高速紡機(jī)抗靜電平面皮帶的應(yīng)用研究

高速紡機(jī)抗靜電平面皮帶的應(yīng)用研究

許小平                     裴國(guó)慶 徐玉俊

（揚(yáng)州大學(xué)）       （蘇拉（金壇）紡織機(jī)械有限公司）

林斌                            徐亞龍

（漢唐傳動(dòng)）           （江蘇悅達(dá)紡織集團(tuán)有限公司）

摘要：平面皮帶廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代紡織機(jī)械傳動(dòng)、原料輸送、皮圈導(dǎo)棉等部位，在高速傳動(dòng)中集聚的過(guò)量靜電荷將會(huì)造成高速紡機(jī)智能化檢測(cè)傳感器、線路板等電器元器件的損壞及成紗品質(zhì)的下降，在分析平皮帶靜電產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面皮帶的抗靜電試驗(yàn)研究，研發(fā)新一代抗靜電平面皮帶，滿足高性能紡紗機(jī)的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：高速紡機(jī)、紗線品質(zhì)、靜電、平面皮帶、龍帶、導(dǎo)棉皮圈

0前言

平皮帶在現(xiàn)代紡織機(jī)械中的推廣應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了繁雜的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，改傳了傳統(tǒng)的紡紗工藝，同時(shí)也提升紡機(jī)設(shè)備的可靠性，降低噪聲，改善工作環(huán)境。因此，在以蘇拉集團(tuán)的JFA266高產(chǎn)梳棉機(jī)、Zinser 668粗紗機(jī)、Zinser850精梳機(jī)、Zinser 360細(xì)紗機(jī)、BD-3高速氣流紡及Autoconer330為代表的新一代世界先進(jìn)紡紗設(shè)備中，大量采用平面皮帶進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)，原料輸送，棉網(wǎng)集束成條。然而平面皮帶在高速運(yùn)行時(shí)，其絕緣表面和帶輪發(fā)生頻繁的接觸一分離和摩擦，極易積累較強(qiáng)的靜電荷，過(guò)高的靜電積累所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象極有可能擊毀到機(jī)械上面的精密電器元件，甚至引起火災(zāi)；同時(shí)帶靜電的皮帶在輸送原料和在梳棉機(jī)上進(jìn)行皮圈導(dǎo)棉時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電吸附作用。對(duì)原料正常輸送、棉條生頭及棉紗質(zhì)量產(chǎn)生諸多不良影響。因此，在現(xiàn)代紡機(jī)向高速優(yōu)質(zhì)方向發(fā)展，抗靜電平面皮帶的應(yīng)用研究意義深遠(yuǎn)。

1 靜電對(duì)紡紗設(shè)備及紡紗質(zhì)量的產(chǎn)生不良影響

平面皮帶主要采用不同性能高分子材料、天然材料，經(jīng)現(xiàn)代化工藝或織造手段復(fù)合而成。目前高速紡機(jī)使用平面皮帶已十分普遍，比如往復(fù)抓包機(jī)覆蓋帶，多倉(cāng)混棉的平簾、斜簾、梳棉機(jī)、錫林、道夫皮帶、皮圈導(dǎo)棉平帶、粗紗機(jī)、精梳機(jī)傳動(dòng)皮帶，細(xì)紗機(jī)和氣流紡的龍帶等等。

隨著平面皮帶在紡機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的深入，國(guó)、內(nèi)外平面皮帶供應(yīng)商在平面皮帶抗靜電方面采取了許多措施，并取得了很大突破，但仍不能滿足現(xiàn)代高速產(chǎn)化紡機(jī)的發(fā)展要求。國(guó)內(nèi)不斷有平面皮帶高速傳動(dòng)過(guò)程中過(guò)高的靜電荷對(duì)紡紗質(zhì)量、電器元器件造成危害的報(bào)道。

靜電對(duì)設(shè)備危害方面：近年來(lái)，廣東曾有兩家紡織廠發(fā)生因高速氣流紡的龍帶靜電釋放引起設(shè)備線路板、和變頻器燒壞，福建曾有一家企業(yè)因皮帶靜電荷過(guò)高原因引起了多次梳棉機(jī)自調(diào)勻整位移傳感器擊穿……;另外由于平面皮帶表面帶靜電，極易吸附飄浮在空氣中的粉塵、短絨，造成平面皮帶傳動(dòng)打滑和伸長(zhǎng)，加速皮帶的損壞。

