1. 江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品及車輛檢測(cè)中心, 江蘇 無錫 214000;2. 無錫華檢質(zhì)量技術(shù)服務(wù)中心, 江蘇 無錫 214101
我國(guó)涂附磨具業(yè)(包括砂帶產(chǎn)品)經(jīng)歷了30多年的改革開放,實(shí)現(xiàn)了從小到大、從粗到細(xì)、從作坊到規(guī)模的轉(zhuǎn)變,并在產(chǎn)品質(zhì)量、工藝技術(shù)等各方面都實(shí)現(xiàn)了較大的飛躍。我國(guó)現(xiàn)已成為名副其實(shí)的涂附磨具制造大國(guó),年產(chǎn)量占世界總量的三分之一。據(jù)資料介紹,2012—2020年我國(guó)砂帶產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展形勢(shì)良好,總產(chǎn)量、市場(chǎng)容量和市場(chǎng)需求前景樂觀。
砂帶產(chǎn)品由基材、黏結(jié)劑、磨料這三要素組成。砂帶產(chǎn)品的生產(chǎn)一般根據(jù)最終需加工產(chǎn)品的材質(zhì)和精度要求,選擇不同的基材、黏結(jié)劑和磨料。其中,基材即砂帶基布,在三要素中最為關(guān)鍵,它是黏結(jié)劑和磨料的承載體,所占成本比例最大。據(jù)目前行業(yè)和企業(yè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)砂帶基布行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到近百家,資產(chǎn)總額達(dá)200億元,從業(yè)人員近10萬名。預(yù)計(jì)至2020年,我國(guó)涂附磨具行業(yè)對(duì)砂帶基布的年需求量將達(dá)到3.8億m2,砂帶基布發(fā)展前景廣闊。
砂帶產(chǎn)品加工對(duì)象的質(zhì)量要求越高、越精細(xì),則對(duì)砂帶產(chǎn)品的要求越高,砂粒越細(xì)密。如今,砂帶產(chǎn)品上黏結(jié)的砂粒已從傳統(tǒng)的40目/cm2發(fā)展到2 000目/cm2左右,這便要求砂帶基布布面平整、毛羽少、雜質(zhì)少,并具備相匹配的拉伸強(qiáng)度和抗擾性,以及在不同環(huán)境下具有較小的伸縮性,且耐磨、使用壽命長(zhǎng)等。
縱觀我國(guó)較多的有關(guān)砂帶產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn),涉及砂帶基布指標(biāo)設(shè)定和性能考核的標(biāo)準(zhǔn)還沒有,也就是說砂帶基布在國(guó)內(nèi)尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而正是由于缺乏砂帶基布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)和客戶貿(mào)易往來,以及供需雙方控制質(zhì)量時(shí),無據(jù)可依,這給上下游生產(chǎn)企業(yè)乃至檢測(cè)單位都帶來了困擾,并嚴(yán)重制約了砂帶基布產(chǎn)品的正常貿(mào)易和良性發(fā)展。因此,作為衡量砂帶基布產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù),砂帶基布指標(biāo)的設(shè)定和性能考核的研究顯得尤為重要和迫切,其對(duì)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少企業(yè)間質(zhì)量糾紛、促進(jìn)新技術(shù)新產(chǎn)品推廣和應(yīng)用、推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步、促進(jìn)企業(yè)技術(shù)升級(jí)、鼓勵(lì)自主創(chuàng)新等,都具有積極的意義。
砂帶基布主要以天然纖維和化學(xué)纖維為原料,經(jīng)純紡或混紡成紗,再經(jīng)織造而成,是一種帶狀機(jī)織物。砂帶產(chǎn)品的均勻性、平整度、穩(wěn)定性、質(zhì)量等級(jí)等,在很大程度上取決于所用砂帶基布的性能,包括密度、條干、平整度、厚度、強(qiáng)力、延伸率、熱變形率等。
如今,隨著砂帶產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新,各種砂帶基布應(yīng)運(yùn)而生。砂帶基布所用紗線線密度一般為9.7~97.0 tex(短纖紗)和7.8~166.7 tex(長(zhǎng)絲),所用纖維涉及純棉、純滌綸及高性能芳綸等,所得單位面積質(zhì)量在120~580 g/m2。眾多的砂帶基布產(chǎn)品滿足了客戶和市場(chǎng)對(duì)砂帶成品多樣化的需求,也使得超高強(qiáng)力、超薄、超高耐磨等性能要求得到了滿足。但是,如何考核不同砂帶基布的性能指標(biāo),成為了難以統(tǒng)一的問題。
