配合吹膜和流延膜的新一代收膜機以更高的速度和更小的張力卷繞出更大、更好的膜卷。卷膜機的運行速度如此之快，因而可以推動薄膜生產線發(fā)揮其全部的生產潛力。
在過去的3～5年里，流延膜和吹膜生產線的收膜機取得了巨大的進展，可以以更高的速度和更小的張力將更薄、更寬的薄膜卷繞成直徑更大、質量更好的膜卷。這不是單一技術成果，而是從20世紀90年代中期開始的好幾項技術開發(fā)成果的結晶。這些技術包括：測力計張力控制AC通量-矢量驅動和DC驅動。
新一代收膜機
Macro工程技術公司（Macro Engineering & Technology）1990年在一條以3500英尺/分鐘卷繞銅版紙的試驗性擠出涂覆線上試用了該公司的第一個通量-矢量驅動卷繞機，由于紙和無紡布不延展、多孔，不集氣，因此紙張可以以8000英尺/分鐘的速度卷繞，無紡布可以以4500英尺/分鐘的速度卷繞。
第一臺由觸屏PLC控制的AC通量-矢量驅動的塑料薄膜卷繞機是Battenfeld Gloucester公司于1991年設計的型號為1011的小型轉塔式中心收膜機，用于卷繞三層膜。Black Clawson公司和Reinhold公司均于1996年推出了應用在塑料薄膜卷繞機上的第一個AC矢量驅動和PLC控制器。截止到5年前，大部分收膜機制造商開始使用AC驅動和PLC控制制造部分型號的收膜機。截止到2年前，基本上所有的制造商和所有的型號都轉向了這些技術。
AC驅動的最大優(yōu)勢不是速度，而是低維護。DC驅動使用電刷，時常需要更換，并且只能在使用外部空氣冷卻時才能在低速下運行。AC驅動沒有電刷，不需要冷卻，更精確并且速度范圍更廣。近來，AC伺服驅動機構逐漸代替了AC矢量驅動機構，以獲得更加精確的速度和位置控制。
DC驅動機構的速度和扭矩不是線性的，當速度低于10%時，根本沒有扭矩。然而AC電機（矢量和伺服）從零轉速到最大轉速時都有線性扭矩。也就是說，DC驅動的可用速度范圍大約為80:1；而AC矢量或伺服驅動的可用速度范圍為2000:1。
中心傳動的收膜機從軸芯處開始卷繞時軸的轉速高，隨著膜卷增大轉速逐漸遞減至最低以保持膜卷表面速度的恒定。轉速以至少10:1的比例遞減，大直徑膜卷的遞減比例可能為25:1。Black Clawson公司稱，60英寸直徑的巨型卷和薄型、彈性材料的膜卷甚至需要100:1的張力遞減。
用上述比例乘以線速度的范圍（極薄型膜的線速度為450英尺/分鐘，極厚型膜的線速度為30英尺/分鐘，范圍是15:1），那么一臺收膜機卷繞各種類型產品所需要的速度范圍是1500:1。
今天，流延膜的最高可行卷繞速度是2500英尺/分鐘（彈性膜）和2000英尺/分鐘（BOPP），而幾年前兩者的卷繞速度只是1500-1700英尺/分鐘以上，如今流延膜卷膜線不再受到收膜機的限制。
在印刷、涂敷和層壓等二次加工過程中，膜的卷繞速度甚至更快。例如，Davis-Standard公司的一臺Meridian收膜機以2500英尺/分鐘的速度卷繞涂敷/層壓、金屬化膜和BOPP快餐食品包裝膜。Keller說：“因為需要排出卷繞時夾入的空氣，所以這可能是走膜的最快速度?！?BR>
新一代收膜機還可以在低線速度下保持前所未有的低張力，這對于預拉伸彈性膜的軟、薄卷筒和吹膜來說非常有利。吹膜本身就比流延膜薄，因此需要疏松地卷繞才能做成平展的膜卷。如果彈性膜卷繞得過緊，薄的地方會更薄，而厚的地方會隆起。薄型膜的厚度偏差比較小，但是膜卷疊壘了許多層膜，結果整個膜卷的總偏差就會很大。因此吹膜的典型卷繞速度是300-350英尺/分鐘，薄型或定向膜的最高卷繞速度是500-600英尺/分鐘。HDPE吹膜可以以最高1000英尺/分鐘的速度卷繞。
