专利名称：具有纳米颗粒的上套皮罗拉和纤维引导皮圈的制作方法上套皮罗拉和纤维引导皮圏是牵伸结构的部件，而牵伸结构进而构成了许多纺纱机(例如，环式纺纱机)的重要部分。通过牵伸， 一方面使纱条的截面减小，而另一方面使纤维取向、平行和随后固化。上套皮罗拉和纤维引导皮圈特别地由塑料形成。对于纤维引导皮圈而言，由金属形成的结构也是可以的。塑料被理解为是指大分子有机材料，其通过已经高度分子化的天然物质(例如纤维素或天然橡胶)的化学转化而生产，或通过低分子构块(例如乙烯和苯乙烯)的交联而完全合成地生产。由皮革构成的纤维引导皮圏同样是已知的。迄今可得到的上套皮罗拉和纤维引导皮圈由于高机械载荷而为暴露式的，而且根据所处理的材料而暴露于软化剂、棉蜡、纤维残余物或甚至来自多色纤维的染料残余物，因而最终导致高磨损、短使用寿命、高波动的摩擦状态、和所处理材料的损坏，例如，断线或缠结形式的损坏。这样，传统的由橡胶形成的纤维引导皮圏可成功使用，其由于上述载荷而需要全力护理。
本发明的目的在于，制造具有高耐磨性和稳定的适应性摩擦状态并允许良好纤维处理和引导的上套皮罗拉和纤维引导皮圏。本发明的目的利用具有权利要求1和14中所限定特征的上套皮罗拉或纤维引导皮圈以及利用如权利要求13中所述的方法实现。进 一 步的优选实施例是各从属权利要求的主题。用于制纱设备(特别是环式纺纱机)的根据本发明的上套皮罗拉以及根据本发明的纤维引导皮圈具有包含塑料的芯。用于生产上套皮罗拉的塑料尤其为橡胶，特别是腈橡胶(NBR)、表氯醇橡胶(ECO)和丙烯酸橡胶(ACM)。聚氨酯和浇注型聚氨酯(TPU)同样可用于这一目的。为了生产纤维引导皮圏，尤其可使用聚氨酯或橡胶。用于生产纤维引导皮圈的聚氨酯或所用橡胶可设置在包含塑料、纯金属或金属合金的载体上。也就是说，纤维引导皮圈可以具有包含塑料的芯和由另一种不同塑料构成或者由纯金属或金属合金构成的载体(例如，编织的、编结的或针织的织物)。皮壳层至少部分地设置在芯上并由一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、碳、硫、铁、铜、或它们的混合物构成。由碳化合物、硫化合物、铁化合物和铜化合物或它们的混合物构成的皮壳层也是可以的。由一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶资、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、或它们的混合物构成的皮壳层是优选的。皮壳层可包括一层或多层，也就是说，其可为单层或多层的。皮壳层的厚度小于500nm。小的层厚度在上套皮罗拉或纤维引导皮圏的皮壳层与芯之间提供了特别良好的结合。皮壳层具有较少的缺陷，例如由于剥落(例如由于机械载荷所致)引起的缺陷。由于皮壳层的存在，因而诸如拉伸强度和耐磨性之类的性能协助提高。皮壳层使得摩擦状态改善，这是因为，即使存在高变机械载荷，摩擦系数也保持不变和较低。随之而来的是纱质量的显著提高。由于辊上的纤维断线和缠结较少，则生产过程中断的情况显著少于以往并因而更有效。皮壳层允许对上套皮罗拉和纤维引导皮圏的表面性能进行定向控制(directed control)。特别地，由于皮壳层的存在，因而上套皮罗拉和纤维引导皮圈耐磨性显著提高。这非常重要，因为上套皮罗拉会由于线被切断进入上套皮罗拉或其表面而受损(例如，刮伤)。用于处理纤维的UV辐射、臭氧和其它化学物质的影响同样导致上套皮罗拉和纤维引导皮圈的老化。因此，上套皮罗拉不得不定时进行再处理(磨光和对新磨光表面的任何表面处理)。由于根据本发明的上套皮罗拉上的皮壳层的存在，因而可以显著减少这种再处理的次数，在这种情况下已经考虑到不会降低纱的质量。