无溶剂复合张力控制的方式与选择

林武辉 李俊 伍秋涛

在无溶剂复合过程中，对张力控制的要求要比普通复合方式高得多，主要是因为无溶剂复合初黏力较低，操作控制难度较大，更容易出现质量问题。此外，无溶剂复合工艺中要求两层基材贴合后的收缩率要尽量一致，否则就会产生“隧道”现象，所以无溶剂复合过程中对张力控制的精度要求更高，这就对操作人员提出了一些要求，不仅要深入了解和掌握无溶剂复合张力的检测方式，还应具备稳定控制张力的操作能力。

张力控制的基本方式

无溶剂复合的张力值可通过张力检测器进行实时检测和控制，较常见有气缸控制摆辊式张力传感器和轴承式张力传感器，可根据不同场合及控制要求进行适当选择。

1.气缸控制摆辊式张力传感器

气缸控制摆辊式张力传感器的工作原理是利用电位器检测当前浮辊的位置，并与标准设定位置进行比较，如果张力出现浮动，张力传感器就会得到张力偏差信号，随后发出信号通过气缸来对浮辊位置进行适当调节，直至浮辊回到标准设定位置，即表明张力达到稳定状态。

无溶剂复合过程中，张力的变化主要与膜卷的线速度和卷径大小相关。当张力平衡时，浮辊上的拉力等于其垂直方向上的分力和气缸的推力之和，浮辊处于中间的平衡位置。但当膜卷的卷径或线速度发生变化时，就会导致浮动辊偏离平衡位置，同时带动变位器旋转，使反馈信号偏离原平衡点电压值。该信号与给定电压信号之间有偏差，传感器经过一定算法进行运算后，进而调整电机速度，使膜卷的张力恢复到标准给定值，浮辊便会回到原来的平衡位置。

可见，气缸控制摆辊式张力控制系统工作时是一个不断调整的动态过程，机械摩擦阻力对张力信号检测精度有很大影响。从以上分析可看出，减轻摆辊装置的自重、减小机械摩擦阻力是提高张力信号检测精度的关键。

2.轴承式张力传感器

轴承式张力传感器是通过高精度差动变压器检测出由负载造成的弹簧片形变量，差动变压器将这种形变量转换为与之成比例的电信号并反馈给控制器，通过改变电机转速来保持张力的稳定。

张力控制系统的应用及收卷张力方式的选择

单工位无溶剂复合设备的张力一般分为四段，即第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力和收卷张力。在卷径和生产速度的变化过程中，无溶剂复合张力有恒张力要求，在保证复合质量的基础上，对提高收卷质量也具有极其重要的作用。

单工位无溶剂复合设备由于存在频繁开机、停机、加速、减速等操作，因此保证张力的稳定和收卷的整齐度至关重要。

浮辊具有吸收动能的作用，在张力要求恒定的第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力控制中采用气缸（低摩擦气缸）控制摆辊式张力控制形式能很好地保证无溶剂复合设备在加速、减速过程中的张力稳定，将张力波动引起的薄膜拉伸及松弛现象降到最低程度。如果第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力采用轴承式张力传感器的控制形式，则要求第一放卷单元电机、第二放卷单元电机、涂布电机、复合电机的转速完全同步，才能保证加减速时张力的稳定。

另外，导辊转动灵活性是保证无溶剂复合设备加减速过程中张力稳定的重要因素。正常情况下，导辊的转动只有同步于薄膜的移动，才不会将薄膜表面的油墨刮花。这就要求薄膜与导辊表面的静摩擦力大于导辊转动的阻力，所以导辊必须转动灵活，可以选择重量轻、低摩擦轴承、装配精度高的导辊。判断导辊是否转动灵活的方法是，可用手轻轻拨动导辊，观察其停止转动所需时间，一般要求不低于15秒。

无溶剂复合设备的放卷张力及通道张力均是恒张力要求，收卷张力控制体系主要包括收卷张力、收卷方式和锥度。其中，收卷方式有直线收卷、双曲线收卷和抛物线收卷3种。

无溶剂胶黏剂的特点是100%固含量、低黏度以及初黏力较低，如果复合内层膜是易拉伸薄膜（如PE膜或CPP膜等）时，尽量使用双曲线收卷方式进行收卷，收大卷时，卷径内部收卷较松，复合膜不会产生褶皱；卷径表面收卷较紧，表层不会出现气泡。

另外，收卷压力也可起到辅助收卷的作用，将薄膜间的空气排出（有的兼有消除静电作用），可增加收卷紧度及整齐度。

收放卷张力控制机构的设计

早期的无溶剂复合设备采用锥顶式收放卷，虽然装料及卸料较为方便，但也存在料卷同心度差的缺点，这直接与纸芯端面的平整度、纸芯的同心度有关。软包装企业所用纸芯基本都要重复多次使用，而且需要根据长度进行自行切割，很难保证纸芯端面的平整度及纸芯的同心度，使用这样的纸芯在放卷时必然存在张力扰动，时紧时松，当采用轴承式张力传感器放卷时实际张力波动更明显，这也是目前无溶剂复合设备放卷机构采用气缸控制摆辊式张力控制形式的主要原因之一。

若采用气动锥顶收放卷方式，当纸芯端面不齐时，放卷张力就会出现时大时小的情况，收卷后如果再自然放卷时就不能保证同心度；纸芯一旦发生变形（不同心） ，料卷装上后也不能保证收放卷张力的稳定。此外，施加的锥顶力也会破坏纸芯端面的平整度，重复利用纸芯时很难保证收放卷同心度。如果收卷时料卷表面不同心，则收卷压辊便会上下跳动，在收卷压辊上跳的过程中收卷膜表面无收卷压力作用，而在收卷压辊下跳时就会有较大的压力压在收卷薄膜表面，而且收卷压辊的加压呈现周期性振动，极易将收卷复合膜压皱（横向皱纹），从而在固化成型后产生大量不合格品。

因此，应采用气涨轴收放卷方式，一方面可避免纸芯端面不齐对收卷同心度的影响；另一方面可将略有变形的纸芯撑圆，从而最大程度提高收卷同心度，这对于提高复合膜质量也非常关键。