تطبيق بكرة الفرشاة النايلون وبكرة المطحنة غير المنسوجة لإنتاج صفائح وشرائط الألمنيوم

0 مقدمة

مع التطور السريع للتكنولوجيا الصناعية، أصبح استخدام صفائح وشرائط الألمنيوم كمادة أساسية في الصناعة الحديثة أكثر انتشارًا، كما أن متطلبات سطحها أصبحت أعلى وأعلى. في السنوات الأخيرة، تم استخدام بكرات الفرش النايلون على نطاق واسع في عمليات التنظيف وإزالة الشحوم وتنظيف البكرات والتلميع وغيرها من العمليات الخاصة بشرائط الألمنيوم. تُستخدم البكرات غير المنسوجة في عمليات إزالة الشحوم وإزالة الماء لجعل جودة سطح الشرائط تحقق قفزة نوعية. يعرض هذا المقال ويستعرض مبدأ العمل والتصنيف وخصائص بكرات الفرش النايلون وبكرات المطحنة غير المنسوجة، بالإضافة إلى تطبيقاتها في إنتاج صفائح وشرائط الألمنيوم والقضايا ذات الصلة، وذلك للرجوع إليها من قبل مصنعي الصفائح والشرائط ومصنعي المعدات ذات الصلة.

1 خصائص وتصنيف لفائف الفرش النايلون

1.1 ميزات لفة فرشاة النايلون

الاسم الكيميائي للنايلون يُعرف أيضًا باسم البولي أميد (PA). نظرًا لأنه بوليمر بلوري ويتمتع بدرجة بلورية عالية، فإن قوة الشد والصلابة والمرونة ومقاومة التآكل لديه أعلى من البلاستيكات الأخرى. في الوقت نفسه، يتمتع النايلون بمقاومة كيميائية جيدة. على وجه الخصوص، يتمتع بمقاومة ممتازة للزيوت ويمكنه تحمل الأحماض الضعيفة والقلويات الضعيفة والمذيبات العامة. لذلك، فهو الخيار الأول في إنتاج شرائط الألمنيوم بين العديد من خيوط الفرش الهندسية المصنوعة من البلاستيك، مما يجعل ذلك أمرًا له معقوليته وحتميته.

1.2 تصنيف وخصائص خيوط النايلون

1.21 خيط نايلون 66

في الوقت الحاضر، تشمل خيوط الفرش المستخدمة في صناعة الفرش الصناعية بشكل رئيسي النايلون 6، والنايلون 66، والنايلون 610، والنايلون 1010، والنايلون 612 وغيرها من مواد النايلون. أثناء عملية الدرفلة الباردة للألواح والشرائط الألومنيوم، وبسبب الاحتكاك والدرفلة بين البكرات وسطح الشريط، ينتج عن ذلك تساقط وامتزاز غبار أكسدة دقيق على السطح، كما تبقى زيت الدرفلة والمكونات العالقة به على سطح الشريط. وإذا لم يتم تنظيفها في الوقت المناسب، فإنها ستلتصق بسطح بكرة جهاز التسوية بالشد والانحناء، مما يؤدي إلى تآكل سطح البكرة وإلحاق الضرر بسطح الشريط. لهذا السبب، فإن عملية الغسل بالماء الساخن عالي الحرارة لا غنى عنها. ومع ذلك، فمن بين العديد من خيوط فرش النايلون، تمتلك معظم مواد النايلون نقطة انصهار تبلغ حوالي 210 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تدهورها وتشوهها عند استخدامها لفترة طويلة في درجة حرارة ماء أعلى من 80 درجة مئوية، بينما يبلغ نقطة انصهار النايلون 66 250 درجة مئوية ولن يتشوه عند استخدامه في ماء ساخن أعلى من 80 درجة مئوية. لذلك، تُستخدم خيوط فرش النايلون 66 في الغالب لتنظيف الشرائط الألومنيوم. لكن العيب القاتل في النايلون 6 هو أن امتصاصه للماء مرتفع للغاية (1.5%). فالتنظيف بالماء يؤدي إلى تليين خيوط الفرش وتقليل صلابتها، مما ينتج عنه إزالة غير كاملة للدهون. بالإضافة إلى ذلك، فإن النايلون نفسه لا يقاوم القلويات القوية، مما يؤدي أيضًا إلى تقليل عمر بكرة الفرش.

