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新一代收膜机拓展生产新天地

在过去的5年里，流延膜和吹膜生产线的收膜机取得了巨大的进展，可以以更高的速度和更小的张力将更薄、更宽的薄膜卷绕成直径更大、质量更好的膜卷。这不是单一技术成果，而是从20世纪90年代中期开始的好几项技术开发成果的结晶。这些技术包括：测力计张力控制AC通量-矢量驱动和DC驱动。

新一代收膜机

Macro工程技术公司（Macro Engineering & Technology）1990年在一条以3500英尺/分钟卷绕铜版纸的试验性挤出涂覆线上试用了该公司的第一个通量-矢量驱动卷绕机，由于纸和无纺布不延展、多孔，不集气，因此纸张可以以8000英尺/分钟的速度卷绕，无纺布可以以4500英尺/分钟的速度卷绕。

第一台由触屏PLC控制的AC通量-矢量驱动的塑料薄膜卷绕机是Battenfeld Gloucester公司于1991年设计的型号为1011的小型转塔式中心收膜机，用于卷绕三层膜。Black Clawson公司和Reinhold公司均于1996年推出了应用在塑料薄膜卷绕机上的第一个AC矢量驱动和PLC控制器。截止到5年前，大部分收膜机制造商开始使用AC驱动和PLC控制制造部分型号的收膜机。截止到2年前，基本上所有的制造商和所有的型号都转向了这些技术。

New winders with AC drives and tapered-tension control offer more accurate

web-speed control and far greater speed and tension range. (Photo: W&H)

AC驱动的最大优势不是速度，而是低维护。DC驱动使用电刷，时常需要更换，并且只能在使用外部空气冷却时才能在低速下运行。AC驱动没有电刷，不需要冷却，更精确并且速度范围更广。近来，AC伺服驱动机构逐渐代替了AC矢量驱动机构，以获得更加精确的速度和位置控制。

DC驱动机构的速度和扭矩不是线性的，当速度低于10%时，根本没有扭矩。然而AC电机（矢量和伺服）从零转速到最大转速时都有线性扭矩。也就是说，DC驱动的可用速度范围大约为80:1；而AC矢量或伺服驱动的可用速度范围为2000:1。

中心传动的收膜机从轴芯处开始卷绕时轴的转速高，随着膜卷增大转速逐渐递减至最低以保持膜卷表面速度的恒定。转速以至少10:1的比例递减，大直径膜卷的递减比例可能为25:1。Black Clawson公司称，60英寸直径的巨型卷和薄型、弹性材料的膜卷甚至需要100:1的张力递减。

Black Clawson’s cast film winders can already maintain tension as low as 0.02 pli.

Now it’s developing “zero-tension” winding for exotic webs.

用上述比例乘以线速度的范围（极薄型膜的线速度为450英尺/分钟，极厚型膜的线速度为30英尺/分钟，范围是15:1），那么一台收膜机卷绕各种类型产品所需要的速度范围是1500:1。

今天，流延膜的最高可行卷绕速度是2500英尺/分钟（弹性膜）和2000英尺/分钟（BOPP），而几年前两者的卷绕速度只是英尺/分钟以上，如今流延膜卷膜线不再受到收膜机的限制。

在印刷、涂敷和层压等二次加工过程中，膜的卷绕速度甚至更快。例如，Davis-Standard公司的一台Meridian收膜机以2500英尺/分钟的速度卷绕涂敷/层压、金属化膜和BOPP快餐食品包装膜。Keller说：“因为需要排出卷绕时夹入的空气，所以这可能是走膜的最快速度。”

新一代收膜机还可以在低线速度下保持前所未有的低张力，这对于预拉伸弹性膜的软、薄卷筒和吹膜来说非常有利。吹膜本身就比流延膜薄，因此需要疏松地卷绕才能做成平展的膜卷。如果弹性膜卷绕得过紧，薄的地方会更薄，而厚的地方会隆起。薄型膜的厚度偏差比较小，但是膜卷叠垒了许多层膜，结果整个膜卷的总偏差就会很大。因此吹膜的典型卷绕速度是英尺/分钟，薄型或定向膜的最高卷绕速度是英尺/分钟。HDPE吹膜可以以最高1000英尺/分钟的速度卷绕。

