Überwindung der Schwierigkeiten beim Rollen flexibler Verpackungsfolien | Kunststofftechnik

Nicht alle Filme sind gleich. Dies führt sowohl für den Aufwickler als auch für den Bediener zu Problemen. Hier erfahren Sie, wie Sie mit ihnen umgehen. #Verarbeitungstipps #Best Practices
Bei zentralen Oberflächenwicklern wird die Bahnspannung durch Oberflächenantriebe gesteuert, die mit Stapler- oder Andruckrollen verbunden sind, um das Schneiden der Bahn und die Bahnverteilung zu optimieren. Die Wickelspannung wird unabhängig gesteuert, um die Spulensteifigkeit zu optimieren.
Beim Aufwickeln der Folie auf einem reinen Zentralwickler wird die Bahnspannung durch das Wickelmoment des Zentralantriebs erzeugt. Die Bahnspannung wird zunächst auf die gewünschte Rollensteifigkeit eingestellt und dann beim Aufwickeln der Folie schrittweise reduziert.
Beim Aufwickeln der Folie auf einem reinen Zentralwickler wird die Bahnspannung durch das Wickelmoment des Zentralantriebs erzeugt. Die Bahnspannung wird zunächst auf die gewünschte Rollensteifigkeit eingestellt und dann beim Aufwickeln der Folie schrittweise reduziert.
Beim Aufwickeln von Folienprodukten auf den Mittel-/Flächenwickler wird die Andruckrolle betätigt, um die Bahnspannung zu steuern. Das Wickelmoment ist nicht von der Bahnspannung abhängig.
Wenn alle Folienbahnen perfekt wären, wäre die Herstellung perfekter Rollen kein großes Problem. Aufgrund natürlicher Schwankungen der Harze und Inhomogenitäten bei der Filmbildung, Beschichtung und bedruckten Oberflächen gibt es leider keine perfekten Filme.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Wickelbetriebe darin, sicherzustellen, dass diese Mängel optisch nicht sichtbar sind und sich während des Wickelvorgangs nicht verstärken. Der Spulmaschinenbetreiber muss dann sicherstellen, dass der Spulvorgang die Produktqualität nicht weiter beeinträchtigt. Die ultimative Herausforderung besteht darin, die flexible Verpackungsfolie so aufzuwickeln, dass sie sich nahtlos in den Produktionsprozess des Kunden einfügt und ein qualitativ hochwertiges Produkt für seine Kunden produziert.
Die Bedeutung der Filmsteifigkeit Die Filmdichte oder Wickelspannung ist der wichtigste Faktor bei der Bestimmung, ob ein Film gut oder schlecht ist. Eine zu weich gewickelte Rolle wird beim Aufwickeln, Hantieren oder Lagern „unrund“ sein. Die Rundheit der Rollen ist für den Kunden sehr wichtig, um diese Rollen mit maximaler Produktionsgeschwindigkeit und minimalen Spannungsänderungen verarbeiten zu können.
Zu eng aufgewickelte Rollen können eigene Probleme verursachen. Sie können Probleme beim Blockieren von Defekten verursachen, wenn die Schichten verschmelzen oder verkleben. Beim Aufwickeln einer Stretchfolie auf einen dünnwandigen Kern kann das Aufwickeln einer starren Rolle zum Bruch des Kerns führen. Dies kann zu Problemen beim Entfernen der Welle oder beim Einsetzen der Welle oder des Spannfutters bei späteren Abwickelvorgängen führen.
Auch eine zu straff gewickelte Rolle kann Bahndefekte verschlimmern. Folien weisen typischerweise leicht erhöhte und niedrige Bereiche im Maschinenquerschnitt auf, in denen die Bahn dicker oder dünner ist. Beim Aufwickeln der Dura mater überlappen sich Bereiche großer Dicke. Wenn Hunderte oder sogar Tausende von Lagen gewickelt werden, bilden die hohen Abschnitte Grate oder Vorsprünge auf der Rolle. Wenn die Folie über diese Vorsprünge gespannt wird, verformt sie sich. Diese Bereiche erzeugen dann beim Abwickeln der Rolle Defekte, sogenannte „Taschen“, in der Folie. Ein harter Schwad mit einem dicken Faserband neben einem dünneren Faserband kann zu Schwaddefekten führen, die als Welligkeit oder Seilspuren auf dem Schwad bezeichnet werden.
