アルミ板・帯鋼の製造におけるナイロンブラシロールおよび不織布ミルロールの適用

0 まえがき

産業技術の急速な発展に伴い、現代産業の基本材料としてのアルミ板・帯鋼の利用範囲はますます広がり、その表面仕上げに対する要求も一段と高まっています。近年、ナイロンブラシロールはアルミ帯鋼の洗浄、脱脂、ロール清掃、研磨などの工程で広く用いられています。また、不織布ロールは脱脂および脱水工程に使用され、帯鋼の表面品質に質的な飛躍をもたらしています。本稿では、ナイロンブラシロールおよび不織布ミルロールの作動原理、分類、特徴、ならびにアルミ板・帯鋼の生産におけるそれらの応用や関連する課題について紹介・考察し、板・帯鋼メーカーおよび関連機器メーカーの参考としています。

1 ナイロンブラシロールの特徴と分類

1.1 ナイロンブラシロールの特長

ナイロンの化学名はポリアミド（PA）とも呼ばれています。結晶性ポリマーであり、高い結晶化度を持つため、引張強度、硬度、弾性および耐摩耗性が他のプラスチックよりも高くなっています。同時に、ナイロンは優れた耐薬品性を備えており、特に耐油性に優れ、弱酸、弱アルカリおよび一般的な溶剤に耐えることができます。そのため、多くのエンジニアリングプラスチック製ブラシフィラメントの中でも、アルミストリップの製造において第一選択肢となるのは、一定の合理性と必然性があると言えます。

1.2 ナイロンフィラメントの分類と特徴

1.21 ナイロン66フィラメント

現在、工業用ブラシ製造に使用されるブラシ毛材としては、主にナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン1010、ナイロン612などのナイロン素材が挙げられます。アルミ板・ストリップの冷間圧延工程では、ロールとストリップ表面との摩擦や圧延により、表面から微細な酸化粉塵が剥離・付着し、さらに圧延油やそれに付着した懸濁成分がストリップ表面に残留します。これらを速やかに除去しないと、ストレッチベンディングレベラーのロール表面に付着し、ロールの摩耗やストリップ表面の損傷を引き起こします。そのため、高温温水による洗浄工程が不可欠です。しかし、多くのナイロンブラシ毛材の中でも、ほとんどのナイロン素材は融点が約210℃であり、80℃以上の水温で長時間使用すると劣化や変形を生じます。一方、ナイロン66は融点が250℃で、80℃以上の温水中でも変形しません。したがって、アルミストリップの洗浄にはナイロン66のブラシ毛材が主に用いられます。しかし、ナイロン6の致命的な欠点は吸水率が高すぎる（1.5%）ことです。水中でのブラッシングによりブラシ毛材が軟化し、剛性が低下するため、脱脂が不十分になります。さらに、ナイロン自体は強アルカリに耐性がなく、ブラシロールの寿命も短くなります。

1.2.2 DT-Belonフィラメント

上記のブラシフィラメントの問題点を踏まえ、一部の海外企業はナイロン66をベースにナノモンモリロナイトなどの材料を添加し、DT-Bellonブラシフィラメントを開発しました。このフィラメントはナイロン66に比べて吸水性が大幅に低く、耐アルカリ性と引張強度も著しく向上しており、アルミストリップのブラッシングに関する問題を完全に解決しています。試験の結果、研磨効果はナイロン66の2倍となり、ブラシロールの寿命は3～5倍に延びました。

1.23 研磨ワイヤー含有タイプ

研磨ブラシの毛は、ナイロン樹脂材料に約30%の炭化ケイ素やその他の研磨剤を添加し、混合、押出、引き抜きなどの工程を経て作られる、さまざまな太さの研磨用ブラシの毛です。ナイロン素材の中ではナイロン612が第一選択肢です。PAの特性に加え、ナイロン612は幅が比較的狭く、吸水率が低く（0.1%）、密度と寸法安定性に優れ、引張強度が高いという利点があります。ナイロン610も引き抜き材として使用されますが、コストパフォーマンスは低いです。使用される材料の違いにより、現在主に以下の種類のブラシ毛があります：

(1) シリコンカーバイド研磨フィラメントは、ナイロンにシリコンカーバイド粉末を添加して製造されます。シリコンカーバイドの多角形構造により、研磨面は光沢のあるタイプとなり、帯鋼業界では主に180#～800#が使用されます。

(2) アルミナ研磨フィラメントは、アルミナ粉末をナイロンフィラメントに添加して作られます。多角柱状の構造により、研磨面はマットなタイプとなり、主に180#～800#が使用されます。

(3) ダイヤモンドブラシワイヤーは、ナイロンにダイヤモンド粉末を配合して作られます。その独特な鋭さと硬度から、主にアルミストリップの鏡面研磨などの工程で使用され、320#～3000#が主流です。