更快的卷绕速度和更好的张力控制正在“改变着规则，”Macro工程技术公司的总裁Mirek Planeta先生说，“为此我们正在翻新全球多条生产线上的收膜机。”老式的收膜机用新的驱动电机、电子元件和测力计，以一台全新收膜机的三分之二的成本重新翻造。

新型高速收膜机使用与过去的型号不同的辊轮结构。例如，Davis-Standard公司的卷绕最大直径57英寸膜卷的2300型流延膜收膜机现在只有三个托辊，过去是五个。Hosokawa Alpine American公司的最新中心收膜机使用较多的S型结构，更换掉了压辊的从动辊。现在所有的制造商都使用质轻、钢硬和高速下偏差小的碳纤托辊。

高速加工线上的巨型膜卷变得越来越大，越来越重。德国布鲁克纳机械制造公司（Br焎kner） 宣布制造出了世界上最大的收膜机，可以卷绕10米宽的PP卷筒和直径60英寸、重26000磅的膜卷。自1997年至今，Br焎kner制造了四台这样的庞然大物。

Battenfeld Gloucester公司的1022型表面收膜机可以卷绕直径60英寸、重7000磅的膜卷（还设计了一台直径72英寸膜卷的收膜机）。Gloucester为OPP（定向PP）制造的1037型流延膜收膜机可以支撑10000磅重的膜卷，而一种支撑12000磅重膜卷的型号正在制造之中。

Battenfeld Gloucester’s cast PP winder makes 48-in.-diam. “soft” rolls 6 meters wide.

It给料斗 winds a controlled amount of air into the roll to allow the film to shrink.

力求零张力

精确测力计和新型辊轮结构大大降低了卷绕张力。Black Clawson使用伺服驱动和特殊的压膜轮将90英寸卷筒的张力保持在2磅之低，或0.02普利（磅/英寸）。Windmoeller & Hoelscher公司的压膜轮被平衡至零重量，并且使用伺服电机为100英寸的卷筒施加仅4磅的张力（0.04普利）。张力的分布从最初的10磅递减至整个膜卷周缘的2磅或4磅。

Black Clawson的产品经理Robert Moeller说，该公司正在为特种薄膜开发一种“零张力”收膜机，通过检测薄膜表面来保持一定的垂度。

低张力的优化控制改进了PP流延膜的膜卷质量。由于PP流延膜在卷绕后会随着48小时或48小时以上的结晶化而收缩，因此它是一种很难卷绕的产品。如果膜卷没有收缩需要的足够的空气，膜卷会变硬，并可能压碎轴芯。W&H's Reinhold Div.经理Gerd Kasselmann解释说，低张力的中心/表面卷绕可以在膜层之间夹入一定控制量的空气。

聚乙烯的收缩没有PP高，可以卷绕得紧一些，不必加入空气。聚乙烯膜卷应当轴芯处卷得紧，外侧卷得松，因为张力在轴芯处逐渐松弛，但是在膜卷直径的最外20英寸处需保持绷紧。

为了在吹膜卷绕机上进行低张力控制，Addex公司去年开发出一种称为Superwind的高终表面/间隙收膜机。这种收膜机有一组13台AC伺服电机，带直接扭矩控制——每个卷绕站6台，剩下的一台用于输入压辊。每个卷绕轴的一端使用大电机，另一端使用小电机进行轴的传动。鼓轮后托辊两端的、用光纤电缆连接的测力计监测实际张力。Superwind根据所有驱动机构传递来的扭矩数据控制张力，仅使用测力计调准和校验张力。

Addex的总裁Rick von Kraus说，这套系统可以提供更加精确的张力控制，其精确度在2%～3%之内，而仅依靠测力计进行张力控制的精确度是10%～15%。他说，只有不发生滑移时，测力计才能准确地控制电机的速度。如果一个张力区域发生滑移，它会影响下一个动作，产生扯动。

