有关压延兜布的技术讨论.docx
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有关压延兜布的技术讨论
有关压延兜布的技术讨论
压延出现兜布或一边紧、另外一边松,是橡胶厂十分常见的问题,严重影响输送带的生产。
这个问题的产生与浸胶帆布的材料特性、帆布生产工艺以及橡胶厂的压延工艺等相关。
一、
兜布的主要成因机理
帆布压延过程中,橡胶要压入帆布的空隙中,如果压力P很大,帆布就会压扁压薄,也就是帆布在压延压力作用下将向四周扩展,从而可以让橡胶占据帆布扩展后留出的空间。
如右图所示。
根据橡胶工艺学,压延机的最大压力在进入压延辊之前,并非在最小的间隙-辊距处,因而,压延时,压延对帆布的扩展力,主要是向后的,努力使压延布和橡胶变薄,顺利通过辊距。
1
压延时,胶料经过压延滚筒时的橡胶流动情况如下图:
我们可以发现,压延过程中,在进入压延机时,与中间的帆布相接触的橡胶,与帆布有一个速度差,相对于帆布而言,橡胶是向后运动,阻止帆布前送进入压延机。
如果速度差或说阻力足够大,将迫使已经进入压延机中的帆布向后延伸,从而造成兜布。
如果在进入压延机后,帆布不会被拉伸扩展,因而帆布就不容易出现兜布。
所以一些厂家喜欢低卷度帆布,压延容易操作。
或者说,帆布厂喜欢生产低卷度帆布,可以减少用户投诉。
从压延机的原理分析,只要帆布的两边部可以横向扩展,而中间部分显然是无法横向扩展,唯有纵向扩展,如下图所示。
帆布受力扩展的变形,并不是永久变形,是一种弹性变形,如果压延扩展力一旦不存在,帆布和橡胶就会回缩。
因此出辊后,帆布中间反而变紧。
在压延机上可以看到,帆布向后扩展的区域,出现了兜布现象,表现为帆布中间松,两侧紧,出了压延机后,帆布被扩展伸长的部分,在失去压延扩展力后,帆布出现回缩,因而表现为中间紧,两侧松。
压延压力越大大,帆布也就越容易向纵向扩展伸长,而出了压延缝隙以后,帆布会迅速弹性回缩,比如NN帆布,如果变形过大,这些变形就会永久变形,那么中间的帆布就变长。
如果,由于压延压力过大,辊距过小,或者胶片中间偏厚,在压延过程中,中间出现类似于下图C的状况,中间出现堆胶,那么就必定造成中间的压延扩展力(压延阻力)更大,帆布更加不容易通过压延机,非常容易出现兜布。
因此,压延压力的越大,压延对帆布的扩展力也就越大(压延阻力)。
帆布受到这种压延扩展力的作用,帆布不容易前送通过压延缝隙,造成帆布的局部积累,容易出现兜布。
后面的所有兜布成因因素分析,和对策措施均是基于上述机理。
二、
帆布原材料特性差异的影响:
在浸胶帆布经纱常用的原材料主要是锦纶6(NN帆布)和聚酯(EP/EE帆布),聚酯和锦纶存在很大的原材料特性差异:
锦纶是一种模量很低,容易伸长的材料,我们不妨比喻为橡筋。
聚酯是一种刚性较大,不容易伸长的材料,我们比喻为钢丝,这比喻是虽然夸张的,但锦纶和聚酯的拉伸初始模量差异大致为5倍,也就是说,在用一个相同的较小的拉紧力作用下,锦纶6出现的伸长量是聚酯的5倍。
(锦纶66和锦纶6的性能差异不大)右图为1500D聚酯工业丝和1260D锦纶66工业丝的实际拉伸曲线比较图。
下图为初始段的放大图。
