序
织造前的准备工序比较简单,一般丝织厂的整经设备都可以用,卷纬用小型有边纱管全自动卷纬机。
单丝但很细,表面光滑,一般都不上浆,织造时会有起毛和静电等问题的困扰。
单丝刚度要比复丝大得多,接头,经线整理操作都比较重要和困难,需要有经验的技术工人精心操作。
常用直径0.08mm单丝,经纬线密度达到每厘米60根,紧度很大,属于高密织物范围,所以需要用比较大的上机张力,织物纬向线密度对张力很敏感,送经机构必须保持良好和稳定的机械状态。
网格圈织带机概述
网格圈是管状织物,上、下完全分离的双层组织,只能采用有梭织造,因为上、下层交替织造,纬纱必须连续,两边就自然封口而成为管状。
网格圈直径小,目前常用的网格圈直径没有超过50mm的,穿筘幅度在78mm以下,属于窄幅织物,所以可以使用有梭织带机。
网格圈是锦纶长丝,属于丝织物范围,因此用丝织机比较合适。
目前有机械制造厂专业生产“剑杆网格圈织机”,实际上这是用旧棉剑杆织机的机架,改造成的有梭织带机,机身经面太短,用于丝织物织造并不理想。
图20是用国产的K251-110型丝织机改装的网格圈专用织机。
条带间距230mm,原丝织机穿筘幅度110cm的,可以改装成5条带的网格圈织机;穿筘幅145cm的可以改成6条带,160cm的可以改成7条带。
条带穿筘幅度最大70mm,制织网格圈的直径范围为30-45mm。
织机五大运动中除了投梭机构以外,其它四个即开口、打纬、送经、卷取机购都不需要作大的改动。
如果品种固定,只做三枚斜纹组织的话,开口机构用6页综框的凸轮开口机构就可以了,运行最为稳定可靠。
如果要有多品种的变化组织,那么必须要用多臂装置,国产丝织用多臂装置最多可以16页综框。
如果要做变密度(节能)网格圈则需要有10页综框以上的电子多臂装置和电子送经、卷取机构。
投梭机构改造
梭子传动(投梭)机构改造,使之适应多梭织造,目前使用的有两种方式:
1、磁控梭子传动
采用永久磁铁控制梭子传动方式,在有梭丝织机基础上设计改装,结构如图21所示。
原来的木筘座(大龙),在梭道中心线上,开一条贯穿整个长度的矩形长槽,长槽中放一条可以灵活移动的传动木条,木条上在梭子的相应部位埋入永久磁钢组,和其对应在梭子底部也埋有一组永久磁钢。
由于极性相反,梭子就能正确地被吸附在传动木条上,跟随木条运动。
走梭板用1mm厚的无磁性不锈钢板制成,所以梭子隔着走梭板被传动木条悬浮控制,在底层经线上穿越梭口。
传动件都用木材制作是为了减轻重量,适用高速,筘幅110cm的5条带织机,梭子长度125mm。
最高可以达到200转/分。
为了保证稳定生产和高质量,常用降低转速到160转/分或更低。
原打梭棒和投梭侧轴还可以利用,马镫带改为可调节长度的双头螺栓连杆,主轴上的投梭凸轮按需要的运动规律重新设计。
通过侧轴、连杆、打梭棒,连接到传动木条,就能实现梭子的往复运动。
这种结构的优点:
1、梭子长度不受条带宽度的限制,梭子长只有125mm,只需一种规格,就可以做所有品种,理论上织造幅宽是无限的。
2、用现有的有梭丝织机改造很容易,改造零件和工作量都很少,成本最低;
3、没有梭子轨道,梭子可以方便地取出和放入梭道,采用一把备用梭子交替使用,换纡管操作停车不到5秒,效率高。
2、齿条-齿轮传动
这是古老的齿条传动有梭织带机的传统方式:
横贯整个筘座的齿条,通过小齿轮传动在轨道中底部带齿条的梭子。
梭子在轨道中运行,不需要走梭板的托持,就可以作直线往复运动。
在每一个条带宽度的两侧分别装有一个传动梭子的小齿轮,由底下的长齿条集体传动。
梭子长度必须大于跨越条带两侧小齿轮的中心矩离,才可以让梭子底面的齿条至少被一个小齿轮啮合传动。
长齿条向一个方向移动时,通过所有小齿轮传动上面的梭子,同步地向长齿条相反方向运动,来回穿过梭口。
织机主轴上的走所机构(凸轮、曲柄连杆或偏心传动)控制长齿条的往复运动。
(图22)
这种机构的缺点是明显的:
筘座体积庞大、笨重,不利于速度提高,最高速度不到90转/分,一般生产常用60转/分。
梭子长度必须大于条带织物幅度至少两个小齿轮直径;相邻两个条带之间空间必须至少大于一个梭子长度,所以机器宽度增加或者减少机器上的条带数,生产能力降低。
因此条带的宽度受到限制,条带最大穿扣幅度不超过80mm,而梭子长度要170mm。
二、定型工序
网格圈定型工序的目的有两个:
一是确定网格圈周长;二是增加强度和耐磨性。
合成纤维是链式分子结构,未牵伸过的原丝中的分子链是“乱七八糟”的,因此强度不高,弹性和塑性伸长很大。
增强方法是经过“紧张热拉伸”,将纤维加热到再结晶温度以上进行拉伸。
在被拉伸过程中,链状高分子向同一个方向滑动,被拉直,排列一致,取向度提高。
急速冷却,结晶细化,得到增加强度、减小伸长的效果。
由此可见,网格圈定型工艺必须达到的条件有:
1.加温达到原料再结晶温度以上,使原丝达到一定的塑性变形能力。
2.必须有一定的拉伸效应,提高纤维高分子链的取向度。
3.在高温下有一定的保温时间,使热拉伸过程充分。
再急冷固化,稳定结构。
按照这三个条件,网格圈热定型的科学方法如下:
从织机上下机管坯的直径要控制在不超过最终成品直径,然后把它套在一个“模具”上。
“模具”是一个直径可以有一定伸缩的金属半圆管,管坯套上去以后把两半圆柱撑开,锁定在成品直径上,保持一定的紧张度。
然后将网格圈和定型模具一起,蒸汽加热到100摄氏度上下,并保持一定时间(30分到一小时)后,快速冷却。
单丝在加温和保温过程中,要发生自然收缩,但是由于受到模具的限制,无法收缩,实际上产生了拉伸加强效果,而管坯直径被固定在模具直径上(成品直径)。
强度增加了,伸长率减小了,耐磨性增加了。
三、切割工序
定型好的管坯,还要按要求的宽度切断。
为了不发生散边,还必须同时将切割边缘的经、纬丝熔接在一起,所以切割又称“熔切”。
按照加热方法的不同,融切可以分为:
“热熔切”、“激光熔切”和“超声波融切”三种。
方法不同,原理不同,效果也不同,分别分析如下:
热熔切是通过电热使切刀加热,刀口达到锦纶的熔化温度,接触管坯,使其局部熔化而切断;同时,边丝相互熔合达到锁边的目的。
它是以“熔”为主,“切”为辅的切割原理。
只要工具和方法选择适,电热刀口恒温控制,应当可以达到锁边的效果。
激光熔切是利用激光束的集束高能量,以极快的速度将材料熔断并锁边。
严格地说,它只有“熔化”作用,没有“切”的机械作用过程。
由于激光能量集中,当它一接触物料就以极快的速度将物料溶化,因此控制比较困难。
超声波融切是用一把“冷刀具”,将网格圈管坯紧压在超声波发生器的工作板上,超声波使被压紧的管坯受压处的分子产生振动发热使其软化(半熔状态),在刀口压力下切断并锁边。
图23是三种不同加工方法的“熔切边”的40倍显微图像。
中间的图是激光加工的熔边,可以看出,由于激光的熔化温度高,速度快,物料被高温瞬间熔化,又快速凝固。
熔化的物料收缩成表面光洁的球状,因此厚度显著增大。
左边的图是“热熔切边”的显微图像,是以熔化为主,没有机械切割的痕迹。
它的熔化程度没有“激光”的那样快,凝固的边的厚度还有“控制”可能。
右边图形是超声波加工的融切边的显微图像。
因为它的压力状态和温度是同时发生的,在锦纶丝达到软化或半溶化时,就被压断了,因此边是压扁的,其厚度小于管坯厚度。
超声波融切有明显的优点:
前两种方法都是“热切”,超声波是“冷切”。
热切使边丝熔化再凝固,定型强化效果消失,物理性能和基体差异较大,遇水时因吸湿性能不同而会发生变形。
现在,国内外所有网格圈制造公司,全部都采用超声波方法了。
两种不同的工艺路线
冷切割工艺
在2009年前后,国内网格圈生产技术趋向成熟,在上海、无锡、盐城开始出现小型的网格圈生产企业。
采用的工艺流程如图4所示:
这种工艺符合上述科学工艺原理,只有一次加热和冷却的热处理过程,有热拉伸增强效应。
后续工序中不再加热到玻璃化温度(约60-80摄氏度)以上,否则将引起高分子链结晶粗化,强度和耐磨降低。
