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摘要：以非织造布为主要材料的钢制辊芯和辊套共同构成了新型复合材料辊。其多孔结构的可压缩变形性特点，与目前冷轧生产线上大量使用的橡胶辊相比有更好的挤干、除油效果和较长的使用寿命，可以提高冷轧生产效率和提高产品质量。但国内关于新型复合材料辊的研究基本处于空白阶段，只能通过进口国外非织造布产品来进行新型复合材料辊的生产和应用，但这会导致生产成本高且不能被广泛地应用。
关键词：新型复合材料；辊用非织造布；研制及性能
引言
复合材料挤油辊是一种新型高分子材料辊，是由多孔纤维辊套和钢制转轴装配而成，其主要应用于冷轧生产线上去除带钢表面轧制油和细小残屑。由于其具有独特的多孔压缩性和自愈性，与传统橡胶挤油辊相比，不仅具有更好的除油效果和较长的使用寿命，而且可以提高带钢表面质量。目前该种新型复合材料挤油辊的核心制造技术被海外少数企业掌握，市场被垄断。
1新型复合材料辊的特性和工作原理
1.1新型复合材料辊的特性
①其摩擦系数比较高，可以有效的防止打滑（干燥状态摩擦系数为0.52，油状态摩擦系数为0.3）。
②适用于酸碱度的范围为ph2-10的生产环境。
③能达到的刮油效果极佳，可以使轧制速度得到有效的提高并且使轧制油的损耗的得到减少；能达到的挤水效果极佳，可以使生产线速度得到提高并且使烘干时间得到减少；能达到的涂油效果极佳，可以使涂油效果（即油膜厚度值）得到精确控制。
④无痕（Non-marking）特性，其具有的多孔结构使其具有自愈合功能，避免了对卷材表面划痕的产生。
⑤新型复合材料辊表面损坏时可以通过多次修磨来再次使用，使使用寿命得到大大提高，降低生产成本；在大面积的发生割伤时，不需要进行整支的报废，只需进行局部材料的更换就可再次使用。
1.2新型复合材料辊的工作原理
新型复合材料辊主要是应用于冷轧生产线上挤干钢材表面残余的轧制油，其工作过程的原理分四步进行如图1所示：
图1 新型复合材料挤油辊工作原理
①当板材与辊子刚开始接触时，由于新型复合材料辊的疏松开式表面，溶液渗进辊子里，使得辊子与板材表面紧密接触起到一个类似水坝的作用，并可减少其间的液体压力，从而实现连续挤干。
②当运行到辊隙中心处时，复合材料辊的疏松度被压缩接近于零，这样可使辊子在旋转过程中产生密封作用。
③当板材离开辊子时，压缩作用下降，辊子空隙被打开，材料放松，从而可对板材表面残余的油液进行吸收。
④当辊子转到第一步的位置时，辊子又开始被压缩，从而可使辊子里面的油液被挤出，达到一个长期可持续使用的效果。通过以上步骤，实现对板材表面残余油液的挤干。通过对新型复合材料挤油辊的工作原理的分析来确定作为新型复合材料辊必须具有两方面的性能要求：自身结构方面的多孔性、吸油性、摩擦性及作为轧制辊必须具有的拉伸强度、硬度等要求；根据工作环境要求必须具有良好的热稳定性要求。
2辊用非织造布的研制
2.1非织造布的制作流程
非织造布的加工过程主要包括原料选取、成网、加固以及后整理四个部分。原料选取主要包括纤维原料和粘合剂的选取；从成本、可加工性和纤网的性能要求三方面出发选择了美国杜邦公司生产的聚酰胺66纤维；从非织造布的强度、耐热性、弹性等出发选择由青岛金森达化工有限公司生产的自交联丙烯酸脂乳液粘合剂。成网指把杂乱的未经处理的纤维原料梳理成纤网的过程，纤网是非织造布加工过程中最重要的半制品，通过DSCa-01-A型数字式小样梳棉机对纤维进行梳理，保证了纤网均匀度和结构。加固指把成形的纤网中所持松散纤维通过相关工艺方法加固的过程，赋予纤网机械性能和外观。后整理主要是为了改善产品性能、结构和手感等，通过整理转化为最终产品。
2.2实验仪器
实验仪器，如表1所示。
表1 实验所用的仪器设备
图2 研制非织造布的工艺流程