1.2.2 خيط DT-Belon

وفقًا لمشاكل شعيرات الفرشاة المذكورة أعلاه، قامت بعض الشركات الأجنبية بإضافة مونتموريلونيت نانوي ومواد أخرى إلى أساس النايلون 66، وطورت شعيرات فرشاة DT-Bellon، التي تتميز بامتصاص مائي أقل بكثير من النايلون 66، كما تحسنت مقاومتها للقلويات وقوة الشد بشكل ملحوظ، مما حل تمامًا مشكلة تنظيف شريط الألومنيوم بالفرشاة. وبعد الاختبار، تبين أن تأثير التلميع لديها يبلغ ضعف تأثير النايلون 66، وأن عمر بكرة الفرشاة يزداد بمقدار 3-5 أضعاف.

1.23 يحتوي على أسلاك كاشطة

شعيرات الفرشاة الكاشطة هي شعيرات فرشاة كاشطة ذات سماكات مختلفة، تُصنع بإضافة حوالي 30% من كربيد السيليكون ومواد كاشطة أخرى إلى مواد راتنج النايلون عبر عمليات الخلط والبثق والسحب وغيرها. يُعد النايلون 612 الخيار الأول بين مواد النايلون. بالإضافة إلى خصائص PA، يتمتع النايلون 612 أيضًا بمزايا مثل العرض الصغير نسبيًا، وانخفاض امتصاص الماء (0.1%)، والكثافة الجيدة، والاستقرار الأبعادي، وقوة الشد العالية. كما يُستخدم النايلون 610 كمادة للسحب، لكنه أقل كفاءة من حيث التكلفة. ووفقًا للمواد المستخدمة المختلفة، توجد حاليًا بشكل رئيسي الأنواع التالية من شعيرات الفرشاة:

(1) يتم سحب الخيوط الكاشطة من كربيد السيليكون بإضافة مسحوق كربيد السيليكون إلى النايلون. نظرًا للشكل متعدد الأضلاع لبنية كربيد السيليكون، فإن المنتجات الناتجة تكون من النوع اللامع، وتستخدم صناعة الشرائح بشكل رئيسي مقاسات 180#~800#.

(2) يُضاف مسحوق الألومينا إلى الخيوط الكاشطة من الألومينا والخيوط النايلونية. وبسبب بنيتها متعددة الأوجه، تكون المنتجات الناتجة من النوع غير اللامع، وتستخدم بشكل رئيسي مقاسات 180#~800#.

(3) سلك فرشاة الماس مصنوع من النايلون مع مسحوق الماس. وبفضل حدة وصلابة فريدة، يُستخدم بشكل رئيسي في عمليات التلميع المرآتي وغيرها في إنتاج شرائح الألمنيوم، ويُستخدم بشكل رئيسي مقاسات 320#~3000#.

(4) سلك كاشط خاص مقاوم للحرارة العالية
السلك الكاشط المقاوم للحرارة العالية مصنوع بشكل رئيسي من الراتنج الصناعي PPS أو PEEK وعملية سحب السلك الكاشط. نظرًا لأن نقطة انصهاره تصل إلى 300℃ و355℃، فإنه يستخدم بشكل أساسي في عملية التنظيف بالصقل الجاف أو الدرفلة الساخنة. في ظل نفس ظروف الصقل الجاف عالي السرعة، تتعرض الخيوط الكاشطة العامة للانصهار والتشوه، لكن الخيوط المقاومة للحرارة العالية لا تزال قابلة للاستخدام بشكل طبيعي.

(5) سلك فرشاة متعدد الخيوط
على الرغم من أن خيوط الفرشاة الأكثر نعومة تُستخدم غالبًا في تنظيف شرائط الألمنيوم الدقيقة، إلا أنه نظرًا لأن خيوط الفرشاة لا تزال مفردة، ستبقى الخدوش على سطح اللوحة بعد الملاحظة الدقيقة. ولهذا السبب، قامت ألمانيا واليابان وكوريا الجنوبية تباعًا بإدخال خيوط فرش متعددة الخيوط، أي أن هناك عددًا لا يُحصى من خيوط الألياف الدقيقة داخل خيوط الفرشاة التي يبلغ قطرها 0.5-1 مم. يتحول الخيط إلى سطح فرشاة، مما يحل هذه المشكلة بشكل جيد للغاية.

