Zastosowanie rolki szczotkowej nylonowej i rolki wielofunkcyjnej z włókniny do produkcji arkuszy i taśm aluminiowych

0 Wstęp

Wraz z szybkim rozwojem technologii przemysłowej wykorzystanie blach i taśm aluminiowych jako podstawowego materiału nowoczesnego przemysłu staje się coraz bardziej powszechne, a wymagania dotyczące ich powierzchni stale rosną. W ostatnich latach rolki szczotkowe z nylonu są szeroko stosowane w procesach czyszczenia, odtłuszczania, czyszczenia rolek, polerowania i innych operacjach związanych z taśmami aluminiowymi. Rolki z włókniny wykorzystywane są w procesach odtłuszczania i odwadniania, co pozwala na jakościowy skok w zakresie jakości powierzchni taśm. Niniejszy artykuł przedstawia i omawia zasadę działania, klasyfikację oraz właściwości rolki szczotkowej z nylonu i rolki walcarkowej z włókniny, a także ich zastosowanie w produkcji blach i taśm aluminiowych oraz związane z tym kwestie, co może służyć za punkt odniesienia dla producentów blach i taśm oraz producentów sprzętu przemysłowego.

1 Charakterystyka i klasyfikacja walców szczotkowych z nylonu

1.1 Cechy walców szczotkowych z nylonu

Nazwa chemiczna nylonu to także poliamid (PA). Ponieważ jest to polimer krystaliczny o wysokiej krystaliczności, jego wytrzymałość na rozciąganie, twardość, elastyczność i odporność na zużycie są wyższe niż u innych tworzyw sztucznych. Jednocześnie nylon charakteryzuje się dobrą odpornością chemiczną. W szczególności wykazuje doskonałą odporność na oleje oraz może wytrzymać działanie słabych kwasów, słabych zasad i powszechnych rozpuszczalników. Dlatego w produkcji szczotek z włókien technicznych nylon jest pierwszym wyborem wśród wielu tworzyw sztucznych, co ma pewną racjonalność i nieunikniony charakter.

1.2 Klasyfikacja i charakterystyka włókien nylonowych

1.21 Włókno nylonowe 66

Obecnie włókna szczotek stosowane w przemyśle szczotkarskim obejmują głównie nylon 6, nylon 66, nylon 610, nylon 1010, nylon 612 i inne materiały nylonowe. Podczas procesu kucia na zimno płyt i taśm aluminiowych, ze względu na tarcie i toczenie między walcem a powierzchnią taśmy, na jej powierzchni powstaje mikro-odpylanie utlenionego osadu oraz adsorpcja; olej walcowy oraz związane z nim zawieszone cząstki pozostają na powierzchni taśmy. Jeśli nie zostaną one w porę usunięte, będą przywierać do powierzchni wałków rozciągarki-zaginarki, powodując zużycie powierzchni wałków i uszkodzenia powierzchni taśmy. Z tego powodu proces mycia gorącą wodą o wysokiej temperaturze jest niezbędny. Jednak wśród wielu włókien nylonowych większość materiałów nylonowych ma punkt topnienia około 210°C, co prowadzi do ich degradacji i deformacji przy długotrwałym użytkowaniu w wodzie o temperaturze powyżej 80°C, podczas gdy nylon 66 posiada punkt topnienia wynoszący 250°C i nie ulega deformacji nawet w wodzie o temperaturze powyżej 80°C. Dlatego włókna szczotkowe z nylonu 66 są najczęściej wykorzystywane do czyszczenia taśm aluminiowych. Jednak fatalną wadą nylonu 6 jest zbyt wysoka nasiąkliwość (1,5%). Mycie wodą spowoduje zmiękczenie włókien szczotkowych i zmniejszenie ich sztywności, co skutkuje niedokładnym usuwaniem tłuszczu. Ponadto nylon sam w sobie nie jest odporny na silne zasady, co również skraca żywotność rolki szczotkowej.