靜電對(duì)成紗質(zhì)量影響方面：2007年我們?cè)谔K拉紡棉清梳聯(lián)生產(chǎn)線上進(jìn)行試驗(yàn)。紡紗品種：普梳14.6tex 紗；配棉指標(biāo)：平均3.1級(jí)，長(zhǎng)度30mm，細(xì)度1.68dtex，單強(qiáng)3.67Cn，短絨含量13.7%，含雜率1.98%，棉結(jié)130粒/克，棉結(jié)雜質(zhì)總數(shù)159粒/克，梳棉機(jī)采用皮圈導(dǎo)棉機(jī)構(gòu)，導(dǎo)棉平皮帶首先采用普通平皮帶。皮帶各點(diǎn)間電阻值見(jiàn)表1     。

注：按ENISO21178標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)該導(dǎo)棉平皮帶進(jìn)行測(cè)量；測(cè)試儀器：ZC-36型超高阻計(jì)

測(cè)試環(huán)境條件：溫度28℃，相對(duì)濕度：55%。在梳棉機(jī)出條速度小于120米/分鐘時(shí)紡紗性能基本穩(wěn)定，當(dāng)出條速度達(dá)150米/分鐘時(shí)，皮帶表面吸棉網(wǎng)現(xiàn)象嚴(yán)重，梳棉生條出現(xiàn)毛球現(xiàn)象，斷頭率明顯偏高，生條條干變差，成紗質(zhì)量指標(biāo)下降，紡紗質(zhì)量平均性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

注:其它紡紗工藝參數(shù)不變

將梳棉機(jī)上原導(dǎo)棉平皮帶拆下?lián)Q上瑞士瑞寶龍公司提供的早期帶導(dǎo)電中間層抗靜電的平面皮帶,該導(dǎo)電平皮帶各點(diǎn)間電阻值見(jiàn)表3。

注:按ENISO21178標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)該導(dǎo)棉平皮帶進(jìn)行測(cè)量;測(cè)試儀器:ZC-36型超高阻計(jì)

測(cè)試環(huán)境條件:溫度28℃,相對(duì)濕度:55%。換上平皮帶后，皮帶對(duì)棉網(wǎng)的吸附明顯減弱，斷頭率明顯降低，生條條干質(zhì)量好轉(zhuǎn)，高速時(shí)效果更為明顯，高低速梳棉機(jī)紡紗質(zhì)量平均性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

注：其它紡紗工藝參數(shù)不變                      通過(guò)以上試驗(yàn)我們認(rèn)識(shí)到：

平面皮帶表面靜電荷過(guò)度集聚與釋放，不僅能使精密電氣元器件的擊穿、平面皮帶過(guò)早損壞，同時(shí)對(duì)成紗質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生危害。

該種導(dǎo)電中間層抗靜電平面皮帶仍滿足一般紡紗設(shè)備的要求，但仍不能完全滿足現(xiàn)代高速紡紗機(jī)的紡高品質(zhì)紗的需求，需進(jìn)一步從平面皮帶的靜電產(chǎn)生機(jī)理分析著手，研究能滿足高速高性能紡紗要求的超 強(qiáng)抗靜電平面皮帶。

2. 平面皮帶的靜電產(chǎn)生機(jī)理

平面皮帶的傳動(dòng)是典型的摩擦傳動(dòng)，當(dāng)平面皮帶的高分子材料表面（屬于非金屬材料）和帶輪表面緊貼在一起，電子從較低能量的一方往較高的一方移動(dòng)，在接觸面上互相交換電荷，當(dāng)平面皮帶和帶輪高速分開(kāi)時(shí)，由于平面皮帶是絕緣體，結(jié)果帶輪和皮帶其中的一方帶著多余的電子，集聚負(fù)電荷，另一方帶正電荷。

龍帶傳動(dòng)是平型帶在紡紗機(jī)械傳動(dòng)的另一種形式，是由一個(gè)主動(dòng)輪傳動(dòng)數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)被動(dòng)輪（錠子）的多點(diǎn)傳動(dòng)。Zinser粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)和高速氣流紡紗機(jī)的傳動(dòng)都是典型的高速龍帶傳動(dòng)。龍帶傳動(dòng)系統(tǒng)的基本原件是主動(dòng)輪、被動(dòng)輪、張緊輪、導(dǎo)輪和壓輪等。龍帶在高速運(yùn)行時(shí)，其絕緣的工作表面和以上眾多的帶輪摩擦，所以龍帶是更容易積累靜電的平面皮帶。高速氣流紡的核心部件紡杯，承擔(dān)著纖維凝聚成須條的重要任務(wù)。紡紗器接頭作業(yè)需要制動(dòng)紡杯，制動(dòng)塊和紡杯龍帶在劇烈摩擦，氣流紡紡杯龍帶是靜電積累更加嚴(yán)重龍帶。研究和解決高速氣流紡的紡杯龍帶的抗靜電問(wèn)題對(duì)所有高速紡機(jī)的平面皮帶的抗靜電問(wèn)題有很大的指導(dǎo)意義。