从放大图中可见,如果压延过程中,压延机左中右的对帆布扩展力存在一定的差异,这个差异数值相同,数值为ΔF,但在这个应力差异下,锦纶的变形伸长差异为Δb,而聚酯的伸长差异仅仅为Δa,显然锦纶更加容易变形,一旦压延过程中,压延阻力存在差异,导致变形伸长差异,因而容易兜布。
从曲线图中,我们需要注意,一旦应力超过某个数值,聚酯也将变得和锦纶一样,容易伸长,其中部分伸长将变成塑性变形,即永久变形。
比如上图中聚酯的应力在20N-40N这个区域。
从右图中可见,聚酯的屈服点远远高于锦纶,因此聚酯相对而言可以承受较大的压延扩展力。
锦纶的公定回潮率是4.5%,聚酯的公定回潮率是0.3%,吸水后,水是一种增塑剂,会使锦纶帆布更加容易伸长。
锦纶6的玻璃化温度为35℃左右,比聚酯的80℃,要低40℃以上,因此在夏天,环境气温较高,锦纶帆布的温度本身较高,压延后,帆布容易受热,特别是第一次压延后,而且一旦压延机下辊温度偏高,压延布冷却不够,压延布的温度就会大幅度提高,在第二次压延过程时,锦纶帆布自身的温度较高(可能达到50-60℃甚至更高),锦纶6也就变得非常容易伸长,这应该是夏天锦纶帆布容易出现兜布的主要原因。
EE和EP浸胶帆布的卷曲度提高,将造成帆布的模量进一步下降,卷曲度的提高,其实际意义类似于将笔直的钢丝弯曲成波浪型的弹簧相类似,这样帆布的性能就接近NN帆布,因而可以提高输送带的耐曲扰性能,但这样也使得帆布容易伸长变形,也就容易造成兜布。
如果要防止由于原材料特性造成的兜布,那么,帆布厂最容易做的,就是尽可能提高帆布的拉伸模量,也就是提高浸胶张力,使帆布的强度提高、模量提高,同时帆布的平方米克重降低,帆布变得不容易伸长,从而抵抗压延扩展力,减少兜布的可能。
带来的缺点就是帆布卷曲度大幅度降低、干热收缩提高,造成输送带的耐曲绕疲劳性能下降,同时可能由于硫化后的热收缩,导致输送带生产长度变短,生产成本提高。
如果橡胶厂经常出现兜布,投诉帆布生产厂家。
那么帆布生产厂最有可能采取的措施就是增加浸胶张力,因此,轻易情况下,不宜要求帆布厂改进帆布结构,任何改进的结构,必然是使卷曲度进一步下降,提高帆布的刚性。
特别是有些橡胶厂,不考核帆布的卷曲度指标,往往不知道其中关键性能的改变。
反而高兴改进结构后,帆布的强度提高了,克重降低了。
三、压延工艺的影响:
1.帆布的测量厚度和实际厚度的差异
我们知道,帆布的是一种表面高低不平的毛糙面,橡胶是可以渗透到这些隙缝,因此帆布实际厚度应该是扣除了这些毛躁表面。
比如,网格布,测量厚度可以很厚,但实际厚度并不厚,大量的空隙将需要很多的橡胶填充。
此外如果经纱容易伸长,或卷曲度较高,帆布在压延压力的作用下,就容易向纵向扩展伸长。
在压延过程中,橡胶经过压延机滚筒缝隙时,橡胶会出现一定压缩,对帆布的这个扩展力就成为对帆布的向前过辊运动产生一定的阻力,这个阻力大小和帆布的厚薄关系不大,和压延机的压延压力有关。
压力越大,帆布也就越容易出现兜布现象。
帆布规格测量厚度实际厚度厚度差异差异%克重比重
EP1000.56mm0.346mm0.214mm38%4501.3
EP2000.82mm0.477mm0.343mm42%6201.3
EP3001.10mm0.662mm0.438mm40%8601.3
注意:
锦纶6和锦纶66比重1.14、聚酯比重为1.38:
因此,压延时,如果压延时,橡胶压缩比在20%左右,那么不同帆布压延时,压延的缝隙是大致可以计算的。