1.2.2 Włókno DT-Belon

Zgodnie z problemami dotyczącymi powyższych włókien szczotkowych, niektóre zagraniczne firmy dodawały nano-montmorillonit i inne materiały do nylonu 66, tworząc włókna szczotkowe DT-Bellon, które charakteryzują się znacznie niższą chłonnością wody niż nylon 66, a ich odporność na zasady i wytrzymałość na rozciąganie zostały istotnie poprawione, co całkowicie rozwiązało problem szczotkowania taśm aluminiowych. Po przeprowadzeniu testów efekt polerowania jest dwa razy większy w porównaniu z nylonem 66, a żywotność rolki szczotkowej wzrosła 3–5-krotnie.

1.23 Z zawartością drutu ściernego

Ostrzowe włosie szczotki to ostrzowe włosie szczotki o różnej grubości, wytwarzane przez dodanie około 30% karbidu krzemu i innych środków ściernych do materiałów z żywicy nylonowej poprzez mieszanie, wytłaczanie, ciągnienie drutu i inne procesy. Nylon 612 jest pierwszym wyborem wśród materiałów nylonowych. Oprócz właściwości PA, nylon 612 posiada również zalety takie jak stosunkowo mała szerokość, niskie nasiąknięcie wodą (0,1%), dobra gęstość i stabilność wymiarowa oraz wysoka wytrzymałość na rozciąganie. Nylon 610 również jest używany jako materiał do ciągnięcia, jednak jego opłacalność jest niższa. W zależności od użytych materiałów, obecnie istnieją głównie następujące typy włosia szczotki:

(1) Włókna ścierne z karbidu krzemu są wytwarzane przez dodanie proszku karbidu krzemu do nylonu. Ze względu na wielokątny kształt struktury karbidu krzemu, produkty otrzymane mają typ jasnego światła, a przemysł taśmowy stosuje głównie #180~#800.

(2) Do włókien ściernych z tlenku glinu i włókien nylonowych dodaje się proszek tlenku glinu. Ze względu na ich wielościenne struktury, produkty otrzymane mają typ matowego światła, głównie #180~#800.

(3) Drut szczotkowy diamentowy jest wykonany z nylonu z proszkiem diamentowym. Dzięki swojej wyjątkowej ostrości i twardości jest stosowany głównie do polerowania lustrzanego i innych procesów w produkcji taśm aluminiowych, przy czym najczęściej używane są #320~#3000.

(4) Specjalny drut ścierny odporny na wysokie temperatury
Przewód ścierny odporny na wysokie temperatury jest wytwarzany głównie z syntetycznych żywic PPS lub PEEK oraz włókien ściernych. Ze względu na to, że jego punkt topnienia wynosi odpowiednio 300℃ i 355℃, stosuje się go głównie w procesie czyszczenia poprzez polerowanie na sucho lub polerowanie na gorąco. W tych samych warunkach szybkiego polerowania na sucho, zwykłe włókna ściernawe ulegają stopieniu i deformacji, natomiast włókna odporne na wysokie temperatury mogą być nadal używane bez problemu.

(5) Wielowątkowy drut szczotkowy
Chociaż do szczotkowania precyzyjnych taśm aluminiowych często stosuje się cieńsze włókna szczotki, to ponieważ włókna są nadal pojedyncze, po dokładnym przyjrzeniu się na powierzchni blachy pozostają rysy. Z tego powodu Niemcy, Japonia i Korea Południowa sukcesywnie wprowadziły wielowłókniste włókna szczotki, czyli w 0,5-ommowych włókna szczotki znajduje się niezliczona liczba drobnych włókien. Nici tworzą powierzchnię szczotki, co bardzo skutecznie rozwiązuje ten problem.

