Каковы области применения ротационного размоточного станка?

A Роторный размотчик применяется в любом промышленном процессе, где непрерывный рулонный материал — бумага, пленка, фольга, ткань или нетканый материал — наматывается на рулон и должен подаваться с контролируемым постоянным натяжением на последующую линию переработки, печати, ламинирования или упаковки. Основные области применения включают печать этикеток, гибкую упаковку, производство гофрированного картона, производство санитарно-гигиенических изделий, переработку нетканых материалов, резку технических лент и печать на непрерывных формах. -- отрасли, где бесперебойная подача полотна и стабильное натяжение напрямую определяют качество продукции и производительность линии. В этой статье подробно рассматривается каждая категория приложений с учетом конкретных эксплуатационных требований, которые делают ротационный размоточный станок правильным выбором оборудования в каждом конкретном случае.

Что делает ротационный размотчик: основная эксплуатационная функция

Прежде чем приступить к изучению области применения, важно точно понять, какой вклад в работу производственной линии вносит ротационный размоточный станок, чего не может сделать простая пассивная рулонная стойка. Роторный размотчик – это механизированная система подачи рулонов с регулировкой натяжения в котором оправка валка активно приводится в движение – либо серводвигателем, моментным двигателем, либо системой рекуперативного торможения – так что скорость и крутящий момент вращения валка постоянно регулируются по мере уменьшения диаметра валка от полного до пустого.

Такое активное управление решает три проблемы, которые не могут решить пассивные прокатные клети:

• Уменьшение компенсации инерции: Полный рулон может весить несколько тонн и имеет высокую инерцию вращения. По мере разматывания материала диаметр и инерция рулона уменьшаются, изменяя крутящий момент, необходимый для поддержания постоянной скорости полотна. Система управления ротационного размоточного устройства постоянно компенсирует это изменение, поддерживая натяжение полотна в пределах заданного значения независимо от диаметра рулона.
• Регулировка натяжения полотна: Последующие процессы, такие как флексографская печать, требуют, чтобы натяжение полотна удерживалось в пределах жестких допусков — обычно плюс-минус 2-5% заданного значения — для поддержания точности регистра печати. Скачки или падения натяжения приводят к неправильной совмещению, складкам или разрывам полотна (источник: TAPPI TIP 0404-20, Контроль натяжения полотна, 2019).
• Высокоскоростное ускорение и замедление: Когда линия ускоряется от состояния покоя до рабочей скорости, роторный размотчик должен синхронизировать ускорение рулона с ускорением линии. Пассивная стойка не может этого сделать — она либо вызывает провисание полотна при ускорении, либо разрыв полотна при резких остановках.

Именно эти возможности делают роторный размоточный станок незаменимым, а не дополнительным в любом высокоскоростном или точном приложении для конвертации рулонов.

Печать и конвертация этикеток

Печать этикеток — одно из наиболее объемных применений ротационных размоточных машин в мире. Самоклеящиеся этикетки — композитное полотно из лицевого материала, клея и защитной пленки — печатаются на узкорулонных флексографских, офсетных или цифровых печатных машинах, работающих со скоростью От 100 до 300 метров в минуту . На этих скоростях даже кратковременное колебание натяжения приводит к неправильному совмещению цветов, которое превышает допустимые пределы (обычно от 0,1 до 0,2 мм для фармацевтических этикеток), что приводит к остановкам печати и перерасходу материала.

Роторные размотчики в машинах для печати этикеток должны работать с рулонами лицевой бумаги, подложки и ламинированных материалов, начиная от Ширина от 25 до 600 мм и диаметром рулонов до 1000 мм и более. Нижняя сторона этикеточного материала с клейким покрытием особенно чувствительна к изменению натяжения: избыточное натяжение растягивает эластичный лицевой материал и изменяет размеры высечки; недостаточное натяжение вызывает трепетание полотна, из-за которого этикетка смещается относительно матрицы.

