Anwendung von Nylonbürstenwalzen und Vlieswalzen für die Herstellung von Aluminiumblechen und -bändern

0 Vorwort

Mit der rasanten Entwicklung der Industrietechnologie wird die Verwendung von Aluminiumblechen und -bändern als Grundmaterial der modernen Industrie immer umfangreicher, und auch die Anforderungen an ihre Oberfläche steigen stetig. In den letzten Jahren wurden Nylon-Bürstenwalzen in großem Umfang beim Reinigen, Entfetten, Walzenreinigen, Polieren und anderen Prozessen von Aluminiumbändern eingesetzt. Vlieswalzen werden für Entfettungs- und Entwässerungsprozesse verwendet, um die Oberflächenqualität der Bänder qualitativ deutlich zu verbessern. Dieser Artikel stellt das Funktionsprinzip, die Klassifizierung und die Eigenschaften von Nylon-Bürstenwalzen und Vlieswalzen vor und erörtert deren Anwendung in der Produktion von Aluminiumblechen und -bändern sowie damit verbundene Fragen, als Referenz für Hersteller von Blechen und Bändern sowie für zuständige Ausrüstungshersteller.

1 Eigenschaften und Klassifizierung von Nylon-Bürstenwalzen

1.1 Merkmale der Nylon-Bürstenwalze

Die chemische Bezeichnung von Nylon ist auch als Polyamid (PA) bekannt. Da es sich um ein kristallines Polymer mit hoher Kristallinität handelt, sind seine Zugfestigkeit, Härte, Elastizität und Verschleißfestigkeit höher als die anderer Kunststoffe. Gleichzeitig verfügt Nylon über eine gute chemische Beständigkeit. Insbesondere weist es eine hervorragende Ölbeständigkeit auf und kann schwachen Säuren, schwachen Laugen sowie allgemeinen Lösungsmitteln standhalten. Daher ist es bei der Herstellung von Aluminiumstreifen unter den vielen technischen Kunststoffbürstenfilamenten die erste Wahl, was gewisse Rationalität und Unvermeidbarkeit hat.

1.2 Klassifizierung und Eigenschaften von Nylon-Filamenten

1.21 Nylon 66 Filament

Derzeit umfassen die in der industriellen Bürstenherstellung verwendeten Bürstenfilamente hauptsächlich Nylon 6, Nylon 66, Nylon 610, Nylon 1010, Nylon 612 und andere Nylonmaterialien. Während des Kaltwalzprozesses von Aluminiumblechen und -bändern entstehen aufgrund der Reibung und des Walzens zwischen der Walze und der Oberfläche des Bandes mikroskopisch feine oxidierte Pulverablagerungen und Adsorptionen, und das Walzöl sowie daran haftende Schwebstoffe verbleiben auf der Oberfläche des Bandes. Wird dies nicht rechtzeitig entfernt, haften diese Rückstände an der Walzenoberfläche der Streckbiegeglätter, was zu einer Abnutzung der Walzenoberfläche führt und die Oberfläche des Bandes beschädigt. Aus diesem Grund ist der Hochtemperatur-Heißwasser-Reinigungsprozess unerlässlich. Allerdings haben die meisten Nylonmaterialien unter den vielen Nylonbürstenfilamenten einen Schmelzpunkt von etwa 210 °C, wodurch sie sich bei längerem Einsatz bei Wassertemperaturen über 80 °C zersetzen und verformen. Nylon 66 hingegen hat einen Schmelzpunkt von 250 °C und verformt sich auch bei heißem Wasser über 80 °C nicht. Daher werden für die Reinigung von Aluminiumbändern meist Nylon-66-Bürstenfilamente verwendet. Der entscheidende Nachteil von Nylon 6 besteht jedoch darin, dass seine Wasseraufnahme zu hoch ist (1,5 %). Beim Bürsten im Wasser erweichen die Bürstenfilamente und verlieren an Steifigkeit, was zu einer unzureichenden Entfettung führt. Darüber hinaus ist Nylon selbst nicht beständig gegen starke Laugen, was ebenfalls die Lebensdauer der Bürstenwalze verringert.

