בתעשיית עיבוד הסרטים, מנגנון סיבוב המתיחה שלגרור-את מכונת הסרטים הסיבוביתהוא חלק הליבה כדי להבטיח מתיחה אחידה של הסרט. העיצוב משלב מכניקה, מדעי החומר, תרמודינמיקה וכן הלאה, ומממש שליטה מדויקת בכיווני האורך והרוחב כאחד עיוות אחיד של הסרט באמצעות שליטה משותפת רב-ממדית-. במאמר זה, שיטת המתיחה האחידה מנותחת באופן שיטתי מארבעה מימדים מרכזיים: הרכב המבנה, בקרת תנועה, בקרת טמפרטורה וויסות מתח.
1. הרכב מבני: מערכת הילוכים מכנית מרובת-מתואמים בגלגלים
הליבה של מנגנון סיבוב המתיחה מורכבת ממספר סטים של גלילים מסתובבים, לרבות גליל חימום מראש, גליל מתיחה, גליל קירור וגלילי רידוד. רולים אלה משיגים בקרת העברה מכנית מדויקת באמצעות קטרים שונים, התאמת מהירות ופריסה מרחבית. הגרור-את מכונת הסרטים הסיבוביתמסתמך על מערכת ריבוי-גלילים זו כדי לשמור על פיזור מתח אחיד על פני רוחב הסרט.
1.1 מערכת גלילי מתיחה מדורגת
תצורה טיפוסית משתמשת בזוגות גלילים סיבוביים של ``קטן-קוטר גדול. לדוגמה, הקוטר של רולר המתיחה בשלב הראשון הוא בין 80 ל-120 מ"מ, והקוטר של רולר המתיחה של השלב השני הוא בין 150-200 מ"מ. כאשר הסרט עובר דרך מערכות גליל בעלות קוטר מתיחה שונה, קו המתיחה של השלב הראשון יוצר מהירות מתיחה של הכוח. בקצב של 50 מטר לדקה, השלב השני מתגלגל במהירות של 80 מטר לדקה, עם יחס מתיחה אורכי של עד פי 1.6 עיצוב היררכי זה מונע ריכוז מתח משלב אחד של מתח ומבטיח שיפוע דפורמציה אחיד.
1.2 פריסה מרחבית תלת-ממדית{{1}
מערכת הגלילים מדורגת עם דפוס "Z" או "S", והפרש הגבהים בין הגלילים הסמוכים נשמר ב-50 - 100 מ"מ. פריסה זו יוצרת נתיב גלי למסע הסרט, מאריכה את אורך נתיב המתיחה. לדוגמה, בייצור של שלוש-שכבות-שכבתיות, מאפשר למתוח את הנתיב הארוך של הסרט ב-LDPE0. שניות, מקטין את זמן העיוות ב-30% בהשוואה לפריסה ליניארית, וממזער את הסיכון להתחממות יתר מקומית.
1.3 עיצוב מיוחד של גלילי רידוד
השלב הסופי מצויד בגלילי רידוד בצורת קשת- עם מוט מעוקל עם סטיה של 2-5 מ"מ ומצופים בגומי סיליקון. כאשר הסרט נוגע במשטח הגליל בזווית נטייה של 15 מעלות, יריעות הקפיץ הסליליות מייצרות כוח רכיב רוחבי של 0.5-1.2 N/cm, ובכך מבטל למעשה את סלסול הקצוות. נתוני ניסויים מראים שניתן להגדיל את גלילי הסרט המשטחים-בצורת קשת ב-92% וניתן להפחית את אובדן הקצה אל מתחת ל-3%.
