干式復(fù)合張力的影響因素與控制措施

陳寶昆

復(fù)合工藝是復(fù)合膜生產(chǎn)中必須經(jīng)歷的一道工序，目前占據(jù)市場較大份額的兩大工藝為干式復(fù)合和無溶劑復(fù)合。其中，干式復(fù)合工藝的復(fù)合速度較快，所制復(fù)合膜包裝的復(fù)合牢度較高，且適宜的基材范圍較廣。在干式復(fù)合過程中，張力設(shè)定是影響復(fù)合質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。張力控制參數(shù)的設(shè)定是否合理，不僅會對干式復(fù)合生產(chǎn)的穩(wěn)定性造成直接影響，還會影響分切、制袋等后道工序。筆者在軟包裝干式復(fù)合生產(chǎn)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，下面通過介紹干式復(fù)合張力的類型和張力控制的影響因素，對干式復(fù)合張力的正確控制進(jìn)行分析。

干式復(fù)合張力的分類

干式復(fù)合過程中，基材受到的張力一般與運(yùn)行方向一致，通常情況下分為四種。

1.第一放卷張力

第一放卷張力是第一放卷軸與涂布輥之間的張力，由電機(jī)、張力傳感器、浮動(dòng)輥、電氣控制系統(tǒng)等組成，實(shí)現(xiàn)基材的恒定張力控制。

2.第二放卷張力

第二放卷張力是第二放卷軸與復(fù)合輥之間的張力，其組成與第一放卷張力相同。

3.涂布張力

涂布張力通過涂布輥和復(fù)合輥之間的速度差產(chǎn)生。一般情況下，復(fù)合輥的速度比涂布輥的速度快0.05%～0.10%。

4.收卷張力

收卷張力是收卷軸與復(fù)合輥之間的張力，由離合器對卷芯施加卷曲扭矩，通過卷層間的摩擦傳導(dǎo)，在復(fù)合膜的最外層施加張力，收卷時(shí)一般采用錐度張力。

干式復(fù)合張力控制的影響因素

1.基材的規(guī)格質(zhì)量

不同類型的基材，厚度和表面均勻度不同，在干式復(fù)合過程中需要的張力自然也不同，通常情況下，較厚基材所需張力較大。而對于同種基材，當(dāng)表面均勻度不同時(shí)，所需張力也不同，因?yàn)榛谋砻娌痪鶆蚓蜁?dǎo)致厚度不一致，從而使輥間壓力出現(xiàn)波動(dòng)，影響張力控制。

此外，當(dāng)料卷的復(fù)合寬度和重量發(fā)生變化時(shí)，所需張力也會隨之發(fā)生變化。一般情況下，料卷的復(fù)合寬度越寬、重量越重，所需張力越大。一些常用基材的單位張力（單位張力即材料單位寬度所受的張力）如表1所示。

2.料卷卷徑的變化

隨著干式復(fù)合生產(chǎn)的進(jìn)行，料卷卷徑會逐漸變小，根據(jù)公式M=F×R（其中，M為料卷轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，F(xiàn)為基材所受張力，R為料卷卷徑）可知，張力與料卷卷徑為反比例關(guān)系，即隨著干式復(fù)合生產(chǎn)的進(jìn)行，基材所需壓力逐漸變大。

3.溫濕度的變化

生產(chǎn)環(huán)境和儲存環(huán)境的溫濕度變化是影響材料物理性能的主要因素。高溫高濕環(huán)境中，基材會變軟，抗拉強(qiáng)度變小，伸縮率變大；相反，低溫低濕環(huán)境中，基材會相應(yīng)變硬、變脆，干式復(fù)合過程所需張力也會變大。通常情況下，夏季時(shí)干式復(fù)合生產(chǎn)所需張力比冬季時(shí)小。

