干式復合張力的影響因素與控制措施

陳寶昆

復合工藝是復合膜生產中必須經歷的一道工序，目前占據市場較大份額的兩大工藝為干式復合和無溶劑復合。其中，干式復合工藝的復合速度較快，所制復合膜包裝的復合牢度較高，且適宜的基材范圍較廣。在干式復合過程中，張力設定是影響復合質量的關鍵因素之一。張力控制參數的設定是否合理，不僅會對干式復合生產的穩定性造成直接影響，還會影響分切、制袋等后道工序。筆者在軟包裝干式復合生產方面擁有豐富的經驗，下面通過介紹干式復合張力的類型和張力控制的影響因素，對干式復合張力的正確控制進行分析。

干式復合張力的分類

干式復合過程中，基材受到的張力一般與運行方向一致，通常情況下分為四種。

1.第一放卷張力

第一放卷張力是第一放卷軸與涂布輥之間的張力，由電機、張力傳感器、浮動輥、電氣控制系統等組成，實現基材的恒定張力控制。

2.第二放卷張力

第二放卷張力是第二放卷軸與復合輥之間的張力，其組成與第一放卷張力相同。

3.涂布張力

涂布張力通過涂布輥和復合輥之間的速度差產生。一般情況下，復合輥的速度比涂布輥的速度快0.05%～0.10%。

4.收卷張力

收卷張力是收卷軸與復合輥之間的張力，由離合器對卷芯施加卷曲扭矩，通過卷層間的摩擦傳導，在復合膜的最外層施加張力，收卷時一般采用錐度張力。

干式復合張力控制的影響因素

1.基材的規格質量

不同類型的基材，厚度和表面均勻度不同，在干式復合過程中需要的張力自然也不同，通常情況下，較厚基材所需張力較大。而對于同種基材，當表面均勻度不同時，所需張力也不同，因為基材表面不均勻就會導致厚度不一致，從而使輥間壓力出現波動，影響張力控制。

此外，當料卷的復合寬度和重量發生變化時，所需張力也會隨之發生變化。一般情況下，料卷的復合寬度越寬、重量越重，所需張力越大。一些常用基材的單位張力（單位張力即材料單位寬度所受的張力）如表1所示。

2.料卷卷徑的變化

隨著干式復合生產的進行，料卷卷徑會逐漸變小，根據公式M=F×R（其中，M為料卷轉動力矩，F為基材所受張力，R為料卷卷徑）可知，張力與料卷卷徑為反比例關系，即隨著干式復合生產的進行，基材所需壓力逐漸變大。

3.溫濕度的變化

生產環境和儲存環境的溫濕度變化是影響材料物理性能的主要因素。高溫高濕環境中，基材會變軟，抗拉強度變小，伸縮率變大；相反，低溫低濕環境中，基材會相應變硬、變脆，干式復合過程所需張力也會變大。通常情況下，夏季時干式復合生產所需張力比冬季時小。

4.導輥的平行度和平穩度

為保證干式復合時薄膜基材的平整性，各導輥必須互相平行，而且導輥運行的平穩度也會對張力控制造成直接影響，因為基材接觸面越粗糙，所需張力越大，因此導輥運行中保持良好的平穩度有利于張力控制。因此，在定期檢修干式復合設備時，應加強對導輥的檢查力度，發現問題應及時解決，以免影響正常的干式復合生產。

5.干式復合速度的變化

干式復合速度變化是產生張力變化的重要原因之一.干式復合設備的啟動、停止、增/減速等過程都會伴隨張力的變化。因此，干式復合速度的緩慢變化有利于各部分張力的控制。

除上述影響因素外，干式復合設備的機械性能、控制系統的特點等也會影響張力控制。

干式復合張力的控制

1.張力初始值設定

張力初始值設定是干式復合工序的必要工作，操作人員應在放卷之前設定完畢。張力初始值應根據基材的特性（厚度、表面張力、抗拉強度、硬度等）以及料卷的規格和重量來設定。一般情況下，抗拉強度和硬度較大的基材（如BOPET薄膜、PA薄膜等），需要設定的初始張力相對較大，而抗拉強度較小、伸縮率較大的基材（如BOPP薄膜、PP薄膜、PE薄膜等），需要設定的初始張力就相應小一些；料卷越寬、越重，張力初始值越大。

2.放卷張力控制

放卷張力控制分為兩段，第一段是第一放卷軸與涂布輥之間的張力控制，第二段是第二放卷軸與復合輥之間的張力控制。放卷時均采用恒張力放卷，因此隨著卷徑的減小，張力要保持基本恒定。此外，因為這兩段的距離比較短，所以設定的張力初始值要小一些。值得注意的是，料卷越重，放卷張力越大；料卷卷徑相同時，料卷越寬，放卷張力越大。

