劉永紅，董志國(guó)，任偉偉，姚新改*

（1.太原學(xué)院機(jī)械工程系，山西太原 030032；2.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西太原 030024；3.精密加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030024）

帶鋼冷軋機(jī)可將鋼錠或鋼坯通過(guò)冷軋工藝軋制成鋼材帶材，具有應(yīng)用范圍廣、控制精度高、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。冷軋過(guò)程中，軋制變形產(chǎn)生大量的熱，可使用潤(rùn)滑油進(jìn)行降溫。因此，軋制后平整環(huán)節(jié)中需要使用擠油輥去除帶鋼表面油液和細(xì)小殘留物[2]。傳統(tǒng)橡膠擠油輥存在使用壽命短，擠油效果不佳及易劃傷帶鋼表面的缺陷。冷軋帶鋼用新型擠油輥與之相比具有三個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：割傷部位具有自愈性；摩擦系數(shù)較高，可有效防止輥打滑；因其多孔結(jié)構(gòu)而對(duì)油液及細(xì)小殘留物具有較好的吸收特性，可有效避免冷軋帶鋼表面二次劃傷，同時(shí)減少軋制油的損耗，提高帶鋼表面質(zhì)量[3]。

纖維輥套是新型擠油輥?zhàn)钪匾慕M成部分，其基體非織造布通過(guò)梳理均勻的纖維網(wǎng)和一定配比的自制粘合劑乳液通過(guò)特定的加工工藝制作而成，具有一定的拉伸強(qiáng)度、硬度和熱穩(wěn)定性等機(jī)械性能。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文確定了該新型特種非織造布的制備工藝，并對(duì)新型擠油輥進(jìn)行擠油性能試驗(yàn)，驗(yàn)證其可行性。

1 基體非織造布的研制與性能測(cè)試

1.1 制備工藝

1.1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

采用聚酰胺66 短纖維，自制自交聯(lián)丙烯醋酸酯乳液。試驗(yàn)設(shè)備，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)所用設(shè)備

1.1.2 制備工藝流程

（1）根據(jù)選用的數(shù)字式小樣梳棉機(jī)型號(hào)，將定量的雜亂纖維均勻鋪展梳理成纖維網(wǎng)[4]。

（2）將纖維網(wǎng)均勻性較好的中間部分放入自制方形模具中，并噴灑配制好的工作液。

（3）將試樣放入溫度設(shè)置為100℃的干燥箱內(nèi)烘干處理5 min。

（4）使用電動(dòng)型硫化成型機(jī)將烘干處理后的纖維網(wǎng)試樣加固以完成非織造布的制備，其中加固溫度設(shè)置為150℃，加固持續(xù)時(shí)間設(shè)置為10 min。

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 拉伸性能測(cè)試

將制備好的非織造布切成九片尺寸相同的啞鈴狀試樣，并均勻分成三組進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量每片試樣的標(biāo)距、厚度和寬度后分別放入溫度設(shè)置為80℃、100℃、150℃的干燥箱中持續(xù)加熱180 min后取出。其中所設(shè)置80℃為冷軋帶鋼生產(chǎn)線除油環(huán)節(jié)溫度，100℃為新型擠油輥實(shí)際工況最高溫度，150℃為特種非織造布制備溫度。使用拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)干燥后的試樣進(jìn)行拉力試驗(yàn)，直至試樣發(fā)生斷裂。試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖1。

圖1 拉伸強(qiáng)度曲線

由圖1可知，非織造布試樣的拉伸強(qiáng)度的變化為：隨著干燥處理溫度的升高而逐漸降低，而新型擠油輥實(shí)際工況溫度一般不會(huì)超過(guò)100℃，所以其強(qiáng)度可以達(dá)到35 500 kPa 以上，足以保證實(shí)際使用的需要。

1.2.2 硬度分析

將制備好的非織造布試樣切成九片尺寸相同的矩形狀，均勻分成三組后分別放入提前調(diào)節(jié)好的80℃、100℃、150℃的干燥箱中，持續(xù)加熱180 min后取出。其中所設(shè)置80℃為冷軋帶鋼生產(chǎn)線除油環(huán)節(jié)溫度，100℃為新型擠油輥實(shí)際工況最高溫度，150℃為特種非織造布制備溫度。使用邵氏硬度計(jì)測(cè)試加熱處理后試樣的硬度值，測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)圖2。

圖2 硬度值曲線

由圖2可知，非織造布試樣的硬度值隨著加熱溫度升高而逐漸升高。在新型擠油輥實(shí)際工況最高溫度100℃時(shí)，其硬度值大約為68A，略低于進(jìn)口新型擠油輥用非織造硬度。

1.2.3 玻璃化轉(zhuǎn)變分析

使用電子天平稱(chēng)取3～5 mg 非織造布試樣，并將試樣放入坩堝內(nèi)，然后壓緊坩堝蓋，再進(jìn)一步放入差示掃描量熱儀中，打開(kāi)保護(hù)氣開(kāi)關(guān)，按照表2所示參數(shù)值設(shè)定熱循環(huán)程序。

