关于涂胶均匀性在无溶剂复合生产中的经济意义
发布时间：2024-02-18 点击：114
涂胶均匀的经济意义
关于涂胶均匀性在无溶剂复合生产中的经济意义，笔者通过以下数据分析进行成本对比。
假设1.50g/m2的涂胶量是软包装复合外观及剥离强度的最低要求。
无溶剂复合设备a的涂胶均匀性为±10%，则其所需的平均涂胶量为1.67g/m2，即局部最低点的涂胶量为1.50g/m2，局部最高点的涂胶量为1.84g/m2（在平均涂布量的基础上放大10%～15%）。
无溶剂复合设备b的涂胶均匀性为±5%，则其所需的平均涂胶量为1.58g/m2，即局部最低点的涂胶量为1.50g/m2，局部最高点的涂胶量为1.66g/m2。也就是说，相同的软包装复合产品，采用设备a要比设备b每平方多出1.67－1.58＝0.09g/m2的涂胶量，即要多耗用5.7%的无溶剂胶黏剂。
以一台无溶剂复合设备平均4.0吨/月的用胶量进行计算，设备a一年则要多用4.0×12×5.7%＝2.736吨的胶黏剂，以无溶剂胶黏剂单价23元/千克计算，则直接成本损失为2.736×1000×23＝62928元，5年的直接经济损失将近32万元。
市面上还有一些无溶剂复合设备的涂胶均匀性只能达到±15%，这样的设备虽然采购成本相对较低，但往往意味着更多的无溶剂胶黏剂使用量，所以说低价不等于经济。
质量损失
我国大部分软包装设计往往采用较多的大色块，以色墨叠印白墨为主，同时有些部位还有镂空设计，这样的图案设计反而会增加无溶剂复合的难度。
在无溶剂复合生产中，假设该样品红墨与白墨叠印部位所需的最低涂胶量为1.5g/m2，在透明部分只需1.0g/m2的涂胶量就可满足外观及强度要求。当涂胶量过多时，透明部分就会出现胶纹现象（透明度降低），甚至出现气泡。所以，如果分别采用上文提到的无溶剂复合设备a（局部最高点的涂胶量为1.84g/m2）和无溶剂复合设备b（局部最高点的涂胶量为1.66g/m2）生产该样品，从透明度进行对比，设备a生产的复合膜会明显低于设备b生产的复合膜。而所用胶黏剂的黏度越低，复合膜产生的胶纹现象就越明显。可见，涂胶均匀性差的设备，对软包装复合质量的影响更加明显。关键是其无法有效兼顾复合膜叠色处及透明处的质量要求。面对这种情况，有些行业人士会采取提高平均涂胶量的方法，这不仅不能提高复合质量，反而会使涂胶成本大幅增加。此外，增加无溶剂复合涂胶量，对于pe结构复合膜来说还存在摩擦系数增加、抗封故障等技术风险。
涂胶均匀性的技术保障措施
1.采用五辊涂布系统
图1 五辊涂布系统
五辊涂布系统是我国无溶剂复合设备的通用结构，如图1所示。主要有计量钢辊r1（固定计量钢辊）、转移钢辊r2（转动计量钢辊）、转移胶辊r3、涂布钢辊r4、涂布胶辊r5。其中，r1在无溶剂复合生产过程中始终是固定不动状态，其与r2以及两辊侧边的可调胶堵机构组成了一个存胶装置，用于储存无溶剂胶黏剂。在停机擦洗滚筒或清除异物时，可手动转动胶料辊。其中，r5和r3为橡胶辊，用于减少生产时r3与r2和r4之间的摩擦，降低摩擦热，从而有效避免胶黏剂的“蒸腾起雾”现象。
通过不断调节各辊之间的速差，可保证低涂胶量的精度。为了使胶黏剂在涂布辊上形成均匀的胶膜，必须给计量辊和转移辊设定不同的线速度，而且与涂布辊的线速度也是不同的，要低于涂布辊的线速度（即主机线速度），如r3与r4之间合理的线速度比应为0.25。而无溶剂胶黏剂涂布量的改变，取决于转移辊与涂布辊之间的线速度比。
对于使用减速电机齿轮皮带连接方式的无溶剂复合设备来说，r2与r3的线速度比是定值，也就是说r3的表面速率随涂胶量的变化而变化，而涂胶量不同时，r3与r4的线速度比也不同，但如果采用独立伺服控制、无溶剂复合设备则不存在这个问题。可见，r3与r4合理的线速度比是保证五辊涂布系统涂胶均匀性的重要因素。
2.精准静态计量间隙