2. בקרת תנועה: מערכת ויסות דינמית של יחסי מהירות מסונכרנים
התאמה דינמית של מהירויות קו של מערכת ריבוי- מושגת על ידי שליטה מתואמת בין מנועי סרוו וממירי תדרים. טכנולוגיות הליבה שלה כוללות:
2.1 סגור-בקרת לולאה של יחס ציור
חיישני מהירות לייזר עוקבים באופן רציף אחר המהירות הליניארית של הסרט ומספקים-משוב בזמן אמת למערכת בקרת PLC. התדירות של מנוע ההנעה מותאמת אוטומטית כאשר תנודות המהירות גדולות מ- ± 0.5%. לדוגמה, אלגוריתם PID PID שומר על יחס המתיחה ב-5.2 ± 0.1 לייצור סרט BOPP בעובי של 20-מיקרומטר, מה שמבטיח סטיית תקן של חוזק מתיחה אורכי פחות או שווה ל-0.8 MPa.
2.2 טכנולוגיית מתיחה במהירות דיפרנציאלית
מתיחה רוחבית מושגת על ידי ההבדל בין מסילת ההדרכה האולטימטיבית למתקן. כאשר הפער בין המתקנים מתרחב מ-100 מ"מ ל-400 מ"מ, רוחב המדריך מצטמצם בו זמנית, וכתוצאה מכך יחס מתיחה רוחבי של פי 4. המתקן המחובר-קפיץ שפותח על ידי מונטדיסון (איטליה) שומר על יציבות הידוק עם כוחות קפיצים של 0.3-0.5 N/mm ושינוי בעובי רוחבי של + -± 1.5%.
2.3 מנגנון תנודה סיבובית
חלק מהדגמים-מתקדמים משתמשים בהתקני פירוק סיבובי של 360- מעלות המשנים את כיוון הכוח כשהם מותחים את הסרט. הטכנולוגיה המוגנת בפטנט של באייר מראה ש-60 סיבובים לדקה יכולים לשפר את אחידות חלוקת הלחץ בתוך הממברנה ב-40%, במיוחד עבור סרטים בדרגה אופטית. מוֹדֶרנִיגרור-את מכונת הסרטים הסיבוביתעיצובים משלבים יותר ויותר תכונות תנודה סיבובית כאלה כדי לשפר את איכות הסרט.
3. ניהול טמפרטורה: מערכת חימום שיפוע עם בקרת דפורמציה
אחידות הטמפרטורה משפיעה ישירות על גבישיות הסרט וביצועי המתיחה. מנגנון סיבוב המתיחה משיג ניהול תרמי מדויק באמצעות מערכת בקרת שדות טמפרטורה בשלושה-שלבים:
3.1 חימום אינפרא אדום של מדור החימום המוקדם
הופעלו מחממי אינפרא אדום- קצרים עם אורכי גל של 2-10 מיקרון וצפיפות הספק של 80-120 W/cm2. לוחות מחזירי אור מגבירים את יעילות החזר החום ל-95% ואת טמפרטורת פני הסרט ל-120-140 מעלות תוך 0.5 שניות. ניסויים מראים ששיטת חימום זו מפחיתה את שינוי העובי של קטע החימום המוקדם ל-±0.8 מיקרון.
3.2 תרמית 3.2 מחזור אוויר חם בהרחבה
תעלות אוויר חם בצורת זיגזג בצורת זיגזג- מסודרות מסביב לגלגלת המתיחה, והיציאה של צינור האוויר החם נמצאת במידה של כיוון התנועה של הסרט. ניתן ליצור שכבת גבול תרמית בעובי 0.5-1.0 מ"מ על ידי שליטה על מהירות האוויר ב-0.8 -1.2 מ"ש. נתוני הבדיקה של Toray (יפן) מצביעים על כך שעיצוב זה מונע ביעילות פגמי גביש הנגרמים מהתחממות יתר מקומית על ידי שמירה על סטיית תקן של טמפרטורת הממברנה של פחות או שווה ל-1.5 מעלות במתיחה.
3.3 קירור מהיר לייצוב צורת מקטע הקירור
ניתן להפחית את טמפרטורת פני השטח של הסרט לפחות מ-60 מעלות תוך 0.3 שניות על ידי גלגלת קירור של ציפוי כרום מים במחזור ב-15 מעלות צלזיוס. רולר הקירור מהיר מעט יותר ממהירות המתיחה (1:1.02) כדי למנוע היווצרות קמטים עם התכווצות הסרט. מחקר המקרה של ברוקנר (גרמניה) מדגים כי טכניקת קירור מהיר זו מפחיתה את ההתכווצות התרמית מתחת ל-0.3%.