梳棉機(jī)皮圈導(dǎo)棉除了摩擦傳動(dòng)外，更重要的是完成握持輸送棉條的工作。由于原棉配比不同，含糖量不同，長(zhǎng)短絨的問(wèn)題給導(dǎo)棉皮圈帶來(lái)更復(fù)雜的抗靜電問(wèn)題。普通的導(dǎo)棉皮圈都有生頭效率低，車速提高而引起棉條斷頭增多問(wèn)題。經(jīng)?？匆?jiàn)導(dǎo)棉皮圈表面粘附太多纖維，導(dǎo)棉皮圈背面積棉嚴(yán)重的現(xiàn)象。解決導(dǎo)棉皮圈的以上問(wèn)題是對(duì)平面皮帶抗靜電的更高挑戰(zhàn)。

3. 提高平面皮帶抗靜電的方法

平面皮帶抗靜電的解決辦法很多，主要有以下三種：

采用平面皮帶抗靜電的第一種方式：絕緣體的表面涂附導(dǎo)電層多年來(lái)是抗靜電領(lǐng)域工作者不斷研究的課題。對(duì)平面皮帶，尤其是氣流紡龍帶，西北紡織工學(xué)院的兩位學(xué)者做過(guò)很多的研究和試驗(yàn)。他們?cè)?jīng)研制出AEP抗靜電涂料，即在平面皮帶表面形成牢固連續(xù)的覆蓋層。并且在處理后的6個(gè)月內(nèi)，對(duì)處理后的平面皮帶進(jìn)行了強(qiáng)力摩擦10000次來(lái)檢驗(yàn)其牢度和耐久性試驗(yàn)，他們的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5、表6：

注：測(cè)試環(huán)境條件：溫度23.0℃  相對(duì)濕度49%    測(cè)試儀器：ZC-36型超高阻計(jì)

雖然以上的研究已經(jīng)提高了平面皮帶的抗靜電性能，對(duì)于普通速度的紡織機(jī)械已經(jīng)能夠滿足要求，但是還是不能滿足高產(chǎn)梳棉機(jī)皮圈導(dǎo)棉，高速細(xì)紗機(jī)和氣流紡等對(duì)平面皮帶的抗靜電要求。而且導(dǎo)電的表面會(huì)隨著平面皮帶表面的磨損而不斷喪失抗靜電性。同時(shí)導(dǎo)電的表層可能會(huì)改變平面皮帶表面其他的物理性能，比如摩擦力或抗老化等等。所以導(dǎo)電的表面不適合大部分的高速紡機(jī)的要求。

第二種方法是用織于平面皮帶布面的碳絲來(lái)提高平面皮帶的抗靜電性，這種方法比較第一種抗靜電方法解決了平面皮帶永 久抗靜電問(wèn)題，抗靜電性能持久且穩(wěn)定。雖然這種方法實(shí)施起來(lái)很經(jīng)濟(jì)，只需要在織布的時(shí)候織入碳絲（線）的經(jīng)線即可。但是碳線經(jīng)向的間斷性不能賦予平面皮帶更高的抗靜電性能，目前這種方式能夠達(dá)到的抗靜電指標(biāo)只有108Ω(標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下)，也就是說(shuō)只能滿足低速的平面皮帶傳動(dòng)要求。

4. 高速高產(chǎn)新型紡紗設(shè)備超 強(qiáng)抗靜電平皮帶的研究應(yīng)用

     近年來(lái)，為了滿足新一代高速紡機(jī)平面皮帶的使用要求，許多國(guó)內(nèi)外平面皮帶生產(chǎn)商相繼投入人力物力進(jìn)行超 強(qiáng)抗靜電平皮帶的研究試驗(yàn)。其中具代表性的是蘇拉公司（Saurer）和瑞士瑞寶龍（Rapplon）的專家們密切合作，結(jié)合紡紗工藝，采用抗靜電措施的第三種方法，研究出更高等級(jí)的抗靜電碳涂料，永 久的把導(dǎo)電碳涂層在平面皮帶的中間，達(dá)到永 久的導(dǎo)電效果。同時(shí)對(duì)于蘇拉高產(chǎn)梳棉機(jī)和紡杯龍帶這樣要求更高的平面皮帶，采用了平面皮帶中兩層永 久性導(dǎo)電涂層的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出超導(dǎo)電平面皮帶。