胶片厚度=1.2X(压延缝隙厚度-帆布实际厚度)
压延缝隙厚度=胶片厚度/1.2+帆布实际厚度
我们必须注意:
帆布的测量厚度并不表示帆布的真实厚度,我们在确定压延缝隙大小时,必须按帆布的实际厚度来计算。
如果压延过程中压缩比相同,意味压延压力基本相同,帆布受到的扩展力基本相同,因此帆布越薄,帆布中的纤维用量就越少,单根纤维的受力就越大,纤维的扩展伸长变形也就越大。
那么也就容易出现兜布现象。
如果胶片中间比两边厚,或者说,帆布中间的实际厚度比两边厚,均可能造成中间压延压力提高。
压延辊的中高量,或者压延辊的交叉量,也将影响压延压力。
任何压延压力的不匀,均有可能导致压延对帆布扩展力的不同,从而体现为张力的不同。
2.压延压力对帆布的影响
压延机在压延过程中,辊面的压力不会是均匀一致的,为了控制压延后的厚度一致,往往是中间偏高一些,因而出现帆布中间压延扩展力大,导致兜布。
一旦采用NN帆布,由于是锦纶纤维的非常容易伸长,在同样的压延扩展力的作用下,NN300的帆布在压延时的帆布伸长变形量,大致和EP100是相同的,或更大。
所以同样的压延横向压力差异,造成的帆布伸长量不一致,中间就兜布。
而薄型的EE帆布,一旦压延扩展力大于聚酯的高模量区域,进入容易变形的低模量区域,而且低模量区域,材料已经屈服,处于粘弹性状态,那么也就容易和锦纶帆布一样,容易出现伸长差异,而且其中部分是永久性的塑性变形。
高卷曲度帆布和普通帆布也存在差异,高卷曲度帆布,实际上相当于将帆布中的经纱,由完全伸直状态弯曲成波浪型,类似与弹簧。
也就是说,降低了帆布的经向模量,是帆布的性能和锦纶帆布相近,因而也就容易出现兜布现象。
但毕竟聚酯的模量很高,而且以弹性变形为主,受水份和温度的影响较小,出现兜布的可能性会小一些。
特别是EE帆布,纬纱的弹性模量高,减少了压延后帆布出现永久变形量。
因此:
-帆布的压延时,应该考虑的是帆布实际厚度,而不是测量厚度,测量厚度和织物的组织结构有关,而实际厚度与织物的克重有关,与组织结构无关。
压延压力对帆布扩展力来自于压延过程中,与橡胶在压延过程中的实际压缩量大小。
-帆布压延过程中受到的扩展力大致相等,因而帆布的等级越大,帆布中单根纤维受到的阻力就越小,帆布就不容易发生伸长变形。
反之,薄布则容易伸长,超过一定范围,就会出现塑性变形。
只要存在横向压延压力差异,就会成为对帆布扩展力的差异,或者说成为帆布的伸长变形差异。
受力过大,部分变形就会成为永久变形,就更加容易造成兜布。
-不同的材料,在同样压延扩展力的作用下,伸长性能不同,压延时的伸长量不同,特别是夏天,气温高,冷却慢,压延布的温度提高,而NN帆布玻璃化温度低,特别容易伸长,超过玻璃化温度(35℃-45℃),锦纶6纤维出现粘弹性特性,某些变形就成为永久变形,因而往往就容易出现兜布。
高卷曲度帆布,由于卷曲度的增加,帆布也就容易伸长,因而出现兜布的危险性也就变大,但聚酯帆布的玻璃化温度高,变形主要是弹性变形,所以兜布的可能性就小一些。
夏天,良好的冷却,较低的下辊温度,对减轻NN帆布的兜布很重要。
3.压延各区间张力大小的影响
既然压延时的压力大小,会造成压延的对帆布扩展力不同。
但压延又是必须施加一定压力的,因而压延对帆布的扩展力是必定存在的。