1.2.2 DT-Belon Filament

Aufgrund der Probleme mit den oben genannten Bürstenfilamenten haben einige ausländische Unternehmen auf Basis von Nylon 66 Nano-Montmorillonit und andere Materialien hinzugefügt und DT-Bellon-Bürstenfilamente entwickelt, die eine deutlich geringere Wasseraufnahme als Nylon 66 aufweisen, deren Alkalibeständigkeit und Zugfestigkeit signifikant verbessert sind und die das Problem des Bürstens von Aluminiumstreifen vollständig lösen. Nach Tests ist ihr Poliereffekt im Vergleich zu Nylon 66 verdoppelt, und die Lebensdauer der Bürstenwalze hat sich um das 3- bis 5-fache erhöht.

1.23 Mit Schleifdraht

Schleifbürstenborsten sind Schleifbürstenborsten unterschiedlicher Dicke, die durch Zugabe von etwa 30 % Siliziumkarbid und anderen Schleifmitteln zu Nylonharzmaterialien mittels Mischen, Extrudieren, Drahtziehen und anderen Verfahren hergestellt werden. Nylon 612 ist die erste Wahl unter den Nylongrößen. Neben den Eigenschaften von PA bietet Nylon 612 auch die Vorteile einer relativ geringen Breite, einer niedrigen Wasseraufnahme (0,1 %), einer guten Dichte und Dimensionsstabilität sowie einer hohen Zugfestigkeit. Nylon 610 wird ebenfalls als Ziehmaterial verwendet, hat jedoch ein schlechtes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Je nach den verwendeten Materialien gibt es derzeit hauptsächlich folgende Arten von Bürstenborsten:

(1) Siliciumcarbid-Schleiffilamente werden hergestellt, indem Siliciumcarbidpulver zu Nylon hinzugefügt wird. Aufgrund der polygonalen Struktur des Siliciumcarbids sind die abgeworfenen Produkte vom hellen Typ, und die Bandindustrie verwendet hauptsächlich 180#~800#.

(2) Aluminiumoxidpulver wird zu Aluminiumoxid-Schleiffilamenten und Nylonfilamenten hinzugefügt. Aufgrund ihrer mehrfach prismatischen Struktur sind die abgeworfenen Produkte vom matten Typ, hauptsächlich 180#~800#.

(3) Diamant-Bürstendraht wird aus Nylon mit Diamantpulver hergestellt. Aufgrund seiner einzigartigen Schärfe und Härte wird er hauptsächlich für das Spiegelpolieren und andere Prozesse bei der Herstellung von Aluminiumbändern verwendet, wobei hauptsächlich 320#~3000# zum Einsatz kommt.

(4) Hochtemperaturbeständiger Spezial-Schleifdraht
Der hochtemperaturbeständige Schleifdraht besteht hauptsächlich aus dem Kunstharz PPS oder PEEK und wird durch Schleifdrahtziehen hergestellt. Da sein Schmelzpunkt bei 300℃ bzw. 355℃ liegt, wird er hauptsächlich beim Reinigungsprozess des Trockenpolierens oder Heißwalzens eingesetzt. Unter denselben Hochgeschwindigkeits-Trockenpolierbedingungen sind die üblichen Schleiffilamente bereits geschmolzen und verformt, während die hochtemperaturbeständigen Filamente weiterhin normal verwendet werden können.

(5) Mehrstrang-Bürstendraht
Obwohl beim Bürsten von Präzisions-Aluminiumstreifen oft feinere Bürstenfilamente verwendet werden, bleiben bei genauer Betrachtung dennoch Kratzer auf der Oberfläche der Platte zurück, da die Bürstenfilamente immer noch einzeln sind. Aus diesem Grund haben Deutschland, Japan und Südkorea nacheinander mehrsträngige Bürstenfilamente eingeführt, d. h., in den 0,5-Imm-Bürstenfilamenten befinden sich unzählige feine Faserfilamente. Das Gewebe wird zu einer Bürstenoberfläche, was dieses Problem sehr gut löst.