砂帶基布標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)在盡可能地參照砂帶產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,充分考慮后道生產(chǎn)工藝及性能要求,再結(jié)合紡織行業(yè)基布本身的特性,科學(xué)地制定相關(guān)的指標(biāo)體系:
首先,砂帶產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品內(nèi)外表面的研磨、切削和拋光加工,小到家用湯勺、筷子,大到火車、飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、飛船、軍艦等的加工制造。故鑒于砂帶產(chǎn)品最終加工的產(chǎn)品類型和精度要求,將砂帶基布劃分為Ⅰ型布(精磨用基布)、Ⅱ型布(普磨用基布)、Ⅲ型布(粗磨用基布)。不同型號(hào)的砂帶基布對(duì)外觀質(zhì)量和平整度的要求存在較大差異。
其次,根據(jù)所用纖維成分,將砂帶基布劃分為純棉砂帶基布、棉混紡砂帶基布、化纖砂帶基布。不同纖維成分的砂帶基布,砂帶產(chǎn)品應(yīng)用過程中發(fā)生熱變形的性能也不盡相同。
再次,砂帶基布的單位面積質(zhì)量變化較大。參照J(rèn)B/T 3889—2006《涂附磨具 砂布》[1]標(biāo)準(zhǔn),將砂帶基布按照單位面積質(zhì)量(G)劃分為輕型布(110 g/m2≤G<170 g/m2,代號(hào)L)、中型布(170 g/m2≤G<250 g/m2,代號(hào)M)、重型布(G≥250 g/m2,代號(hào)H)。不同類型的基布分別設(shè)置不同的力值考核指標(biāo),這樣更具可操作性。
上述三種分類可使砂帶基布指標(biāo)體系的設(shè)置更合理,應(yīng)用性和操作性更強(qiáng)。再結(jié)合上下游企業(yè)對(duì)砂帶基布生產(chǎn)、驗(yàn)收的質(zhì)量控制要求,建立砂帶基布外觀質(zhì)量指標(biāo)和內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)。
結(jié)合砂帶基布生產(chǎn)企業(yè)和下游企業(yè)的驗(yàn)收規(guī)范,綜合制定砂帶基布的外觀質(zhì)量指標(biāo),對(duì)明顯疵點(diǎn)、橫檔、嚴(yán)重疵點(diǎn)、死折、長(zhǎng)度偏差、毛邊長(zhǎng)度等都加以研究與考核。
除了常規(guī)的強(qiáng)力、幅寬、質(zhì)量、厚度、密度等內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)外,砂帶基布還需重點(diǎn)關(guān)注布面平整度、上漿率、纖維含量偏差及加熱變形率等。
砂帶基布的表面在后道加工中將被涂附砂粒等磨料,而基布的外觀不良將直接導(dǎo)致涂附不良。因此,一直以來,涂附工廠對(duì)砂帶基布的外觀質(zhì)量控制都嚴(yán)于一般的紡織坯布。通過收集涂附工廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析發(fā)現(xiàn):外觀方面,對(duì)Ⅰ型布、Ⅱ型布、Ⅲ型布的疵點(diǎn)總數(shù)做了嚴(yán)格規(guī)定,并對(duì)砂帶基布生產(chǎn)中發(fā)生頻率較高的百腳和死折這兩種疵點(diǎn)做了特別關(guān)注(表1)。原因在于,百腳會(huì)導(dǎo)致砂粒涂附不牢,涂膠量變小,膠面發(fā)亮,浸膠、刮涂、植砂過程中布面極易產(chǎn)生白??;死折在浸膠和刮涂過程中,折痕部位會(huì)浸膠不透徹,嚴(yán)重者甚至?xí)绊懮皫Мa(chǎn)品的強(qiáng)力和延伸率。所以,需對(duì)百腳長(zhǎng)度做特殊規(guī)定,對(duì)死折等永久性折痕加以限制。
表1 主要的外觀質(zhì)量指標(biāo)
注:疵點(diǎn)名稱和定義參照GB/T 406—2008《棉本色布》[2]的附錄C
此外,普通紡織坯布的外觀檢驗(yàn)關(guān)注正面即可,而砂帶基布即便是背面的外觀缺陷,其在后續(xù)的加工與應(yīng)用中也很難被掩蓋,特別是精磨用Ⅰ型布,背面的疵點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致正面浸膠不良和涂附砂粒突出。因此,對(duì)于砂帶基布的外觀質(zhì)量需進(jìn)行正面和背面的雙面檢測(cè),只有雙面都合格后方能進(jìn)行后續(xù)的生產(chǎn)。
內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)基于砂帶基布的紡織品特性,從下游企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)控和生產(chǎn)安全方面著手研究。