Современные установки для печати этикеток обычно используют двухвальные или револьверные ротационные размотчики которые позволяют предварительно загрузить новый рулон на вторую оправку во время работы текущего рулона, что позволяет выполнить летающее соединение - автоматическое соединение полотна на полной скорости пресса, что исключает остановку производства, необходимую в противном случае для замены рулона. Возможность летающего сращивания со скоростью 200 м/мин требует, чтобы система управления роторного размоточного устройства ускоряла новый рулон, чтобы точно соответствовать скорости движения полотна в пределах от 0,1 до 0,5 секунды до фиксации соединительной ленты (источник: Технический бюллетень FINAT, Технология Narrow Web Converting Technology, 2021).

Диапазоны скорости и ширины взяты из Технического бюллетеня FINAT, Технология узкорулонного преобразования, 2021 г. Допуск регистрируется в соответствии со стандартом фармацевтической промышленности ISO 11607.

Производство гибкой упаковки

Гибкая упаковка — пакеты, пакеты, саше, обертки и ламинаты, используемые для пищевых продуктов, средств личной гигиены и товаров домашнего обихода — производится на широкорулонных линиях глубокой или флексографской печати, ламинаторах и системах формования-заполнения-запечатывания, которые работают при От 150 до 600 метров в минуту . Вес рулонов в гибкой упаковке при переработке обычно достигает от 800 до 2000 кг , а диаметр рулонов 1200 мм обычно используется в широкополосных операциях (источник: Packaging Europe, Отчет о технологиях переработки гибкой упаковки, 2022 г.).

Задача разматывания гибкой упаковки тройная. Во-первых, разнообразие подложек чрезвычайно велико: одно и то же производственное предприятие может производить 12-микронную алюминиевую фольгу, 15-микронную БОПЭТ-пленку, 200-микронный пенополиэтилен и бумагу плотностью 80 г/м2 за одну неделю, причем для каждой из них требуются разные настройки натяжения и разные профили скорости и крутящего момента размотчика. Во-вторых, большой вес рулонов требует наличия размоточных устройств с прочной механической конструкцией: нагрузка на консольную оправку 1500 кг и более требует высокоточных подшипниковых узлов и прочных рам. В-третьих, многослойные ламинированные структуры требуют точного контроля натяжения как во время прохода печати, так и во время прохода ламинирования, чтобы избежать дефектов адгезии, вызванных складками или несоответствием натяжения между слоями.

Линии глубокой печати для гибкой упаковки (самая высокая скорость применения в этой категории) требуют ротационных размотчиков с системы контроля натяжения танцорных роликов которые могут реагировать на изменения напряжения внутри от 50 до 100 миллисекунд для обеспечения точности приводки на 8–12 цветных станциях при длине повтора печати от 300 до 800 мм (источник: Европейская ассоциация глубокой печати, Технический справочник, 2020).

Переработка гофрированного картона и картона

Линии по производству гофрированного картона — гофромашины — являются одними из самых мощных и быстрых машин для обработки полотна в бумажной промышленности. Один гофроагрегат обрабатывает несколько потоков полотна одновременно: гофрирующий материал (гофрированный внутренний слой) и одно или два полотна подложки (плоские внешние слои), причем все они работают со скоростью От 200 до 400 метров в минуту при ширине полотна от 1800 до 2800 мм .

Для каждого веб-потока требуется собственный роторный размотчик. Стандартная линия двустороннего гофроагрегата использует три-пять ротационных размотчиков работают одновременно, а соотношение натяжения между лайнером и гофрированными стенками определяет плоскостность, толщину и прочность на сжатие готовой плиты. Несоответствие натяжения между потоками полотна приводит к короблению – изгибу готового гофрированного картона, что приводит к застреванию в последующих машинах для изготовления коробок и отбраковке при проверке качества.

Роторные размотчики в гофроагрегатах также должны управлять интеграция сплайсера - каждый размотчик соединен с устройством для сращивания, которое соединяет конец истекающего рулона с передней кромкой нового рулона на полной скорости линии. В машинах для сращивания гофромашин обычно используется метод стыкового соединения (сращивание с нулевым хвостом), который требует, чтобы входящий рулон ускорялся до скорости линии и удерживался в пределах плюс-минус 0,5% скорости линии перед соединением, чтобы обеспечить чистое соединение без зазоров, которое не приведет к дефекту платы в точке соединения.

