黄顺道
一、前言
纺纱胶辊、胶圈都属于高分子聚合物的制品．了解和掌握高分子聚合物的某些物理化学特性(如弹性、蠕变)。对于合理使用这些纺橡产品有着极为重要的意义。一台纺纱机虽然具有很好技术装备但是没有质量优异的胶辊、胶圈与之相配合．实践证明是纺不出高质量的纱线，同样，在实际操作上如果不注意或违
背纺橡产品本身特征，不仅会影响产品质量。而且还会影响纺橡产品一胶辊、胶幽的使用寿命．以致造成“未老先衰”，提前“退休”而报废。
二、胶辊、胶圈的高弹性理论浅析
高弹性是橡胶特有的性能．虽然塑料也具有弹性。但在力学性能上远不及橡胶。橡胶具有弹性模量低(约为10kg／cm2)；形变率、伸长率都大．拉伸时放热；弹性模量(硬度)随温度升高而增大(降低)等特点。
由于上述特有的性能．橡胶的结构及其高弹性本质长期以来一直受到纺织厂的重视．并被人们所研究高弹性形变乃是建立在大分予的长链结构和链上单键自由旋转上。当拉伸橡胶时，它的分子链通过C—键的自由旋转，改变分子链的构象而表现出伸长：外力消除．南千链节的热运动．链又恢复卷曲而表现出回弹，所以柔顺的分子链有利地实现高弹性形变．从橡胶结构可以了解到其弹性及其性能。
纺纱胶辊，胶圈的高弹性的受力形变能跟上外力作用(如摇架压力，罗拉牵伸)的速度。即应变与应力瞬间达到平衡，这种情况叫做“平衡高弹”；即对纺纱胶辊．胶幽施加压力和速度，相应地压缩变形，压力释去即刻回弹，此状态为纺纱胶辊胶圈使用的理想状态。如图一所示：
三、纺纱胶辊、胶圈粘弹性对纺纱的影响
橡胶的粘弹性与平衡高弹的弹性形变不同．有些情况下，橡胶的弹性常滞后与作用力．例如老化了的橡胶。其受力和回缩中形变对应于应力的变化，如图二所示．产生了橡胶的粘弹过程。
图二中，当外力作用于胶辊、胶圈上时，形变缓缓地由A发展到B，到B点外力撤去，形变并不即时完伞消失．而是经过一段时间逐渐回复．总之，受力与回复都表现了形变不随作用即时建立平衡，而是有所滞后，这一现象叫做粘弹。
发生粘弹的原因在于链的运动困难，适应外力要调整其构象的速度缓慢，这与链的柔性和力的作用速度等因素有关。显然链愈僵硬，形变的推迟愈严重。橡胶的正常使用应在平衡高弹区内，关于力的作用的影响。显然速度愈快，即力的作用时间愈短，高弹形变的推迟愈严重，这对纺纱速度日趋剧增的纺纱来说具有特别重要的意义。纺纱速度愈快，对胶辊、胶幽的高弹性要求愈高。这一点从美国Armstrong公司的产品可以得到验证。另外，合理选择摇架压力．从理论卜和实际上都对胶辊、胶圈有着极为重要的作用。
滞后的高弹可将它看作粘性和弹性的结合，前者含有对时间的依赖，橡胶的粘弹性问题就纺纱胶辊、胶圈来说常田J的有：蠕变、交变力场下的滞后、内耗等，这都关系到纺纱胶辊、胶幽使用性能的评价和正常使用。下面将分别简述之。
1、蠕变对纺纱胶辊、胶幽的影响
橡胶在固定应力下产生的形变(如摇架压力)以后随着时间的椎移而继续发展的现象叫做蠕变，在纺纱胶辊上俗称“罗拉印子”．在纺纱过程巾胶辊、胶圈同时受到张力、压力、摩擦力的作用．罗拉的不断转动．运转次数不断累积。使胶辊、胶幽不可避免地发生蠕变。这时橡胶分子链僵硬而失去“平衡高弹”。只要仔细地观察胶辊、胶圈变化，可以发现新胶辊、胶幽柔软而富有弹性，表面细腻．而久用后的胶辊、胶圈的弹性逐渐减少并且发硬，表面呈光亮、孔隙变成龟裂状．而且在平时使用时，摇架压力愈大，胶辊、胶圈变僵硬的现象愈明显，出现的时间也来得提前(越早)．这就是蠕变的结果．也就是为何要求使用厂家在用软胶辊(低硬度胶辊)时，摇架压力降低的原因。
弹性差的胶辊、胶幽需要施加较大的压力，也是这种滞后现象所造成的原因。由于纺纱机械速度加快，压力所对应的应变时间减少，而压力和张力都随之增加．这就对胶辊、胶圈质量和使用方法提出更高的要求。所以弹性差的胶辊、胶圈在高速机上就可能不适甩。同样，胶辊、胶圈的导纱动程处的较大正压力．会加速它的蠕变过程。正如公共汽车站前的柏油马路因汽车长久重压而慢慢形成凹陷那样，长时间的连续线压，从而形成凹陷的形变而影响使用，要求纺纱动程宽的原因在就在此处，特别是纺化纤、涤棉史显得重要。影响纺纱胶辊、胶圈蠕变的因素有橡胶的结构及作用力大小等，分子链柔性对蠕变影响很大。我们对纺纱厂推荐的“合理”摇架压力，不但对纺纱质量提供了保证，而且也延长了胶辊、胶圈的使用寿命，减少不必要的蠕变是有非常重要的实际意义。