橡胶厂如果出现压延兜布,往往是进布一侧,或者说放布的一侧,会出兜。
出兜的地方,帆布的张力小,帆布松,而二侧紧。
但在出布的一侧,也就是压延后,压延帆布上冷却机后,帆布往往是中间非常紧,但两边很松。
如右图所示,在压延前后,整个张力情况绝然相反。
兜布更多的时候是出在三辊压延的第二次压延过程,同时兜布往往存在一下特点:
-帆布越宽,越容易兜布;
-帆布越薄,也越容易兜布;
-NN帆布比EP帆布容易兜布,夏季更为明显。
-压延后布卷直径越大,也越容易兜布;
-三辊压第二次,容易兜布。
分析以上情况:
均和压延时帆布受到压延扩展力影响,造成帆布伸长有关:
a.放卷张力的影响
如果出现帆布两边紧,中间松的兜布现象,我们压延采取的措施就是提高放卷张力,将帆布两边拉得更紧,使帆布中间部分不松,变得平整。
这是橡胶厂最常见的措施。
假定:
放布的阻尼张力是一个恒定的力矩M。
如果压延帆布的大卷直径为R,帆布的阻尼力f;如果压延帆布的直径变小后,直径为r,帆布的阻尼力为F;则:
Rf=rF=M。
-因此:
第一次压延后的压延布卷直径R越大,放布的阻尼力f越小,也就越不容易将帆布的两侧拉得更紧,使帆布中间变平整,从而导致兜布。
因而在生产NN300等品种常常可能由于帆布厚,压延布卷的长度较长,导致布卷直径较大而容易在起始时出现兜布。
因此,尽可能缩短小第一次压延后的压延布卷长度,可以改善兜布现象。
-同理,如果帆布过宽,左中右的压延压力差异就会变大,同时帆布单位宽度方向上的阻尼张力就会降低,也容易造成兜布。
缩小第一次压延后的压延布卷长度,同样有作用。
b.增加冷却机的牵引张力
如果9根橡筋紧,1根橡筋松,那么将9根紧的橡筋拉到和1根松的橡筋一样,需要很大的拉力,而如果将1根紧的橡胶拉到和9根松的橡筋一样,仅需要很小的拉力。
我们发现,出现兜布,帆布往往出了压延机后,压延后的帆布中间张力很大,两侧较松。
因此压延的操作方法上,是单纯增加放布张力,将两侧压延前较松的帆布往回来拉,最终使左中右的帆布一致。
那么这种方法存在一定的困难,就是整个帆布幅宽方向上,处于张紧状态的帆布宽度比松弛状态的多,要把所有张紧的帆布,拉得更紧,使得它们和松弛的帆布相一致,需要非常大的阻尼力,很难实现。
另外的一个办法是在压延过程中,在过了压延机压辊后,使劲拉紧帆布,将松弛的那部分帆布拉过压辊,减轻兜布。
由于过了压延辊后,中间兜布的部分宽度较窄,在过辊后,兜布的部分,表现为张紧状态,因而相对容易克服压延阻力,将其拉过压延的缝隙。
因此,增加压延机的冷却机牵引张力,比压延机的提高放布阻尼力更为重要。
但如果出现下述的导布路线,由于第二次压延时,压延布两面均有橡胶,其压延布反面的橡胶和下辊的摩擦力较大,压延帆布和下辊有一个包角,这个包角的存在,阻碍了冷却机牵引张力将帆布从压延缝隙中拉过来的可能性,兜布的现象就较为明显。
如果我们细心观察压延机,在第二次压延起头时,压延布还没有放上冷却机,往往会出现微量的兜布现象,一旦提高冷却机的牵引张力,并保证冷却机和主机同步升速,那么兜布现象会有所减轻,或者消失。
因此说明,如果压延后的冷却机有足够的牵引力,是能够克服压延机的压延阻力,将后侧兜布的部分从压延缝隙中拉过来,使兜布现象就会减轻。
如果四辊压延,出布后,压延布和压延辊之间存在同样的包角问题,也将造成相同的牵引力不足,造成兜布问题。