Ключевые требования к производительности размоточных машин для гофромашин

• Вес рулона: От 3000 до 5000 кг на оправку для широкорулонных рулонов футеровки
• Диапазон диаметров рулонов: От 800 мм (почти пустой) до 1800 мм (полный рулон)
• Диапазон напряжения: Ширина полотна от 50 до 500 Н/м, регулируется в зависимости от сорта бумаги
• Точность сращивания: Согласование скорости в пределах плюс-минус 0,5% при зацеплении соединения.
• Предварительное кондиционирование: Интеграция парового душа для предварительного увлажнения полотна подкладки перед гофрированием для улучшения склеивания.

Источник: Технический справочник FEFCO, Производство гофрированного картона, 2021 г.

Производство салфеток и средств гигиены

Производство санитарно-гигиенической продукции (салфеток для лица, туалетной бумаги, кухонных полотенец и влажных салфеток) включает в себя разматывание больших рулонов (тамбуров или гигантских рулонов) бумажных или нетканых материалов в линии, которые тиснят, сгибают, разрезают и упаковывают готовый продукт. Родительские рулоны при преобразовании тканей обычно измеряются Ширина от 2000 до 5000 мм и до Диаметр 3000 мм , с весом полотна всего от 12 до 40 г/м² - что делает бумажную бумагу одним из самых сложных применений при работе с полотном из-за экстремального сочетания очень больших размеров рулонов и очень низкой прочности полотна на разрыв.

Поскольку тканевое полотно может порваться даже при натяжении полотна от 2 до 5 Н/м При такой ширине ротационный размотчик должен поддерживать натяжение с исключительной точностью: резкий скачок натяжения, который был бы несущественен на линии упаковочной пленки, мгновенно разорвал бы полотно санитарно-гигиенической продукции. Поэтому на линиях переработки тканевой продукции используются ротационные размоточные машины с контроль натяжения тензодатчика с обратной связью вместо контроля натяжения с помощью танцора, поскольку тензодатчики обеспечивают более быстрое и точное измерение натяжения при очень низких задействованных силах натяжения (источник: INDA, Учебник по нетканым материалам и технологиям преобразования тканей, 2020).

Производство влажных салфеток усложняет работу с нетканым материалом (обычно спанлейсным или аэродинамическим материалом плотностью от 30 до 80 г/м2), который имеет меньшую жесткость, чем папиросная бумага, и более склонен к волнистости краев и боковому смещению во время размотки. Роторные размотчики на линиях по переработке влажных салфеток включают системы рулевого управления с краевым управлением - Боковые приводы с сервоприводом, которые постоянно перемещают всю раму размотчика, чтобы удерживать край полотна в фиксированном поперечном положении, предотвращая смещение края, которое могло бы вызвать перекос на станциях складывания и резки, расположенных ниже по потоку.

Преобразование нетканых материалов

Нетканые материалы — спанбонд, мелтблаун, спанлейс, иглопробивные и термоскрепленные материалы — используются в медицинских расходных материалах, фильтрующих материалах, геотекстиле, компонентах салона автомобиля и строительных мембранах. Преобразование этих материалов в готовую продукцию включает в себя такие процессы, как резка, ламинирование, печать, высечка и ультразвуковое соединение, все из которых требуют контролируемой подачи полотна из рулона.

Переработка нетканых материалов представляет собой проблему размотки, которая существенно отличается от обработки бумаги или пленки. Нетканые материалы имеют значительно более низкий модуль упругости чем бумажные или полимерные пленки, а это означает, что они легче растягиваются под действием приложенного напряжения. Эта эластичность означает, что контроль натяжения должен быть более динамичным — контур управления размоточного устройства должен реагировать быстрее, чтобы предотвратить распространение изменений натяжения на ткань в виде изменения ширины (вырезов), которое может вызвать дефекты размеров в готовом изделии.

Производство медицинских нетканых материалов — хирургических простыней, материалов для изолирующих халатов и фильтрующих материалов для защиты органов дыхания — осуществляется в условиях чистых помещений или контролируемой среды, что налагает дополнительные требования к оборудованию. Роторные размоточные машины в этих целях должны быть изготовлены из материалов, которые не создают загрязнения твердыми частицами, подлежат очистке с помощью изопропанола или других одобренных дезинфицирующих средств и в некоторых случаях должны быть сертифицированы для работы в чистых помещениях класса 7 или 8 по ISO.