3.涂布張力控制

在干式復合生產中，通過調節電流輸出來改變復合輥與涂布輥的速度差，以達到調節中間干燥部分張力（即涂布張力）的目的。涂布張力除了受速度差影響外，還與基材的延伸率、厚度，干式復合設備的干燥溫度、干燥區的長度、生產速度等因素有關。

薄膜的延伸率越大，在張力作用下越容易發生變形，如果基材的厚度不均勻，復合輥和涂布輥的壓力就會發生波動，從而造成復合速度的異常變化，也會對張力控制造成影響。如果涂布張力太小或者沒有張力，即涂布輥的速度大于或等于復合輥的速度，就會影響膠黏劑的涂布效果，復合膜就會出現褶皺，甚至造成膜堆積現象。但涂布張力也不能過大，因為受干燥溫度的影響，張力太大會使薄膜在受熱狀態下發生不可逆轉的拉伸變形，甚至出現縱向“皺紋”，最終造成復合膜的大量報廢。

所以，應重視涂布單元張力的匹配。張力是否匹配主要體現在各層基材的張力控制是否協調、張力設定是否合適、干式復合后薄膜的回縮程度是否一致。除紙張和鋁箔外，大部分基材在張力作用下都會產生一定的形變和回彈，尤其是經過高溫干燥后。以我公司某批次生產的PE/Al/PET復合膜（其性能參數如表2所示）為例，干式復合后，PE/Al/ PET復合膜的邊緣部分和中部出現蚯蚓狀的脫層，這就是比較典型的“隧道”現象（如圖1所示）。經分析，這是因為PET薄膜的抗拉強度較小，在涂布張力過大的情況下，其受熱后極易發生拉伸變形，而鋁箔的抗拉強度較大，其延伸率比PET薄膜小，二者的回彈程度不一致，因此鋁箔受熱凸起，形成橫向皺紋。而進行第二道復合工序時，因放卷張力過大，PE薄膜經拉伸后在低溫冷卻下發生收縮，尤其在膠黏劑未完全交聯固化的情況下，基膜間會發生相對滑動，從而造成起皺、“隧道”、分層剝離等問題。因此，在干式復合過程中，應針對不同基材的特質適當調整電流輸出，改變速度差，從而得到一個合適的涂布張力值。

4.收卷張力控制

收卷張力控制的目的是使已完成復合的料卷達到最好的收卷狀態。收卷張力控制有恒張力控制、恒力矩張力控制和錐度張力控制這三種形式，三者特點如下。

（1）恒張力控制。恒張力控制的適應范圍較窄，為防止收卷時出現偏卷、偏心、硬卷等現象，該方式只適用于卷徑較小的料卷。

（2）恒力矩張力控制。恒力矩張力控制的應用不是特別普遍，因為料卷的卷徑越大、越重，收卷張力就越大，此時需要的轉矩也很大。所以恒力矩張力控制只適應于中等卷徑料卷，以及基材延伸率較大的干式復合生產。

（3）錐度張力控制。生產實踐證明，采用錐度張力控制是完成良好收卷的最佳選擇。錐度是收卷時收卷張力隨卷徑的增大而減小的衰減率，有直線錐度和曲線錐度之分。直線錐度是指收卷張力隨卷徑的增大而線性減小；曲線錐度是在一種相對理想化的狀態下設定的張力變化曲線。錐度可根據不同材質、不同厚度、不同軟硬的基材來做出相應調整。通常情況下，厚、硬基材的錐度值小，軟基材的錐度值大。

收卷張力控制還要做到大小適宜。通常情況下，復合膜在收卷前要充分冷卻，使復合膜完好定形的同時增加膠黏劑的內聚力。如果復合膜冷卻不完全，就會出現收卷太松或者料卷松散現象，基膜會因為膠黏劑未充分交聯固化、內聚力小而發生相對滑動，此時應加大收卷張力，使膜卷收緊。但值得注意的是，收卷張力不應過分加大，否則料卷會因內松外緊而出現弧線偏卷或內層出現褶皺，不但影響外觀，還會影響復合膜的使用。

干式復合機的張力控制對復合膜的性能有著重要影響，是值得深入研究和探討的問題。而干式復合機張力控制的關鍵在于充分考慮基材的性能、膠黏劑的特點以及環境條件等因素的相互協調。此外，操作人員在實際生產中應敢于嘗試和不斷總結，才能得到可靠的、精確的控制方法，從而更好地控制張力，獲得質量高、性能好、外觀平整的復合膜。