而且，对于纤维引导皮圏而言，非常重要的是，其当被导引通过不可移动的部分(例如，间隔部边缘)时确保无颠簸的滑动，这由于在根据本发明的纤维引导皮圈的皮壳层上的优良的摩擦状态或低摩擦系数而得以实现。在优选实施例中，皮壳层的厚度小于100nm,优选地小于90nm，特别优选地小于70nm，最特别优选地小于40nm。在优选实施例中，皮壳层仅部分地设置在芯上。在这种情况下，如对于上套皮罗拉和纤维引导皮圏而言，仅有例如承受高机械载荷的区域具有皮壳层。在进一步优选实施例中，皮壳层被设置成覆盖根据本发明的上套皮罗拉和纤维引导皮圏的芯上的全部区域。结果，涂覆过程有所简化并由此更有效。在优选实施例中，纳米氧化物陶乾选自以下物质构成的组中A103， Ti02， TiO， Zr02, Si02, SiO, ZnO， MgO， BeO， Cr203，In03，或它们的混合物。这些纳米氧化物陶资由于其硬度和其在与其它材料表面相互作用过程中的低摩擦而特别适合于皮壳层。在另一优选实施例中，纳米氮化物陶瓷选自以下物质构成的组中A1N, TiN, TiCN, Si3N4， TaN, GaN, BN, InN， CrN,或它们的混合物。在优选实施例中，纳米碳化物陶乾选自以下物质构成的组中A1C， TiC， ZrC, Br4C, NbC， WC， TaC, HfC， VC， CrC, C (金刚石)，或它们的混合物。特别地，含C(金刚石)的皮壳层具有非常显著的摩擦减小作用，非常硬，而且极为耐磨，而且是化学惰性的。基于无定形碳化合物所制成的(盖)层也被称为"金刚石类碳"(DLC)。在另一优选实施例中，纳米硼化物陶瓷选自以下物质构成的组中A1B, TiB2， ZrB2， HfB2,或它们的混合物。在上套皮罗拉或纤维引导皮圈的优选实施例中，不同的皮壳层设置在芯的内表面区域和芯的外表面区域上。因此，有利的是，可设置具有不同性能的皮壳层。例如，可在根据本发明的纤维引导皮圈的芯的内表面区域上使用具有低摩擦系数的皮壳层，以避免在制纱设备的启动或开始过程中使机器驱动器形成显著的应力峰值。在纤维引导皮圏的芯的外表面区域上，可以使用特别耐化学腐蚀和抗粘结的皮壳层，其同时允许在纤维引导皮圈与上套皮罗拉之间的很好地引导在进一步优选实施例中，中间层至少部分地设置在根据本发明的上套皮罗拉或纤维引导皮圏的芯上。即使是多个中间层，例如包含不同物质的各个中间层，也是可以的。特别优选地，中间层被设置成覆盖上套皮罗拉或纤维引导皮圈的芯上的全部区域或者设置在芯的表面上。中间层包括一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、納米硼化物陶瓷、纯金属、金属合金、或它们的混合物。而且，中间层不同于皮壳层。也就是说，中间层和皮壳层包括不同的物质。通过中间层与皮壳层的组合，能够以高程度定向方式控制根据本发明的上套皮罗拉或根据本发明的纤维引导皮圈的表面性能。纯金属，例如在此使用的纯金属，所包含的相应金属的量至少为95%,优选地至少为98%,且特别优选地至少为99%。在进一步优选实施例中，中间层包括纯金属或金属合金。特别优选的金属合金是铬合金或镍合金。包括铬或铬合金以保护基底(在当前情况下为上套皮罗拉或纤维引导皮圈的芯)的中间层也被称为硬铬。上套皮罗拉或纤维引导皮圏的具有金属合金(特别是具有硬铬和镍合金)的涂层，可通过化学和电解方式形成。优选地，这种可通过化学或电解方式施加的包括金属或金属合金的中间层被设置在纤维引导皮圈上。在另一优选实施例中，中间层的厚度保持很小，也就是说，厚度小于90nm,优选地小于70nm,特别优选地小于40nm。由于中间层厚度很小，因而根据本发明的上套皮罗拉或纤维引导皮圈的尺度实质上不受影响。