無紡布擠干輥及真空擠干機在金屬板、帶、箔生產中的應用

張 峰

（咸陽大田機械有限責任公司，陜西 咸陽 712000）

1 背景分析

目前，隨著現代化工業的發展，對鋼鐵、銅、鋁等合金的板、帶、箔產品的需求越來越大，表面質量要求也越來越高，要求具備光亮、平整等優良的表面質量，以滿足后續的電鍍、焊接、沖壓等二次加工的嚴格技術要求[1]。長期以來，金屬板帶生產中的清洗、擠干等工序使用的輥子都是采用鋼輥包膠工藝制造而成的[2]，在實際使用中發現存在很多問題，主要有以下幾個方面。

1.1 膠輥擠干效果差

由于膠輥本身不具有吸附性能，僅是靠擠壓的作用來“推趕”液體[3]。在使用過程往往擠不干凈，對產品質量的影響很大[1]。對于冷軋工序，會因軋制油除不干凈，軋硬板表面殘余油污鐵粉很多，給后續的堿洗脫脂造成困難[4]；對于堿洗工序，會因堿液擠不干而造成堿漬殘留，造成后續的鍍鋅漏鍍缺陷或退火板表面斑點缺陷[5]；對于酸洗工序，會因酸液擠不干，造成酸洗板的過酸洗缺陷。對于漂洗、平整工序，會因漂洗水、平整液擠不干凈，不得不增加邊部噴嘴吹掃水分，或延長烘干設備的長度，盡管如此還是不能完全去除邊部水分，給下道的退火、鈍化等工序帶來影響[6]。

1.2 膠輥耐腐蝕性差

研究和實踐均表明，現有常用的耐酸耐堿性橡膠，包括氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯（海伯倫），僅限于在鹽酸濃度低于10%的環境條件下使用，且壽命相對較短[6]。唯有三元乙丙膠可以在鹽酸濃度略高于10%的環境條件下使用，壽命略長[6]，但對于連續生產來說，換輥帶來的停機對生產線的正常運行還是有很大的影響。

1.3 膠輥壽命很短

由于橡膠在酸堿液體環境中固有的易老化的特性，橡膠輥的壽命極其短暫。而且，膠輥表面硬度非常難以控制，如果硬度低了，則膠輥的耐磨性能不好，使用壽命低；如果硬度高了，則膠輥在工作中變形量小，與板帶接觸不緊密，擠干效果更不好。據了解在酸洗線上部分企業的膠輥只能用十天，最多只能用兩周。這樣頻繁的換輥除了大幅增加成本之外，對現代化的大生產而言，更嚴重的耽誤的是寶貴的生產時間，影響了生產效率。

1.4 膠輥易造成帶鋼的劃傷

由于膠輥與板帶之間的摩擦系數較低，膠輥作為被動輥，在生產線的加速、減速等過程中，不能做到與板帶完全同步運行，而板帶表面殘留金屬粉末是不可避免的，因此在細微滑動時會將板帶表面的金屬粉末粘附在膠輥的表面，由于膠輥表面硬度較高，造成板帶的劃傷在所難免。

1.5 膠輥對生產線運行帶來影響

膠輥由于表面光滑摩擦系數低，容易造成板帶打滑跑偏，給生產線的正常運行帶來影響。

綜上所述，膠輥存在許多不足，膠輥進行更新換代非常必要。經我們考察發現，近年來，歐美等發達國家在金屬板帶酸洗、涂鍍、清洗生產過程中已經全面采用無紡布輥代替了傳統的膠輥，大大提高了產品質量及工作效率。但是由于國外技術的壟斷，國內在此方面的推廣應用受到很大的制約。為此，我們對無紡布輥的制造和應用技術進行了深入的研究，研制出了具有自主知識產權的無紡布擠干輥，一舉打破了國外技術壟斷的局面，在鋼板帶、銅板、鋁板帶等領域得到了廣泛的應用，為企業和客戶創造了顯著的經濟效益。

2 無紡布擠干輥的結構與特點

2.1 無紡布擠干輥的結構

無紡布擠干輥的結構類似于目前廣泛使用的疊片式刷洗輥，其內部是鋼質輥芯，材料的選擇也與一般的刷洗輥大體相同。所不同的是，在鋼質輥芯外部套的是一片片無紡布碟片，而不是刷毛制造的碟片。無紡布碟片又是由一層層無紡布疊起來制造而成，無紡布擠干輥制造時，先將無紡布剪切成圓環形的布片，若干層布片組成一個碟片，然后將若干個碟片套在鋼質輥芯上，擠壓緊密，邊部安裝壓緊金屬環，再對輥面進行粗加工、經加工到規定的粗糙度，即可制成無紡布擠干輥。非織造布碟片如圖1所示，無紡布擠干輥結構如圖2所示。

