纸管对BOPET薄膜分切底皱的影响因素试验研究

纸管作为薄膜产品的分切复卷载体，不仅直接影响薄膜的外观质量和使用效果，而且也是包装成本的主要构成部分。因此，控制分切质量和包装成本，应着重从纸管抓起。自2003年9月起，我公司根据用户反映BOPET薄膜底皱较多的问题，结合如何降低包装成本的课题，成立了“纸管试用及分切质量攻关小组”，经过一年多的共同努力，在质量技术和经济效益方面都取得了明显的效果。
一、课题提出
　　BOPET薄膜经过分切复卷，靠近纸管底部出现皱折条纹(简称底皱)是常见的现象，但是，如果底皱过长，会影响下游用户的使用，浪费材料甚至产生不合格品，因此，底皱成为衡量薄膜质量的重要指标之一。
　　薄膜的分切质量受到多种因素的影响，底皱亦然。例如，大膜卷的质量(如厚度偏差)、分切的工艺参数(张力、压力、速度等等)、设备状况、操作水平等不良，都会造成底皱，而且可能多种因素并存；毫无疑问，纸管作为薄膜分切复卷的载体，纸管本身的质量状况会直接影响成品的质量。本试验课题主要围绕纸管对BOPET薄膜分切底皱的影响而展开，找出纸管影响底皱的关键因素，并加以控制。
二、因素分析
　　在本公司已有2台分切机上，已知晓的底皱现象为：膜幅越宽，底皱越多；同等宽度下，内径大的纸管，底皱相对较少。
　　分切机采用无轴式收卷，纸管以收卷臂的气胀卡头为中心做旋转运动，而且随着复卷直径的增大，转动惯量逐渐增大，在跟踪压辊的作用下，压实并排出膜间的空气，保证收卷质量。现场发现，收卷开始纸管的跳动越大，底皱就越长，由此看来，要减少底皱关键是如何克服纸管的跳动，有效控制直线度、圆度、抗压强度(刚性)、端部内壁耐磨性等技术性能指标。以前主要采用表面抛光的高档纸管(A厂供应)，有的膜卷重量大则选择高强度纸管，高档、高强纸管的成本较高，可否选择不同档次的纸管(B厂)，既保证质量又降低成本，也是本课题的相关内容。经过小组成员集体讨论，拟订了如下试验课题：
1．调查记录当前A厂纸管的底皱水平，统计分析数据，初步找出底皱与纸管(薄膜)宽度、直径、直线度等因素的对应关系。
2．在适当修正纸管技术标准的基础上，拟定试用B厂纸管的方案，并与A厂的纸管进行对比，如果可行，则按程序批量采用，降低纸管成本；
3．配合本试验，进一步完善工艺、操作和设备等其它的质量管理工作。
三、试验方案
　　根据已经收集的质量信息，经攻关小组会议讨论，形成了如下具体的试验方案和步骤：
1．根据纸管类型、纸管宽度、分切工位、分切工艺、分切长度、纸管内径等6种因素，特别针对纸管类型因素，分为4种水平(见表1)，即采取6因素多水平L16(2*45)的拉丁方正交实验方案设计(见表2)。
表1、实验因素与水平
2．按照试验方案对A、B两种纸管进行对比试验。
3．对试用后的膜卷分切质量结果进行比较
1)      比较项目：底皱、等级品率、分切效率、成品膜卷的缺点数与不良率。
2)      对分切膜卷的缺点数与不良数作柏拉图，找出使用B纸管后，影响分切质量的各因素是否有变化。
3)      对分切膜卷的底皱、质量等级品率作图表，与A纸管作比较。
4)      分析使用B厂纸管后，分切工艺方面所作的调整，是否影响到分切效率。
4．试验记录
1)     在纸管试验前，质量检验员进行纸管重要指标项目的检验(重点是直线度、圆度、抗压强度、内径等)，有关实测数据记录在《纸管试验查检表》中，提供工艺技术人员对应检查判断。
2)    在纸管试验过程中，生产部的分切操作者将纸管试验情况予以记录，将工艺参数和底皱消失时的长度等有关实验数据填入《底皱记录表》中。
5．试验数据处理与结果评价
技术部对《纸管试验查检表》、《底皱记录表》所记录的实验数据进行处理，并做出试验评价与结论。
表2、正交实验方案(13种)