3.2.1 布面平整度
下游企業(yè)在生產(chǎn)砂帶產(chǎn)品時(shí),需將不同細(xì)度的砂粒根據(jù)密度要求均勻地涂附到砂帶基布表面,而砂帶基布表面任何的細(xì)微的不平整都會(huì)對(duì)最終的砂帶產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。砂帶產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)對(duì)砂帶基布的布面平整度指標(biāo)非常敏感,因?yàn)椴济娌黄秸麜?huì)直接導(dǎo)致涂附的不勻,影響砂帶產(chǎn)品的質(zhì)量,最終影響砂帶產(chǎn)品的使用。目前有關(guān)布面平整度的考核既沒有現(xiàn)成的方法,也沒有統(tǒng)一的驗(yàn)收值。而下游企業(yè)的驗(yàn)收要求又一般嚴(yán)于上游企業(yè)的出廠要求,這便使得供需雙方在協(xié)商貿(mào)易中常常產(chǎn)生糾紛。
布面平整度考核的出發(fā)點(diǎn)是,基于由織造引起的疵點(diǎn)或織物表面凹凸不平給砂帶產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)涂附砂粒帶來的影響,特別是在精磨用砂帶產(chǎn)品的生產(chǎn)中,細(xì)密的砂粒涂附到砂帶基布上,表面的凹凸不平會(huì)造成一定程度的砂粒涂附不勻。
目前,下游企業(yè)的驗(yàn)貨方式是使用織物厚度儀,具體為取長(zhǎng)度1m的基布,沿緯向任意裁取5個(gè)100 cm2的圓形樣品,將5個(gè)樣品平放于織物厚度儀上,利用2 000 mm2的大面積壓腳測(cè)量樣品厚度,計(jì)算出5塊樣品之間的厚度差絕對(duì)值(一般要求不大于30 μm)。但實(shí)際上,仍有一定比例的驗(yàn)收合格的砂帶基布滿足不了涂附砂粒的要求。究其原因:一是大面積壓腳可能對(duì)砂帶基布上的一些細(xì)小的不平整無法考量;二是加壓壓力不夠,局部細(xì)微的厚度變化較難測(cè)量到;三是測(cè)量頻次較少,數(shù)據(jù)代表性不足?;诖耍扑]使用GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》[3]標(biāo)準(zhǔn)中的方法,選用100 mm2的小面積壓腳,加壓壓力增至200 cN,增加檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集次數(shù)(20次)。具體做法:取1 m長(zhǎng)度的整塊砂帶基布,兩端留出10 cm不用于測(cè)量;接著,沿長(zhǎng)度方向每隔20 cm劃分一個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域沿緯向測(cè)量5個(gè)點(diǎn),共測(cè)20個(gè)點(diǎn)的厚度值,取20個(gè)厚度值中最大值與最小值的差值作為布面平整度值。表2參考下游企業(yè)普遍的驗(yàn)收要求,對(duì)砂帶基布的布面平整度指標(biāo)進(jìn)行了歸納。
表2 砂帶基布的布面平整度指標(biāo)
采用此法對(duì)采集的樣品進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),測(cè)量的結(jié)果對(duì)下游企業(yè)的生產(chǎn)起到了一定的實(shí)際指導(dǎo)意義,其中精磨用Ⅰ型布的布面平整度合格率達(dá)81.8%。
3.2.2 上漿率
砂帶基布需進(jìn)行燒毛、退漿、拉伸、浸漬、刮漿、裁邊、軋光、成卷、植砂等工序,才能制成砂帶產(chǎn)品。若涂附漿料太薄,則會(huì)影響砂帶基布的面密度和貿(mào)易價(jià)格;若涂附漿料太厚,則水洗過程會(huì)變得相對(duì)復(fù)雜,并會(huì)發(fā)生浸漿不勻現(xiàn)象,對(duì)砂帶產(chǎn)品的最終強(qiáng)力產(chǎn)生較大影響。因此,上漿率也是砂帶基布上下游企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。紡織領(lǐng)域?qū)ι蠞{率的測(cè)試是通過對(duì)坯布布面進(jìn)行合理有效的退漿來實(shí)現(xiàn)的,涂附磨具行業(yè)也是如此,上漿率指標(biāo)以退漿率數(shù)值來體現(xiàn)。多年來,涂附磨具行業(yè)的企業(yè)使用的退漿方法各不相同,業(yè)內(nèi)以6.0%作為通用的上漿率考核指標(biāo),但這在質(zhì)量控制上仍存在很多困惑。
本文根據(jù)砂帶基布企業(yè)使用的漿料種類,研究并比較了檢測(cè)試驗(yàn)室通用的退漿方法和下游企業(yè)使用的一種退漿方法:
(1) 檢測(cè)試驗(yàn)室通用的退漿方法——將樣品置入配置的3 mol/L硫酸溶液中,沸煮30 min進(jìn)行退漿。由于硫酸對(duì)漿料的作用較強(qiáng),故最終獲得的退漿率數(shù)值普遍偏高(大多高于6.0%),特別是含棉的樣品,退漿率更高(達(dá)9.4%),這與實(shí)際上漿情況及供需雙方協(xié)商值之間存在較大偏差。
(2) 下游企業(yè)使用的一種退漿方法——使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%純堿,在60 ℃水浴中退漿45 min。所得退漿率數(shù)值偏小(多小于4.0%),特別是純化纖的樣品,甚至?xí)椭?.6%,這與實(shí)際上漿情況及供需雙方協(xié)商值之間也存在較大偏差。
上述兩種方法均不能很好地為供需雙方的質(zhì)量控制提供支撐,因此,為更貼切地體現(xiàn)涂附磨具行業(yè)6.0%的上漿率約定值,綜合上面的兩種退漿方法,配置了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%燒堿,在60 ℃水浴中退漿30 min。采用此法對(duì)采集的樣品進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證,并以6.0%的上漿率作為考核指標(biāo),發(fā)現(xiàn),純棉砂帶基布的合格率為63.6%,化纖與棉混紡的砂帶基布的合格率達(dá)86.7%,純化纖砂帶基布的合格率達(dá)到100.0%。
3.2.3 纖維含量偏差
針對(duì)不同的砂帶產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)采購時(shí)需選擇不同纖維成分的砂帶基布,如全棉砂帶基布多用于I型布、全滌砂帶基布多用于II型布、混紡砂帶基布如滌/棉(80/20)多用于III型布等,而一些高端砂帶產(chǎn)品還會(huì)采用高新紡織產(chǎn)品,如芳綸織物等。不同纖維成分的砂帶基布,再結(jié)合不同的織物結(jié)構(gòu),會(huì)呈現(xiàn)出完全不同的使用性能。因此,在砂帶產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)中,砂帶基布的纖維含量也是一項(xiàng)重要的考量指標(biāo),砂帶產(chǎn)品的剛性、彈性、延展率等都與砂帶基布的纖維含量密切相關(guān)。
“同步消耗”是砂帶產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝的關(guān)鍵,其是指在砂帶產(chǎn)品使用的生命周期內(nèi),砂帶產(chǎn)品與砂帶基布能夠完美地完成同步損耗。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),首先需控制好砂帶基布的纖維含量。對(duì)于普通的滌/棉砂帶基布,滌綸含量高則砂帶基布的磨損消耗會(huì)較預(yù)期的慢,導(dǎo)致磨料早于砂帶基布磨損消耗,磨削動(dòng)作最后變?yōu)槟Σ羷?dòng)作,導(dǎo)致磨削不力;棉含量高則砂帶基布磨損消耗早于磨料磨損消耗,砂帶產(chǎn)品使用壽命大大縮短,甚至?xí)l(fā)生飛片等安全事故。此外,砂帶產(chǎn)品的剛性、彈性和伸長(zhǎng)率等也與砂帶基布中纖維含量密切相關(guān),所以砂帶基布中纖維含量必須給予嚴(yán)格的指標(biāo)控制。
對(duì)于普通的紡織產(chǎn)品,纖維含量指標(biāo)一般的允差為-5.0%~+5.0%。但對(duì)于砂帶基布,結(jié)合工廠的實(shí)際使用,建議收緊指標(biāo)值,纖維含量指標(biāo)允差設(shè)定為-2.0%~+2.0%。必要時(shí),還應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)分別測(cè)試經(jīng)紗和緯紗各自的纖維含量,以滿足生產(chǎn)要求。
本文參照FZ/T 01057—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》[4]及GB/T 2910—2009《紡織品定量化學(xué)分析》[5]標(biāo)準(zhǔn),對(duì)采集的13塊混紡砂帶基布進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維含量指標(biāo)允差設(shè)定為-2.0%~+2.0%時(shí),合格率為92.3%。
3.2.4 加熱變形率
砂帶基布浸漬前需先在高溫下對(duì)其進(jìn)行定型處理。而砂帶基布是由紡織纖維構(gòu)成的,高溫環(huán)境、拉伸狀態(tài)下砂帶基布經(jīng)向的變形率(即加熱變形率)跟纖維成分特別是化學(xué)纖維含量及織物組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。加熱變形率太大則砂帶基布在后續(xù)浸漬過程中易發(fā)生脫夾或浸漬成卷后卷寬不一致的現(xiàn)象,影響后續(xù)生產(chǎn),故加熱變形率也是砂帶基布生產(chǎn)中需重點(diǎn)控制的指標(biāo),下游企業(yè)會(huì)對(duì)該指標(biāo)加以驗(yàn)收。