4.導(dǎo)輥的平行度和平穩(wěn)度

為保證干式復(fù)合時(shí)薄膜基材的平整性，各導(dǎo)輥必須互相平行，而且導(dǎo)輥運(yùn)行的平穩(wěn)度也會對張力控制造成直接影響，因?yàn)榛慕佑|面越粗糙，所需張力越大，因此導(dǎo)輥運(yùn)行中保持良好的平穩(wěn)度有利于張力控制。因此，在定期檢修干式復(fù)合設(shè)備時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對導(dǎo)輥的檢查力度，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)解決，以免影響正常的干式復(fù)合生產(chǎn)。

5.干式復(fù)合速度的變化

干式復(fù)合速度變化是產(chǎn)生張力變化的重要原因之一.干式復(fù)合設(shè)備的啟動(dòng)、停止、增/減速等過程都會伴隨張力的變化。因此，干式復(fù)合速度的緩慢變化有利于各部分張力的控制。

除上述影響因素外，干式復(fù)合設(shè)備的機(jī)械性能、控制系統(tǒng)的特點(diǎn)等也會影響張力控制。

干式復(fù)合張力的控制

1.張力初始值設(shè)定

張力初始值設(shè)定是干式復(fù)合工序的必要工作，操作人員應(yīng)在放卷之前設(shè)定完畢。張力初始值應(yīng)根據(jù)基材的特性（厚度、表面張力、抗拉強(qiáng)度、硬度等）以及料卷的規(guī)格和重量來設(shè)定。一般情況下，抗拉強(qiáng)度和硬度較大的基材（如BOPET薄膜、PA薄膜等），需要設(shè)定的初始張力相對較大，而抗拉強(qiáng)度較小、伸縮率較大的基材（如BOPP薄膜、PP薄膜、PE薄膜等），需要設(shè)定的初始張力就相應(yīng)小一些；料卷越寬、越重，張力初始值越大。

2.放卷張力控制

放卷張力控制分為兩段，第一段是第一放卷軸與涂布輥之間的張力控制，第二段是第二放卷軸與復(fù)合輥之間的張力控制。放卷時(shí)均采用恒張力放卷，因此隨著卷徑的減小，張力要保持基本恒定。此外，因?yàn)檫@兩段的距離比較短，所以設(shè)定的張力初始值要小一些。值得注意的是，料卷越重，放卷張力越大；料卷卷徑相同時(shí)，料卷越寬，放卷張力越大。

3.涂布張力控制

在干式復(fù)合生產(chǎn)中，通過調(diào)節(jié)電流輸出來改變復(fù)合輥與涂布輥的速度差，以達(dá)到調(diào)節(jié)中間干燥部分張力（即涂布張力）的目的。涂布張力除了受速度差影響外，還與基材的延伸率、厚度，干式復(fù)合設(shè)備的干燥溫度、干燥區(qū)的長度、生產(chǎn)速度等因素有關(guān)。

薄膜的延伸率越大，在張力作用下越容易發(fā)生變形，如果基材的厚度不均勻，復(fù)合輥和涂布輥的壓力就會發(fā)生波動(dòng)，從而造成復(fù)合速度的異常變化，也會對張力控制造成影響。如果涂布張力太小或者沒有張力，即涂布輥的速度大于或等于復(fù)合輥的速度，就會影響膠黏劑的涂布效果，復(fù)合膜就會出現(xiàn)褶皺，甚至造成膜堆積現(xiàn)象。但涂布張力也不能過大，因?yàn)槭芨稍餃囟鹊挠绊?，張力太大會使薄膜在受熱狀態(tài)下發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的拉伸變形，甚至出現(xiàn)縱向“皺紋”，最終造成復(fù)合膜的大量報(bào)廢。