Kleine Änderungen in der Dicke der aufgewickelten Rolle sind nicht erkennbar, wenn in den unteren Abschnitten genügend Luft in die Rolle gewickelt wird und die Bahn in den hohen Abschnitten nicht gedehnt wird. Allerdings müssen die Rollen so fest aufgewickelt sein, dass sie rund sind und dies auch bei der Handhabung und Lagerung bleiben.
Randomisierung von Variationen von Maschine zu Maschine Einige flexible Verpackungsfolien weisen, sei es während ihres Extrusionsprozesses oder während der Beschichtung und Laminierung, Dickenvariationen von Maschine zu Maschine auf, die zu groß sind, als dass diese Mängel ohne Übertreibung genau sein könnten. Um die Variationen der Wickelrollen von Maschine zu Maschine zu optimieren, bewegen sich der Bahn- oder Rollenschneider-Aufwickler und -Wickler relativ zur Bahn hin und her, während die Bahn geschnitten und aufgewickelt wird. Diese seitliche Bewegung der Maschine wird Oszillation genannt.
Um erfolgreich zu oszillieren, muss die Geschwindigkeit hoch genug sein, um die Dicke zufällig zu variieren, und niedrig genug, um die Folie nicht zu verziehen oder zu falten. Die Faustregel für die maximale Schüttelgeschwindigkeit beträgt 25 mm (1 Zoll) pro Minute pro 150 m/min (500 ft/min) Wickelgeschwindigkeit. Idealerweise ändert sich die Oszillationsgeschwindigkeit proportional zur Wickelgeschwindigkeit.
Analyse der Bahnsteifigkeit Wenn eine Rolle aus flexiblem Verpackungsfolienmaterial in der Rolle aufgewickelt wird, entsteht Spannung in der Rolle oder eine Eigenspannung. Wenn diese Spannung beim Wickeln groß wird, wird die innere Wicklung zum Kern hin hohen Druckbelastungen ausgesetzt. Dies führt zu „Ausbeulungsfehlern“ in bestimmten Bereichen der Spule. Beim Aufwickeln von unelastischen und stark rutschigen Folien kann es zu einer Lockerung der Innenschicht kommen, was dazu führen kann, dass sich die Rolle beim Aufwickeln wellt oder sich beim Abwickeln dehnt. Um dies zu verhindern, muss die Spule fest um den Kern gewickelt werden, mit zunehmendem Spulendurchmesser dann weniger fest.
Dies wird allgemein als Rollhärtekegel bezeichnet. Je größer der Durchmesser des fertig gewickelten Ballens ist, desto wichtiger ist das Konizitätsprofil des Ballens. Das Geheimnis einer guten Konstruktion aus verseiltem Stahl mit Steifigkeit besteht darin, mit einer guten, starken Basis zu beginnen und diese dann mit immer weniger Spannung auf den Spulen aufzuwickeln.
Je größer der Durchmesser des fertig gewickelten Ballens ist, desto wichtiger ist das Konizitätsprofil des Ballens.
Ein gutes, solides Fundament erfordert, dass die Wicklung mit einem hochwertigen, gut gelagerten Kern beginnt. Die meisten Folienmaterialien sind auf einen Papierkern aufgewickelt. Der Kern muss stark genug sein, um der Druckspannung beim Wickeln standzuhalten, die durch die eng um den Kern gewickelte Folie entsteht. Typischerweise wird der Papierkern in einem Ofen auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6–8 % getrocknet. Wenn diese Kerne in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit gelagert werden, absorbieren sie diese Feuchtigkeit und dehnen sich auf einen größeren Durchmesser aus. Anschließend können diese Kerne nach dem Wickelvorgang auf einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt getrocknet und verkleinert werden. Wenn das passiert, geht die Grundlage für einen soliden Verletzungswurf verloren! Dies kann zu Mängeln wie Verziehen, Ausbeulen und/oder Vorstehen der Rollen beim Hantieren oder Abrollen führen.
Der nächste Schritt, um die erforderliche gute Spulenbasis zu erhalten, besteht darin, mit dem Wickeln mit der größtmöglichen Steifigkeit der Spule zu beginnen. Wenn die Filmmaterialrolle dann aufgewickelt wird, sollte die Steifigkeit der Rolle gleichmäßig abnehmen. Die empfohlene Verringerung der Walzenhärte am Enddurchmesser beträgt typischerweise 25 % bis 50 % der ursprünglichen, am Kern gemessenen Härte.
