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薄膜卷取专题(上)

在过去三到五年里，流延膜和吹塑膜的卷取机已经有了很大的变化。它们现在能以更高的速度和更小的张力，卷绕直径更大和质量更佳的卷筒，而所卷绕的薄膜也更薄、更有弹性。这不是一个成果所能产生的，而是很多。从90年代中期开始，负载单元张力控制器、张力渐小功能和交流通量-矢量驱动开始了取代浮动辊张力控制和直流驱动。

美国Macro Engineering公司在1990年为一条实验性挤出涂层生产线提供了它首台通量-矢量驱动，这条生产线以3500ft/min的速度卷绕涂层纸。纸的卷绕速度能达8000ft/min，非织品达4500ft/min，因为它们无弹性、多孔渗水，且不会挡住气体。

第一个带交流通量-矢量驱动、由触屏式可编程逻辑控制器（PLC）进行控制用电桥原理测试电缆故障距离的塑膜卷取机是Battenfeld Gloucester公司于1991年推出的1011小型塔式中央卷取机，是专门针对三层吹塑膜的。Black Clawson 和Reinhold两家公司于1996年推出了他们第一台交流矢量驱动和P制冷剂LC控制器，用于塑膜卷取机上。五年前，多数卷取机制造商还正在生产带交流驱动和PLC的一些机型。而两年前，实际上所有的品牌和所有的机型已经转为使用这些技术了。

交流驱动的最大优点不是速度，而是低保养。直流驱动有电刷，必须更换，当只有外部空气冷却时会以较低速运行。交流驱动没有电刷，不需要冷却，更加精确，速度范围也更广。最近以来，交流伺服驱动已经被用于取代交流矢量型式的驱动，提供更为精确的速度和位置控制。

直流驱动的速度和转矩都不是线性的。而另外一方面，矢量和伺服型式的交流马达具有从零到最大速度的绝对线性转矩发展变化。这意味着直流驱动有着约80:1的速度范围可利用，而交流矢量或伺服驱动有着2000:1的速度范围。

为什么这样的速度范围是必需的呢？中央驱动卷绕开始时的卷绕轴转速高，而当卷筒形成时，速度极低，这样就保持了稳定的卷筒表面速度。速度渐小率至少为10:1，而较大直径的可能会为25:1。Black 减少和消除塑料包装材料对生态环境的污染和影响；Clawson公司称，直径大至60in和材料极薄且有弹性的卷筒可能需要大至100:1的张力递减率。

今天流延膜卷取的实际最高速度大概是：拉伸膜为2500ft/min，BOPP膜为2000ft/min，而几年前两者均在1500 -1700ft/min之间。Davis-Standard公司涂层及薄膜销售总监Ricky Keller称:：“现在的流延膜生产线不再被卷取机所限制了。”

薄膜卷取在二级加工中运转得更快了，如印刷、涂层和贴层。例如，Davis-Standard公司出品的Meridian卷取机据称能以2500ft/min的速度来处理涂层或贴层膜、镀金属薄膜和BOPP快餐包装物。Keller称：“因为在卷绕时需要排出气体，Meridian卷取机运转的速度可以和膜运行的速度差不多快。”

新一代卷取机也能在较低的生产线速度下保持比以前较低的张力，这对于预拉伸膜和吹塑膜等软又薄的卷筒来说是一个好事情。吹塑膜的均匀度比流延膜本来就差点，所以它需要被卷绕得较松，以做成平整的卷筒。如果拉伸膜被卷绕得太紧，那么薄的地方会变得更薄，厚的地方会起皱。对于较薄膜来说，厚度变化会小点，但一个卷筒会积聚很多层，所以厚度变化对卷筒质量的总作用会大点。吹塑膜的卷取速度一般为ft/min，而拉伸薄膜为ft/min。HDPE吹塑膜可以1000ft/min的速度被卷取。