2、滞后现象．内耗同纺纱胶辊、胶圈的关系
纺纱胶辊、胶圈的动态条件下使用．它们在罗拉牵伸过程中受的力是周期性变化着的．它们上面任一单元的受力情况都受到自身绷紧的拉伸力，受罗拉牵伸的切线方向的摩擦力。还有纱条的牵伸摩擦力，这些力使其中的橡胶分子受到拉伸。当任一单元通过导纱动程，接着部分力消失时，就逐渐回缩，纺纱胶辊、胶圈运转一周，橡胶分子就受一次拉伸一一回缩的循环，在交变压力的作用下，大分子构象改变导出形变的速度．其跟不上应力变化的速度，则出现滞后。
从图三中可以得出，当拉伸时，应力与应变沿ACB线增长，回缩时则沿BDA线减弱．而不是沿原来路线BCA。这是由于拉伸中形变落有于应力，没有达到平衡位置，而回缩基本按平衡进行所致．所以对应于同一应力，回缩时形变值较拉伸时的为小。
由于纺纱胶辊、胶圈拉伸与回缩不是沿着同一曲线进行的(如图三)，所以胶辊、胶圈在任一次循环中(运转一周)的能量得失不能抵消。胶辊、胶圈被拉伸时，外力对它做功，其量等于ACBO的面积值。回缩恢复量为BDAO，ACBO面积>BDAO面积，大出的量为ACBDA所同的面积。称滞后圈。它代表纺纱胶辊、胶幽在一次循环中所净接受的能量。这一能量消耗分子的内摩擦力转变为热能，称为“内耗”。这一热量会导致胶辊、胶圈在频繁的作用交变力作用卜，也会逐渐失去弹性．影响纺纱时的成纱质量和使用性能。
当前纺机正由低速向高速发展。以满足市场经济及WTO来临的需要。存低速组机上，交变频率不高．内耗不明显。胶辊、胶圈使用寿命相对较长．在高速纺机上特别是超高速纺机上(化纤)交变压力频率很高，当作用力频率与大分子的松弛时间相近(同一数量级)时．滞后的影响很大，内耗达到最大．这将使胶辊胶圈的老化．弹性破坏表面得更加明显，为此不断提高胶辊、胶圈的质量，改进生产工艺、配方是每一个纺橡制品生产厂一项经常性课题。
四、纺纱胶辊的弹性对成纱质量的影响。
纺纱胶辊在纺纱过程总的纱条、罗拉接触，转动中，其断截面是一个扭转橡胶圆盘，如图四所示，根据Gobel(1974)得出的结论．
对于纺纱胶辊来说：内径r1外径r2、胶辊宽度t、G都是一个恒定的值，当θ越大时，罗拉对胶辊的阻力矩T也就越大。而θ与胶辊本身弹性有关，胶辊弹性越大．罗拉与胶辊的接触面积也就敲大，θ就越大(如图四所示)。
图五是相同硬度，不同弹性的胶辊，在相同摇架压力，相同纺纱条件下，弹性对纱条与胶辊、罗拉的接触面积放大图，从图中能直观地看出．弹性越高其与罗拉、胶辊的接触面积越大。
在纺纱过程中对干纱条来说．纱条共受到两个力的作用：一个为牵伸力，另一个为握持力，对于相同硬度、不同弹性的胶辊来说。在相同的摇架压力、牵伸倍数和纺纱条件下，从图五中可知．弹性愈高的胶辊其与纱条的接触面积S比弹性较小的胶辊要大。而对于纺纱条干CV％来说．纱条单位接触面积上的力P＇分布就越匀．其纺纱过程中．粗节、细节越少．条干水平越稳定。锭间差越小，表一 、二经试验后，说明弹性对纺纱胶辊与成纱质量关系的重要性，弹性越高。成纱质量越佳。用公式来表示：
当纺纱条件相同时，胶辊上摇架压力是相等的；也就是说纺纱胶辊对纱条的握持力P＇与纱条所处的位置所构成的面积总和，对纱条来说也是相同的如图六所示，因而当胶辊弹性越高时，接触面积S越大，握持力P＇分布越均匀。反之，纱条与纺纱胶辊接触面积S越小。其握持力P＇分布就越不均匀，产生的成纱质量CV％，粗节、细节越差，水平也越不稳定。(如表一、二)
总之，在摇架压力，纱条支数、品种、胶辊硬度相等的条件下，胶辊与罗拉钳口处的樨持力P＇直接与胶辊的弹性有关。弹性高的胶辊，其与罗拉的接触面积大，纤维变速点后移，使得浮游区长度减少，更有效地控制了浮游区纤维的运动，从而改善了成纱质量。另一方面，弹性高的胶辊，弹性恢复快．使胶辊对纤维控制区前移。使得纱条在胶辊上受控制时间延长。又减少了加捻三角区(前冲放大)，使得断头率又降低。同样实践证明：有良好弹性的胶辊，能以较小的摇架压力达到完全握持纱条的目的：羽毛、纱疵少，成纱质量明显提高。弹性好的胶辊，应压力小．使胶辊在满足纺纱条件下，保持良好的平衡高弹，减少了不必要的摩擦，防止硬头出现，延长胶辊使用时间，保证良好成纱质量。
从纺纱胶辊内部能量变化来分析：在相同纺纱条件下．胶辊弹性越高，其运转过程巾．由动能等能量转
