高速紡機抗靜電平面皮帶的應(yīng)用研究

許小平                     裴國慶 徐玉俊

（揚州大學(xué)）       （蘇拉（金壇）紡織機械有限公司）

林斌                            徐亞龍

（漢唐傳動）           （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)代紡織機械傳動、原料輸送、皮圈導(dǎo)棉等部位，在高速傳動中集聚的過量靜電荷將會造成高速紡機智能化檢測傳感器、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)生機理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面皮帶的抗靜電試驗研究，研發(fā)新一代抗靜電平面皮帶，滿足高性能紡紗機的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：高速紡機、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)代紡織機械中的推廣應(yīng)用，大大簡化了繁雜的機構(gòu)傳動機構(gòu)，改傳了傳統(tǒng)的紡紗工藝，同時也提升紡機設(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、Zinser 668粗紗機、Zinser850精梳機、Zinser 360細(xì)紗機、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)行機械傳動，原料輸送，棉網(wǎng)集束成條。然而平面皮帶在高速運行時，其絕緣表面和帶輪發(fā)生頻繁的接觸一分離和摩擦，極易積累較強的靜電荷，過高的靜電積累所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象極有可能擊毀到機械上面的精密電器元件，甚至引起火災(zāi)；同時帶靜電的皮帶在輸送原料和在梳棉機上進(jìn)行皮圈導(dǎo)棉時會產(chǎn)生靜電吸附作用。對原料正常輸送、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。目前高速紡機使用平面皮帶已十分普遍，比如往復(fù)抓包機覆蓋帶，多倉混棉的平簾、斜簾、梳棉機、錫林、道夫皮帶、皮圈導(dǎo)棉平帶、粗紗機、精梳機傳動皮帶，細(xì)紗機和氣流紡的龍帶等等。

隨著平面皮帶在紡機領(lǐng)域應(yīng)用的深入，國、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)化紡機的發(fā)展要求。國內(nèi)不斷有平面皮帶高速傳動過程中過高的靜電荷對紡紗質(zhì)量、電器元器件造成危害的報道。

靜電對設(shè)備危害方面：近年來，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)因皮帶靜電荷過高原因引起了多次梳棉機自調(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，造成平面皮帶傳動打滑和伸長，加速皮帶的損壞。

靜電對成紗質(zhì)量影響方面：2007年我們曾在蘇拉紡棉清梳聯(lián)生產(chǎn)線上進(jìn)行試驗。紡紗品種：普梳14.6tex 紗；配棉指標(biāo)：平均3.1級，長度30mm，細(xì)度1.68dtex，單強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，梳棉機采用皮圈導(dǎo)棉機構(gòu)，導(dǎo)棉平皮帶首先采用普通平皮帶。皮帶各點間電阻值見表1     。

注：按ENISO21178標(biāo)準(zhǔn)要求對該導(dǎo)棉平皮帶進(jìn)行測量；測試儀器：ZC-36型超高阻計

測試環(huán)境條件：溫度28℃，相對濕度：55%。在梳棉機出條速度小于120米/分鐘時紡紗性能基本穩(wěn)定，當(dāng)出條速度達(dá)150米/分鐘時，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)見表2。

注:其它紡紗工藝參數(shù)不變

將梳棉機上原導(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)電平皮帶各點間電阻值見表3。

注:按ENISO21178標(biāo)準(zhǔn)要求對該導(dǎo)棉平皮帶進(jìn)行測量;測試儀器:ZC-36型超高阻計

測試環(huán)境條件:溫度28℃,相對濕度:55%。換上平皮帶后，皮帶對棉網(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)，高速時效果更為明顯，高低速梳棉機紡紗質(zhì)量平均性能指標(biāo)見表4。

注：其它紡紗工藝參數(shù)不變                      通過以上試驗我們認(rèn)識到：

平面皮帶表面靜電荷過度集聚與釋放，不僅能使精密電氣元器件的擊穿、平面皮帶過早損壞，同時對成紗質(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)生機理分析著手，研究能滿足高速高性能紡紗要求的超 強抗靜電平面皮帶。