更快的卷繞速度和更好的張力控制正在“改變著規(guī)則，”Macro工程技術公司的總裁Mirek Planeta先生說，“為此我們正在翻新全球多條生產線上的收膜機。”老式的收膜機用新的驅動電機、電子元件和測力計，以一臺全新收膜機的三分之二的成本重新翻造。
新型高速收膜機使用與過去的型號不同的輥輪結構。例如，Davis-Standard公司的卷繞最大直徑57英寸膜卷的2300型流延膜收膜機現(xiàn)在只有三個托輥，過去是五個。Hosokawa Alpine American公司的最新中心收膜機使用較多的S型結構，更換掉了壓輥的從動輥。現(xiàn)在所有的制造商都使用質輕、鋼硬和高速下偏差小的碳纖托輥。
高速加工線上的巨型膜卷變得越來越大，越來越重。德國布魯克納機械制造公司（Br焎kner） 宣布制造出了世界上最大的收膜機，可以卷繞10米寬的PP卷筒和直徑60英寸、重26000磅的膜卷。自1997年至今，Br焎kner制造了四臺這樣的龐然大物。
Battenfeld Gloucester公司的1022型表面收膜機可以卷繞直徑60英寸、重7000磅的膜卷（還設計了一臺直徑72英寸膜卷的收膜機）。Gloucester為OPP（定向PP）制造的1037型流延膜收膜機可以支撐10000磅重的膜卷，而一種支撐12000磅重膜卷的型號正在制造之中。
力求零張力
精確測力計和新型輥輪結構大大降低了卷繞張力。Black Clawson使用伺服驅動和特殊的壓膜輪將90英寸卷筒的張力保持在2磅之低，或0.02普利（磅/英寸）。Windmoeller & Hoelscher公司的壓膜輪被平衡至零重量，并且使用伺服電機為100英寸的卷筒施加僅4磅的張力（0.04普利）。張力的分布從最初的10磅遞減至整個膜卷周緣的2磅或4磅。
Black Clawson的產品經理Robert Moeller說，該公司正在為特種薄膜開發(fā)一種“零張力”收膜機，通過檢測薄膜表面來保持一定的垂度。
低張力的優(yōu)化控制改進了PP流延膜的膜卷質量。由于PP流延膜在卷繞后會隨著48小時或48小時以上的結晶化而收縮，因此它是一種很難卷繞的產品。如果膜卷沒有收縮需要的足夠的空氣，膜卷會變硬，并可能壓碎軸芯。W&H`s Reinhold Div.經理Gerd Kasselmann解釋說，低張力的中心/表面卷繞可以在膜層之間夾入一定控制量的空氣。
聚乙烯的收縮沒有PP高，可以卷繞得緊一些，不必加入空氣。聚乙烯膜卷應當軸芯處卷得緊，外側卷得松，因為張力在軸芯處逐漸松弛，但是在膜卷直徑的最外20英寸處需保持繃緊。
為了在吹膜卷繞機上進行低張力控制，Addex公司去年開發(fā)出一種稱為Superwind的高終表面/間隙收膜機。這種收膜機有一組13臺AC伺服電機，帶直接扭矩控制——每個卷繞站6臺，剩下的一臺用于輸入壓輥。每個卷繞軸的一端使用大電機，另一端使用小電機進行軸的傳動。鼓輪后托輥兩端的、用光纖電纜連接的測力計監(jiān)測實際張力。Superwind根據(jù)所有驅動機構傳遞來的扭矩數(shù)據(jù)控制張力，僅使用測力計調準和校驗張力。
Addex的總裁Rick von Kraus說，這套系統(tǒng)可以提供更加精確的張力控制，其精確度在2%～3%之內，而僅依靠測力計進行張力控制的精確度是10%～15%。他說，只有不發(fā)生滑移時，測力計才能準確地控制電機的速度。如果一個張力區(qū)域發(fā)生滑移，它會影響下一個動作，產生扯動。