1.3 Auswahl der Bürstenwalzen für die Herstellung von Aluminiumblechen und -bändern

(1) Streckbiege- und Nivellier-Reinigungsmaschine: Die Streckbiege- und Nivellier-Reinigungsmaschine ist im Allgemeinen der letzte Prozess der Aluminiumblechproduktion. Die Anforderungen an die Blechoberfläche sind äußerst streng. Daher wird für die Struktur der Bürstenwalze eine interne Sprühbürstenwalze ausgewählt. Der Bürstendraht ist ein mehrsträngiger Bürstendraht der deutschen Firma Haar oder der japanischen Firma Hotan, oder ein Nylon-Bürstendraht unter 0,15 mm. Für die Reinigung von Aluminiumdickplattenstreifen kann ein 0,3–0,5 mm starker Nylon-Draht verwendet werden.

(2) Reinigungsbürste für Warmwalzwerkswalzen: Der Zweck der Reinigungsbürste für Warmwalzwerkswalzen besteht darin, Drahtbürsten im gesamten Prozess einzusetzen. Aufgrund der Sprödigkeit des Stahldrahts kommt es leicht zu Brüchen und Kratzern auf der Walzenoberfläche. Derzeit ist die effektivste Lösung die Innen-Sprüh-Abrasive-Bürste. Im Allgemeinen wird 180er Nylon-Schleiffilament verwendet, wobei die Dichte des Bürstenfilaments nicht unter 50 % liegen sollte. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts von Nylon kann es gelegentlich beim Wassermangel zum Verbrennen der Bürstenfilamente kommen. Viele Hersteller setzen bereits hitzebeständige Schleiffilamente ein, deren Preis jedoch relativ höher ist.

(3) Reinigungsbürste für Walzen von Kaltwalzwerken: In den letzten Jahren hat die Walzenreinigung in Kaltwalzwerken bei vielen Herstellern zunehmend Aufmerksamkeit gefunden. Neben der Entfernung von Verschmutzungen auf der Walzenoberfläche darf die Reinigungswalze eines Kaltwalzwerks die Oberfläche des Walzenkörpers nicht zerkratzen. Mingtai Aluminium hat über viele Jahre hinweg kooperative Experimente durchgeführt und dabei abrasive Filamente mit einem Durchmesser unter 0,5 mm ausgewählt, die Länge der Bürstenfilamente innerhalb eines bestimmten Bereichs kontrolliert, die Dichte der Bürstenfilamente über 60 % gehalten und festgestellt, dass ein mehrstufiges Polieren von grob bis fein der beste Ansatz ist.

(4) Spiegeloberflächenpolieren: Aufgrund der Klebrigkeit und der Neigung zur Oxidation von Aluminiumblechen und -bändern ist das Spiegeloberflächenpolieren von Aluminiumblechen und -bändern seit langem ein Problem, das Aluminiumblech- und Bandhersteller lange Zeit beschäftigt hat. Aus diesem Grund wurde nach jahrelangen gemeinsamen Tests mit Henan Mingmingtai Aluminum festgestellt, dass eine Diamantbürstenwalze mit 320#-3000# eine gute Lösung darstellt.

(5) Walzen-Spiegelpolierbürste: Die Spiegelpolitur der Walze ist ein großes Problem in der Aluminiumbandindustrie. Derzeit verwenden die meisten Hersteller noch die Schleifbandschleiflösung, was zeitaufwendig und mühsam ist. Der Plan zur Erneuerung der Walzenspiegelpolitur besteht darin, PEEK als Material zu verwenden, 5000er Schleifmittel hinzuzufügen, um eine Scheibenbürste herzustellen, und diese mit spezieller Ausrüstung zum Polieren auszustatten. Ursprünglich dauerte die Polierzeit 5 Tage, jetzt reichen jedoch nur 2 Stunden, um einen Spiegeleffekt von 0,001 zu erreichen.

1.4 Umformung der Bürstenwalze

Nach längerem Gebrauch der Bürstenwalze erscheinen an der Oberfläche zwei große Hanteln (oder allgemein als Hundeknochen bezeichnet). Die folgenden Methoden können zur rechtzeitigen Trimmarbeit verwendet werden:

(1) Sowohl reine Nylon- als auch abrasive Filamente können mit einem Spezialwerkzeug geschnitten werden; der Werkzeughalter ist einfach und lässt sich leicht auf einer Drehmaschine montieren;

(2) Die abrasive Filament-Bürstenwalze kann auf einem Rundschleifgerät oder einer Drehmaschine montiert werden. Das Schleifen erfolgt mit einer Schleifscheibe, die aus 46er Siliciumcarbid bestehen kann.