圖1 無紡布碟片

圖2 無紡布擠干輥的結構

2.2 輥用無紡布的結構

無紡布是將紡織長纖或短纖經過定向或隨機排列形成纖維網，然后采用機械、熱粘或化學等方法加固而成的一種布狀物，它不同于傳統的紡織物，沒有經過紡紗和織造，材料內部沒有紗線存在，而是以單纖維的形式存在。因此，無紡布孔隙率高、孔徑大小和分布可以進行調整，吸水、排水效果好。輥用無紡布是一種特殊的無紡布，它一般由干法成網針刺非織造布經過化學粘合整理后形成，其內部結構如圖3所示，從圖3中可以看出，內部纖維是隨機均勻分布的，部分纖維之間存在孔隙哦，形成了多孔的三維網狀結構。

圖3 輥用無紡布內部結構圖

2.3 輥用無紡布的特點

相比傳統的膠輥，無紡布擠干輥具有一系列優點：

（1）硬度可調，擠干效果非常好。由于無紡布本身非常柔軟，可以吸濕，根據不同的液體制成不同的硬度，制成的輥子在生產線使用時，只要輕輕施加壓力，自身就可以產生變形，而與板形不良的鋼帶緊密結合，包括在鋼帶端部，上下輥子可以緊密接觸，不留下任何空隙，從而將鋼帶表面的液體一擠而干，這是膠輥所無法比擬的。

（2）多孔的結構，既能擠干、還能吸水。無紡布與橡膠有根本性不同還有，這種多空性的結構使得輥子彈性非常好，在一定壓力下，使輥子在工作時，即使板形不良也始終與板面緊密結合，擠去板帶表面原有大量的液體；同時，在擠干大量的水分以后，無紡布內部海綿狀的多孔結構，能夠吸干殘余的很薄的液體薄膜，使得作用后板帶表面的液體非常之少，這對于下道工序非常重要，而膠輥很難做到這些的。

（3）不但能夠吸水，還能吸鋁粉，避免了板面的劃傷。因為膠輥表面積聚金屬粉等異物造成板帶表面劃傷，是常見而又很難解決的問題。無紡布輥的海綿狀的多孔結構，使得金屬板帶表面的鋁粉能夠吸收進其內部，再加上無紡布輥工作時壓力很低，就減輕了鐵粉對帶鋼的作用，避免了板帶表面的劃傷；另外，無紡布也可以將吸入的鐵粉在擠水時再擠出來，即使擠不干凈，當吸附飽和時，也可以很方便地通過維修修磨去除，從而避免給帶鋼造成劃傷。這同樣是生產優質產品不可缺少的基本保障條件。

（4）高的耐酸堿性，高的摩擦系數，磨損小。橡膠輥單邊橡膠厚度一般在20mm左右，而無紡布輥的單邊布的厚度則在50mm左右，顯然占有很大的優勢；通過纖維的選擇和粘合劑的合理配置，可以制備出具有高的耐酸耐堿性能的輥用無紡布，在酸或堿性介質環境中不易老化，性能失效甚微；無紡布輥與帶鋼有非常高的摩擦力，摩擦系數是膠輥的20多倍，不易發生打滑現象，磨損也非常?。淮送?，輥子使用過程中有可能會被帶鋼劃傷，但無紡布外層在一定溫度、濕度和壓力下，被割傷部位能夠自愈合，也可以經過修磨后使用；即使在板帶邊部等處劃傷、磨損嚴重，由于無紡布擠干輥是一節一節組成的，可以僅僅將劃傷、磨損了的那幾節進行更換，而不要整體更換。國內外實踐證明，無紡布輥的壽命根據使用環境的液體不同為橡膠輥的50-100倍。

3 無紡布擠干輥的工作原理及應用

3.1 無紡布擠干輥的工作原理

采用無紡布制造的擠干輥在工作原理上與傳統的膠輥相比有了根本性的突破。工作時，通過內部的鋼質輥芯給擠干輥略施壓力，在壓力下輥體與帶鋼接觸的部分，由于無紡布的彈性作用體積縮小，故在下列三個方面有膠輥無法達到的效果：

（1）與帶材鋼表面接觸面積大，即使板帶材板形不良也能與之緊密接觸，所以能夠大幅度提高帶材表面液體的擠干效果，這說明無紡布擠干輥具有膠輥達不到的“擠干”作用；

（2）在帶材的邊部，即使有一定的厚度，由于無紡布的彈性變形，上下擠干輥超出帶材寬度的輥體仍然能夠相互接觸，基本沒有空隙，能夠有效防止液體從上下擠干輥的空隙中流出，邊部的擠干也非常好，這說明無紡布擠干輥具有膠輥達不到的“防漏”作用；

（3）無紡布擠干輥工作原理如圖4所示。當輥體轉動時，接觸帶材的部分輥體無紡布被壓縮，內部原舒展的孔隙縮小，擠出內部的液體和金屬粉末；通過最低點以后，這部分無紡布開始回彈，內部縮小的空隙重新恢復舒展狀態，形成真空，板帶表面殘余的少量的液體迅速被吸入輥體；繼續轉動，這部分輥體再次進入與帶鋼接觸的區域，再次受到擠壓，擠出內部吸進的液體和鐵粉，這樣的一邊吸、一邊擠，就能夠有效得將經過擠干后帶鋼表面殘余的很少的水分也吸得干干凈凈，這說明無紡布擠干輥具有膠輥根本不具備的進一步“吸水”和“吸金屬粉末”作用。