四、试验结论
经过一年来数十次反复试验，按计划定期总结阶段性试验的结果，针对底皱的变化修改完善试验方案，包括修正纸管的技术标准和配备新的检验手段，上机对比试验1200多根纸管，收集到大量试验数据，经过汇总数据处理后，底皱的平均数据如表3所示：
表3、底皱试验结果统计表

同时，为了比较A、B两种不同表面特征的纸管对薄膜最终表观质量的影响，也分类统计了薄膜成品的质量等级，结果表明差别不大，参见表4所示。
表4、不同厂商纸管的试验质量等级统计

经过分析上述试验得到的数据，可以得出以下结论：
1．纸管的表面粗糙度对底皱的影响不大。普通表面的纸管相对于表面抛光的高档纸管，薄膜的底皱没有根本的不同，外观质量等级差别也很小。同时，试验中也没有降低分切的速度和生产效率。
2．纸管的直线度是最关键的影响因素。膜(纸管)越宽，纸管的直线度越差，底皱几乎成比例增加。对于宽而重的膜卷，在保证直线度的前提下，适当增加纸管的壁厚、选用更好的卷纸等，借以提高纸管的抗压强度(即增加刚性)，可以减少底皱；如果采用口径大的纸管，刚性越好，底皱越少。
3．保证纸管的圆度(圆柱度)，可以减少纸管复卷的跳动，底皱就会相应减少。同时，纸管内径与卡头的合适配合，防止与纸管内壁接触部位的磨损，也有助于减少底皱和条纹。
4．在试验过程我们发现，底皱长度与设定的工艺参数密切相关。要根据薄膜厚度、分切宽度及收卷直径的变化，合理选择工位及设定张力、压力、速度等工艺参数，并根据现场情况适当调整。
5．设备方面，要保持每个工位的压力、张力、速度等参数稳定控制，防止突变因素影响质量。橡胶压辊的直线度、圆度和表面质量(裂纹、凸起)都会影响排气，采用新、旧压辊试验显示，二者相差可达30~40%，因此一定要及时更换失效的压辊，对大规格的膜卷要精选合格的压辊。
6．细致的操作有助于减少底皱，在事先检查确认选择纸管、粘贴薄膜的手法等方面进行规范操作，也是不可忽视的保障。
五、效果评价
在历时一年的试验中，随着纸管质量的控制，并不断优化工艺条件，薄膜的底皱大大减少，其中用户反映强烈的大宽度系列产品尤其明显，例如，3英寸纸管、宽度超过1000mm的薄膜底皱下降了80~150m不等，6英寸纸管、宽度在1600mm 以上的薄膜底皱减少了200~400m不等，质量水平普遍提高，用户对底皱的投诉逐渐减少，同比下降了近60%。
有试验的事实为依据，采购部开拓工作思路，扩大供应商的选择范围，新开发了2家合格供应商，分散采购风险，大部分高档纸管被普通纸管所取代，在符合质量标准的前提下，通过比价采购而降低成本，一年内的采购直接成本降低超过了70万元，为公司创造了可观的经济效益。
另外，通过本次质量攻关小组的长期活动，一批技术管理人员和生产一线骨干积极参与，学习运用质量活动的工具和方法，质量意识、技术技能都得到锻炼提高，进一步完善了质量保证体系，真正达到了长期提高和保证质量的目的。
六、说明
本试验在公司的2台分切机上进行，针对厚度12μm的常规包装薄膜，而且选择质量状况比较稳定的大膜卷，以尽可能消除其它干扰因素。
但是，由于影响薄膜底皱的因素太多，试验结果易受某些偶然性因素的干扰，另外受生产计划安排的影响，有的对比试验的纸管样本数不够多，统计数据离散度高，标准偏差较大，因而本试验结论具有一定的局限性，有待于继续综合分析各方面的因素，进一步试验提高。

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