应对软包装薄膜成型的挑战

图1 BLACK CLAWSON新专利的ATS收卷机，可以连续高速地分切和收卷大卷径膜卷到76mm的卷芯上

为应对当今软包装薄膜成型市场的挑战，薄膜加工商必须去除那些没有附加值的步骤，并改进生产工艺。具体到分切和收卷，就是采用在线分切和收卷膜卷，从而省去分切和复卷操作。同时，为在小卷芯上收卷大卷径膜卷，还应将最新的收卷技术应用到生产线上。
为满足软包装薄膜加工商的需求，当前薄膜生产设备供应商所面对的挑战是什么？答案是：帮助加工商增加产量、降低制造成本、减少切边废料和缩短生产周期。同样地，薄膜软包装用户也需要应对这些挑战，并为此要求膜卷的卷径更大，而卷芯大小则保持不变，内径还是76mm。
那么，我们将通过哪些方法来应对这些挑战呢？首先，增加产量和降低制造成本最好的方法就是省去那些不产生价值的步骤。另一个降低生产成本和减少废料的方法，是快速确定生产中的问题，以便尽快采取措施。此外，为减少废料和缩短生产周期，收放膜卷的次数也应尽量减少。
为实现上述目标，最好的方法就是在线分切和收卷膜卷。省去分切和复卷操作，可以节约$0.11~0.22/kg的生产成本。当以适当的张力控制，在线分切和收卷高品质膜卷时，产品的缺陷更容易得到修正，如含水率偏差或由于薄膜横向厚度不均而造成的重量偏差。
一般，膜卷每收/放一次，受损的几率就会增加。通常，当膜卷装入放卷机进行分切和复卷时，外面的几层会变成废料。首先，薄膜穿过设备，逐步达到生产线速度。然后，分切机开始工作，被切好的薄膜重新收卷到一个新卷芯上。所有这些过程都有可能导致废料的产生。接着，薄膜被放卷、拉紧或拉伸，此时，由于传导辊达不到生产线速度而可能刮伤薄膜。在加速和减速的时候，收卷张力也会有很大的不同。通常，速度的变化易造成张力在设定值的±10%范围内发生变化，所有这些都有产生废品的可能，但通过直接在线分切和收卷，即可避免这些问题。

图2 ATS收卷机后视图

就目前的趋势来看，要求更快的生产线速度和更宽幅的薄膜，并将这些薄膜分切成几个窄幅薄膜。然而，将分切卷移到生产线上却面临着巨大的挑战。过去，在线分切和收卷高品质膜卷受到以下条件的制约：
1. 薄膜品质的稳定性。在线分切操作要求薄膜品质稳定。将一卷成品膜卷分切成12卷，要比原本的单卷成本高很多。现在，随着大多数生产线都有生产控制系统，生产稳定性的问题已得到解决。
2. 分切宽度改变、移卷和装卷芯的转换时间。现在，有了自动分切机定位系统和自动换卷、换芯系统，可以快速高效地设定分切宽度、换卷和换芯。
3. 高品质、高速的传送系统，以及薄膜到达新卷芯开始收卷时就能保持100%的连贯性。新的传送系统采用直线切割，并将切好的薄膜直接送到新的卷芯。无论薄膜有多宽，运行速度有多高，固定切刀都可以保证换卷时100%的连贯性，这使卷芯处的薄膜非常干净整洁。
4. 换卷过程中产生的废料。高品质的膜卷要求第一圈和最后一圈与中间圈同样好。在整个收卷过程中，受控的张力、夹合力和扭矩必须保持一定。
小卷径膜卷收卷机可以有非常短的换卷周期。这些收卷机，如Black Clawson(Davis Standard的子公司)的固定切刀Black Magic收卷机换卷仅需1.2s。这些超快换卷的收卷机，在线分切下卷的时候，只会在最后几圈有重叠和褶皱。这些重叠和褶皱可以作为膜卷的保护层和在穿膜时使用。
大卷径膜卷收卷机可以通过以下方法减少或消除换卷时的废料：
1.连续靠辊在薄膜各自进入分切卷时跟随收卷辊。这项技术已成功用于Black Clawson专利的Super "T" TM以及最新的TriStar连续压力辊收卷机中。
2.独立的伺服换卷系统将新卷芯送到收卷薄膜附近，并快速完成换卷。这项技术已成功用于Black Clawson专利的Robotic收卷机中。
3.在鼓型收卷机上收卷时，当要在新卷芯和收卷的分切卷之间转换时，使用固定切刀转换系统。这项技术已被运用到Black Clawson专利的Robotic收卷机中。
为增加产量、降低制造成本、减少废料和缩短生产周期，必须解决那些与将宽幅、大卷径的膜卷连续分切到小卷径的卷芯上相关的问题。Black Clawson最新研发的一种收卷机可以应对这些挑战。这种先进的ATS (Advanced Technology SurfaStart)收卷机消除了轴的临界速度和弯曲，这是在线分切和收卷大卷径膜卷到内径只有77 mm的小卷芯上的关键难点。ATS收卷机用于可以表面收卷的材料，如薄膜、无纺布、纸张、卡纸和复合物。这些材料可以被收卷到1.55 m的直径，宽度可达5.5 m，在外径400 mm的卷芯上速度可达750 m/min， 而在外径175 mm的卷芯上速度则可达120 m/min。

图3 ATS收卷机前视图

新的ATS收卷机的特征如下：轴的临界速度和弯曲，是在宽幅设备上连续收卷及分切卷时遇到的主要问题，而ATS的轴和辊支撑系统很好地解决了这些问题；换卷时，主驱动夹辊将新卷轴夹在主鼓和夹辊之间，消除了弯曲，避免了刚开始收卷时的褶皱和临界速度问题；无论薄膜的速度有多快，弹出切刀的换车系统都保证了整齐、利落的换卷；主驱动臂夹辊通过编程的夹合和扭矩控制，保证了良好的收卷和恰当的截面硬度；主收卷鼓上11点钟的换卷位置和1点钟的收卷位置提供了卓越的卷芯和收卷支撑，缓慢并受控地将膜卷从换卷位置移动到收卷位置，使薄膜转换的长度很短，保证了收卷边的整齐；驱动支持鼓在收卷位置支撑收卷膜卷，以最小化收卷弯曲；驱动支持鼓通过编程压力夹辊和驱动的扭矩控制，保证了收卷膜卷的均匀度，同时驱动支持鼓还用于在换卷后停止收卷；轴感应装置安装在支撑臂内，以防止支撑鼓过载而导致收卷膜卷的升起。支持臂用于确保收卷膜卷的直径在两个收卷鼓的范围内，也用于防止膜卷侧移，并推出成品卷；自动轴处理系统，可确保连续的高产量；双弓型展平辊确保高质量的分切；独立的分切站，有多种张力隔离系统和分切系统可以选择，可以很好地满足特殊应用所需。ATS可以每天24h、每周7天且每年350天不间断运转。
综上所述，为应对当今软包装薄膜成型市场的挑战，必须去除那些没有附加值的步骤，并改进生产工艺。同时，为在小卷芯上收卷大卷径膜卷，应将最新的收卷技术应用到生产线上。