干式复合张力的影响因素与控制措施

陈宝昆

复合工艺是复合膜生产中必须经历的一道工序，目前占据市场较大份额的两大工艺为干式复合和无溶剂复合。其中，干式复合工艺的复合速度较快，所制复合膜包装的复合牢度较高，且适宜的基材范围较广。在干式复合过程中，张力设定是影响复合质量的关键因素之一。张力控制参数的设定是否合理，不仅会对干式复合生产的稳定性造成直接影响，还会影响分切、制袋等后道工序。笔者在软包装干式复合生产方面拥有丰富的经验，下面通过介绍干式复合张力的类型和张力控制的影响因素，对干式复合张力的正确控制进行分析。

干式复合张力的分类

干式复合过程中，基材受到的张力一般与运行方向一致，通常情况下分为四种。

1.第一放卷张力

第一放卷张力是第一放卷轴与涂布辊之间的张力，由电机、张力传感器、浮动辊、电气控制系统等组成，实现基材的恒定张力控制。

2.第二放卷张力

第二放卷张力是第二放卷轴与复合辊之间的张力，其组成与第一放卷张力相同。

3.涂布张力

涂布张力通过涂布辊和复合辊之间的速度差产生。一般情况下，复合辊的速度比涂布辊的速度快0.05%～0.10%。

4.收卷张力

收卷张力是收卷轴与复合辊之间的张力，由离合器对卷芯施加卷曲扭矩，通过卷层间的摩擦传导，在复合膜的最外层施加张力，收卷时一般采用锥度张力。

干式复合张力控制的影响因素

1.基材的规格质量

不同类型的基材，厚度和表面均匀度不同，在干式复合过程中需要的张力自然也不同，通常情况下，较厚基材所需张力较大。而对于同种基材，当表面均匀度不同时，所需张力也不同，因为基材表面不均匀就会导致厚度不一致，从而使辊间压力出现波动，影响张力控制。

此外，当料卷的复合宽度和重量发生变化时，所需张力也会随之发生变化。一般情况下，料卷的复合宽度越宽、重量越重，所需张力越大。一些常用基材的单位张力（单位张力即材料单位宽度所受的张力）如表1所示。

2.料卷卷径的变化

随着干式复合生产的进行，料卷卷径会逐渐变小，根据公式M=F×R（其中，M为料卷转动力矩，F为基材所受张力，R为料卷卷径）可知，张力与料卷卷径为反比例关系，即随着干式复合生产的进行，基材所需压力逐渐变大。

3.温湿度的变化

生产环境和储存环境的温湿度变化是影响材料物理性能的主要因素。高温高湿环境中，基材会变软，抗拉强度变小，伸缩率变大；相反，低温低湿环境中，基材会相应变硬、变脆，干式复合过程所需张力也会变大。通常情况下，夏季时干式复合生产所需张力比冬季时小。

4.导辊的平行度和平稳度

为保证干式复合时薄膜基材的平整性，各导辊必须互相平行，而且导辊运行的平稳度也会对张力控制造成直接影响，因为基材接触面越粗糙，所需张力越大，因此导辊运行中保持良好的平稳度有利于张力控制。因此，在定期检修干式复合设备时，应加强对导辊的检查力度，发现问题应及时解决，以免影响正常的干式复合生产。

5.干式复合速度的变化

干式复合速度变化是产生张力变化的重要原因之一.干式复合设备的启动、停止、增/减速等过程都会伴随张力的变化。因此，干式复合速度的缓慢变化有利于各部分张力的控制。

除上述影响因素外，干式复合设备的机械性能、控制系统的特点等也会影响张力控制。

干式复合张力的控制

1.张力初始值设定

张力初始值设定是干式复合工序的必要工作，操作人员应在放卷之前设定完毕。张力初始值应根据基材的特性（厚度、表面张力、抗拉强度、硬度等）以及料卷的规格和重量来设定。一般情况下，抗拉强度和硬度较大的基材（如BOPET薄膜、PA薄膜等），需要设定的初始张力相对较大，而抗拉强度较小、伸缩率较大的基材（如BOPP薄膜、PP薄膜、PE薄膜等），需要设定的初始张力就相应小一些；料卷越宽、越重，张力初始值越大。

2.放卷张力控制

放卷张力控制分为两段，第一段是第一放卷轴与涂布辊之间的张力控制，第二段是第二放卷轴与复合辊之间的张力控制。放卷时均采用恒张力放卷，因此随着卷径的减小，张力要保持基本恒定。此外，因为这两段的距离比较短，所以设定的张力初始值要小一些。值得注意的是，料卷越重，放卷张力越大；料卷卷径相同时，料卷越宽，放卷张力越大。