Der Wert der Steifigkeit der Anfangsrolle und der Wert der Verjüngung der Wickelspannung hängen üblicherweise vom Aufbauverhältnis der gewickelten Rolle ab. Der Anstiegsfaktor ist das Verhältnis des Außendurchmessers (OD) des Kerns zum Enddurchmesser der gewickelten Rolle. Je größer der endgültige Wickeldurchmesser des Ballens ist (je höher die Struktur), desto wichtiger wird es, mit einer guten, starken Basis zu beginnen und nach und nach weichere Ballen zu wickeln. Tabelle 1 gibt eine Faustregel für den empfohlenen Grad der Härtereduktion basierend auf einem kumulativen Faktor.
Die zum Versteifen der Bahn verwendeten Wickelwerkzeuge sind Bahnkraft, Andruck (Press- oder Stapelwalzen oder Wickelrollen) und Wickeldrehmoment vom Mittelantrieb beim Aufwickeln von Folienbahnen in der Mitte/Oberfläche. Diese sogenannten TNT-Wicklungsprinzipien werden in einem Artikel in der Januarausgabe 2013 von Plastics Technology diskutiert. Im Folgenden wird beschrieben, wie jedes dieser Werkzeuge zum Entwerfen von Härteprüfgeräten verwendet wird, und es wird eine Faustregel für Anfangswerte bereitgestellt, um die erforderlichen Rollenhärteprüfgeräte für verschiedene flexible Verpackungsmaterialien zu erhalten.
Das Prinzip der Bahnaufwickelkraft. Beim Aufwickeln elastischer Folien ist die Bahnspannung das wichtigste Wickelprinzip, mit dem die Steifigkeit der Rolle gesteuert wird. Je stärker die Folie vor dem Aufwickeln gedehnt wird, desto steifer wird die aufgewickelte Rolle. Die Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Höhe der Bahnspannung keine erheblichen dauerhaften Spannungen in der Folie verursacht.
Wie in Abb. gezeigt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird beim Folienaufwickeln auf einem reinen Zentralwickler die Bahnspannung durch das Wickelmoment des Zentralantriebs erzeugt. Die Bahnspannung wird zunächst auf die gewünschte Rollensteifigkeit eingestellt und dann beim Aufwickeln der Folie schrittweise reduziert. Die vom Mittelantrieb erzeugte Bahnkraft wird normalerweise in einem geschlossenen Regelkreis mit Rückmeldung von einem Spannungssensor gesteuert.
Der Wert der anfänglichen und endgültigen Klingenkraft für ein bestimmtes Material wird normalerweise empirisch ermittelt. Eine gute Faustregel für einen Bahnfestigkeitsbereich ist 10 % bis 25 % der Zugfestigkeit der Folie. In vielen veröffentlichten Artikeln wird für bestimmtes Webmaterial eine bestimmte Webstärke empfohlen. Tabelle 2 listet empfohlene Spannungen für viele Bahnmaterialien auf, die in flexiblen Verpackungen verwendet werden.
Beim Aufwickeln auf einen sauberen Mittelwickler sollte die Anfangsspannung nahe am oberen Ende des empfohlenen Spannungsbereichs liegen. Reduzieren Sie dann schrittweise die Aufwickelspannung auf den in dieser Tabelle angegebenen unteren empfohlenen Bereich.
Der Wert der anfänglichen und endgültigen Klingenkraft für ein bestimmtes Material wird normalerweise empirisch ermittelt.
Wenn Sie eine laminierte Bahn aus mehreren unterschiedlichen Materialien aufwickeln, addieren Sie zum Erreichen der empfohlenen maximalen Bahnspannung für die laminierte Struktur einfach die maximale Bahnspannung für jedes Material, das zusammen laminiert wurde (normalerweise unabhängig von der Beschichtung oder Klebeschicht), und tragen Sie die auf nächste Summe dieser Spannungen. als maximale Spannung der Laminatbahn.