随着我国设备加工水平的不断提高，设备零部件的加工精度也得以大幅提升，五辊涂布系统中r1、r2、r4的表面光洁度可达到±0.0002mm，同心度可达到±0.005mm。由于r1是固定不转的，在不考虑装配误差的情况下，理论上来讲，静态计量间隙的偏差直接取决于r2的同心度偏差。而装配误差的影响因素较多，总体取决于设备制造企业的机械加工水平及装配水平，如墙板的数控加工精度、轴承精度、装配水平度、装配精度等。
3.排除影响动态计量间隙的因素
(1)r2的受压及r3的振动
无溶剂复合设备运行过程中，r3是传递压力的，因此r2受到来自r3的压力时会发生形变，因此施加在r3上的压力不宜过大。r2足够的刚性可以减少外加压力引起的变形量，减少与其他辊之间的间隙变化。
在无溶剂复合设备加工时，由于r2、r3、r4都存在一定的同心度偏差，在无溶剂复合设备运转时r3不可避免地会发生振动（这还与r3上压力时大时小有关），从而直接影响r3的传胶均匀性。各辊良好的同心度及动平衡，可以减少振动引起的涂胶不均问题，提高各辊的耐用性。
(2)计量辊温度稳定性
计量辊直径为175mm，温度每相差1℃，就会产生2.1μm的计量间隙偏差。而且温差越大，计量间隙偏差就越大，轻则计量不准，严重时会导致辊面损伤。可见计量辊所用模温机的加热稳定性尤其关键，显示温度必须与设定温度一致，而且其在工作时间段内的温度波动应<±1℃。
在无溶剂复合设备运行一段时间后，如果计量辊内部循环水管路发生半堵塞，就会出现计量辊左右温度不一致的问题，表现为升温预热时间延长。最严重的情况是，在间隙调整时计量辊左右两侧温度是一致的（且与设定温度一致），在开机过程中左右两侧温度出现偏差，从而导致计量间隙两侧不一致，两侧涂胶量均匀性也随之变化，最直接的后果就是收卷不齐。
(3)挡胶块的加压
挡胶块的压力相当于将已调整好的计量间隙撑开的力，不适当的压力显然会改变已调整好的计量间隙。目前，加在挡胶块上的压力主要为加压横杠的自重，考虑到还有一定的机械锁紧力，则该力值不可过大。
(4)挡胶块边缘渗胶问题
挡胶块边缘的渗胶随着时间延长，其黏度会快速增加，r3转动的阻力也会随之增加，计量间隙变大，从而造成涂胶量产生变化，偏离预设值。
此外，目前无溶剂复合设备涂胶部位通常设计为封闭式运行，这使得挡胶块边缘的渗胶清理起来比较麻烦，如果在开机运行中进行擦除清理，存在很大的安全隐患；如果停机清理，则会导致废品率上升，效率下降。
因此，要从根本上了解造成渗胶的主要因素，才能真正解决渗胶问题，对此，笔者总结了以下3个因素。
①r1与r2的加工精度差。表现为直径偏差和同心度偏差，直径偏差较大时，与挡胶块弧面接触间隙增加；同心度偏差较大时，转动一周时各部位与挡胶块弧面的接触间隙不稳定。两者的间隙变化就为小分子无溶剂胶黏剂发生渗胶创造了条件。②挡胶块的加工精度差。直接影响挡胶块弧面与钢辊表面的接触间隙是否紧密。③计量间隙调节准确性及实际间隙变化。挡胶块按标准计量间隙进行尺寸加工，因此计量间隙的变化也会直接影响挡胶块弧面与钢辊表面的接触是否紧密。
(5)计量间隙锁紧机构的可靠性
计量间隙调整好后，计量钢辊的锁紧方式有两种，一是机械锁紧，二是气压力锁紧。如果计量钢辊的锁紧机构不可靠，则在外力（如挡胶块加压、边缘渗胶挤压）作用下都易引起计量间隙的变化。
(6)长期使用稳定性
r1、r2、r4要有足够的刚性，避免长时间反复受压出现形变。r2与r4的表面采用镀陶瓷工艺，表面耐磨性会成倍增加，理论寿命是表面镀铬的10倍。有些镀铬转移钢辊在使用2～3年后，表面就出现了掉铬问题，如此便难以保证原有的计量间隙精度。
(7)挡胶块附近的涂胶稳定性
无溶剂a/b胶（混合后的温度为35～45℃）在挡胶块附近会出现黏度上升的现象，直观表现为发白、产生气泡，此时转移涂布到薄膜上的胶量会明显降低（因为气泡占有一定体积）。同时，胶液与空气中的水蒸气接触后发生化学反应，消耗了一部分-nco基团，严重时表现为复合膜边缘不固化、剥离强度低等问题。
