关于拉伸薄膜收卷质量控制的研究

　塑胶片材在完成预热、拉伸、定型、冷却后，由拉伸机输出，进入薄膜牵引装置。牵引装置的作用是将拉伸的薄膜展平、冷却、检测薄膜纵、横向的厚度，然后切除两个废边（并将废边通过粉碎机回收利用），最终以恒定的速度将薄膜送往收卷机。
                　　拉伸薄膜通过收卷机的张力控制辊、展平辊、跟踪辊（亦称压紧辊），最后缠绕在收卷辊的卷芯上，完成薄膜成型加工过程。卷芯上的薄膜（俗称母卷）一般只作为生产线的半成品，根据用户需要，还要再次进行分切复卷。
                　　薄膜收卷机是薄膜生产线上重要的设备之一，其性能和质量直接影响薄膜成品质量和收得率。图1为收卷机的主要结构。                              

              

                一、薄膜收卷的机理
                　1、张力检测辊
                　　是控制薄膜收卷时合理张力的主要部件，通常薄膜张力通过张力辊两端轴承下方的压力传感器进行检测，检测的信号通过电子线路，控制收卷电机的转速，以保证适当的收卷张力。
                　2、展平辊
                　　其作用使薄膜展平，消除薄膜在拉伸应力作用下产生的一些纵向皱纹。
                　3、跟踪辊
                　　在收卷机卷芯的前面装有一个可以改变位置的跟踪辊（也称压紧辊），其主要作用是将薄膜压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的薄膜迅速地转到卷芯上，实现平整收卷的目的。同时，借助跟踪辊对母卷施加一定的压力，及时排除收卷时膜层间的空气，使母卷不变松。一般使用跟踪辊后母卷中的空气含量可以减至12%-18%。
                　 4、收卷辊
                　　由收卷电机驱动，收卷速度的控制系统与拉伸机的驱动系统联网，与拉伸机同步，受张力控制器的反馈控制。
                　5、转盘与空卷芯
                　　当薄膜卷满一个芯轴后，不允许停机更换卷芯。因此转盘回转180°,母卷转离出来,空卷芯进入收卷位置,然后切断薄膜,将薄膜贴在新的卷芯上,继续进行收卷。
               
                二、薄膜张力对收卷质量的影响
                　　为了牵引薄膜将将其卷到卷芯上，必须给薄膜施加一定拉伸并张紧的牵引力，其中张紧薄膜的力即为张力，通常由于薄膜的材料磨擦及性能不同，张力的大小可设定为300-600N之间。
                收卷张力的大小直接影响产品收卷的质量及收得率。张力过大，收卷过紧，薄膜容易产生皱纹；张力不足，带入膜层的空气量过多，母卷薄膜的密度小，薄膜容易在芯卷上产生轴向滑移及严重的错位，以及造成无法卸卷。分切时放卷轴产生大幅度摆动，影响分切薄膜的质量，所以，收卷机必须具有良好的张力控制系统。
               
                三、收卷辊的控制系统
                　　收卷辊的控制主要包括速度控制和张力控制两部分。薄膜收卷时，随着母卷直径增大，如果收卷辊的转速仍然不变，则由于收卷线速度的增大，必然引起收卷张务的递增（因为从牵引装置送出的薄膜速度是不变的），这样不仅会造成膜卷的内松外紧，外层薄膜把内层薄膜压皱，而且分切时也会增加复卷难度，影响分切质量。因此，收卷辊的收卷转速必须随着母卷直径的增大而减小。
                收卷辊的控制方案主要有以下三种：
               
                　1、采用张力传感器直接进行张力检测的控制方案
                　　张力传感器安装在张力检测的辆承下面，将检测到的薄膜张力转换成电信号，送到张力调切器中，与原设定的张务信号比较后，进行PID计算，然后输入收卷电机控制器，达到控制收卷辊转速的目的。
                一般收卷辊的线速度设定为牵引机输出速度的105%-110%。实际上，由于薄膜的弹性及张力力矩的影响，收卷辊的线速度不会超过牵引机的输出速度。这种方案的优点是控制精度高，动态性能好，适用范围广。
                　
                　2、采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案
                　　本方案是在跟踪辊前装一套浮动辊，浮动辊的位置用一个电位器进行检测，张力控制的方式是靠维持浮动辊的位置尽量不变来保持张力的恒定。由于机械结构复杂，所以很少来用。
               
                　3、采用磁粉离合器控制输入收卷辊的转动力矩以达到张力稳定的控制方案
                　　磁粉离合器由主动部分和从动部分组成，通过方向联轴器等传动机构与收卷辊相连，中间填入微细铁磁粉作为力矩传递媒介。激磁线圈通入一定电流形成磁场，磁粉被磁化，磁化后的磁粉互相吸引而形成链条状排列。主动部分发恒速转动时，破坏磁粉链之间的联接力而形成圆周切向力。该切向力与磁粉圈半径的乘只便是驱动从动部分收卷的转动力矩，实现在连续的转动中将输出力矩从主动部分耦合到从动部分。
                若给定激磁电流不变，则输出转矩为：
                　　M= r·Στ=常数
                　　式中：　r——磁粉离合器磁粉圈半径
                　　　　　 τ——磁粉链形成的切向阻力
                　　而薄膜张力为：F=M/P= r·Στ/ρ
                　　式中： ρ——膜卷半径
                　　随着薄膜母卷的ρ值逐渐增大，若转矩M不作变化，必导致张力F减小，张力 的变化触发传感机构，发出一反馈信号U2，与给定信号U1叠加而成综合信号增大（设定ΔU=U2-U1），经过电路的转换，使输出转矩M加大，张力F得以保持不变，达到张力稳定。
               
                四、收卷张力的衰减及张力补偿
                　　一般认为，薄膜收卷时维持薄膜张力的恒定是最有利于薄膜成品质量的。但实际上，由于薄膜层之间都夹有一定的空气（12%-18%），因此，即使在恒定的张力条件下也会出现外层薄膜将内层薄膜压皱的现象。解决这个问题的方法是随着母卷直径的增加，按一定的规律将薄膜的张力衰减值，在收卷之前要预先输入计算机内，在生产过程中，操作人员再根据薄膜收卷情况随时进行调节。
                　　薄膜换卷时，薄膜转换到新的卷芯表面，卷径突然变化，收卷辊的转速、各系统的转动惯量都发生大的变化，引起张力的突变，以致经常出现换卷断膜现象。因此，在薄膜的张力控制系统内，必股设有张力补偿装置，用以实现软起动、软停止，防止收卷的薄膜产生皱纹。
               
                五、结束语
                　　1、薄膜收卷的质量主要受薄膜收卷张力的影响，因此收卷辊的控制系统是关键所在。
                　　2、薄膜的收卷质量还受其他因素的影响，如薄膜的材料、温度、性质（如弹塑性）以及薄膜厚度的均匀性等的影响。因此，设定的收卷张力必须与薄膜的这些特性相适应。
                　　3、薄膜收卷时的张力衰减及张力补偿也是影响收卷质量的重要因素。
                　　4、为保证张力检测的准确性，收卷机构的张力检测在使用前必须在高于最大生产速度的12.5位的速度下，进行动平衡处理，且使用时薄膜在其表面应有足够大的包角。