Ein wichtiger Spannungsfaktor beim Laminieren flexibler Folienverbunde besteht darin, dass die einzelnen Bahnen vor dem Laminieren gespannt werden müssen, damit die Verformung (Dehnung der Bahn durch Bahnspannung) bei jeder Bahn annähernd gleich ist. Wenn eine Bahn deutlich stärker gezogen wird als die anderen Bahnen, kann es bei laminierten Bahnen zu Kräusel- oder Delaminierungsproblemen kommen, die als „Tunneling“ bezeichnet werden. Die Höhe der Spannung sollte dem Verhältnis von Modul zur Bahndicke entsprechen, um Kräuseln und/oder Tunneln nach dem Laminierungsprozess zu verhindern.
Das Prinzip des Spiralbisses. Beim Aufwickeln nichtelastischer Folien sind Klemmung und Drehmoment die wichtigsten Wickelprinzipien zur Steuerung der Rollensteifigkeit. Die Klemme passt die Steifigkeit der Rolle an, indem sie die Grenzluftschicht entfernt, die der Bahn in die Aufnahmewalze folgt. Die Klemme erzeugt außerdem Spannung auf der Rolle. Je steifer die Klemme, desto steifer die Wickelrolle. Das Problem beim Aufwickeln flexibler Verpackungsfolien besteht darin, genügend Anpressdruck bereitzustellen, um Luft zu entfernen und eine starre, gerade Rolle aufzuwickeln, ohne beim Aufwickeln eine übermäßige Windspannung zu erzeugen, um zu verhindern, dass sich die Rolle in dicken Bereichen festklemmt oder aufwickelt, was die Bahn verformt.
Die Klemmbelastung ist weniger materialabhängig als die Bahnspannung und kann je nach Material und erforderlicher Rollensteifigkeit stark variieren. Um eine durch den Walzenspalt verursachte Faltenbildung der aufgewickelten Folie zu verhindern, muss die Belastung im Walzenspalt so gering wie möglich sein, um zu verhindern, dass Luft in der Rolle eingeschlossen wird. Diese Walzenspaltlast wird bei Mittelwicklern normalerweise konstant gehalten, da die Natur eine konstante Walzenspaltlastkraft für den Druckkegel im Walzenspalt bereitstellt. Mit zunehmendem Rollendurchmesser wird auch die Kontaktfläche (Fläche) des Spalts zwischen Wickelwalze und Andruckwalze größer. Ändert sich die Breite dieser Spur von 6 mm (0,25 Zoll) im Kern auf 12 mm (0,5 Zoll) bei voller Rolle, wird der Winddruck automatisch um 50 % reduziert. Darüber hinaus nimmt mit zunehmendem Durchmesser der Wickelwalze auch die Luftmenge zu, die der Oberfläche der Walze folgt. Diese Grenzluftschicht erhöht den hydraulischen Druck und versucht, den Spalt zu öffnen. Dieser erhöhte Druck erhöht die Verjüngung der Klemmlast mit zunehmendem Durchmesser.
Bei breiten und schnellen Wickelmaschinen, die zum Aufwickeln von Rollen mit großem Durchmesser verwendet werden, kann es erforderlich sein, die Belastung der Wickelklemme zu erhöhen, um zu verhindern, dass Luft in die Rolle eindringt. Auf Abb. 2 zeigt einen zentralen Folienwickler mit einer luftbelasteten Andruckrolle, die mithilfe von Spann- und Klemmwerkzeugen die Steifigkeit der Wickelrolle steuert.
Manchmal ist die Luft unser Freund. Einige Filme, insbesondere „klebrige“ Filme mit hoher Reibung, bei denen Probleme mit der Gleichmäßigkeit auftreten, erfordern eine Spaltwicklung. Durch die Spaltwicklung kann eine kleine Menge Luft in den Ballen gesaugt werden, um Probleme mit der Bahn im Ballen zu vermeiden und hilft, ein Verziehen der Bahn zu verhindern, wenn dickere Streifen verwendet werden. Um diese Spaltfolien erfolgreich aufzuwickeln, muss beim Wickelvorgang ein kleiner, konstanter Spalt zwischen der Andruckrolle und dem Wickelmaterial aufrechterhalten werden. Dieser kleine, kontrollierte Spalt hilft dabei, die auf die Rolle gewickelte Luft zu dosieren und führt die Bahn direkt in den Wickler, um Faltenbildung zu verhindern.