所以，應(yīng)重視涂布單元張力的匹配。張力是否匹配主要體現(xiàn)在各層基材的張力控制是否協(xié)調(diào)、張力設(shè)定是否合適、干式復(fù)合后薄膜的回縮程度是否一致。除紙張和鋁箔外，大部分基材在張力作用下都會產(chǎn)生一定的形變和回彈，尤其是經(jīng)過高溫干燥后。以我公司某批次生產(chǎn)的PE/Al/PET復(fù)合膜（其性能參數(shù)如表2所示）為例，干式復(fù)合后，PE/Al/ PET復(fù)合膜的邊緣部分和中部出現(xiàn)蚯蚓狀的脫層，這就是比較典型的“隧道”現(xiàn)象（如圖1所示）。經(jīng)分析，這是因?yàn)镻ET薄膜的抗拉強(qiáng)度較小，在涂布張力過大的情況下，其受熱后極易發(fā)生拉伸變形，而鋁箔的抗拉強(qiáng)度較大，其延伸率比PET薄膜小，二者的回彈程度不一致，因此鋁箔受熱凸起，形成橫向皺紋。而進(jìn)行第二道復(fù)合工序時(shí)，因放卷張力過大，PE薄膜經(jīng)拉伸后在低溫冷卻下發(fā)生收縮，尤其在膠黏劑未完全交聯(lián)固化的情況下，基膜間會發(fā)生相對滑動(dòng)，從而造成起皺、“隧道”、分層剝離等問題。因此，在干式復(fù)合過程中，應(yīng)針對不同基材的特質(zhì)適當(dāng)調(diào)整電流輸出，改變速度差，從而得到一個(gè)合適的涂布張力值。

4.收卷張力控制

收卷張力控制的目的是使已完成復(fù)合的料卷達(dá)到最好的收卷狀態(tài)。收卷張力控制有恒張力控制、恒力矩張力控制和錐度張力控制這三種形式，三者特點(diǎn)如下。

（1）恒張力控制。恒張力控制的適應(yīng)范圍較窄，為防止收卷時(shí)出現(xiàn)偏卷、偏心、硬卷等現(xiàn)象，該方式只適用于卷徑較小的料卷。

（2）恒力矩張力控制。恒力矩張力控制的應(yīng)用不是特別普遍，因?yàn)榱暇淼木韽皆酱蟆⒃街?，收卷張力就越大，此時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩也很大。所以恒力矩張力控制只適應(yīng)于中等卷徑料卷，以及基材延伸率較大的干式復(fù)合生產(chǎn)。

（3）錐度張力控制。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用錐度張力控制是完成良好收卷的最佳選擇。錐度是收卷時(shí)收卷張力隨卷徑的增大而減小的衰減率，有直線錐度和曲線錐度之分。直線錐度是指收卷張力隨卷徑的增大而線性減?。磺€錐度是在一種相對理想化的狀態(tài)下設(shè)定的張力變化曲線。錐度可根據(jù)不同材質(zhì)、不同厚度、不同軟硬的基材來做出相應(yīng)調(diào)整。通常情況下，厚、硬基材的錐度值小，軟基材的錐度值大。

收卷張力控制還要做到大小適宜。通常情況下，復(fù)合膜在收卷前要充分冷卻，使復(fù)合膜完好定形的同時(shí)增加膠黏劑的內(nèi)聚力。如果復(fù)合膜冷卻不完全，就會出現(xiàn)收卷太松或者料卷松散現(xiàn)象，基膜會因?yàn)槟z黏劑未充分交聯(lián)固化、內(nèi)聚力小而發(fā)生相對滑動(dòng)，此時(shí)應(yīng)加大收卷張力，使膜卷收緊。但值得注意的是，收卷張力不應(yīng)過分加大，否則料卷會因內(nèi)松外緊而出現(xiàn)弧線偏卷或內(nèi)層出現(xiàn)褶皺，不但影響外觀，還會影響復(fù)合膜的使用。

干式復(fù)合機(jī)的張力控制對復(fù)合膜的性能有著重要影響，是值得深入研究和探討的問題。而干式復(fù)合機(jī)張力控制的關(guān)鍵在于充分考慮基材的性能、膠黏劑的特點(diǎn)以及環(huán)境條件等因素的相互協(xié)調(diào)。此外，操作人員在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)敢于嘗試和不斷總結(jié)，才能得到可靠的、精確的控制方法，從而更好地控制張力，獲得質(zhì)量高、性能好、外觀平整的復(fù)合膜。