表2 試驗(yàn)參數(shù)及程序

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制第二次升溫DSC曲線，見(jiàn)圖3。

圖3 第二次升溫DSC曲線

由圖3知，基線在開(kāi)始時(shí)由于粘合劑單體玻璃化轉(zhuǎn)變的影響有微小波動(dòng)；在85℃～86℃時(shí)出現(xiàn)較大波動(dòng)并向吸熱方向移動(dòng)；在86℃后基本平穩(wěn)。因此，非織造布試樣在85℃～86℃時(shí)發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)[5-6]，說(shuō)明該特種非織布在其工作溫度下具有可壓縮性，能夠用于制作非織造布輥套。

2 擠油輥性能試驗(yàn)研究

2.1 擠油原理

按照?qǐng)D4，通過(guò)壓力裝置給上輥施加豎直向下的壓力，下輥主要起支撐作用，冷軋后的帶鋼夾在兩輥之間并水平向右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)摩擦力的作用，帶動(dòng)上下兩輥轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)擠油輥轉(zhuǎn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，由于新型擠油輥輥套的多孔結(jié)構(gòu)，油液開(kāi)始被吸收；從A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，輥套從疏松狀態(tài)逐漸被壓縮；當(dāng)擠油輥轉(zhuǎn)動(dòng)到B 點(diǎn)時(shí)，擠油輥輥套的壓縮變形達(dá)到最大，擠油輥與帶鋼表面間隙基本為零，將軋制油阻隔在擠油輥?zhàn)髠?cè)，吸收在輥套內(nèi)的軋制油被擠出；從B 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到C 點(diǎn)，被壓縮的擠油輥逐漸恢復(fù)到原先的疏松狀態(tài)，為下個(gè)循環(huán)做好準(zhǔn)備，如此往復(fù)，達(dá)到除油目的。

圖4 擠油原理圖

2.2 試驗(yàn)研究

根據(jù)擠油試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)確定特種非織造布切片尺寸，并使用粘合劑將按照所確定的尺寸切制的特種非織造布切片粘接制成輥套，將輥套與鋼制輥芯通過(guò)端蓋鎖緊裝配成新型擠油輥，使用車(chē)床和磨床上對(duì)擠油輥外表面加工，最終得到試驗(yàn)用新型擠油輥。

通過(guò)鎖緊擠油裝置壓力調(diào)節(jié)手柄，使得上下兩個(gè)擠油輥運(yùn)行線壓力為恒定，分別利用新型擠油輥與傳統(tǒng)橡膠輥對(duì)兩塊相同的帶鋼進(jìn)行擠油性能試驗(yàn)，并在兩塊經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后的帶鋼表面的相同區(qū)域，按照長(zhǎng)度方向每點(diǎn)相距8 cm、寬度方向每點(diǎn)相距2 cm 的方式選取測(cè)量點(diǎn)，分別選取3 組測(cè)量點(diǎn)，然后使用表面粗糙度檢測(cè)儀和手持油膜測(cè)厚儀分別測(cè)量各個(gè)點(diǎn)的表面粗糙度值和帶鋼表面油膜厚度值，記錄測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表3、表4。

表3 帶鋼表面粗糙度值/ μm

表4 帶鋼表面油膜厚度值/ μm

由表3可知，經(jīng)過(guò)新型擠油輥擠油后的帶鋼表面質(zhì)量比經(jīng)傳統(tǒng)橡膠輥擠油后帶鋼表面質(zhì)量提高了約1/3，這主要是因?yàn)樾滦洼佁拙哂歇?dú)特的多孔性結(jié)構(gòu)，能夠?qū)т摫砻嫠樾疾赜谄淇p隙中，避免劃傷帶鋼表面。

由表4可知，經(jīng)新型擠油輥擠油后的帶鋼表面油膜厚度比傳統(tǒng)橡膠輥擠油后的油膜厚度低50%，這主要?dú)w功于新型擠油輥具有多孔性結(jié)構(gòu)，在擠油過(guò)程中能夠吸收多余的軋制油，同時(shí)利用“真空吸塵器”的原理從而提供更好的擠壓效果。

3 結(jié)論

在原有非織造布制造工藝基礎(chǔ)上，研制出一種適用于冷軋生產(chǎn)線上去除帶鋼表面油液及細(xì)小殘留物的新型特種非織造布，較傳統(tǒng)非織造布有更佳的機(jī)械性能；通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明，在實(shí)際冷軋生產(chǎn)線上，該新型特種非織造布的拉伸強(qiáng)度、硬度以及可壓縮性能等各方面都可滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際；同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步證明：與傳統(tǒng)橡膠輥相比，新型擠油輥擠油后帶鋼表面質(zhì)量提高了約1/3，而且擠油后帶鋼表面油膜厚度低50%，擠油效果更好，應(yīng)用前景廣闊。