Наш Роторный размотчик Разработан для всего спектра применений при переработке нетканых материалов, с системами контроля натяжения, настраиваемыми для характеристик низкого натяжения и высокой эластичности материалов спанбонд и мельтблаун, а также структурных конструкций, отвечающих требованиям совместимости с чистыми помещениями.

Базовые диапазоны веса и натяжения основаны на «Инструкции по технологии преобразования нетканых материалов INDA», 2020 г., и спецификациях отраслевых процессов.

Техническая резка ленты и пленки

Разрезание — процесс одновременного разрезания широкого рулона материала на несколько более узких рулонов — представляет собой широкомасштабное применение ротационных размоточных машин в отраслях по переработке лент, пленки и фольги. Мастер-валок (также называемый прокатным валком или гигантским валком) устанавливается на ротационном размоточном станке и проходит через продольно-резательную машину, в которой используются либо бритвенные лезвия, ножи для резки, либо методы надрезания для разделения полотна на отдельные щели ширины, которые одновременно перематываются на отдельные сердечники.

Бобинорезательные линии работают на скоростях От 300 до 1200 метров в минуту для продольной резки пленки и фольги, при этом натяжение полотна должно поддерживаться в пределах жестких допусков, чтобы обеспечить равномерную ширину разреза и чистые разрезы с прямыми краями. Изменение натяжения во время продольной резки приводит к смещению полотна вбок между ножевыми станциями, что приводит к изменению ширины разреза – дефект, который вызывает проблемы с разматыванием в собственном перерабатывающем оборудовании клиента, расположенном ниже по потоку.

Техническая резка ленты — преобразование мастер-рулонов самоклеящейся ленты, двусторонней ленты и пенопластовой ленты — усложняет работу с поверхностями полотна, покрытыми клеем. Клей создает повышенное трение о направляющие и ролики, что может вызвать резкие скачки напряжения, если размоточное устройство не сможет быстро компенсировать это. Поэтому размотчики ленты обычно оснащаются системы бесконтактного измерения натяжения которые обнаруживают натяжение без увеличения трения или сопротивления в результате контакта датчика с чувствительной к клею поверхностью полотна.

Технические характеристики размотчика для продольной резки

• Резка алюминиевой фольги: Натяжение полотна обычно от 5 до 30 Н/м; диаметр мастер-вала до 1200 мм; скорость до 800 м/мин; консольная оправка необходима для загрузки рулона с одного конца
• Резка пленки БОПП и БОПЭТ: Натяжение от 10 до 60 Н/м; скорость до 1200 м/мин; электростатический контроль, необходимый для работы с тонкими пленками; стержни нейтрализатора статического электричества встроены в секцию размотки
• Двусторонняя пенопластовая лента: Натяжение от 20 до 80 Н/м; низкая скорость (от 30 до 100 м/мин) из-за сжимаемости пены; направляющие ролики с силиконовым покрытием для предотвращения переноса клея
• Пленки со специальным покрытием (оптические, барьерные): Сверхнизкое натяжение (от 2 до 15 Н/м), чтобы избежать растяжения; конструкция, совместимая с чистыми помещениями; рассеивающие статическое электричество поверхности роликов

Источник: журнал Converting Magazine, Обзор технологий бобинорезательной машины, 2022 г.

Непрерывные формы и коммерческая печать

Непрерывная печать форм — производство многоэкземплярных деловых бланков, почтовых отправлений, транзакционных документов и цифровой печати по требованию — использует рулонные офсетные, цифровые струйные или электрофотографические печатные машины, которые требуют точного контроля натяжения бумажного полотна по всей зоне печати. Коммерческие рулонные офсетные машины печатают газеты, журналы и коммерческую печать со скоростью От 600 до 900 футов в минуту (от 180 до 275 м/мин) используйте ротационные размотчики, которые должны обрабатывать рулоны газетной бумаги, мелованной бумаги и суперкаландрированной бумаги весом до 1200 кг и диаметром 1500 мм (источник: Printing Industries of America, Web Offset Technology Guide, 2020).