4. ויסות מתח: מערכת בקרה יציבה עם פיצוי דינמי
תנודות מתח הן הגורם העיקרי למתיחה לא אחידה של הסרט. מנגנון סיבוב המתיחה משיג שיווי משקל דינמי באמצעות ויסות מתח רב-שלבי:
4.1 ויסות ראשוני באמצעות מעצורי חלקיקים מגנטיים
בלמי חלקיקים מגנטיים מותקנים בהתקן ההתרופפות ושולטים במומנט הבלמים על ידי התאמת הזרם. כאשר מתח הסרט עולה על הערך שנקבע, המערכת מפחיתה אוטומטית את זרם הבלמים, ומגבילה את תנודות המתח ל-±0.2 N/m. היישום של Hyosung (דרום קוריאה) מראה שהטכניקה יכולה להפחית את סטיית התקן של התארכות השבר של הסרט ל-3.2%.
4.2 ניטור- בזמן אמת של חיישני מתח אולטרסאונד
חיישני מתח אולטרסאונד המותקנים במתיחה פועלים בתדירות דגימה של 1,000 פעמים בשנייה. ברגע שמתגלה שינוי פתאומי במתח, המערכת מתאימה את מהירות מנוע ההנעה תוך 20 מילישניות. לדוגמה, כאשר המתח עולה ב-0.5 N/m, PLC מפחית את מהירות מנוע הסרוו ב-0.3% כדי להחזיר מתח יציב.
4.3 בקרת עזר באמצעות התקני חיסול סטטיים
קטע הקירור צויד בסילוק אלקטרוסטטי דו צדדי של ±7 קילו וולט, אשר ניטרל את המטען על פני הסרט והפחית מתח סטטי מ-±5 קילו וולט ל-±0.5 קילו וולט. בדיקות של 3M (ארה"ב) מראות שביטול אלקטרוסטטי משפר את ניקיון הפיתול ב-85% ומפחית את הטרוגניות המתח הנגרמת על ידי הידבקות אלקטרוסטטית.
V. מקרה יישום: אוריינטציה דו-צירית BOPET Films
חברה אחת השתמשה במנגנון סיבוב משיכה משופר כדי לייצר סרט BOPET בגודל 12 מיקרומטר, תוך שליטה בפרמטרים מרכזיים כדלקמן:
מתיחה אורכית: 130 מעלות בחימום מוקדם, 145 מעלות במתיחה ופי 3.8 מיחס המתיחה.
מתיחה רוחבית: 125 מעלות חימום- מראש, מתיחה של 140 מעלות, יחס מתיחה פי 4.2
בקרת מתח: שחרור N/m, מתח קטע מתיחה N/m, מתח סליל 22N/m.
נתוני הייצור הראו כי חוזק המתיחה האורך סטיית התקן ירד מ-1.2 מגפ"ס ל-0.7 מגפ"ס, השונות בעובי לרוחב ירדה מ-3.2 מיקרומטר ל-1.8 מיקרומטר, ושיעור ההסמכה של המוצר עלה ל-98.5%. דוגמה זו מאמתת את היעילות של מערכת בקרה רב-ממדית- במנגנון סיבוב גלגלי הנחיתה. הגרור-את מכונת הסרטים הסיבוביתבשימוש במקרה זה הוכיח ביצועים יוצאי דופן בהשגת אוריינטציה דו-צירית אחידה.
מַסְקָנָה
באמצעות אופטימיזציה מבנית, בקרת תנועה, בקרת טמפרטורה וויסות מתח, נבנית המערכת הטכנולוגית של סרט מתיחה אחיד. בתור הגרור-את מכונת הסרטים הסיבוביתממשיך להתפתח, איטרציות עתידיות יתפתחו בכיוון של דיוק גבוה, יעילות ואינטליגנציה, ויספקו תמיכה טכנית מרכזית לייצור של סרטים-מתקדמים.