Reifenhauser公司的高速UFA Ⅲ收膜机采用了Rockwell自动化公司（Rockwell Automation）的Control Logix PLC，通过电机的传感器数据和一根现场总线连接的个从动辊控制张力。张力通过高速测力计发出的信号测量托辊上应变片的挠曲度，然后给出与实际张力成比例的电子信号。

Reifenhauser的表面卷绕机使用轴的伺服传动机构在接触鼓轮上产生机械压，而不是使用气压或液压。这种伺服压力可以低至50N（11.25磅），从而能够以压力方式而不是间隙方式卷绕粘性的薄膜。UFA Ⅲ型收膜机可以卷绕直径59英寸的膜卷。

几年前，Kiefel公司收购了瑞士Wintech Winding Technology公司和德国Christian Maier GmbH公司的收膜机业务。Kiefel将两条生产线合并为Kirion。Kirion W-M（Wintech Multi-pur音频周边pose）多功能表面/中心/间隙收膜机可以在卷绕极薄的薄膜时，将张力控制到40N（9磅）。其专利CLP2（恒定压膜压力）控制和独特的“抗弯曲”碳纤辊可以防止空气的滞留。

Fiber-optic controls for Addex’s Superwind use load cells to monitor

tension and motor-torque sensing to control it.

更大、更好、更快

制造吹膜和流延膜转塔式收膜机的Alpha Marathon公司，近期推出了一种卷绕带横褶薄膜的高速复卷机，可以以1200英尺/分钟的速度卷绕，每隔20秒进行辊轮的全自动切换。

Black Clawson正在为聚酯膜和OPP膜的自动切换开发一种新“砧座”，用一把伺服驱动的切刀在背辊上冲压，据称，钝刃在背辊上的冲压可以切断脆性聚且不包括聚醚聚氨酯酯膜而不发生碎裂。伺服驱动加速砧座支架，使其与薄膜同速移动。

Davis-Standard在其创记录的Meridian收膜机的EPIC控制系统内安装了高速摄像机，帮助优化卷筒的高速移动。该型号如今以2500英尺/分钟的速度实现切换和拼接。

Battenfeld Gloucester公司的1002 DS（双轴）型收膜机在最高2000英尺/分钟的速度下卷绕弹性流延膜，可以生产八个20英寸宽的膜卷或者六个30英寸宽的膜卷。Gloucester还为共挤出弹性吹膜提供一种高速双转塔式收膜机，使用首次工业化的MDO单元。定向前，0.密耳厚度的薄膜以225英尺/分钟的速度运行。定向后，厚度仅有0..35密耳、长度增长4倍的薄膜以900英尺/分钟的速度卷绕。

Alpine制造表面和表面/中心/间隙收膜机，并且正在制造它的第一台具有反向卷绕功能的间隙收膜机，其最高卷绕速度将达1000英尺/分钟。

Macro Engineering为直径达60英寸、速度超过2000英尺/分钟的BOPP制造转塔式中心收膜机。而大多数转塔式收膜机的速度只有英尺/分钟。Macro的最新Automax C(中心)和S（表面）收膜机使用一种特殊的伺服驱动压辊施加非常轻的作用力——仅仅够排出空气，这种线性（而不是枢轴式）压辊在两端有相机支撑，与卷绕辊的轴线保持平行。张力和压力控制通过触屏进行编程。

奥地利的SML挤出技术公司（SML Ext能够优化结构部件的设计rusion Technology）开发出了Winder 2000，一种卧式滑动收膜机，可以将膜卷切成一字排列的16个小卷筒，不产生任何废料。据说，卷绕薄型透气膜时，张力可以保持0.05普利之低。它可以在3英寸的轴芯上卷绕外径10英寸的弹性PE膜，在6英寸的轴芯上卷绕外径40英寸的PP流延膜。