(4) 耐高温特殊研磨ワイヤー
高温耐性研磨ワイヤーは、主に合成樹脂のPPSまたはPEEKと研磨ワイヤー引きによって作られています。その融点が300℃および355℃にも達するため、主に乾式研磨または熱間圧延の洗浄工程で使用されます。同じ高速乾式研磨条件下では、一般的な研磨フィラメントは溶けて変形してしまいますが、高温耐性フィラメントは依然として正常に使用できます。

(5) 多本撚りブラシワイヤー
精密アルミストリップのブラッシングには、より細かいブラシフィラメントがよく使用されますが、ブラシフィラメントは依然として単一であるため、注意深く観察すると、板の表面にまだ傷が残ります。このため、ドイツ、日本、韓国では相次いで多本撚りのブラシフィラメントが導入されており、0.5～1mmのブラシフィラメントの中に無数の細い繊維フィラメントが含まれています。これにより、糸がブラシ面となり、この問題が非常にうまく解決されています。

1.3 アルミ板・アルミストリップ製造用ブラシロールの選定

(1) ストレッチ曲げ・平滑化洗浄機：ストレッチ曲げ・平滑化洗浄機は、一般的にアルミ板生産の最終工程です。板材表面に対する要求は極めて厳しく、そのためブラシロールの構造には内部噴射式ブラシロールが採用されています。ブラシワイヤーは、ドイツのHaar社または日本のHotan社製の多本撚りブラシワイヤー、もしくは0.15mm以下のナイロンブラシワイヤーを使用します。アルミ厚板ストリップの洗浄には、0.3～0.5mmのナイロンワイヤーを使用できます。

（2）熱間圧延機ロール洗浄ブラシ：熱間圧延機ロール洗浄ブラシの目的は、全体工程でワイヤーブラシを使用することです。鋼線は脆いため、折れやすく、ロール表面に傷がつきやすいです。現在、最も効果的なのは内部噴射式研磨ブラシです。一般的には180番のナイロン研磨フィラメントが使用され、ブラシフィラメントの密度は50％以上である必要があります。ナイロンの融点が低いため、水量が不足するとブラシフィラメントの焼損が時折発生します。多くのメーカーが耐高温性の研磨フィラメントの使用を開始していますが、価格は比較的高くなります。

(3) 冷間圧延機ロール洗浄ブラシ：近年、冷間圧延機ロールの洗浄は多くのメーカーの注目を集めるようになってきました。冷間圧延機の洗浄ロールは、ロール表面の汚れを取り除くだけでなく、ロール本体の表面を傷つけないようにしなければなりません。Mingtai Aluminumは長年にわたり共同実験を重ね、0.5mm以下の研磨用フィラメントを選定し、ブラシフィラメントの長さを一定範囲内に制御し、ブラシフィラメントの密度を60%以上に保ち、粗いものから細かいものへと複数回の研磨を行うことが最善の方法であることを確認しました。

(4) ミラーパネル研磨：アルミ板およびアルミストリップは粘着性が高く、酸化しやすいという欠点があるため、長年にわたりアルミ板・ストリップのメーカーを悩ませてきた問題でした。そのため、河南明明泰アルミとの長年の共同試験の結果、320#～3000#のダイヤモンドブラシロールが優れた解決策であることが判明しました。

(5) ロール鏡面研磨ブラシ：ロールの鏡面研磨は、アルミストリップ業界における大きな課題です。現在、ほとんどのメーカーは依然として研磨ベルトによる研磨方法を採用しており、時間と労力がかかります。ロール鏡面研磨刷新計画では、PEEKを素材とし、5000番の研磨材を添加してディスクブラシを作成し、専用設備を用いて研磨を行います。従来は研磨に5日間かかっていましたが、現在ではわずか2時間で0.001の鏡面仕上げを実現できます。

1.4 ブラシロールの再成形

ブラシロールを長期間使用すると、表面に2つの大きなダンベル（または通称ドッグボーン）が現れます。適切なタイミングでトリミングするには、次の方法があります：

(1) 純ナイロン製でも研磨糸でも、専用工具で切断できます。工具ホルダーはシンプルで、旋盤への取り付けも簡単です；

(2) 研磨糸ブラシロールは円筒研削盤または旋盤に取り付けることができます。砥石で再研削を行い、砥石は46#炭化ケイ素砥石を使用できます。

2 不織布多目的ミルロールの特徴と用途

不織布製多目的ロールは、特殊な不織布を特殊な工程で円筒状に焼結し、鋼製の軸に圧着して作られた不織布製ミルロールであり、従来のゴム製や鋼製のロールとは異なります。このミルロールの最大の特長は、網目状の内部組織を持つ特殊な不織布を使用していることで、油分や水分を吸収し、シート表面の残留粉末を浸透させることができ、高い摩擦係数を有しています。