Reifenhauser公司的高速UFA Ⅲ收膜機采用了Rockwell自動化公司（Rockwell Automation）的Control Logix PLC，通過電機的傳感器數(shù)據(jù)和一根現(xiàn)場總線連接的3-7個從動輥控制張力。張力通過高速測力計發(fā)出的信號測量托輥上應變片的撓曲度，然后給出與實際張力成比例的電子信號。
Reifenhauser的表面卷繞機使用軸的伺服傳動機構在接觸鼓輪上產生機械壓，而不是使用氣壓或液壓。這種伺服壓力可以低至50N（11.25磅），從而能夠以壓力方式而不是間隙方式卷繞粘性的薄膜。UFA Ⅲ型收膜機可以卷繞直徑59英寸的膜卷。
幾年前，Kiefel公司收購了瑞士Wintech Winding Technology公司和德國Christian Maier GmbH公司的收膜機業(yè)務。Kiefel將兩條生產線合并為Kirion。Kirion W-M（Wintech Multi-purpose）多功能表面/中心/間隙收膜機可以在卷繞極薄的薄膜時，將張力控制到40N（9磅）。其專利CLP2（恒定壓膜壓力）控制和獨特的“抗彎曲”碳纖輥可以防止空氣的滯留。
更大、更好、更快
制造吹膜和流延膜轉塔式收膜機的Alpha Marathon公司，近期推出了一種卷繞帶橫褶薄膜的高速復卷機，可以以1200英尺/分鐘的速度卷繞，每隔20秒進行輥輪的全自動切換。
Black Clawson正在為聚酯膜和OPP膜的自動切換開發(fā)一種新“砧座”，用一把伺服驅動的切刀在背輥上沖壓，據(jù)稱，鈍刃在背輥上的沖壓可以切斷脆性聚酯膜而不發(fā)生碎裂。伺服驅動加速砧座支架，使其與薄膜同速移動。
Davis-Standard在其創(chuàng)記錄的Meridian收膜機的EPIC控制系統(tǒng)內安裝了高速攝像機，幫助優(yōu)化卷筒的高速移動。該型號如今以2500英尺/分鐘的速度實現(xiàn)切換和拼接。
Battenfeld Gloucester公司的1002 DS（雙軸）型收膜機在最高2000英尺/分鐘的速度下卷繞彈性流延膜，可以生產八個20英寸寬的膜卷或者六個30英寸寬的膜卷。Gloucester還為共擠出彈性吹膜提供一種高速雙轉塔式收膜機，使用首次工業(yè)化的MDO單元。定向前，0.8-1密耳厚度的薄膜以225英尺/分鐘的速度運行。定向后，厚度僅有0.25-0.35密耳、長度增長4倍的薄膜以900英尺/分鐘的速度卷繞。
Alpine制造表面和表面/中心/間隙收膜機，并且正在制造它的第一臺具有反向卷繞功能的間隙收膜機，其最高卷繞速度將達1000英尺/分鐘。
Macro Engineering為直徑達60英寸、速度超過2000英尺/分鐘的BOPP制造轉塔式中心收膜機。而大多數(shù)轉塔式收膜機的速度只有700-800英尺/分鐘。Macro的最新Automax C(中心)和S（表面）收膜機使用一種特殊的伺服驅動壓輥施加非常輕的作用力——僅僅夠排出空氣，這種線性（而不是樞軸式）壓輥在兩端有支撐，與卷繞輥的軸線保持平行。張力和壓力控制通過觸屏進行編程。
奧地利的SML擠出技術公司（SML Extrusion Technology）開發(fā)出了Winder 2000，一種臥式滑動收膜機，可以將膜卷切成一字排列的16個小卷筒，不產生任何廢料。據(jù)說，卷繞薄型透氣膜時，張力可以保持0.05普利之低。它可以在3英寸的軸芯上卷繞外徑10英寸的彈性PE膜，在6英寸的軸芯上卷繞外徑40英寸的PP流延膜。