而且，中间层(以及皮壳层)自身可包含纳米颗粒或由纳米颗粒构成。納米颗粒是指几个或数千个原子或分子的结合物。其尺寸通常约为1至100纳米。纳米颗粒也可为纳米晶，也就是说，其具有晶体结构。納米晶是晶体物质，其尺寸处于纳米范围内，即大部分晶体结构处于納米范围内的纳米颗粒。由于纳米颗粒的许多电性能和热力性能取决于其尺寸，因而这些性能的显著性以及根据本发明的上套皮罗拉或纤维引导皮圈的表面性能可利用准确的物质处理方法来控制。在 一种生产根据本发明的上套皮罗拉或根据本发明的纤维引导皮圈的方法中(其中，上套皮罗拉或纤维引导皮圈具有包含塑料的芯)，利用CVD (化学气相沉积)方法施加皮壳层。PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)方法是优选的。也可以采用溶胶凝胶方法。由于根椐本发明的上套皮罗拉或纤维引导皮圈的芯包括塑料或主要包括塑料，因而在这种情况下必须选择所述方法的应用条件而使得塑料不会受到任何热损坏，也就是说，涂覆温度应处于200°C以下。可用于涂覆热敏基底的进一步的方法是电子束辅助涂覆(IBAD;离子束辅助沉积)。在用于制纱设备(特别是环形纺纱机)的根据本发明的上套皮罗拉或纤维引导皮圈的实施例中，其具有包含塑料的芯，芯自身或其所用塑料包含纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶资、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、碳、硫、纯金属、金属合金、或它们的混合物的纳米颗粒。也可使用包括碳化合物、硫化合物、或它们的混合物的纳米颗粒。优选地使用纳米氧化物陶资、納米氮化物陶资、纳米碳化物陶资、纳米硼化物陶资、或它们的混合物的纳米颗粒。纳米颗粒的直径小于100nm。优选的金属或金属合金是铜和铁或铜合金、铁合金、或它们的混合物。在优选实施例中，纳米颗粒的直径小于90nm,优选地小于70nm,特别优选地小于40nm。纳米颗粒尤其是以纳米粉末的形式使用或处理。纳米粉末，例如在此使用的纳米粉末，被理解为是指颗粒直径小于100nm的粉末。在上套皮罗拉或纤维引导皮圏中，使包括塑料的芯包含纳米颗粒并同时使上套皮罗拉或纤维引导皮圈具有如前所述的皮壳层也是可以的。用于制纱设备的纤维引导皮圏的第三实施例具有包含金属或金属合金的芯。皮壳层至少部分地设置在芯上，皮壳层包括一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶资、纳米碳化物陶资、纳米硼化物陶瓷、碳、硫、铁、铜、或它们的混合物，其中，皮壳层的厚度小于500nm。

根据本发明的上套皮罗拉和根据本发明的纤维引导皮圈将
8参照附图中所示的实施例更详细地说明如下，其中附图是单纯示意性
的图1显示出上套皮罗拉的剖视图，其中皮壳层被设置成覆盖全部区域；图2显示出纤维引导皮圏的剖视图，其中皮壳层被设置成覆盖全部区域；图3显示出上套皮罗拉的剖视图，其中具有两种不同的皮
壳层；和图4显示出上套皮罗拉的剖视图，其中具有含纳米颗粒的芯和皮壳层。



本发明涉及具有纳米颗粒的上套皮罗拉和纤维引导皮圈，尤其是涉及一种用于制纱设备、特别是环形纺纱机的上套皮罗拉或纤维引导皮圈(1，1’)，其具有包含塑料的芯(5)。皮壳层(10，11，12)至少部分地设置在芯(5)上并包括一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、碳、硫、金属、金属合金、或它们的混合物。皮壳层(10，11，12)的厚度小于100nm。本发明还描述了其生产方法。