滌綸DTY紙管直線度的影響因素及改進措施

王 超,陳孝英,高冬良,周 峰

(桐鄉市恒昌紙塑有限公司,浙江 桐鄉 314500)

近年來,隨著我國化纖行業的高速發展,也帶動了化纖紙管的快速增長[1]。紙管作為化纖生產的主要輔料配件,對化纖絲在拉伸加捻加工過程中起著至關重要的作用?；w生產用紙管包括預取向絲(POY)紙管、全拉伸絲(FDY)紙管和拉伸變形絲(DTY)紙管,主要用于化纖長絲高速紡絲卷繞機和加彈機上,是紡絲、加彈必不可少的配套器材,對纖維的卷繞、退繞加工起著關鍵性的作用[2]?；w紙管由多種工業紗管紙、紙管膠和工業羊皮紙加工而成,具有優良的徑向抗壓強度、防爆裂變形性及抗吸油性。在滌綸長絲生產過程中,化纖紙管應具有較高的徑向抗壓強度,保證紡絲絲餅的成型效果及正常退筒,滿足紡絲工藝參數的要求[3]。

滌綸DTY紙管質量對滌綸DTY絲餅成型及后續加工過程中退繞的影響起著至關重要的作用[4]。紙管質量除了應符合相關國家標準中規定的要求外,還應特別關注紙管的直線度。直線度是衡量紙管質量的另一個重要指標。直線度是指紙管垂直方向的偏移量,當偏移量超過一定量時,會導致滌綸長絲絲餅出現成型不良,影響滌綸長絲后續的生產加工。

作者針對滌綸DTY紙管生產中紙管直線度合格率較低的問題,從紙管生產的設備及工藝兩方面分析了其原因,通過優化滌綸DTY紙管生產各工序的設備和工藝參數等,成功提高了DTY紙管直線度的合格率,制成的DTY紙管在加彈生產過程中有較好的穩定性,滿足了客戶的使用要求。

1 試驗

1.1 原料

紗管紙:含水率小于等于8.0%,克重(420±15.0)g/m2,厚度(0.50±0.02)mm,吸水性小于300 g/m2,層間結合強度大于等于400 J/m2,浙江興舟紙業有限公司產;羊皮紙:抗張指數大于等于47 (N·m)/g,耐破指數大于等于2.5 (kPa·m2)/g,耐折度大于等于180次,山東奧森紙業有限責任公司產;紙管膠:膠水溶液溫度大于20 ℃,黏度大于700 mPa·s,固體質量分數大于18%,桐鄉市正嶸紡織助劑有限公司產。

1.2 主要設備及儀器

JS-SR1600數控分紙機:浙江金申機械制造有限公司制;PTE2-120數控紙管機:浙江金申機械制造有限公司制;LDM100激光測徑儀:上海坤冶實驗有限公司制;YCSB-0024 DTY紙管自動生產線:浙江東潤科技有限公司制;XY-ZDJRS-3型DTY紙管裝袋機:濰坊新陽紙管設備有限公司制;XY-MDJ-2400型DTY紙管碼垛機:濰坊新陽紙管設備有限公司制;PN-CT500F紙管平壓強度測定儀:杭州品享科技有限公司制;PT-90D數字式木材測濕儀:南京泰仕儀器儀表廠制;電子數顯卡尺:桂林量具刀刃有限公司制;SF-400A電子秤:東莞市南城長協電子制品廠制;鋼卷尺:上海田島工具有限公司制。

1.3 滌綸DTY紙管的生產

滌綸DTY紙管的生產工序依次為原紙分切、卷管、預烘、精切、后整理、主烘、檢驗包裝,生產工藝流程見圖1。

圖1 滌綸DTY紙管生產工藝流程Fig.1 Production process of polyester DTY paper tube

原紙分切:根據所切原紙的厚度調整上下刀的重疊相交尺寸為2.0～2.5 mm,紙帶的寬度隨使用要求確定,公差控制在±0.2 mm。

卷管:紙管的內徑由卷管機的軸芯尺寸決定,紙層內部之間均需留1～2 mm的勾縫,使紙管在皮帶驅動帶入下,將多余的膠液擠入勾縫,保證紙管平整。卷管粗切后檢驗首件紙管的粗切長度,控制公差為±0.2 cm。