1.3 Dobór walców szczotkowych do produkcji blach i taśm aluminiowych

(1) Maszyna do rozciągania, gięcia i wygładzania oraz czyszczenia: Maszyna do rozciągania, gięcia i wygładzania oraz czyszczenia jest zazwyczaj ostatnim etapem produkcji blach aluminiowych. Wymagania dotyczące powierzchni blachy są niezwykle surowe. Dlatego w konstrukcji rolki szczotkowej zastosowano wewnętrzną rolkę natryskową. Drut szczotkowy to wielowłóknisty drut szczotkowy pochodzący z niemieckiej firmy Haar lub japońskiej firmy Hotan, lub drut nylonowy o średnicy poniżej 0,15 mm. Do czyszczenia grubych taśm aluminiowych można stosować drut nylonowy o średnicy 0,3–0,5 mm.

(2) Szczotka do czyszczenia walców w walcowni gorącej: Celem szczotki do czyszczenia walców w walcowni gorącej jest wykorzystanie szczotek drucianych w całym procesie. Ze względu na kruchość drutu stalowego łatwo dochodzi do jego pękania i zarysowań na powierzchni walca. Obecnie najskuteczniejsza jest szczotka ścierna typu wewnętrznego z rozpylaniem. Zazwyczaj stosuje się nylonowe włosie ścierniwe o gradacji 180#, a gęstość włosia szczotki nie powinna być mniejsza niż 50%. Ze względu na niską temperaturę topnienia nylonu, przy niedostatecznej ilości wody może czasami dochodzić do przypalania włosia szczotki. Wielu producentów zaczyna stosować włosie ścierno-niepalne odpornościowe na wysokie temperatury, jednak cena jest stosunkowo wyższa.

(3) Szczotka do czyszczenia walców w walcowni na zimno: W ostatnich latach czyszczenie walców w walcowni na zimno zaczęło przyciągać uwagę wielu producentów. Oprócz usuwania zabrudzeń z powierzchni walca, szczotka do czyszczenia nie może rysować powierzchni korpusu walca. Firma Mingtai Aluminum przeprowadziła wiele lat współpracy eksperymentalnej, wybierając włókna ściernawe o średnicy poniżej 0,5 mm, kontrolując długość włókien szczotki w określonym zakresie, utrzymując gęstość włókien powyżej 60% i wykonując wielokrotne polerowanie od grubego do drobnego – to najlepszy sposób.

(4) Polerowanie paneli lustrzanych: Ze względu na lepkość i podatność na utlenianie blachy i taśmy aluminiowej, polerowanie paneli lustrzanych tych materiałów od dawna stanowiło problem dotykający producentów blach i taśm aluminiowych. Z tego powodu, po wielu latach wspólnych testów z Henan Mingmingtai Aluminum, stwierdzono, że rolka szczotkowa diamentowa o gradacji 320#-3000# jest dobrym rozwiązaniem.

(5) Szczotka do polerowania lustrzanego walców: Polerowanie lustrzane walców stanowi duży problem w branży taśm aluminiowych. Obecnie większość producentów nadal stosuje rozwiązanie z użyciem taśmy ściernych, co jest czasochłonne i pracochłonne. Plan odświeżania polerowania lustrzanego walców zakłada wykorzystanie PEEK jako materiału, dodanie ścierniwa o gradacji 5000# w celu wykonania szczotki tarczowej oraz wyposażenie w specjalny sprzęt do polerowania. Pierwotnie czas polerowania wynosił 5 dni, ale obecnie wystarczy tylko 2 godziny, aby osiągnąć efekt lustrzany o wartości 0,001.

1.4 Odtworzenie kształtu walca szczotkowego

Po długim użytkowaniu rolki szczotkowej na jej powierzchni pojawią się dwie duże hantelki (lub popularnie zwane kością dla psa). W odpowiednim momencie można użyć następujących metod wycinania:

(1) Zarówno czyste nylonowe, jak i ścierniwe włókna można ciąć specjalnym narzędziem; uchwyt narzędzia jest prosty i łatwy do zamontowania na tokarce;

(2) Rolka szczotkowa z ścierniwowych włókien może być zamontowana na szlifierce cylindrycznej lub tokarce. Koło szlifierskie jest ponownie ostrzone, a kołem szlifierskim może być tarcza szlifierska o gradacji 46# z karbidu krzemu.