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关于涂胶均匀性在无溶剂复合生产中的经济意义，笔者通过以下数据分析进行成本对比。
假设1.50g/m2的涂胶量是软包装复合外观及剥离强度的最低要求。
无溶剂复合设备a的涂胶均匀性为±10%，则其所需的平均涂胶量为1.67g/m2，即局部最低点的涂胶量为1.50g/m2，局部最高点的涂胶量为1.84g/m2（在平均涂布量的基础上放大10%～15%）。
无溶剂复合设备b的涂胶均匀性为±5%，则其所需的平均涂胶量为1.58g/m2，即局部最低点的涂胶量为1.50g/m2，局部最高点的涂胶量为1.66g/m2。也就是说，相同的软包装复合产品，采用设备a要比设备b每平方多出1.67－1.58＝0.09g/m2的涂胶量，即要多耗用5.7%的无溶剂胶黏剂。
以一台无溶剂复合设备平均4.0吨/月的用胶量进行计算，设备a一年则要多用4.0×12×5.7%＝2.736吨的胶黏剂，以无溶剂胶黏剂单价23元/千克计算，则直接成本损失为2.736×1000×23＝62928元，5年的直接经济损失将近32万元。
市面上还有一些无溶剂复合设备的涂胶均匀性只能达到±15%，这样的设备虽然采购成本相对较低，但往往意味着更多的无溶剂胶黏剂使用量，所以说低价不等于经济。
质量损失
我国大部分软包装设计往往采用较多的大色块，以色墨叠印白墨为主，同时有些部位还有镂空设计，这样的图案设计反而会增加无溶剂复合的难度。
在无溶剂复合生产中，假设该样品红墨与白墨叠印部位所需的最低涂胶量为1.5g/m2，在透明部分只需1.0g/m2的涂胶量就可满足外观及强度要求。当涂胶量过多时，透明部分就会出现胶纹现象（透明度降低），甚至出现气泡。所以，如果分别采用上文提到的无溶剂复合设备a（局部最高点的涂胶量为1.84g/m2）和无溶剂复合设备b（局部最高点的涂胶量为1.66g/m2）生产该样品，从透明度进行对比，设备a生产的复合膜会明显低于设备b生产的复合膜。而所用胶黏剂的黏度越低，复合膜产生的胶纹现象就越明显。可见，涂胶均匀性差的设备，对软包装复合质量的影响更加明显。关键是其无法有效兼顾复合膜叠色处及透明处的质量要求。面对这种情况，有些行业人士会采取提高平均涂胶量的方法，这不仅不能提高复合质量，反而会使涂胶成本大幅增加。此外，增加无溶剂复合涂胶量，对于pe结构复合膜来说还存在摩擦系数增加、抗封故障等技术风险。
涂胶均匀性的技术保障措施
1.采用五辊涂布系统
图1 五辊涂布系统
五辊涂布系统是我国无溶剂复合设备的通用结构，如图1所示。主要有计量钢辊r1（固定计量钢辊）、转移钢辊r2（转动计量钢辊）、转移胶辊r3、涂布钢辊r4、涂布胶辊r5。其中，r1在无溶剂复合生产过程中始终是固定不动状态，其与r2以及两辊侧边的可调胶堵机构组成了一个存胶装置，用于储存无溶剂胶黏剂。在停机擦洗滚筒或清除异物时，可手动转动胶料辊。其中，r5和r3为橡胶辊，用于减少生产时r3与r2和r4之间的摩擦，降低摩擦热，从而有效避免胶黏剂的“蒸腾起雾”现象。
通过不断调节各辊之间的速差，可保证低涂胶量的精度。为了使胶黏剂在涂布辊上形成均匀的胶膜，必须给计量辊和转移辊设定不同的线速度，而且与涂布辊的线速度也是不同的，要低于涂布辊的线速度（即主机线速度），如r3与r4之间合理的线速度比应为0.25。而无溶剂胶黏剂涂布量的改变，取决于转移辊与涂布辊之间的线速度比。
对于使用减速电机齿轮皮带连接方式的无溶剂复合设备来说，r2与r3的线速度比是定值，也就是说r3的表面速率随涂胶量的变化而变化，而涂胶量不同时，r3与r4的线速度比也不同，但如果采用独立伺服控制、无溶剂复合设备则不存在这个问题。可见，r3与r4合理的线速度比是保证五辊涂布系统涂胶均匀性的重要因素。
2.精准静态计量间隙