意大利的Tecno Coating Engineering SrL公司最近开发了一种运行速度为1600英尺/分钟、卷绕弹性流延膜的高速转塔式收膜机。该机可以直接高速卷绕弹性膜卷筒。通常各个弹性膜膜卷是截断的，然后在二次操作中重新卷绕。Tecno在卷绕辊上使用AC矢量驱动，在其它从动辊上使用AC伺服驱动控制张力。

从今年开始，Reinhold将为W&H公司制造表面和间隙收膜机，并且将首次在表面收膜机上采用鼓轮内切刀的切换设计，使表面收膜机可以方便地反转方向——这是中心收膜机的典型优势之一。

Reinhold的专利切断鼓轮已经在W&H的全伺服Filmatic R中心收膜机上应用了。切刀进行直角切断，然后将切边移到一个新轴芯上而不发生折叠。因此从一开始就能够以中心卷绕的方式收膜，而不必在切换后先以表面卷绕的方式进行。W&H最近优化了一种正弦波型切刀，可以在20毫秒内截断膜卷。

收膜机的基本类型

收膜机主要有有三种基本类型：中心式、表面式和间隙式，各种类型之间互相重叠。中心收膜机在卷绕轴上有一台大型驱动电机，可以方便地反向卷绕共挤出膜或精致膜，任意一端伸进或伸出。在北美，中心收膜机大多数是转塔式，有一个储料槽，两根固定轴180o分开，当储料槽旋转卸载完成的膜卷、放入空轴芯时，两根轴可以互换位置。相对固定的轴间位置将卷膜的直径限制在英寸，切换时会产生废膜（俗称转塔废料）。

在欧洲，轨道中心收膜机比转塔式中心收膜机的应用广泛。轨道中心收膜机的运行速度更快，膜卷的直径更大，但是由于所有的卷绕扭矩都是从中心施加，因此直径仍然受到限制。轨道收膜机有两根甚至三根轴，在一个环行轨道上各自独立地运行。切换时的废料少，因为切换时新轴芯可以放在已完成膜卷的旁边。卧式中心收膜机将已完成的膜卷直接从机器上卸载下来，然后手动或者用吊车将空轴芯装载上去。

表面或者接触收膜机是最便宜的收膜机类型。在接触鼓轮或卷绕鼓轮上使用一台小型驱动电机，通过表面摩擦力将薄膜卷绕在自由转动的轴芯上。Black Clawson公司的卷绕系统经理Duane Smith先生说：“同中心收膜机相比，其优点是卷筒的张育秧机械力不是通过已经在轴芯上卷绕的薄膜层施加的扭矩给予的，其缺点是空气不能在需要时被夹入膜卷内。”

表面卷绕和中心卷绕可以结合起来，在卷绕轴上增加一台驱动电机，帮助卷绕滑溜的薄膜。方法是在膜卷的外侧施予张力，同时在内侧施加扭矩。

表面收膜机无法测量已卷绕上的薄膜的卷绕张力，只能测量在膜卷上施加的辊压力和摩擦旋转力之和。表面卷绕必须考虑薄膜的软度、硬度和粘滑性，以及接触鼓轮的表面硬度。表面收膜机可以轻松地卷绕直径60英寸的膜卷。有几家公司通过使用转台制造双向表面收膜机。

间隙收膜机在压辊和卷绕辊之间有一个0.25英寸的空气间隙。在间隙模式下，接触辊不接触卷绕辊；而在表面模式下，接触辊接触卷绕辊。间隙收膜机可以通过夹入空气卷绕疏松的膜卷，因此适合卷绕粘性或者不均匀的薄膜。间隙收膜将在南南合作框架内向马方提供物质支援机通常用于张力高、速度低于800英尺/分钟的窄卷筒。

中心/表面收膜机在接触辊和卷绕辊上都有驱动电机，并且应用了所有三种卷绕原理：卷筒张力，辊压压力和驱动扭矩。测力计的反馈信号通过表面驱动保持卷筒张力。中心扭矩提供膜卷的硬度。(end)