更高的卷绕速度和更好的张力控制正在改变着常规。Macro Engineering公司总裁Mirek Planeta说：“我们正在为全球大量的生产线改造卷取机。”老式卷取机正被装上新型驱动马达、电子元件、负载单元，成本是一整台新卷取机的三分之二。

新型高速卷取机利用和以前款式不同的辊子结构。例如，Davis-Standard的2300型流延膜卷取机用于直径57in的卷筒，它只有三个备用辊，而以前为五个。今天所有的制造商利用碳纤材料的备用辊，实现了轻质、坚硬和高速下的较少振动。

在高速加工生产线中应用的巨型辊子变得越来越大和越来越重了。德国布鲁克纳（Brueckner）公司宣称已经造出了世界最大卷取机，以处理10米宽的PP卷筒和直径60in重达26,000磅的卷筒。从1997年至今，布鲁克纳已经建造了四台这样的庞然大物。

而量程分档是指实验机的1个对部特性参数

Battenfeld Gloucester的1022型表面卷取机能处理直径60in重达7000磅的辊子。（也有一种专门用于72in辊子的机型）。Gloucester的OPP流延膜卷取机1037机型支持10,000磅的辊子，并且还在建造用于12,0直键开关00磅辊子的机型。

测试精度高、实现实验了进程自动化 追求零张力高精度负载单元和较新的辊子构造使卷绕张力小得多了。Black Clawson公司利用伺服驱动，把90in卷筒的张力保持在2磅之低，或是0.02pli（(lb/in)。Windmoeller Hoelscher公司利用伺服马达，把100in卷筒的张力保持在4磅(0.04pli)之低。张力可以由10磅开始，到一装满卷筒的外围就逐渐减少到2或4磅。

Black Clawson公司正在针量器量具对特殊膜发展一种“零张力”的卷取机。该公司产品经理Robert Moeller指出，此机感应膜表面，保持一定低垂度。

较好的低张力控制器改善流延PP膜的卷筒质量，这是一种难做的产品，因为在卷取后，它会在定形48小时或更长时间内时一直收缩着。如果没有足够的气体被吹进卷筒中，容许收缩存在，卷筒就会硬化，并可能使卷芯变形。W H公司Reinhold分公司总经理Gerd Kasselmann认为，低张力的中央/表面卷绕可以吹走各层间的一定量的气体。

聚乙烯（PE）不会收缩得这么厉害，它被卷绕在较紧的筒中，不让气体进入。这些陶瓷餐具卷筒需要在筒芯处较紧，而外部较松，因为张力在筒芯处会小，但在外部仍会保持紧张。

为了控制吹塑膜的低张力，Addex公司去年开发出来了一种高端表面/间隙卷取机，名为Superwind。它有13个带有直接转矩控制的交流伺服马达。每个卷绕筒在一端有个大马达，另一端有个小马达，用于输送卷筒。在备用卷筒的每一端都有光纤线路的负载单元，控制实际的张力。根据来自所有驱动的转矩数据，Superwind卷取机控制着张力，并利用负载单元来校正和检验张力。

Addex的总裁Rick von Kraus说，这种系统提供了更为精确的张力控制。他称精度在2%至3%之间，而只由负载单元完成的张力控制的精度为10%至15%。“利用负载单元控制马达速度只在不发生打滑时才会精确。如果发生在一个张力区打滑，它就会影响下一个张力区，产生抽吸效果。”

劳芬豪舍 （Reifenhauser）的UFA III型高速卷取机集合了罗克韦尔 （Rockwell）自动化公司的Control Logixs可编程逻辑控制器（PLC），通过来自马达和三至七个驱动辊的感应数据，卷取机控制着张力。通过来自高速负载单元的信号对张力进行测量，但不是控制。负载单元测量备用辊的张力偏差，提供与实际张力成比例的电子信号。

劳芬豪舍并不利用气动或液动压力，而是利用伺服驱动在接触鼓上产生机械压力。这种伺服压力可低至50牛,有可能以压力而不是间隙模式来卷绕弹性薄膜。UFA III机型能卷绕直径59in的卷筒。

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