2 Merkmale und Anwendungen von Vlies-Mehrzweck-Walzen

Die Vlies-Mehrzweckrolle ist eine Vliesmühlrolle, die durch ein spezielles Verfahren hergestellt wird, bei dem ein spezielles Vliesmaterial zu einer zylindrischen Struktur gesintert und anschließend auf eine Stahlwelle aufgepresst wird, was sie von den traditionellen Gummi- und Stahlwalzen unterscheidet. Das Hauptmerkmal dieser Mühlrolle ist die Verwendung eines speziellen Vliesmaterials mit einer netzartigen inneren Struktur, das Öl und Wasser aufnehmen sowie Restpulver auf der Oberfläche des Bogens eindringen lassen kann und einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist.

2.1 Wasser auswringen in der Waschstraße

Im letzten Prozess der Reinigungsproduktionslinie wird lediglich eine Gummi-Quetschwalze hinzugefügt. Aufgrund des Mangels, dass die Gummivalze selbst kein Wasser aufnehmen kann, muss im nachfolgenden Trocknungstunnel eine große Menge Wasser getrocknet werden, was einen erheblichen Energieverbrauch verursacht. Jede Unachtsamkeit hinterlässt Wasserränder auf der Oberfläche der Platte und des Bandes, was sich direkt auf die äußere Qualität der Aluminiumplatte und des Bandes auswirkt. Berechnungen zufolge entfällt ein großer Teil der Kosten der Reinigungslinie auf das anschließende Trocknen der Platte und des Bandes. Generell gilt: Jedes Prozent mehr an Trockenheit entspricht 5 % weniger verdunstetem Wasser im Trocknungstunnel, was bedeutet, dass der Stromverbrauch um etwa 5 % steigt. Noch gravierender ist das Verschmutzungsphänomen bei der Verwendung alter Walzen, bei dem Rückstände nicht sauber herausgedrückt werden, wodurch sich auf der Oberfläche eine zusätzliche lineare Struktur bildet und die Oberflächenreflexion nur noch etwa 30 % beträgt.

Der Wasserausdrückeffekt der Vlieswalze wird um mehr als das Fünffache erhöht, was die Energie erheblich spart. Die Oberfläche der Platte ist sehr sauber und glänzend, und die Reflexion liegt über 90 %. Früher musste die Gummiwalze einmal im Monat ausgetauscht werden. Die Produktion von Aluminiumplatten und -bändern beträgt bis zu 1200 t. Jetzt produziert sie 4000 t, bevor sie zum Schleifen eingesetzt wird. Die Lebensdauer der Walze beträgt mehr als 2 Jahre, was die Kosten erheblich senkt.

2.2 Verbesserung der Entfettungstechnologie für Riffelbleche

Die Entfettung von Mustertafeln ist ein schwieriges Problem in der Bandproduktion. Nach vielen Entwicklungen wurde auf Basis von Vlieswalzen eine Vakuum-Quetschwalze für Mustertafeln entwickelt. Das Grundprinzip besteht darin, die Vakuumwalzenwelle mit elastischen Materialien unterschiedlicher Härte zu ummanteln, um sich an die unebene Oberfläche der Mustertafel anzupassen, und das Öl in den Walzenkörper einzusaugen, um den Zweck der Entfettung zu erreichen. Derzeit wird sie von vielen Herstellern wie Mingtai Aluminium gut angenommen und schließt die Lücke in diesem Bereich in China (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4 Vakuum-Auswringwalze für Musterplatten

2.3 Verbesserung der Funktion der Führungsfahrwalze

Im traditionellen Prozess werden die meisten Führungsrollen und S-Rollen in der Produktion von Aluminiumblechen und -bändern aus Polyurethan-Gummirollen hergestellt, aber aufgrund ihres unzureichenden Reibungskoeffizienten rutschen die Bänder gelegentlich und weichen ab. Die Mehrzweckrolle für Vlieswalzen sorgt aufgrund ihrer faserumwickelten Eigenschaften mit ihrem hohen Reibungskoeffizienten für eine stabile Antriebs- und Führungskontrolle, siehe Tabelle 1.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass der Reibungskoeffizient der Vliesstoffrolle 20- bis 40-mal höher ist als der der Stahlrolle und der Gummirolle. Dieser hohe Reibungskoeffizient sorgt dafür, dass die Spannung gleichzeitig um das 20- bis 40-fache erhöht wird, was den reibungslosen Betrieb der Spannrolle gewährleistet und unerwünschte Phänomene wie das Durchhängen der Spule während des Betriebs vermeidet.

Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften der Vliesstoffrolle selbst wird sie neben den oben genannten Anwendungen auch häufig in Aluminiumbändern, beim Bügeln von Folien und in Schneidemaschinen eingesetzt. Die Lebensdauer der Rolle ist 8- bis 10-mal so lang wie die der Gummirolle, was die Kosten und die Zeit für den Rollenwechsel für den Anwender erheblich reduziert und die Produktionseffizienz verbessert.

Derzeit haben DT-Vliesstoff-Mühlrollen einen großen Marktanteil bei der Herstellung inländischer Kupfer- und Aluminiumbänder erobert, und auch Stahlbandhersteller haben begonnen, sie zu verwenden. Die Produkte sind allmählich ausgereift und haben eine gewisse Größenordnung erreicht, um Importe zu ersetzen. Getestet vom international renommierten Walzwerkshersteller Italien MINO haben die technischen Indikatoren und die Kosten-Nutzen-Relation der DT-Vliesstoffrollen die importierten vergleichbaren Produkte übertroffen.
DT-Vliesstoffrollen werden aufgrund ihrer hohen Kosteneffizienz, des kurzen Lieferzyklus und der einfachen Wartung von den Anwendern sehr geschätzt und haben einen breiten Verbreitungswert.

3 Vakuumquetschmaschine

Die Vakuumquetschmaschine ist eine neue Art von Vakuumquetschmaschine, die auf der Grundlage der ursprünglichen nichtgewebten Mehrzweckrolle modifiziert wurde. Das Prinzip besteht darin, den festen Kernrollenkörper der ursprünglichen nichtgewebten Mehrzweckrolle in eine Vakuumrolle mit entsprechenden Lochreihen auf der Oberfläche umzuwandeln. Während des Betriebs wird die Flüssigkeit auf der Platte und dem Streifen in das Innere des Rollenkörpers gequetscht und anschließend von der Umwälzpumpe des Maschinenvakuumsystems abgepumpt. Die Flüssigkeit wird durch das Gas-Wasser-Trennsystem gefiltert und kann wiederverwendet werden. Das Arbeitsprinzip ist in Abbildung 5 dargestellt.

Diese Maschine wird häufig verwendet und von vielen Herstellern wie Aluminum Co., Ltd., Mingtai Aluminum und Sanfeng Copper streng getestet. Im Vergleich zur ursprünglichen Vliesrolle wird die Trocknungsrate des Vakuumquetschers um mehr als 30 % erhöht. Die Praxis hat gezeigt, dass die Verwendung eines Vakuumquetschers das effektivste Mittel zur Entfernung von Flüssigkeit bei der Herstellung von Platten und Bändern ist. Das Projekt hat das nationale Gebrauchsmusterpatent erhalten und die von der Wissenschafts- und Technologiebehörde Xianyang der Provinz Shaanxi organisierte Expertenbewertung bestanden. Es besteht einhellige Übereinstimmung darüber, dass das Projekt den nationalen Spitzenniveau erreicht hat und eine Errungenschaft darstellt, die uneingeschränkt gefördert werden sollte.

4 Zusammenfassung

Im Produktionsprozess von Aluminiumblechen und -bändern sind Reinigung, Entfettung, Walzenreinigung, Wasserabstreifen, Polieren und andere Prozesse eine der entscheidenden Maßnahmen, um deren hohe Oberflächenqualität sicherzustellen. Nylon-Bürstenwalzen und Vlies-Mehrzweckwalzen weisen eine Reihe hervorragender Eigenschaften auf. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Oberflächenqualität von Aluminiumblechen und -bändern und sind es wert, intensiv gefördert und angewendet zu werden.