2 Cechy i zastosowania nieplecionych wielofunkcyjnych rolek walcarnianych

Wielofunkcyjny walec z włókniny to rolka z włókniny produkowana poprzez spiekanie specjalnej włókniny w cylindryczną strukturę za pomocą specjalnego procesu, a następnie dociskanie jej na stalowy wał, co odróżnia ją od tradycyjnych wałów gumowych i stalowych. Najważniejszą cechą tego wałka jest wykorzystanie specjalnej włókniny o siatkowatej strukturze wewnętrznej, która potrafi pochłaniać olej, wodę oraz wchłaniać pozostały pył z powierzchni arkusza i charakteryzuje się wysokim współczynnikiem tarcia.

2.1 Odciskanie wody w linii myjącej

W ostatnim etapie linii produkcyjnej do mycia nie ma nic poza dodaniem gumowego wałka wyciskającego. Ze względu na to, że sam wałek gumowy nie jest w stanie chłonąć wody, duża ilość wody musi być osuszana w kolejnym tunelu suszącym, co wiąże się z dużym zużyciem energii. Nawet najmniejszy niedociąg pozostawi plamy wodne na powierzchni blachy i taśmy, co bezpośrednio wpływa na jakość zewnętrzną aluminium. Według obliczeń, znaczna część kosztów linii myjącej zostanie wydana na późniejsze osuszanie blachy i taśmy. Ogólnie rzecz biorąc, każde 1% wzrostu stopnia suchości odpowiada 5% mniej wody odparowanej w tunelu suszącym, co oznacza wzrost zużycia energii o około 5%. Co jeszcze poważniejsze, przy użyciu zużytych wałków występuje zjawisko zabrudzenia, a resztki nie są wyciskane dokładnie, przez co na powierzchni tworzy się dodatkowa liniowa struktura, a współczynnik odbicia światła wynosi zaledwie około 30%.

Efekt wyciskania wody przez rolkę z włókniny został zwiększony o ponad 5 razy, co znacznie oszczędza energię. Powierzchnia blachy jest bardzo czysta i jasna, a współczynnik odbicia wynosi ponad 90%. W przeszłości rolkę gumową trzeba było wymieniać raz w miesiącu. Wydajność produkcji płyt i taśm aluminiowych wynosiła do 1200 t. Teraz produkuje się 4000 t po jednym szlifowaniu. Żywotność rolki przekracza 2 lata, co znacznie obniża koszty.

2.2 Poprawa technologii odtłuszczania blachy ryflowanej

Odtłuszczanie płyty wzorcowej jest trudnym problemem w produkcji taśm. Po wielu pracach rozwojowych opracowano rolkę próżniową do płyt wzorcowych, opartą na rolkach z włókniny. Podstawowa zasada polega na pokryciu wału rolki próżniowej elastycznymi materiałami o różnej twardości, aby dostosować się do nierówności powierzchni płyty wzorcowej, oraz na wsysaniu oleju do wnętrza rolki w celu osiągnięcia efektu odtłuszczenia. Obecnie rozwiązanie to cieszy się dużym uznaniem wśród wielu producentów, takich jak Mingtai Aluminum, wypełniając lukę w tej dziedzinie w Chinach (zobacz Rysunek 4).

Rysunek 4 Rolka próżniowa do odciskania wzorowanej blachy

2.3 Poprawa funkcji rolki prowadzącej napędowej

W tradycyjnym procesie większość rolek prowadzących i rolek S w produkcji arkuszy i taśm aluminiowych wykonana jest z rolek gumowych z poliuretanu, jednak ze względu na ich niewystarczający współczynnik tarcia taśmy od czasu do czasu ślizgają się i ustawiają się bocznie. Rolka wielofunkcyjna do walcowni włóknin, dzięki swoim właściwościom powlekania włóknami, posiada wysoki współczynnik tarcia, co zapewnia stabilne napędzanie i kontrolę prowadzenia, patrz tabela 1.