意大利的Tecno Coating Engineering SrL公司最近開發(fā)了一種運行速度為1600英尺/分鐘、卷繞彈性流延膜的高速轉塔式收膜機。該機可以直接高速卷繞彈性膜卷筒。通常各個彈性膜膜卷是截斷的，然后在二次操作中重新卷繞。Tecno在卷繞輥上使用AC矢量驅動，在其它從動輥上使用AC伺服驅動控制張力。
從今年開始，Reinhold將為W&H公司制造表面和間隙收膜機，并且將首次在表面收膜機上采用鼓輪內切刀的切換設計，使表面收膜機可以方便地反轉方向——這是中心收膜機的典型優(yōu)勢之一。
Reinhold的專利切斷鼓輪已經在W&H的全伺服Filmatic R中心收膜機上應用了。切刀進行直角切斷，然后將切邊移到一個新軸芯上而不發(fā)生折疊。因此從一開始就能夠以中心卷繞的方式收膜，而不必在切換后先以表面卷繞的方式進行。W&H最近優(yōu)化了一種正弦波型切刀，可以在20毫秒內截斷膜卷。
收膜機的基本類型
收膜機主要有有三種基本類型：中心式、表面式和間隙式，各種類型之間互相重疊。中心收膜機在卷繞軸上有一臺大型驅動電機，可以方便地反向卷繞共擠出膜或精致膜，任意一端伸進或伸出。在北美，中心收膜機大多數(shù)是轉塔式，有一個儲料槽，兩根固定軸180o分開，當儲料槽旋轉卸載完成的膜卷、放入空軸芯時，兩根軸可以互換位置。相對固定的軸間位置將卷膜的直徑限制在30-40英寸，切換時會產生廢膜（俗稱轉塔廢料）。
在歐洲，軌道中心收膜機比轉塔式中心收膜機的應用廣泛。軌道中心收膜機的運行速度更快，膜卷的直徑更大，但是由于所有的卷繞扭矩都是從中心施加，因此直徑仍然受到限制。軌道收膜機有兩根甚至三根軸，在一個環(huán)行軌道上各自獨立地運行。切換時的廢料少，因為切換時新軸芯可以放在已完成膜卷的旁邊。臥式中心收膜機將已完成的膜卷直接從機器上卸載下來，然后手動或者用吊車將空軸芯裝載上去。
表面或者接觸收膜機是最便宜的收膜機類型。在接觸鼓輪或卷繞鼓輪上使用一臺小型驅動電機，通過表面摩擦力將薄膜卷繞在自由轉動的軸芯上。Black Clawson公司的卷繞系統(tǒng)經理Duane Smith先生說：“同中心收膜機相比，其優(yōu)點是卷筒的張力不是通過已經在軸芯上卷繞的薄膜層施加的扭矩給予的，其缺點是空氣不能在需要時被夾入膜卷內?！?BR>
表面卷繞和中心卷繞可以結合起來，在卷繞軸上增加一臺驅動電機，幫助卷繞滑溜的薄膜。方法是在膜卷的外側施予張力，同時在內側施加扭矩。
表面收膜機無法測量已卷繞上的薄膜的卷繞張力，只能測量在膜卷上施加的輥壓力和摩擦旋轉力之和。表面卷繞必須考慮薄膜的軟度、硬度和粘滑性，以及接觸鼓輪的表面硬度。表面收膜機可以輕松地卷繞直徑60英寸的膜卷。有幾家公司通過使用轉臺制造雙向表面收膜機。
間隙收膜機在壓輥和卷繞輥之間有一個0.25英寸的空氣間隙。在間隙模式下，接觸輥不接觸卷繞輥；而在表面模式下，接觸輥接觸卷繞輥。間隙收膜機可以通過夾入空氣卷繞疏松的膜卷，因此適合卷繞粘性或者不均勻的薄膜。間隙收膜機通常用于張力高、速度低于800英尺/分鐘的窄卷筒。
中心/表面收膜機在接觸輥和卷繞輥上都有驅動電機，并且應用了所有三種卷繞原理：卷筒張力，輥壓壓力和驅動扭矩。測力計的反饋信號通過表面驅動保持卷筒張力。中心扭矩提供膜卷的硬度。
信息來源：pack.cn
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