2. 平面皮帶的靜電產(chǎn)生機理

平面皮帶的傳動是典型的摩擦傳動，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，在接觸面上互相交換電荷，當(dāng)平面皮帶和帶輪高速分開時，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。

龍帶傳動是平型帶在紡紗機械傳動的另一種形式，是由一個主動輪傳動數(shù)十個到數(shù)百個被動輪（錠子）的多點傳動。Zinser粗紗機、細(xì)紗機和高速氣流紡紗機的傳動都是典型的高速龍帶傳動。龍帶傳動系統(tǒng)的基本原件是主動輪、被動輪、張緊輪、導(dǎo)輪和壓輪等。龍帶在高速運行時，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)需要制動紡杯，制動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題對所有高速紡機的平面皮帶的抗靜電問題有很大的指導(dǎo)意義。

梳棉機皮圈導(dǎo)棉除了摩擦傳動外，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，長短絨的問題給導(dǎo)棉皮圈帶來更復(fù)雜的抗靜電問題。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題。經(jīng)常看見導(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)棉皮圈的以上問題是對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)電層多年來是抗靜電領(lǐng)域工作者不斷研究的課題。對平面皮帶，尤其是氣流紡龍帶，西北紡織工學(xué)院的兩位學(xué)者做過很多的研究和試驗。他們曾經(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個月內(nèi)，對處理后的平面皮帶進(jìn)行了強力摩擦10000次來檢驗其牢度和耐久性試驗，他們的試驗結(jié)果見表5、表6：

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

雖然以上的研究已經(jīng)提高了平面皮帶的抗靜電性能，對于普通速度的紡織機械已經(jīng)能夠滿足要求，但是還是不能滿足高產(chǎn)梳棉機皮圈導(dǎo)棉，高速細(xì)紗機和氣流紡等對平面皮帶的抗靜電要求。而且導(dǎo)電的表面會隨著平面皮帶表面的磨損而不斷喪失抗靜電性。同時導(dǎo)電的表層可能會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的要求。

第二種方法是用織于平面皮帶布面的碳絲來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 久抗靜電問題，抗靜電性能持久且穩(wěn)定。雖然這種方法實施起來很經(jīng)濟(jì)，只需要在織布的時候織入碳絲（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)實驗條件下)，也就是說只能滿足低速的平面皮帶傳動要求。

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

     近年來，為了滿足新一代高速紡機平面皮帶的使用要求，許多國內(nèi)外平面皮帶生產(chǎn)商相繼投入人力物力進(jìn)行超 強抗靜電平皮帶的研究試驗。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。同時對于蘇拉高產(chǎn)梳棉機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)計出超導(dǎo)電平面皮帶。

該超導(dǎo)電平面皮帶（以下簡稱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（以下簡稱N皮帶）在蘇拉高速紡機上面做過一年的抗靜電跟蹤試驗，情況如下：

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

以上的測試結(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的電器損傷和安全風(fēng)險。

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，把納米涂層技術(shù)應(yīng)用于高產(chǎn)梳棉機的皮圈導(dǎo)棉。開發(fā)出來的導(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)行了對比試驗，經(jīng)近一年試驗，反映出優(yōu)良的彈性，很好的耐老化性能，同時提高了成紗品質(zhì)。紡紗質(zhì)量平均性能指標(biāo)見表9

注：原料及其它紡紗工藝參數(shù)與2007年1月28日試驗同

5. 結(jié)語

（1）在現(xiàn)代紡機向高速高效節(jié)能化方向發(fā)展，紡機平面皮帶高速運轉(zhuǎn)時極易積累靜電，不僅會造成了設(shè)備故障及其它安全事故的發(fā)生，也會使成紗品質(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）作為紡機行業(yè)領(lǐng)頭羊---瑞士蘇拉集團(tuán)等一批國外先進(jìn)紡機企業(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動產(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