2.1 洗浄ラインでの絞り出し水処理

洗浄生産ラインの最終工程では、ゴム製の絞りロールを追加するだけです。ゴムロール自体が水を吸収できないという欠点があるため、その後の乾燥トンネルで大量の水分を乾かす必要があり、多くのエネルギーを消費します。少しでも不注意だと、板やストリップの表面に水じみが残り、アルミ板・ストリップの外観品質に直接影響します。計算によれば、洗浄ラインのコストの大部分は、板やストリップの後続の乾燥工程に費やされます。一般的に、乾燥度が1%向上すると、乾燥トンネル内で蒸発する水分が5%減少し、つまり消費電力が約5%増加することになります。さらに深刻なのは、古いロールを使用することで汚れが発生し、残留物がきれいに絞り取れないため、表面に余分な線状の構造が形成され、表面の反射率が約30%に低下してしまうことです。

不織布ロールの絞り効果は5倍以上に向上し、大幅な省エネを実現しています。シート表面は非常に清潔で光沢があり、反射率は90%以上です。従来はゴムロールを月に1回交換する必要がありました。アルミ板・ストリップの生産量は最大1200tでしたが、現在は一度研磨するだけで4000tを生産できます。ロールの寿命は2年以上で、コストを大幅に削減しています。

2.2 あおり板の脱脂技術の改善

パターンプレートの脱脂は、ストリップ生産における難しい課題です。多くの開発を経て、不織布ロールを基にしたパターンプレート用真空スクイーズロールが開発されました。基本原理は、異なる硬度の弾性材料で真空ロール軸を覆い、パターンプレートの凹凸のある表面に適応させ、油分をロール本体内部に吸引することで脱脂を実現することです。現在、明泰アルミニウムなど多くのメーカーから好評を得ており、中国におけるこの分野の空白を埋めています（図4参照）。

図4 パターンプレート真空絞り出しロール

2.3 ガイド駆動ロールの機能改善

従来のプロセスでは、アルミ板やアルミストリップの製造において、ほとんどのガイドロールやSロールはポリウレタンゴムロールで作られていますが、摩擦係数が十分でないため、ストリップが滑ったり、時折ずれたりすることがあります。不織布製ミル多目的ロールは、繊維で巻かれた特性により、高い摩擦係数を備えており、安定した駆動とガイド制御を確保します（表1を参照）。

表1から明らかなように、不織布ロールの摩擦係数は鋼製ロールやゴムロールに比べて20～40倍高いです。この高い摩擦係数により、同じ条件下で張力が20～40倍に増加し、テンションロールのスムーズな動作が確保されます。これにより、運転中のコイルのたるみなどの望ましくない現象を回避できます。

不織布ロール自体の優れた特性により、上記の用途に加えて、アルミストリップや箔アイロン、スリッターにも広く使用されています。ロールの寿命はゴムロールの8～10倍であり、ユーザーにとってロール交換にかかるコストと時間を大幅に削減し、生産効率を向上させます。

現在、DT不織布ロールは国内の銅ストリップおよびアルミストリップの生産において市場の大部分を占めており、鋼帯メーカーもこれを使用し始めています。これらの製品は徐々に成熟し、輸入品に取って代わる一定の規模を形成しています。国際的に有名な圧延機メーカーであるイタリアのMINO社による試験では、DT不織布ロールの技術指標とコストパフォーマンスが輸入類似品を上回ることが確認されています。
DT 不織布ロールは、高いコストパフォーマンス、短い納期、そして便利なメンテナンス性でユーザーから高く評価されており、広く普及する価値があります。

3 真空絞り機

真空絞り機は、従来の不織布多目的ロールを改良した新型の真空絞り機です。その原理は、従来の不織布多目的ロールの固体コア式ロール本体を、表面に対応する列状の穴を持つ真空ロールに変更することにあります。運転中、板や帯状の材料に付着した液体はロール本体内へ絞り込まれ、その後、機械の真空システムの循環ポンプによって排出されます。液体はガス・水分離システムでろ過され、再利用可能です。作動原理は図5に示されています。

この機械は、アルミニウム株式会社、明泰アルミ、三豊銅などの多くのメーカーで頻繁に使用され、厳密に試験されています。従来の不織布ロールと比較して、真空スクイーザーの乾燥速度は30%以上向上しています。実践により、板・帯鋼の生産において液体を除去する最も効果的な手段が真空スクイーザーであることが証明されています。本プロジェクトは国家実用新案特許を取得し、陝西省咸陽市科学技術局が主催した専門家による評価も通過しました。同プロジェクトは国内の先進レベルに達しており、積極的に推進すべき成果であるとの意見で一致しています。

4 まとめ

アルミ板およびアルミストリップの生産工程において、洗浄、脱脂、ロール洗浄、絞り水処理、研磨などの工程は、その高い表面品質を確保するための重要なプロセス対策の一つです。ナイロンブラシロールおよび不織布多目的ロールには一連の優れた特性があり、アルミ板およびアルミストリップの表面品質向上に重要な役割を果たしており、積極的な普及と応用に値します。