無溶劑復合張力控制的方式與選擇

林武輝 李俊 伍秋濤

在無溶劑復合過程中，對張力控制的要求要比普通復合方式高得多，主要是因為無溶劑復合初黏力較低，操作控制難度較大，更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。此外，無溶劑復合工藝中要求兩層基材貼合后的收縮率要盡量一致，否則就會產(chǎn)生“隧道”現(xiàn)象，所以無溶劑復合過程中對張力控制的精度要求更高，這就對操作人員提出了一些要求，不僅要深入了解和掌握無溶劑復合張力的檢測方式，還應具備穩(wěn)定控制張力的操作能力。

張力控制的基本方式

無溶劑復合的張力值可通過張力檢測器進行實時檢測和控制，較常見有氣缸控制擺輥式張力傳感器和軸承式張力傳感器，可根據(jù)不同場合及控制要求進行適當選擇。

1.氣缸控制擺輥式張力傳感器

氣缸控制擺輥式張力傳感器的工作原理是利用電位器檢測當前浮輥的位置，并與標準設定位置進行比較，如果張力出現(xiàn)浮動，張力傳感器就會得到張力偏差信號，隨后發(fā)出信號通過氣缸來對浮輥位置進行適當調(diào)節(jié)，直至浮輥回到標準設定位置，即表明張力達到穩(wěn)定狀態(tài)。

無溶劑復合過程中，張力的變化主要與膜卷的線速度和卷徑大小相關(guān)。當張力平衡時，浮輥上的拉力等于其垂直方向上的分力和氣缸的推力之和，浮輥處于中間的平衡位置。但當膜卷的卷徑或線速度發(fā)生變化時，就會導致浮動輥偏離平衡位置，同時帶動變位器旋轉(zhuǎn)，使反饋信號偏離原平衡點電壓值。該信號與給定電壓信號之間有偏差，傳感器經(jīng)過一定算法進行運算后，進而調(diào)整電機速度，使膜卷的張力恢復到標準給定值，浮輥便會回到原來的平衡位置。

可見，氣缸控制擺輥式張力控制系統(tǒng)工作時是一個不斷調(diào)整的動態(tài)過程，機械摩擦阻力對張力信號檢測精度有很大影響。從以上分析可看出，減輕擺輥裝置的自重、減小機械摩擦阻力是提高張力信號檢測精度的關(guān)鍵。

2.軸承式張力傳感器

軸承式張力傳感器是通過高精度差動變壓器檢測出由負載造成的彈簧片形變量，差動變壓器將這種形變量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電信號并反饋給控制器，通過改變電機轉(zhuǎn)速來保持張力的穩(wěn)定。

張力控制系統(tǒng)的應用及收卷張力方式的選擇

單工位無溶劑復合設備的張力一般分為四段，即第一放卷張力、第二放卷張力、通道張力和收卷張力。在卷徑和生產(chǎn)速度的變化過程中，無溶劑復合張力有恒張力要求，在保證復合質(zhì)量的基礎上，對提高收卷質(zhì)量也具有極其重要的作用。

單工位無溶劑復合設備由于存在頻繁開機、停機、加速、減速等操作，因此保證張力的穩(wěn)定和收卷的整齊度至關(guān)重要。

浮輥具有吸收動能的作用，在張力要求恒定的第一放卷張力、第二放卷張力、通道張力控制中采用氣缸（低摩擦氣缸）控制擺輥式張力控制形式能很好地保證無溶劑復合設備在加速、減速過程中的張力穩(wěn)定，將張力波動引起的薄膜拉伸及松弛現(xiàn)象降到最低程度。如果第一放卷張力、第二放卷張力、通道張力采用軸承式張力傳感器的控制形式，則要求第一放卷單元電機、第二放卷單元電機、涂布電機、復合電機的轉(zhuǎn)速完全同步，才能保證加減速時張力的穩(wěn)定。

另外，導輥轉(zhuǎn)動靈活性是保證無溶劑復合設備加減速過程中張力穩(wěn)定的重要因素。正常情況下，導輥的轉(zhuǎn)動只有同步于薄膜的移動，才不會將薄膜表面的油墨刮花。這就要求薄膜與導輥表面的靜摩擦力大于導輥轉(zhuǎn)動的阻力，所以導輥必須轉(zhuǎn)動靈活，可以選擇重量輕、低摩擦軸承、裝配精度高的導輥。判斷導輥是否轉(zhuǎn)動靈活的方法是，可用手輕輕撥動導輥，觀察其停止轉(zhuǎn)動所需時間，一般要求不低于15秒。

無溶劑復合設備的放卷張力及通道張力均是恒張力要求，收卷張力控制體系主要包括收卷張力、收卷方式和錐度。其中，收卷方式有直線收卷、雙曲線收卷和拋物線收卷3種。

無溶劑膠黏劑的特點是100%固含量、低黏度以及初黏力較低，如果復合內(nèi)層膜是易拉伸薄膜（如PE膜或CPP膜等）時，盡量使用雙曲線收卷方式進行收卷，收大卷時，卷徑內(nèi)部收卷較松，復合膜不會產(chǎn)生褶皺；卷徑表面收卷較緊，表層不會出現(xiàn)氣泡。

另外，收卷壓力也可起到輔助收卷的作用，將薄膜間的空氣排出（有的兼有消除靜電作用），可增加收卷緊度及整齊度。

收放卷張力控制機構(gòu)的設計

早期的無溶劑復合設備采用錐頂式收放卷，雖然裝料及卸料較為方便，但也存在料卷同心度差的缺點，這直接與紙芯端面的平整度、紙芯的同心度有關(guān)。軟包裝企業(yè)所用紙芯基本都要重復多次使用，而且需要根據(jù)長度進行自行切割，很難保證紙芯端面的平整度及紙芯的同心度，使用這樣的紙芯在放卷時必然存在張力擾動，時緊時松，當采用軸承式張力傳感器放卷時實際張力波動更明顯，這也是目前無溶劑復合設備放卷機構(gòu)采用氣缸控制擺輥式張力控制形式的主要原因之一。

若采用氣動錐頂收放卷方式，當紙芯端面不齊時，放卷張力就會出現(xiàn)時大時小的情況，收卷后如果再自然放卷時就不能保證同心度；紙芯一旦發(fā)生變形（不同心） ，料卷裝上后也不能保證收放卷張力的穩(wěn)定。此外，施加的錐頂力也會破壞紙芯端面的平整度，重復利用紙芯時很難保證收放卷同心度。如果收卷時料卷表面不同心，則收卷壓輥便會上下跳動，在收卷壓輥上跳的過程中收卷膜表面無收卷壓力作用，而在收卷壓輥下跳時就會有較大的壓力壓在收卷薄膜表面，而且收卷壓輥的加壓呈現(xiàn)周期性振動，極易將收卷復合膜壓皺（橫向皺紋），從而在固化成型后產(chǎn)生大量不合格品。

因此，應采用氣漲軸收放卷方式，一方面可避免紙芯端面不齊對收卷同心度的影響；另一方面可將略有變形的紙芯撐圓，從而最大程度提高收卷同心度，這對于提高復合膜質(zhì)量也非常關(guān)鍵。