該超導(dǎo)電平面皮帶（以下簡(jiǎn)稱A皮帶）在江蘇悅達(dá)紡織集團(tuán)有限公司氣流紡車間，也曾經(jīng)與其他進(jìn)口超導(dǎo)電平面皮帶（以下簡(jiǎn)稱N皮帶）在蘇拉高速紡機(jī)上面做過(guò)一年的抗靜電跟蹤試驗(yàn)，情況如下：

注：在測(cè)試環(huán)境條件：溫度23.0℃  相對(duì)濕度58-60%   電阻的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)ENISO21178

以上的測(cè)試結(jié)果可以看出蘇拉與瑞寶龍專家們合作研制的A型龍帶在長(zhǎng)期的高速使用中可以保持穩(wěn)定的低電阻和抗靜電性能。同時(shí)A皮帶的電阻大大低于其他的進(jìn)口高速平皮帶，也就是說(shuō)抗靜電性大于其他的同類產(chǎn)品。使用A平面皮帶降低了由于靜電而帶來(lái)的電器損傷和安全風(fēng)險(xiǎn)。

考慮皮圈導(dǎo)棉抗靜電的復(fù)雜性，專家們利用高分子材料的跨行業(yè)知識(shí)，把納米涂層技術(shù)應(yīng)用于高產(chǎn)梳棉機(jī)的皮圈導(dǎo)棉。開(kāi)發(fā)出來(lái)的導(dǎo)棉皮圈除了具有永 久抗靜電涂層處理，還根據(jù)皮圈導(dǎo)棉的特殊要求，對(duì)導(dǎo)棉皮圈的表面進(jìn)行納米處理，使得導(dǎo)棉皮圈表面極為光滑細(xì)膩。該新型導(dǎo)棉皮圈于2008年在蘇拉清梳聯(lián)上與原瑞寶龍公司提供的帶導(dǎo)電中間層抗靜電的平面皮帶進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，經(jīng)近一年試驗(yàn)，反映出優(yōu)良的彈性，很好的耐老化性能，同時(shí)提高了成紗品質(zhì)。紡紗質(zhì)量平均性能指標(biāo)見(jiàn)表9

注：原料及其它紡紗工藝參數(shù)與2007年1月28日試驗(yàn)同

5. 結(jié)語(yǔ)

（1）在現(xiàn)代紡機(jī)向高速高效節(jié)能化方向發(fā)展，紡機(jī)平面皮帶高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)極易積累靜電，不僅會(huì)造成了設(shè)備故障及其它安全事故的發(fā)生，也會(huì)使成紗品質(zhì)受到影響；

（2）采用納米技術(shù)的超導(dǎo)電一面皮帶在梳棉機(jī)皮圈導(dǎo)棉上的使用，降低了梳棉生條的斷頭率，皮圈表面不沾花，皮圈背面不積花，適紡性好。

（3）作為紡機(jī)行業(yè)領(lǐng)頭羊---瑞士蘇拉集團(tuán)等一批國(guó)外先進(jìn)紡機(jī)企業(yè)在高速抗靜電皮帶的使用方面已取得了突破，他們使用的采用先進(jìn)的超導(dǎo)電平面皮帶將能有效防止平帶因高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量靜電的集聚，從而提高了設(shè)備的安全性和成紗品質(zhì)。

（4）國(guó)內(nèi)平面皮帶廠商應(yīng)加速超導(dǎo)電平面皮帶研發(fā)制造，滿足高速紡機(jī)及其它設(shè)備的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

（1）    招澤卿《高分子材料抗靜電技術(shù)》北京，紡織工業(yè)出版社

（2）    馬峰，楊定軍《氣流紡紗機(jī)轉(zhuǎn)杯龍帶的防靜電研究》，紡織基礎(chǔ)科學(xué)，1995《靜電》季刊10卷3期

（3）    李瑞洲《Tencel 纖維紡紗棉結(jié)分析》[J].棉紡織技術(shù)，1999；27（10）：21-23

（4）    左堤.降低清梳聯(lián)生條、結(jié)雜和短絨的工藝研究[J].棉紡織技術(shù)，2005，33（6）：25-29