我们发现在其他工厂发现采用如下的走布路线:
这种压延出布方式,冷却机的的牵引张力容易将帆布从压延缝隙中将帆布拉过来。
有利于减轻压延后的兜布现象。
注意:
第一次压延时,虽然压延后的帆布和下辊包角更大,但由于帆布反面没有压延,与下辊的摩擦系数小,因而在压延卷取张力作用下,是可以将兜布部分的帆布,从压延隙缝拉过来的。
因此第一次压延兜布现象较轻,
针对压延后,压延帆布和下辊之间的包角过大,那么可以在压延机上增加一个过渡辊,减小压延布和下辊之间的包角,减少摩擦力,从而减轻兜布现象。
四、与帆布生产工艺的影响:
根据以上的兜布成型机理,那么如果帆布存在以下问题也将造成压延兜布:
-帆布中间张力过松;
-帆布中间厚度与两侧不同;
我们从纺织工艺过程分析如下:
1.整经张力不匀:
a)横移量计算不准确:
容易造成张力不匀的是整经的横移量计算。
特别是采用国产整经,由于整经的横移计算是一个经验数据,一旦经纱的粗细差异1%,足以造成帆布的整经起头部分(往往是浸胶帆布的内芯),出现左右0.5%左右的长度差异,会造成严重的张力差异。
需要一定的生产监控与调整控制。
这是采用国产整经机和进口老式整经机的十分常见的现象。
如果整经采用最新型的进口整经机生产,往往装备有有先进的激光测量系统,测量精度高,一旦出现细微的差异,机器可以自动调整,保证整经的周长一致,实现恒张力控制。
如果是国产整经机,其每一条整经均经过人工测量周长,如果存在左右差异,则立即调整,避免出现整经周长不一致,即经轴的左右直径不一致的情况,意味纱线的张力不同。
同时采用国产整经机,有些企业仿照进口整经机,加装了一个中置恒张力装置,可以减轻整经张力差异,造成的整经张力差异。
横移量计算不准所造成的张力差异,在压延过程中,会出现一边紧一边松的现象,不会出现两边紧,中间松的现象。
b)整经中途换筒:
整经生产过程中,为了减少出现小筒子的情况,曾经在一个经轴整经到一半后,更换筒子,因而由于大小筒子之间的张力差异,甚至存在纱线热收缩等品质差异,造成换筒的位置左右张力突变,这也容易造成中间出现兜布现象,应该彻底杜绝整经中途换筒。
有些厂家依然用环锭捻线机作为主要的捻线设备,由于筒子小(4.5公斤/个),生产宽幅帆布,往往需要中间换筒,所以容易造成中间部位张力差异,导致中间兜布。
c)整经筒子架的筒子排列,
一般厂家均采用整经机生产,由于普遍采用分条整经机,筒子架存在前后排的张力差异,因而筒子架上的纱线排列会影响张力:
如果整经机采用了中间恒张力装置,对于聚酯工业丝而言,可以消除大部分的筒子架前后张力差异带来的影响,同时上筒,是两侧筒子架同时上筒,均匀分布。
有些厂家则是集中在单侧,加剧了筒子架存在的前后张力差异。
但这种筒子架出现的张力差异,由于整经一般每次的宽度在200-300mm左右,因此不足以造成对压延过程的影响,但在输送带硫化过程中,会造成对输送带的平整、强度保持率等方面的影响。
2.筒子架织布:
有些厂家可能存在采用筒子架织布时,筒子架左中右各部位的筒子大小不一,或者批号不一,比如热收缩有差异,在浸胶后容易出现左中右张力差异。
在采用筒子架织布时,采用整批上筒,保证整个筒子架上的筒子大小一致,同时筒子批号一致。