精切:將預烘后的毛管分切成一定尺寸的短管,控制尺寸精度為±0.5 mm。

后整理:選擇符合要求的模具對紙管兩端進行磨口處理,根據客戶卡盤確認首件合格情況。

烘干:該工藝是將紙管內部水分去除,提高黏合效果,同時使紙管的尺寸公差穩定達到工藝要求,紙管烘房預烘溫度50～70 ℃、時間20～30 min,主烘溫度80～100 ℃、時間1～2 h。

1.4 分析與測試

尺寸公差:按GB/T 24349.5—2009《紡織機械與附件圓柱形筒管 第5部分:合成長絲用筒管的尺寸、偏差和標記》規定進行測定。

徑向抗壓強度:按FZ/T 96028—2015《氨綸長絲用圓柱形筒管》規定進行測定。

含水率:按GB/T 462—2008《紙、紙板和紙漿分析試樣水分的測定》規定進行測定。

直線度:采用貼切法測試。在標準平面上,采用兩個相同的紙管進行貼切,固定其中一個紙管,另一個紙管進行自轉,測得的最大間隙即為直線度誤差。測試環境溫度為(20±2)℃、相對濕度為(65±5)%。直線度用來衡量紙管是否存在彎曲或變形,直線度越大,表示紙管垂直面偏移量大。滌綸DTY紙管產品標準規定直線度小于1.5 mm為合格,根據檢測批次的紙管總數量及檢測后該批次紙管不合格數量計算DTY紙管的直線度合格率。

2 結果與討論

2.1 粗切下料高度

粗切下料高度是指紙管在卷管機切割后的下平面與接管平臺間的垂直距離。紙管生產過程中合理的粗切下料高度對紙管的直線度有較大的影響。滌綸DTY紙管主要是用多層紗管紙通過紙管膠黏合疊加卷繞而成,紙管在切割后產生的重力勢能對紙管本體會產生一定的影響。由于切管平臺與接管平臺存在一定的高度,不同高度產生的重力勢能直接影響紙管下料后是否變形,從而在烘干定型后決定紙管的直線度。結合實際生產狀況進行了不同粗切下料高度的調整,據統計在相同紙管長度及克重的條件下,當切管平臺與接管平臺超過一定的高度時,直線度存在較明顯的差異。由表1可知:原來的粗切下料高度為12～16 cm時,部分紙管的直線度為1.6～1.8 mm,直線度不合格,直線度合格率偏低;調整后粗切下料高度為8～10 cm時,紙管直線度為1.2 mm,均達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求。

表1 粗切下料高度對紙管直線度的影響Tab.1 Effect of rough cutting height on straightness of paper tube

2.2 磨頭叉架距離

磨頭叉架距離是指在對紙管兩端打磨時,用于支撐紙管底部打磨的叉架之間的距離。磨頭叉架的距離控制對滌綸DTY紙管生產打磨時上下受力均勻起著重要的作用[5]?？刂坪貌婕艿木嚯x,保證紙管中心軸與磨頭機主軸同心,有利于改善紙管直線度。若磨頭叉架距離過短,打磨加工時因紙管中間處與兩端上下受力不均勻,會造成紙管有變形趨勢,直線度偏大;若磨頭叉架距離過長,上壓板必須與其長度配套,成本有所增加。在實際生產中,在保證紙管上下均勻、成本低、質量穩定的前提下,控制磨頭叉架距離在一定范圍內對紙管的成型有利,從而改善直線度。從表2可以看出:原來的磨頭叉架距離為10 cm時,部分紙管的直線度為1.8 mm,直線度不合格,直線度合格率偏低;調整后的磨頭叉架距離為18～22 cm時,紙管直線度為1.2～1.4 mm,均達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求。

表2 磨頭叉架距離對紙管直線度的影響Tab.2 Effect of distance between grinding head and fork frame on straightness of paper tube

2.3 上壓板下壓距離

上壓板下壓距離是指上壓板下凹面到紙管上接觸面的垂直距離。生產滌綸DTY紙管時,打磨加工處理速度較快,上壓板接觸紙管表面的作用時間較短,控制好上壓板下壓距離可保證紙管成型效果,改善紙管直線度。若上壓板下壓距離過短,與紙管的接觸面作用力減少,打磨生產時紙管易產生打滑現象,極易發生同心度偏移造成直線度偏大;若上壓板下壓距離過長,與紙管的接觸面作用力增大,上壓板使用壽命下降,成本增加。在紙管長度、厚度一定的情況下,上壓板下壓距離主要取決于氣壓的大小,氣壓越大,下壓距離越長,氣壓提高0.05 MPa,下壓距離增加約1 cm。從表3可以看出:原來的氣壓為0.20 MPa、下壓距離為4 cm,部分紙管的直線度為1.8 mm,直線度合格率偏低;調整后氣壓為0.25～0.30 MPa、下壓距離為5～6 cm時,紙管直線度為1.3～1.4 mm,均達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求。