1.3 اختيار لفائف الفرش لصناعة صفائح وشرائح الألمنيوم

آلة تنظيف وتمليس وشدّ: عادةً ما تكون آلة تنظيف وتمليس وشدّ هي العملية الأخيرة في إنتاج صفائح الألمنيوم. وتكون المتطلبات الخاصة بسطح اللوح صارمة للغاية. لذلك، يتم اختيار بكرة الفرشاة الداخلية ذات الرش الداخلي في هيكل بكرة الفرشاة. أما سلك الفرشاة فهو سلك فرش متعدد الخيوط من شركة Haar الألمانية أو شركة Hotan اليابانية، أو سلك فرش نايلون بقطر أقل من 0.15 مم. ويمكن استخدام سلك نايلون بقطر 0.3-0.5 مم لتنظيف شرائط الألمنيوم السميكة.

(2) فرشاة تنظيف بكرات مطحنة الدرفلة على الساخن: الهدف من فرشاة تنظيف بكرات مطحنة الدرفلة على الساخن هو استخدام الفراشي السلكية في العملية الشاملة. نظرًا لهشاشة الأسلاك الفولاذية، فمن السهل أن تنكسر وتسبب خدوشًا على سطح البكرة. حاليًا، الأكثر فعالية هي الفرشاة الكاشطة من نوع الرش الداخلي. عادةً ما تُستخدم شعيرات كاشطة من النايلون بدرجة 180#، ويجب ألا تقل كثافة شعيرات الفرشاة عن 50%. نظرًا لانخفاض نقطة انصهار النايلون، قد يحدث أحيانًا احتراق لشعيرات الفرشاة عند نقص كمية الماء. بدأ العديد من المصنعين في استخدام شعيرات كاشطة مقاومة للحرارة العالية، لكن سعرها أعلى نسبيًا.

(3) فرشاة تنظيف بكرات مطحنة الدرفلة على البارد: في السنوات الأخيرة، بدأ تنظيف بكرات مطحنة الدرفلة على البارد يجذب اهتمام العديد من الشركات المصنعة. بالإضافة إلى إزالة الأوساخ الموجودة على سطح البكرة، يجب ألا تتسبب فرشاة التنظيف في خدش سطح جسم البكرة. وقد أجرت شركة Mingtai Aluminum تجارب تعاونية لسنوات عديدة، حيث اختارت شعيرات كاشطة بقطر أقل من 0.5 مم، وتحكمت في طول شعيرات الفرشاة ضمن نطاق معين، وأبقت كثافة شعيرات الفرشاة أعلى من 60%، ويُعدّ إجراء عمليات تلميع متعددة من الخشن إلى الناعم هو الطريقة المثلى.

(4) تلميع الألواح المرآتية: نظرًا لعيب اللزوجة وسهولة الأكسدة في صفائح وأشرطة الألمنيوم، لطالما كان تلميع الألواح المرآتية للصفائح والأشرطة المصنوعة من الألمنيوم مشكلة تؤرق مصنعي هذه المنتجات لفترة طويلة. ولهذا السبب، وبعد سنوات من الاختبارات التعاونية مع شركة خنان مينغمينغتاي للألمنيوم، تبيّن أن بكرة الفرشاة الماسية بدرجة 320#-3000# تمثل حلاً فعالاً.

(5) فرشاة تلميع المرآة للأسطوانة: يُعدّ تلميع مرآة الأسطوانة مشكلة كبيرة في صناعة شرائط الألمنيوم. حاليًا، لا يزال معظم المصنعين يستخدمون حل التلميع بواسطة الحزام الكاشط، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب جهدًا كبيرًا. تتمثل خطة تجديد تلميع مرآة الأسطوانة في استخدام مادة PEEK وإضافة كاشط من درجة 5000# لصنع فرشاة قرصية، ومزودة بمعدات خاصة للتلميع. كان وقت التلميع سابقًا يستغرق 5 أيام، لكنه الآن لا يستغرق سوى ساعتين لتحقيق تأثير مرآة بدرجة نعومة 0.001.

1.4 إعادة تشكيل لفة الفرش

بعد استخدام بكرة الفرشاة لفترة طويلة، سيظهر على سطحها شكلان كبيران يشبهان الدمبل (أو ما يُعرف عادةً بعظام الكلاب). يمكن استخدام الطرق التالية للتقليم في الوقت المناسب:

(1) سواء كانت الشعيرات من النايلون الخالص أو شعيرات كاشطة، يمكن قطعها بأداة خاصة، وحامل الأداة بسيط وسهل التركيب على المخرطة؛

(2) يمكن تركيب بكرة فرشاة الشعيرات الكاشطة على مطحنة أسطوانية أو مخرطة. يتم إعادة شحذ العجلة الكاشطة، ويمكن أن تكون العجلة الكاشطة من نوع كربيد السيليكون 46#.