圖4 無紡布擠干輥工作原理

3.2 無紡布擠干輥的性能

為了滿足各種生產線擠干工序的要求，在無紡布擠干輥生產過程中，對無紡布性能進行了改良，使其達到了理想的性能。

（1）摩擦系數，無紡布擠干輥與帶鋼的摩擦系數與膠輥的對比見表1。

表1 無紡布擠干輥與帶鋼的摩擦系數與膠輥的對比

高的摩擦系數，能夠提供足夠的摩擦力，可有效防止打滑造成卷材表面二次劃傷等缺陷。

（2）燃點和熔點，輥用無紡布的燃點和熔點大于250℃，在環境溫度160℃以下可長期使用，完全滿足鍍鋅、連退、酸洗等生產線的需要；

（3）耐酸堿性，經過大量的試驗，普通型的無紡布擠干輥可以在氫離子濃度1.4mol/L介質（5%的鹽酸）中使用，可完全滿足鍍鋅、連退等生產線的需要；通過纖維的選擇和粘合劑的合理配置，可以制備出具有高的耐酸耐堿性能的輥用無紡布，在酸或堿性介質環境中不易老化，性能失效甚微，改進后的耐酸型無紡布擠干輥可以在氫離子濃度9mol/L酸性介質（30%的鹽酸）中使用，完全滿足酸洗生產線的需要。也可以在一些濃度較高的堿液環境下使用。

3.3 無紡布輥的應用

無紡布擠干輥以其卓越的擠干效果及其耐用性和耐酸堿性，一經問世便受到了業界的歡迎。以金田銅業為例：過去用膠輥擠軋機油殘余油量在1000mg/㎡以上，用無紡布擠干輥后殘余油量則低于500mg/㎡。廣東乳源鋁箔、河南科源電子等單位過去使用脫脂生產線堿液擠不干凈，換成無紡布擠干輥后徹底解決了這一問題，而且輥子的壽命已經用了四年以上，仍在使用。

3.4 虹吸式真空擠干機

為了進一步發揮無紡布輥的作用，我們研制出了發明專利（專利號ZL201310470808.1）產品真空虹吸式擠干機。該機采用無紡布真空輥組成的全新真空系統及排屑系統。該機利用真空系統抽走金屬板帶上的軋機油等液體的同時，排屑系統可快速的排掉嵌入真空輥內部的金屬粉末，避免了帶材劃傷，更節能環保，并填補了國內外這一領域的空白。

（1）板帶除油的應用（如下圖所示）

圖5 真空虹吸式擠干機

金屬板帶除油機在寧波金田等多家板帶廠家使用，將原來的殘余油量降到了100mg/㎡之內，而且根除了板面劃傷的問題。有些廠家為解決軋機除油問題，也采用熱風吹掃的方式。不但耗能而且吹掃產生的油霧污染環境，除油效果還不理想。引入真空除油之后這一問答題得到了解決，其對比數據如下：

圖6 真空虹吸式出郵件與空壓機吹掃除油效果比對表

（2）鋰電鋁箔除油

鋰電鋁箔生產過程中軋機油用來潤滑、冷卻、清洗以保證鋰電鋁箔的質量，是不可或缺的。為此我們將傳統的擠干用膠輥換成無紡布真空輥及配套的真空及排屑系統。如圖所示：

圖7 真空輥配套圖

鋰電鋁箔除油系統經洛陽優箔使用成功之后，受到了鋰電鋁箔行業廣泛關注，已先后為全球最大的鋰電鋁箔生產廠家——鼎勝新材料及華北鋁業裝機使用，情況良好。

（3）無紡布輥及真空擠干系統應用案例，見下表。

表2 無紡布輥及真空擠干系統應用案例表

4 結論

（1）目前在軋制、清洗等生產線廣泛使用的膠輥存在擠干效果不好、腐蝕性差、使用壽命短、易造成板帶的劃傷等問題，對膠輥進行換代性的改進非常迫切；

（2）新型無紡布擠干輥具有硬度低、擠干效果好，多孔結構既能擠、還能吸；并具有高的耐酸堿性，使用壽命長，高的摩擦系數，可避免板面的劃傷，是理想的橡膠換代型替代品；

（3）無紡布擠干輥與板帶表面接觸面積大具有好的“擠干”作用，彈性變形量大具有好的“防漏”作用，特別是內部存在大量空隙具有獨特的“吸水”和“吸金屬粉末”作用；

（4）到目前為止，全國已經有多家國有和民營企業正在應用無紡布擠干輥，事實證明無紡布擠干輥完全可以全面取代現有的膠輥，在使用效果方面比膠輥壽命更長、質量更好、成本更低。