3.涂布张力控制

在干式复合生产中，通过调节电流输出来改变复合辊与涂布辊的速度差，以达到调节中间干燥部分张力（即涂布张力）的目的。涂布张力除了受速度差影响外，还与基材的延伸率、厚度，干式复合设备的干燥温度、干燥区的长度、生产速度等因素有关。

薄膜的延伸率越大，在张力作用下越容易发生变形，如果基材的厚度不均匀，复合辊和涂布辊的压力就会发生波动，从而造成复合速度的异常变化，也会对张力控制造成影响。如果涂布张力太小或者没有张力，即涂布辊的速度大于或等于复合辊的速度，就会影响胶黏剂的涂布效果，复合膜就会出现褶皱，甚至造成膜堆积现象。但涂布张力也不能过大，因为受干燥温度的影响，张力太大会使薄膜在受热状态下发生不可逆转的拉伸变形，甚至出现纵向“皱纹”，最终造成复合膜的大量报废。

所以，应重视涂布单元张力的匹配。张力是否匹配主要体现在各层基材的张力控制是否协调、张力设定是否合适、干式复合后薄膜的回缩程度是否一致。除纸张和铝箔外，大部分基材在张力作用下都会产生一定的形变和回弹，尤其是经过高温干燥后。以我公司某批次生产的PE/Al/PET复合膜（其性能参数如表2所示）为例，干式复合后，PE/Al/ PET复合膜的边缘部分和中部出现蚯蚓状的脱层，这就是比较典型的“隧道”现象（如图1所示）。经分析，这是因为PET薄膜的抗拉强度较小，在涂布张力过大的情况下，其受热后极易发生拉伸变形，而铝箔的抗拉强度较大，其延伸率比PET薄膜小，二者的回弹程度不一致，因此铝箔受热凸起，形成横向皱纹。而进行第二道复合工序时，因放卷张力过大，PE薄膜经拉伸后在低温冷却下发生收缩，尤其在胶黏剂未完全交联固化的情况下，基膜间会发生相对滑动，从而造成起皱、“隧道”、分层剥离等问题。因此，在干式复合过程中，应针对不同基材的特质适当调整电流输出，改变速度差，从而得到一个合适的涂布张力值。

4.收卷张力控制

收卷张力控制的目的是使已完成复合的料卷达到最好的收卷状态。收卷张力控制有恒张力控制、恒力矩张力控制和锥度张力控制这三种形式，三者特点如下。

（1）恒张力控制。恒张力控制的适应范围较窄，为防止收卷时出现偏卷、偏心、硬卷等现象，该方式只适用于卷径较小的料卷。

（2）恒力矩张力控制。恒力矩张力控制的应用不是特别普遍，因为料卷的卷径越大、越重，收卷张力就越大，此时需要的转矩也很大。所以恒力矩张力控制只适应于中等卷径料卷，以及基材延伸率较大的干式复合生产。

（3）锥度张力控制。生产实践证明，采用锥度张力控制是完成良好收卷的最佳选择。锥度是收卷时收卷张力随卷径的增大而减小的衰减率，有直线锥度和曲线锥度之分。直线锥度是指收卷张力随卷径的增大而线性减小；曲线锥度是在一种相对理想化的状态下设定的张力变化曲线。锥度可根据不同材质、不同厚度、不同软硬的基材来做出相应调整。通常情况下，厚、硬基材的锥度值小，软基材的锥度值大。

收卷张力控制还要做到大小适宜。通常情况下，复合膜在收卷前要充分冷却，使复合膜完好定形的同时增加胶黏剂的内聚力。如果复合膜冷却不完全，就会出现收卷太松或者料卷松散现象，基膜会因为胶黏剂未充分交联固化、内聚力小而发生相对滑动，此时应加大收卷张力，使膜卷收紧。但值得注意的是，收卷张力不应过分加大，否则料卷会因内松外紧而出现弧线偏卷或内层出现褶皱，不但影响外观，还会影响复合膜的使用。

干式复合机的张力控制对复合膜的性能有着重要影响，是值得深入研究和探讨的问题。而干式复合机张力控制的关键在于充分考虑基材的性能、胶黏剂的特点以及环境条件等因素的相互协调。此外，操作人员在实际生产中应敢于尝试和不断总结，才能得到可靠的、精确的控制方法，从而更好地控制张力，获得质量高、性能好、外观平整的复合膜。