2 ميزات وتطبيقات بكرات المطحنة غير المنسوجة متعددة الأغراض

البكرة غير المنسوجة متعددة الأغراض هي بكرة تصنيع غير منسوجة تُصنع عن طريق تلبيد مادة تصنيع غير منسوجة خاصة في هيكل أسطواني باستخدام عملية خاصة، ثم تُضغط على عمود فولاذي، مما يميزها عن البكرات التقليدية المصنوعة من المطاط والفولاذ. تتمثل أكبر ميزة لهذه البكرة في استخدام مادة تصنيع غير منسوجة خاصة ذات بنية داخلية شبكية، والتي يمكنها امتصاص الزيت والماء وتخلل المسحوق المتبقي على سطح الورقة، كما تتمتع بمعامل احتكاك مرتفع.

2.1 عصر الماء في خط الغسيل

في العملية الأخيرة من خط إنتاج التنظيف، لا يوجد سوى إضافة بكرة عصر مطاطية. ونظرًا لعيب عدم قدرة البكرة المطاطية على امتصاص الماء، يلزم تجفيف كمية كبيرة من الماء في نفق التجفيف اللاحق، مما يستهلك الكثير من الطاقة. وأي إهمال سيؤدي إلى ترك بقع مائية على سطح الألواح والشرائط، ما يؤثر مباشرة على الجودة الخارجية للألواح والشرائط الألومنيومية. ووفقًا للحسابات، فإن جزءًا كبيرًا من تكلفة خط التنظيف سيُنفق على عملية التجفيف اللاحقة للألواح والشرائط. وبشكل عام، فإن كل زيادة بنسبة 1% في درجة الجفاف تعادل تبخر مياه أقل بنسبة 5% في نفق التجفيف، مما يعني زيادة استهلاك الطاقة بنحو 5%. والأكثر خطورة هو ظاهرة تلوث البكرات القديمة، حيث لا يتم عصر المخلفات بشكل كامل، مما يؤدي إلى تكون بنية خطية إضافية على السطح، ويصبح معامل الانعكاس السطحي حوالي 30%.

تم زيادة تأثير عصر الماء في الأسطوانة غير المنسوجة بأكثر من 5 أضعاف، مما يوفر الطاقة بشكل كبير. سطح الصفيحة نظيف جداً ولامع، ونسبة الانعكاس تزيد عن 90%. في الماضي، كان يجب استبدال الأسطوانة المطاطية مرة واحدة شهرياً. بلغ إنتاج صفائح وشرائط الألمنيوم حتى 1200 طن. الآن، يتم إنتاج 4000 طن قبل الحاجة إلى عملية الشحذ مرة أخرى. عمر الأسطوانة أكثر من عامين، مما يوفر التكاليف بشكل كبير.

2.2 تحسين تقنية إزالة الشحوم للألواح المنقوشة

إزالة الشحوم من اللوح المزخرف هي مشكلة صعبة في إنتاج الشرائط. بعد العديد من التطورات، تم تطوير بكرة ضغط فراغية للوح المزخرف استنادًا إلى البكرات غير المنسوجة. المبدأ الأساسي هو تغطية عمود البكرة الفراغية بمواد مرنة ذات صلابة مختلفة لتتكيف مع السطح غير المستوِ للوح المزخرف، وشفط الزيت إلى جسم البكرة لتحقيق هدف إزالة الشحوم. حاليًا، لاقت هذه التقنية استحسانًا كبيرًا لدى العديد من الشركات المصنعة مثل Mingtai Aluminum، مما سد الفجوة في هذا المجال في الصين (انظر الشكل 4).

الشكل 4: بكرة عصر بالتفريغ للوحات المنقوشة

2.3 تحسين وظيفة بكرة الدفع التوجيهية

في العملية التقليدية، تُصنع معظم بكرات التوجيه وبكرات S في إنتاج صفائح وشرائط الألمنيوم من بكرات مطاطية من البولي يوريثين، ولكن نظرًا لمعامل احتكاكها غير الكافي، فإن الشرائط تنزلق وتنحرف من حين لآخر. أما بكرة المطحنة متعددة الأغراض غير المنسوجة، فبفضل خصائصها المغلفة بالألياف، يضمن معامل احتكاكها العالي قدرتها على التحكم الثابت في الدفع والتوجيه، انظر الجدول 1.