随着我国设备加工水平的不断提高，设备零部件的加工精度也得以大幅提升，五辊涂布系统中r1、r2、r4的表面光洁度可达到±0.0002mm，同心度可达到±0.005mm。由于r1是固定不转的，在不考虑装配误差的情况下，理论上来讲，静态计量间隙的偏差直接取决于r2的同心度偏差。而装配误差的影响因素较多，总体取决于设备制造企业的机械加工水平及装配水平，如墙板的数控加工精度、轴承精度、装配水平度、装配精度等。
3.排除影响动态计量间隙的因素
(1)r2的受压及r3的振动
无溶剂复合设备运行过程中，r3是传递压力的，因此r2受到来自r3的压力时会发生形变，因此施加在r3上的压力不宜过大。r2足够的刚性可以减少外加压力引起的变形量，减少与其他辊之间的间隙变化。
在无溶剂复合设备加工时，由于r2、r3、r4都存在一定的同心度偏差，在无溶剂复合设备运转时r3不可避免地会发生振动（这还与r3上压力时大时小有关），从而直接影响r3的传胶均匀性。各辊良好的同心度及动平衡，可以减少振动引起的涂胶不均问题，提高各辊的耐用性。
(2)计量辊温度稳定性
计量辊直径为175mm，温度每相差1℃，就会产生2.1μm的计量间隙偏差。而且温差越大，计量间隙偏差就越大，轻则计量不准，严重时会导致辊面损伤。可见计量辊所用模温机的加热稳定性尤其关键，显示温度必须与设定温度一致，而且其在工作时间段内的温度波动应<±1℃。
在无溶剂复合设备运行一段时间后，如果计量辊内部循环水管路发生半堵塞，就会出现计量辊左右温度不一致的问题，表现为升温预热时间延长。最严重的情况是，在间隙调整时计量辊左右两侧温度是一致的（且与设定温度一致），在开机过程中左右两侧温度出现偏差，从而导致计量间隙两侧不一致，两侧涂胶量均匀性也随之变化，最直接的后果就是收卷不齐。
(3)挡胶块的加压
挡胶块的压力相当于将已调整好的计量间隙撑开的力，不适当的压力显然会改变已调整好的计量间隙。目前，加在挡胶块上的压力主要为加压横杠的自重，考虑到还有一定的机械锁紧力，则该力值不可过大。
(4)挡胶块边缘渗胶问题
挡胶块边缘的渗胶随着时间延长，其黏度会快速增加，r3转动的阻力也会随之增加，计量间隙变大，从而造成涂胶量产生变化，偏离预设值。
此外，目前无溶剂复合设备涂胶部位通常设计为封闭式运行，这使得挡胶块边缘的渗胶清理起来比较麻烦，如果在开机运行中进行擦除清理，存在很大的安全隐患；如果停机清理，则会导致废品率上升，效率下降。
因此，要从根本上了解造成渗胶的主要因素，才能真正解决渗胶问题，对此，笔者总结了以下3个因素。
①r1与r2的加工精度差。表现为直径偏差和同心度偏差，直径偏差较大时，与挡胶块弧面接触间隙增加；同心度偏差较大时，转动一周时各部位与挡胶块弧面的接触间隙不稳定。两者的间隙变化就为小分子无溶剂胶黏剂发生渗胶创造了条件。②挡胶块的加工精度差。直接影响挡胶块弧面与钢辊表面的接触间隙是否紧密。③计量间隙调节准确性及实际间隙变化。挡胶块按标准计量间隙进行尺寸加工，因此计量间隙的变化也会直接影响挡胶块弧面与钢辊表面的接触是否紧密。
(5)计量间隙锁紧机构的可靠性
计量间隙调整好后，计量钢辊的锁紧方式有两种，一是机械锁紧，二是气压力锁紧。如果计量钢辊的锁紧机构不可靠，则在外力（如挡胶块加压、边缘渗胶挤压）作用下都易引起计量间隙的变化。
(6)长期使用稳定性
r1、r2、r4要有足够的刚性，避免长时间反复受压出现形变。r2与r4的表面采用镀陶瓷工艺，表面耐磨性会成倍增加，理论寿命是表面镀铬的10倍。有些镀铬转移钢辊在使用2～3年后，表面就出现了掉铬问题，如此便难以保证原有的计量间隙精度。
(7)挡胶块附近的涂胶稳定性
无溶剂a/b胶（混合后的温度为35～45℃）在挡胶块附近会出现黏度上升的现象，直观表现为发白、产生气泡，此时转移涂布到薄膜上的胶量会明显降低（因为气泡占有一定体积）。同时，胶液与空气中的水蒸气接触后发生化学反应，消耗了一部分-nco基团，严重时表现为复合膜边缘不固化、剥离强度低等问题。
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