表3 上壓板下壓距離對紙管直線度的影響Tab.3 Effect of pressing distance of upper pressing plate on straightness of paper tube

2.4 油壓

滌綸DTY紙管生產中,利用液壓油的油壓作為傳動介質的動力傳動方式,調節油壓可控制紙管在打磨加工時磨具打磨的進給距離。若油壓過高,則進給距離變長,當進給距離超過標準距離時紙管兩端受力過大產生形變,紙管中心軸與磨具主軸不同心導致直線度變差;若油壓過低,則進給距離變短,當進給距離低于標準距離時紙管兩端未達到打磨要求,廢品增多,成本增加。通過調節油壓大小可確保進給距離達到紙管直線度質量控制指標。從表4可以看出:原來的油壓為0.20 MPa,進給距離為18 cm,部分紙管的直線度為1.8 mm,直線度合格率偏低;調整油壓為0.25～0.35 MPa、進給距離19～21 cm時,紙管直線度為1.2～1.4 mm;繼續增大油壓至0.40 MPa,進給距離為22 cm,紙管直線度為1.7 mm,直線度不合格。由此可見,調整油壓為0.25～0.35 MPa,進給距離為19～21 cm,紙管直線度達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求。

表4 油壓對紙管直線度的影響Tab.4 Effect of oil pressure on straightness of paper tube

2.5 烘管溫度

烘管溫度是指烘房內烘管的溫度。保持一定的烘管溫度,控制滌綸DTY紙管含水率,減小打磨時轉動扭矩,有利于防止紙管變形,從而保證滌綸DTY紙管直線度[6]。若烘管溫度過高,紙管在后段加工中易產生變形,彎破率增加,直線度變差;若烘管溫度太低,會因紙管含水率太高而使管體本身外徑增大,由于打磨磨具本身尺寸限制,造成管體兩端產生壓印,繼而使得管體中間略高于兩端,也會使直線度變差?？紤]到DTY紙管強度及壁厚等要求限制,通?？刂坪煤娣繙囟葋韺崿FDTY紙管內部的含水率均勻,從而穩定DTY紙管尺寸精度,以達到各個指標均衡的目的。從表5可以看出:原來的烘管溫度為50 ℃,紙管含水率為30%,部分紙管的直線度為1.8 mm,直線度合格率偏低;調整烘管溫度在60～70 ℃、紙管含水率在25%～27%時,紙管直線度為1.3 mm,達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求;繼續提高烘管溫度至90 ℃,紙管含水率降至21%,但紙管直線度達1.7 mm,不合格。因此,在實際生產中,在保證滌綸DTY紙管含水率和強度的情況下,控制烘管溫度在60～70 ℃為宜。

表5 烘管溫度對紙管直線度的影響Tab.5 Effect of drying tube temperature on straightness of paper tube

經過一系列設備與工藝參數優化,調整后的參數如下:紙管的粗切下料高度為8～10 cm,磨頭叉架距離為18～22 cm,下壓板氣壓為0.25～0.30 MPa,油壓為0.25～0.35 MPa,進給距離為20 cm,烘管預烘溫度為60～70 ℃。在此條件下進行了批量生產試驗,生產1 000只滌綸DTY紙管,紙管直線度基本上控制在1.5 mm以內,直線度合格率從原來的98.14%提高至99.43%。紙管直線度合格率的提高極大地提升了生產效率,減少了不合格處置成本,紙管的其他各項質量指標也均在標準范圍內。

3 結論

a.在滌綸DTY紙管生產中,影響紙管直線度的因素主要有粗切下料高度、磨頭叉架距離、上壓板下壓距離、油壓、烘管溫度。原生產工藝下生產的部分紙管直線度達1.8 mm,超出了產品標準規定小于1.5 mm的要求,紙管直線度合格率為98.14%。

b.通過對設備和工藝參數的調整優化,得到的較佳生產工藝參數為粗切下料高度8～10 cm、磨頭叉架距離18～22 cm、氣壓0.25～0.30 MPa、油壓0.25～0.35 MPa、烘管溫度60～70 ℃。在此條件下批量生產1 000只滌綸DTY紙管,紙管直線度控制在1.2～1.4 mm,達到了產品標準規定小于1.5 mm的要求,直線度合格率從原來的98.14%提高至99.43%。