يتضح من الجدول 1 أن معامل احتكاك اللفة غير المنسوجة أعلى بـ 20 إلى 40 مرة من معامل احتكاك اللفة الفولاذية واللفة المطاطية. يضمن هذا المعامل العالي للاحتكاك زيادة التوتر بمقدار 20 إلى 40 مرة في الوقت نفسه، مما يضمن التشغيل السلس لبكرة التوتر، ويتجنب ظواهر غير مرغوبة مثل ترهل الملف أثناء التشغيل.

نظرًا للخصائص الممتازة لللفة غير المنسوجة نفسها، فإنه بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه، فقد تم استخدامها أيضًا على نطاق واسع في شرائط الألمنيوم، وكيّ الرقائق، وآلات التقطيع. يبلغ عمر اللفة 8 إلى 10 أضعاف عمر اللفة المطاطية، مما يوفر بشكل كبير التكلفة والوقت اللازم لتغيير اللفة للمستخدم، ويحسن كفاءة الإنتاج.

في الوقت الحالي، تحتل لفائف DT غير المنسوجة جزءًا كبيرًا من السوق في إنتاج شرائط النحاس والألومنيوم المحلية، كما بدأ مصنعو شرائط الفولاذ أيضًا في استخدامها. وقد نضجت المنتجات تدريجيًا وتشكلت على نطاق معين لتحل محل الواردات. وبعد اختبارها من قبل شركة تصنيع مطاحن الدرفلة الإيطالية الشهيرة عالميًا MINO، تجاوزت المؤشرات التقنية والأداء التكلافي للفائف DT غير المنسوجة المنتجات المستوردة المماثلة.
تحظى لفات DT غير المنسوجة بتقدير كبير من قبل المستخدمين نظرًا لجودتها العالية مقارنةً بالتكلفة، ودورة التسليم القصيرة، وسهولة الصيانة، ولها قيمة ترويجية واسعة.

3 آلة عصر بالتفريغ

آلة العصر بالتفريغ هي نوع جديد من آلات العصر بالتفريغ تم تعديلها استنادًا إلى لفة غير منسوجة متعددة الأغراض الأصلية. يعتمد مبدأ عملها على تحويل جسم اللفة الصلب الأساسي في اللفة غير المنسوجة متعددة الأغراض الأصلية إلى لفة مفرغة تحتوي على صفوف متناظرة من الثقوب على سطحها. أثناء التشغيل، يتم عصر السائل الموجود على اللوحات والشرائط إلى داخل جسم اللفة، ثم تُستخدم مضخة الدورة في نظام التفريغ الخاص بالآلة لسحبه بعيدًا. يُصفّى السائل عبر نظام فصل الغاز عن الماء ويمكن إعادة استخدامه. يوضح الشكل 5 مبدأ العمل.

تُستخدم هذه الآلة بشكل متكرر وتُختبر بدقة من قبل العديد من الشركات المصنعة مثل شركة الألمنيوم المحدودة، وشركة مينغتاي للألمنيوم، وشركة سانفنج للنحاس. وبالمقارنة مع اللفافة غير المنسوجة الأصلية، يزداد معدل التجفيف في آلة العصر بالتفريغ بنسبة تزيد عن 30%. وقد أثبتت التجارب أن استخدام آلة العصر بالتفريغ هو الوسيلة الأكثر فعالية لإزالة السوائل في إنتاج الصفائح والشرائط. وقد حصل المشروع على براءة اختراع نموذج المنفعة الوطنية واجتاز تقييم الخبراء الذي نظمته دائرة العلوم والتكنولوجيا في مدينة شيانيانغ بمقاطعة شنشي. وقد تم الاتفاق بالإجماع على أن المشروع قد بلغ المستوى المتقدم محليًا وأنه إنجاز يستحق الترويج الحثيث.

4 خلاصة

في عملية إنتاج صفائح وشرائط الألمنيوم، تُعد عمليات التنظيف، وإزالة الشحوم، وتنظيف البكرات، وعصر الماء، والتلميع وغيرها من الإجراءات من بين التدابير الأساسية لضمان جودتها السطحية العالية. تتميز بكرات الفرش النايلونية وبكرات متعددة الاستخدامات غير المنسوجة بمجموعة من الخصائص الممتازة. وهي تلعب دورًا مهمًا في تحسين الجودة السطحية لصفائح وشرائط الألمنيوم، وتستحق الترويج والتطبيق الواسع.