Цифровые струйные рулонные печатные машины — все более важная категория приложений — работают со скоростью от 100 до 300 м/мин на бумажных полотнах шириной от 300 до 800 мм, печатая переменные данные с разрешением от 600 до 1200 точек на дюйм. В этих резолюциях изменение натяжения полотна более 3–5 % создает видимые полосы на сплошных участках печати, поскольку изменение натяжения мгновенно изменяет скорость полотна в зоне печати, в результате чего расположение капли струйной печати смещается на доли миллиметра относительно заданного положения. Роторный размотчик должен подавать устойчивое к натяжению полотно в зону печати с постоянной скоростью, чтобы поддерживать точность размещения капель, необходимую для цифровой печати с высоким разрешением.

Использование газетных прессов двухвальные горизонтальные ротационные размотчики с автоматизированными системами загрузки рулонов — высокая пропускная способность газетного пресса (один рулон каждые 15–25 минут на полной скорости) делает любой процесс ручной замены рулонов узким местом производства. Автоматизированные роликовые тележки и загрузчики оправок, интегрированные с роторным размоточным устройством, сокращают время смены рулонов с 4 до 5 минут (ручное управление). менее 90 секунд для последовательности летающего сращивания (источник: WAN-IFRA, Технический отчет World Newspaper, 2021 г.).

Производство аккумуляторов и солнечных батарей

Передовые производственные применения ротационных размоточных станков включают резку электродов и нанесение покрытий при производстве литий-ионных батарей, а также обработку фотоэлектрических (PV) пленок и герметизирующих материалов при производстве солнечных панелей. Это одни из наиболее технически сложных задач по размотке, поскольку подложки имеют чрезвычайно жесткие допуски на размеры а переработанная продукция имеет высокую удельную стоимость, что делает потери лома очень дорогостоящими.

При производстве электродов литий-ионных аккумуляторов анодная и катодная фольги — медная фольга (толщиной от 8 до 12 микрон) для анода и алюминиевая фольга (толщиной от 10 до 20 микрон) для катода, покрытые активными материалами — разрезаются из широких рулонов на узкие электродные ленты и наматываются на ячейки. Медная фольга, используемая при производстве анодов, настолько тонка, что натяжение полотна должно контролироваться с точностью до плюс-минус 1 Н/м. чтобы предотвратить растяжение, которое может изменить размеры электродов и повлиять на емкость ячейки. Роторные размотчики для продольной резки электродов оснащены сверхчувствительными системами датчиков нагрузки и работают в чистых сухих помещениях (точка росы ниже -40 градусов C) для предотвращения поглощения влаги гигроскопичными материалами электродов (источник: Journal of Power Sources, Обзор процесса производства аккумуляторов, 2021; 506: 230186).

Преобразование задней панели фотоэлектрических модулей — резка и ламинирование многослойных полимерных пленок, защищающих заднюю часть солнечных модулей, — требует обработки материалов шириной от 1000 до 1300 мм и диаметром рулонов до 1000 мм при скорости полотна от 20 до 50 м/мин. Требования к долговечности фотоэлектрических задних листов (срок службы 25 лет) означают, что любой поверхностный дефект, появившийся во время преобразования — царапина от направляющего ролика или натяжная складка, образовавшаяся во время перемотки — представляет собой долгосрочную проблему надежности. В ротационных размоточных машинах используются сверхгладкие ролики из анодированного алюминия или хромированные, которые поддерживают низкое натяжение полотна, чтобы свести к минимуму поверхностное контактное давление.

Обработка текстиля и технических тканей

Тканые и трикотажные материалы — от текстиля для одежды до технических материалов, таких как арамидная армирующая ткань, ткань из стекловолокна и препрег из углеродного волокна — требуют ротационных размоточных машин в таких процессах, как печать на ткани, покрытие, ламинирование и резка. Обработка текстильного полотна отличается от обработки бумаги и пленки по нескольким важным аспектам, которые влияют на требования к конструкции размоточного устройства:

• Растяжимость ткани: Большинство тканых материалов растягиваются в поперечном направлении под действием приложенного натяжения, вызывая уменьшение ширины (вытягивание). Роторные размотчики для текстильной промышленности должны работать при более низких заданных значениях натяжения и включать датчики края для отслеживания изменения ширины в реальном времени.
• Изменение твердости рулона: Текстильные рулоны часто наматываются с неоднородной твердостью из-за сжимаемости ткани. Мягкие или твердые участки рулона вызывают мгновенные скачки натяжения, когда слои намота различной твердости проходят через оправку, что требует от системы контроля натяжения размоточного устройства высокой скорости реагирования. От 10 до 20 Гц или выше .
• Ядро подходит: Рулоны текстиля часто наматываются на картонные гильзы с менее точными допусками по внутреннему диаметру, чем рулоны бумаги или пленки, поэтому на ротационном размоточном станке требуются разжимные оправки регулируемого диаметра, чтобы обеспечить надежное зацепление патрона во всем диапазоне внутренних диаметров гильз, встречающихся в производстве.

Препрег из углеродного волокна — очень ценный материал, используемый в авиакосмических и автомобильных конструкционных компонентах — представляет собой наиболее требовательную область применения при размотке текстиля. Рулоны препрега необходимо разматывать при температуре от 15 до 20 градусов C (поддерживаемой в помещении с контролируемой температурой вокруг стойки для рулонов) и при очень низком натяжении, чтобы предотвратить повреждение волокна. Разрыв углеродного волокна в слое препрега создает концентрацию напряжений в отвержденной композитной детали, которая может привести к разрушению конструкции под нагрузкой, что делает точность контроля натяжения прямой проблемой безопасности продукта, а не просто показателем качества.

Сравнение конфигураций ротационного размотчика по приложениям

Не все ротационные размотчики имеют одинаковую конфигурацию. Выбор конструкции размотчика — одновальный, двухвальный, револьверный или горизонтальное или вертикальное расположение — определяется конкретными требованиями каждого применения:

Описания конфигураций основаны на отраслевых стандартах, как описано в TAPPI TIP 0404-20 и Техническом справочнике журнала Converting Magazine, 2022 г.

Ключевые критерии выбора при выборе ротационного размоточного устройства

Выбор подходящего ротационного размоточного устройства для конкретного применения требует оценки шести технических параметров, которые определяют, будет ли оборудование соответствовать технологическим требованиям предполагаемой линии переработки:

• Максимальный вес и диаметр рулона: Рама размотчика, подшипниковые узлы и оправка должны быть рассчитаны на самый тяжелый рулон, который будет использоваться в данном приложении. Заниженный номинал конструкции приводит к износу подшипников и отклонению вала, что приводит к изменению натяжения и проблемам с отслеживанием полотна.
• Диапазон ширины полотна: Длина оправки, ширина направляющего ролика и пролет танцора или датчика нагрузки должны соответствовать диапазону ширины обрабатываемого полотна. Краевые датчики и направляющие полотна также должны быть настроены на диапазон ширины.
• Диапазон натяжения и точность регулирования: Укажите минимальное и максимальное требуемое натяжение в Н/м или в сумме Н. Система управления должна обеспечивать требуемую точность — обычно от плюс-минус 2 до 5% для обычного преобразования, плюс-минус 1% или выше для прецизионной печати и применения аккумуляторных электродов.
• Диапазон рабочих скоростей: Привод поворотного размотчика должен обеспечивать стабильное регулирование натяжения от минимальной скорости медленного передвижения до максимальной рабочей скорости линии с плавным ускорением и замедлением.
• Метод сращивания: Определите, требуется ли ручное, полуавтоматическое (пониженная скорость) или полное летающее соединение на рабочей скорости, исходя из частоты смены роликов и приемлемой продолжительности остановки производства.
• Особые экологические требования: Совместимость с чистыми помещениями, взрывозащищенные электрические системы для сред с растворителями, конструкция из нержавеющей стали для применения в контакте с пищевыми продуктами или корпус с контролируемой температурой для материалов, чувствительных к температуре.

Наш Роторный размотчик доступен в конфигурациях, охватывающих весь спектр этих требований - от одновальных моделей с ручной загрузкой для низкоскоростной специальной обработки до полностью автоматизированных револьверных конструкций с возможностью летающего соединения для высокоскоростных непрерывных производственных линий. Доступна инженерная поддержка, позволяющая подобрать правильную конфигурацию и характеристики управления в соответствии с вашим конкретным материалом полотна, требованиями к натяжению и целевыми скоростями производства.