Z tabeli 1 wynika, że współczynnik tarcia rolki z włókniny jest 20–40 razy wyższy niż u rolki stalowej i rolki gumowej. Ten wysoki współczynnik tarcia zapewnia jednocześnie wzrost napięcia o 20–40 razy, co gwarantuje płynne działanie rolki naciągowej i pozwala uniknąć niepożądanych zjawisk, takich jak zwisarka cewki podczas pracy.

Dzięki doskonałym właściwościom samej rolki z włókniny, oprócz powyższych zastosowań, znajduje ona również szerokie zastosowanie w obróbce taśm aluminiowych, żelazieniu folii oraz na maszynach do cięcia wzdłużnego. Żywotność tej rolki jest 8–10 razy dłuższa niż rolki gumowej, co znacznie obniża koszty oraz czas wymiany rolki dla użytkownika i poprawia efektywność produkcji.

Obecnie rolki DT z włókniny zajmują dużą część rynku w produkcji krajowych taśm miedzianych i aluminiowych, a także zaczęli ich używać producenci taśm stalowych. Produkty te stopniowo się udoskonaliły i osiągnęły odpowiednią skalę, dzięki czemu zastępują importowane rozwiązania. Testy przeprowadzone przez międzynarodowo uznawanego producenta walcowni – włoską firmę MINO – wykazały, że wskaźniki techniczne oraz stosunek jakości do ceny rolek DT z włókniny przewyższają podobne produkty importowane.
Rolki z włókniny DT są wysoko cenione przez użytkowników za wysoką opłacalność, krótki cykl dostawy i wygodną konserwację, a także mają duże walory promocyjne.

3 Maszyna próżniowo-wyciskająca

Maszyna próżniowa do wyciskania to nowy typ maszyny próżniowej, zmodernizowany na bazie oryginalnego wielofunkcyjnego rolki z włókniny. Zasada działania polega na zamianie solidnego rdzenia rolki oryginalnego wielofunkcyjnego rolki na rolkę próżniową, na której powierzchni znajdują się odpowiednie rzędy otworów. Podczas pracy ciecz z płyt i taśm jest wyciskana do wnętrza korpusu rolki, a następnie pompa obiegowa systemu próżniowego maszyny ją odprowadza. Ciecz jest filtrowana przez system separacji gazowo-ciekłej i może być ponownie wykorzystana. Schemat działania przedstawiono na Rysunku 5.

Ten sprzęt jest często używany i surowo testowany przez wielu producentów, takich jak Aluminum Co., Ltd., Mingtai Aluminum i Sanfeng Copper. W porównaniu z oryginalną rolką z włókniny, prędkość suszenia wyciskarki próżniowej jest zwiększona o ponad 30%. Praktyka dowiodła, że stosowanie wyciskarki próżniowej jest najskuteczniejszym sposobem usuwania cieczy podczas produkcji blach i taśm. Projekt uzyskał krajowy patent na wzór użytkowy i przeszedł ocenę ekspertów zorganizowaną przez Xi’an Yang Bureau Nauki i Technologii w prowincji Shaanxi. Jednogłośnie uznano, że projekt osiągnął wysoki poziom krajowy i stanowi osiągnięcie godne intensywnej promocji.

4 Podsumowanie

W procesie produkcji blach i taśm aluminiowych czyszczenie, odtłuszczanie, czyszczenie walców, odprowadzanie wody, polerowanie i inne operacje są jedną z kluczowych metod zapewniających wysoką jakość powierzchni. Wałki szczotkowe z nylonu oraz wielofunkcyjne wałki z włókniny charakteryzują się szeregiem doskonałych właściwości. Odgrywają one istotną rolę w poprawie jakości powierzchni blach i taśm aluminiowych i zasługują na energiczną promocję oraz stosowanie.