而一些传统生产锦纶帘子布的小厂,为了节省成本,筒子架上的筒子大小是不一的,用完一个换一个,张力差异极大,是两种绝然不同的工艺方法。
特别是锦纶纤维,由于吸水不同,会造成纤维的直径差异和程度差异,干燥后就会出现张力差异。
因此锦纶纤维必须经过一定的平衡,同时保证平衡时间差异不能过大,特别要防止批号差异,并采用特殊的排筒方式,尽可能消除大面积的张力差异。
3.织布:
在织布过程中,织机中间带有扩幅装置,因此在扩幅辊的作用下,帆布向两侧扩展,因而帆布容易出现中间厚度比两边薄。
如果由于帆布中间薄,因而压延时走布量可能比两侧小,从而造成兜布。
尤夫已经将织布机上的扩幅辊拆除,改用不能扩幅撑布光棍。
4.浸胶:
浸胶过程中,出现张力不匀的可能性不大,主要存在的可能性就是弯辊扩布或其他扩布装置,扩布过头,也会造成左中右的帆布厚度差异过大,或者说经密差异过大,如果中间经密比两侧经密低,就会造成中间帆布薄,两侧厚,从而导致左中右压延时走布量不一致,导致兜布。
原则上,如果帆布的厚度一致,经密一致,张力基本一致。
同时我们也需要注意:
在压延过程中,橡胶经过压延机滚筒缝隙时,橡胶会出现一定压缩,对帆布的向前过辊运动产生一定的阻力,这个阻力大小和帆布的厚薄关系不大,和压延机的压延压力有关。
压力越大,帆布也就越容易出现兜布现象。
帆布一旦出现问题,可以从帆布的平整度、厚度、经密的均匀性上进行分析。
帆布的中间部分的经密,应该和两侧相一致,帆布的厚度,可以采用克重进行分析,克重越重,厚度越厚,往往经密也密。
左中右的克重差异,是评价帆布左中右一致性较好的指标。
NN帆布压延后,中间下垂的现象:
有时NN帆布,虽然兜布不明显,能够过压延机,但由于锦纶6纤维的玻璃化温度较低,加上锦纶6纤维是一种容易蠕变伸长的材料,以及锦纶帆布可能吸收了橡胶中水分,因此在第二次压延过程中,帆布温度提高、吸水增加等等,在压延对帆布的扩展力作用下,帆布出现塑性变形,过辊后,冷却机的拉力又往往集中施加在NN帆布的中间,导致帆布中间又出现永久性的伸长变形。
加剧了中间帆布的长度增加,导致成型时,帆布中间下垂。
因而,帆布第一次压延后的冷却一定要好,必要时,经过冷却机冷却。
否则,压延帆布温度大大高于锦纶6的玻璃化温度了,容易出现此类问题。
此外,如果压延后,压延布的中间厚度大,在压延收卷后,压延布的中间直径就会变大。
如果两侧直径小,中间直径大,对于NN帆布,中间的帆布必然变长,也就容易出现中间下垂。
这种情况,特别是压延布的布卷很大的,起头的部分,在成型时松弛下垂情况特别严重。
到压延布卷直径变小,中间和两边的直径差异变小,同时成型张力随之提高时,中间松弛下垂现象会有所减轻。
是否存在压延布卷中间厚,两侧薄,在压延收卷后,可以用扁平的钢尺(不能用卷尺,应该用土建使用的钢尺)测量压延布卷的周长L1、L2、L3,从而计算出中间和两侧的长度差异。
压延过程中,应该尽力控制这种直径差异。
由于EE帆布,聚酯的经纱,不会由于这种卷绕张力的作用造成伸长,所以不容易出现压延成型的下垂。
主要是NN帆布,特别是在夏天尤其容易出现这类问题。
控制压延长度,尽可能使压延布卷的直径变小,从而由于压延帆布的厚度差异的累积效应降低到最小,可以改善这种情况。
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