砂帶基布的浸漬溫度因砂帶產(chǎn)品的不同而通常在150~210 ℃之間變化??紤]砂帶基布常用的化學(xué)纖維為滌綸,故參考FZ/T 50004—2011《滌綸短纖維干熱收縮率試驗(yàn)方法》[6]標(biāo)準(zhǔn),將試驗(yàn)的熱處理溫度設(shè)定為180 ℃,這符合砂帶產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)通用的要求。接著選擇試驗(yàn)方法,因加熱變形率是要考量砂帶基布在拉伸浸漬過程中,因化學(xué)纖維收縮引起的砂帶基布的變形,故為模擬工況,選擇在烘箱內(nèi)完成。確定選擇最高溫度可達(dá)180 ℃的恒溫烘箱,利用砝碼實(shí)現(xiàn)砂帶基布被夾持拉伸的過程,砝碼質(zhì)量的選用充分考慮了廠家的實(shí)際生產(chǎn),選擇200和1 000 g兩種。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),200 g太小,砂帶基布的加熱變形率數(shù)值重現(xiàn)性較差;1 000 g偏重,部分砂帶基布的加熱變形率數(shù)值體現(xiàn)為伸長(zhǎng)而非收縮。
最后確定選用500 g的砝碼用于考量砂帶基布的加熱變形率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)砂帶基布經(jīng)向的加熱變形率數(shù)據(jù)穩(wěn)定,且與下游企業(yè)實(shí)際工況較接近,并確定化纖/棉混紡布經(jīng)向加熱變形率指標(biāo)為≥-3.5%,純化纖布經(jīng)向加熱變形率指標(biāo)為≥-6.0%。參照此指標(biāo)測(cè)試了24塊含化纖的砂帶基布,結(jié)果發(fā)現(xiàn)化纖/棉混紡布的合格率達(dá)86.6%、純化纖布的合格率達(dá)88.9%,指標(biāo)滿足砂帶基布供需雙方的驗(yàn)收要求。
表3 加熱變形率的測(cè)試結(jié)果
在涂附磨具行業(yè)中,砂帶產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)砂帶基布質(zhì)量的要求有別于紡織行業(yè)對(duì)一般基布的要求,因此,在我國(guó)砂帶基布標(biāo)準(zhǔn)制定中,外觀質(zhì)量應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)百腳、死折等疵點(diǎn)的考核,合理設(shè)置考核指標(biāo);內(nèi)在質(zhì)量除了常規(guī)的強(qiáng)力、幅寬、質(zhì)量、厚度、密度等指標(biāo)外,還要關(guān)注布面平整度、上漿率、纖維含量偏差、加熱變形率等指標(biāo)。砂帶基布標(biāo)準(zhǔn)的制定,有利于促進(jìn)砂帶基布產(chǎn)品質(zhì)量的提高,對(duì)上下游企業(yè)銜接能起到積極作用,對(duì)砂帶基布生產(chǎn)企業(yè)具有積極的指導(dǎo)作用,能在一定程度促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展及生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)的提升。
根據(jù)工業(yè)和信息化部科技司下達(dá)2015年第2批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃起草,計(jì)劃號(hào)2015—0598T—FZ的《砂帶基布》標(biāo)準(zhǔn),是由中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出,由中國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭,江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局紡織工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)中心、江蘇華躍紡織新材料科技有限公司、江蘇遠(yuǎn)東砂輪有限公司等單位共同起草,將于2018年報(bào)批實(shí)施。以上研究的砂帶基布的主要特性指標(biāo),符合產(chǎn)品的實(shí)際需求和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際水平,同時(shí)又體現(xiàn)出了行業(yè)水平的先進(jìn)性。
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