生产出来的产品能与进口的绪森《五星网圈》媲美;而且可以水洗不变形;使用寿命可达一年。
还曾经出口北美,受到用户欢迎。
热切割工艺
工艺流程和技术条件如下:
随着网格圈生产企业的急速增长,出现了网格圈生产设备的专业制造商,提供成套设备。
设计了自动化程度大为提高的半自动切割机和整套工艺装备,形成了一个几乎“标准化”的生产工艺。
现在国内所有网格圈制造厂几乎都是这种工艺和设备。
这种生产工艺为了提高自动化而牺牲了产品质量,对原料的后处理不是强化,而是削弱。
合成纤维的强化方法应该是“热牵伸”,而该工艺流程中非但没有牵伸,而是两次“热收缩”。
在蒸汽定型前,为套管方便,管坯直径D2大于定型模柱d2,蒸箱加热100摄氏度是第一次收缩;烘箱加热工序前,蒸汽定型后的网格圈直径D1,大于切割模柱直径d,加热超过120摄氏度是第二次收缩,为的是在半自动切割机上,管坯能“紧抱”住切割模柱。
切割时,虽然刀具有“超声振动,但是切割模柱的温度在100摄氏度以上,实际是有一定压力的热切割。
这是违背锦纶丝热拉伸强化的科学原理的。
为了抗静电,现在采用的原材料一般是涂炭锦纶丝,是在化纤厂强化过的半牵伸丝或全牵伸丝。
经过两次热收缩,前面强化效果全部给破坏了。
网格圈的水洗维护
尼龙材料的强度毕竟不能和金属材料比,在和金属材料有较多摩擦的情况下,尼龙材料有自润滑性,不需润滑油;而且以自己的磨损来保护更贵重的金属零件,成为易耗品。
同时网格圈的多孔性,表面积大,对微细物有分子吸附作用,在纺纱车间容易积聚“灰尘”,需要经常清洗维护。
本世纪初,绪森集聚纺首先传入我国,外商严格规定网格圈不能水洗,必须用压缩空气喷射并手工清除飞花短绒,工作量大,工作环境恶劣,效果很差。
2005年国产网格圈问世,提倡超声波水洗,清理效率高,效果好,而且是水洗不变形;进口网格圈见水就产生“荷叶边”,区别在于国产网格圈用超声波冷切割边,进口网格圈用热切割边。
2006年以后,绪森五星网圈也改用超声波切割边,就解决了水洗问题。
清洗效果最好的是超声波清洗机清洗,有标准设备可以购买直接使用。
网格圈的一些认识误区
网格圈的合理结构是优化使用和维护的重要因素,不合理的结构措施会带来不好后果而不为人知。
国内制造商和用户有很多认识误区:
有的生产商为了外观漂亮,在两边热烫了3-4mm的“加强边”(图26);有的在网格圈工作区域热烫了许多“融点”,让融点处的经、纬线黏住,以为可以强化(日本丰田公司曾经做过这种网格圈,外观很好看,大量赠送用户使用)。
其实,这样做非但得不到强化,反而严重削弱了网格圈的强度和使用寿命。
前文已经引述了“织物结构特性”中的一条特性:
“纤维及纱线之间的摩擦效应(可以相互滑动)对织物的弯曲刚度起积极作用。
”
织物经纬之间要能有一定的滑动,可以降低抗弯刚度(容易弯曲),消除内应力。
网格圈工作时在负压管半径很小的尖角上有频繁的弯曲,如果没有这种经纬线的滑动,势必产生很大的内应力。
图26显示了网格圈和同厚度的塑料带(上述“强化”措施相当于塑料带)在小园弧上弯曲的不同情况:
左面网格圈从直线到圆弧再到直线移动时,线段S长度从S1-S2-S1的变化,S2〉S1,经、纬交织顶点处发生滑动,可以消除了内应力。
圆圈内是使用过的涂炭丝网格圈的显微图,交织点透光,就是证明经纬交织点处有滑移;右图是“熔融边”网格圈,经纬交织点熔接住了就相当于塑料带,弯曲时阻碍了经纬线的滑动,内边受挤压,外边受拉伸。
频繁交替的挤压、拉伸会使材料疲劳。
目前,国产网格圈的实际使用寿命不会超过六个月,一般使用3个月就会起毛,影响透气性。
(图27)
容易起毛的原因,就在于两次热收缩的“热切割工艺”,使锦纶丝的耐热性降低,在和胶辊或负压管摩擦时,摩擦点局部高温(接触点很小)发生熔化,在摩擦中凝固成纤维状。
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