主体原料为丙烯脂乳液粘合剂的工作液配制。工作液成分：自交联丙烯酸脂乳液粘合剂、去离子水、增塑剂、偶联剂、防老剂等。经过多次实验后确定粘合剂与去离子水为0.47：1时。将折叠好的纤网放入模具中，喷洒配比好的工作液并放入干燥箱中进行烘干，温度100℃，持续时间5min。将烘干好的纤网在一定的压力及温度下通过平板硫化机进行纤网加固，持续10min。将加固好的非织造布进行处理后取样测试。
3新型复合材料辊的性能
3.1新型复合材料辊用非织造布的力学性能分析
3.1.1硬度分析
将加工好的非织造布通过冲片机进行取样，试验分为三组，每组包含十个试样，将每组试样分别在25℃，100℃，140℃温度下的干燥箱中加热180min。其中100℃为复合材料辊的最大工作温度，140℃为研制非织造布时的温度，每个试样通过XHS型邵氏A硬度计进行硬度测试，测三次，取平均值后，实验结果，如表2所示。随着温度的升高，硬度值跟着升高。在测硬度值的过程中由于操作误差及读数误差，对十组数据取平均值后填入表2。在三组温度下随着温度的升高，每组的硬度值有1HA的增加，在140℃达到68.2HA，低于新型复合材料辊的最大使用硬度76HA。
表2 不同温度下的试样硬度值
3.1.2拉伸强度分析
将加工好的非织造布进行取样，试验分为三组，每组包含三个试样，将每组试样分别在25℃，100℃，140℃温度下的干燥箱中加热180min。其中，100℃为复合材料辊的最大工作温度，140℃为研制非织造布时的温度。将加热后的试样通过CRS-JTM1000型拉力试验机进行拉伸强度测试结果。在三种温度下，随着温度的升高拉伸强度减小，在100℃时，其拉伸强度取平均值后为37117.3kPa；拉伸强度完全可以满足使用要求。
3.2新型复合材料辊用非织造布的热稳定性分析
3.2.1热重分析
通过TG-209-F3型热重分析仪进行分析可获得试样的热重（TG）曲线，实验过程主要技术数据如下：称重解析度0.1μg，最大试样量2000mg，温度范围为（100~900）℃，测量气氛为惰性、氧化、静态、真空等，升降温速率范围（0~100）K/min。本次试验试样用量2mg，以空气为载体，实验升温速率为10k/min，热终解温度为360℃，根据测试结果绘制TG曲线，曲线主要由一个单步过程和一个平台组成，每个单步过程表示试样经历了一个伴有质量变化的过程，平台表示其质量基本不发生变化，试样本身比较稳定。在246℃之前，其试样质量分数处于基本不变的过程，说明试样在250℃之前随着温度的升高其化学结构是稳定的；246℃之后开始发生失重，360℃是试样质量减小到88%，损失的主要是试样添加的小分子助剂的挥发。
3.2.2差示扫描量热分析
通过Q2000差式扫描量热仪进行分析可获得试样的DSC曲线，实验过程的主要技术数据如下：试样用量4.40000mg，实验升温速率10.00℃/min，热终解温度根据新型复合材料辊的工作温度确定为200℃，根据测试结果绘制DSC曲线。试样在（40.7~46.8）℃时有一个吸热峰，峰值温度为43.70℃，这与试样中所含的水分的挥发有关；从（46.8~200）℃，不再出现峰值，表明在200℃之前并不会发生玻璃化转变以及析晶反应。因此，在200℃以前其物理结构的耐热性完全满足要求。
结语
本课题所研究的新型复合材料挤油辊相比于目前大量使用的传统橡胶辊，可以提高冷轧生产线上的冷轧产品的质量及提高挤油辊的使用寿命等，因此具有广阔的发展前景和庞大的应用市场。
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论文作者:井丽
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
标签：复合材料论文; 试样论文; 辊子论文; 温度论文; 织造布论文; 硬度论文; 过程论文; 《防护工程》2019年第4期论文;