Prinzip der Drehmomentaufwicklung. Das Drehmomentwerkzeug zur Erzielung der Rollensteifigkeit ist die Kraft, die durch die Mitte der Wickelrolle entsteht. Diese Kraft wird durch die Netzschicht übertragen, wo sie an der inneren Hülle der Folie zieht bzw. zieht. Wie bereits erwähnt, wird dieses Drehmoment verwendet, um eine Bahnkraft auf die Mittelwicklung zu erzeugen. Bei diesen Wicklertypen haben Bahnspannung und Drehmoment das gleiche Wickelprinzip.
Beim Aufwickeln von Folienprodukten auf den Mittel-/Oberflächenwickler werden die Klemmrollen betätigt, um die Bahnspannung zu steuern, wie in Abbildung 3 dargestellt. Die in den Wickler eintretende Bahnspannung ist unabhängig von der durch dieses Drehmoment erzeugten Wickelspannung. Bei einer konstanten Spannung der in den Wickler einlaufenden Bahn wird die Spannung der einlaufenden Bahn üblicherweise konstant gehalten.
Beim Schneiden und Aufwickeln von Folien oder anderen Materialien mit einem hohen Poisson-Verhältnis sollte die Mitten-/Oberflächenwicklung verwendet werden; die Breite variiert je nach Stärke der Bahn.
Beim Aufwickeln von Folienprodukten auf einer Zentral-/Flächenwickelmaschine wird die Wickelspannung in einem offenen Regelkreis gesteuert. Typischerweise ist die anfängliche Wickelspannung 25–50 % größer als die Spannung der einlaufenden Bahn. Wenn dann der Bahndurchmesser zunimmt, wird die Wickelspannung allmählich verringert und erreicht die Spannung der einlaufenden Bahn oder liegt sogar darunter. Wenn die Wickelspannung größer ist als die einlaufende Bahnspannung, regeneriert sich der Antrieb der Druckwalzenoberfläche bzw. erzeugt ein negatives (Brems-)Drehmoment. Mit zunehmendem Durchmesser der Wickelwalze bremst der Fahrantrieb immer weniger, bis das Drehmoment Null erreicht ist; dann ist die Wickelspannung gleich der Bahnspannung. Wenn die Windspannung unter der Bahnkraft programmiert ist, erzeugt der Bodenantrieb ein positives Drehmoment, um den Unterschied zwischen der geringeren Windspannung und der höheren Bahnkraft auszugleichen.
Beim Schneiden und Aufwickeln von Folien oder anderen Materialien mit einem hohen Poisson-Verhältnis sollte die Mitten-/Oberflächenwicklung verwendet werden, und die Breite ändert sich mit der Bahnstärke. Mittelflächenwickler sorgen für eine konstante Schlitzrollenbreite, da auf den Wickler eine konstante Bahnspannung ausgeübt wird. Die Härte der Walze wird anhand des Drehmoments in der Mitte ohne Probleme mit der Konusbreite analysiert.
Einfluss des Folienreibungsfaktors auf das Aufwickeln Die Eigenschaften des interlaminaren Reibungskoeffizienten (COF) der Folie haben einen großen Einfluss auf die Fähigkeit, das TNT-Prinzip anzuwenden, um die gewünschte Rollensteifigkeit ohne Rollendefekte zu erreichen. Im Allgemeinen lassen sich Folien mit einem interlaminaren Reibungskoeffizienten von 0,2–0,7 gut rollen. Das Aufwickeln von fehlerfreien Folienrollen mit hohem oder geringem Schlupf (niedriger oder hoher Reibungskoeffizient) bringt jedoch häufig erhebliche Wickelprobleme mit sich.
Hochgleitfolien haben einen niedrigen interlaminaren Reibungskoeffizienten (typischerweise unter 0,2). Bei diesen Folien kommt es häufig zu internem Bahnschlupf oder Problemen beim Aufwickeln während der Aufwickel- und/oder nachfolgenden Abwickelvorgänge oder zu Problemen bei der Bahnhandhabung zwischen diesen Vorgängen. Dieses innere Verrutschen der Klinge kann zu Defekten wie Klingenkratzern, Dellen, Teleskopieren und/oder Sternrollendefekten führen. Folien mit geringer Reibung müssen so fest wie möglich auf einen Kern mit hohem Drehmoment gewickelt werden. Anschließend wird die durch dieses Drehmoment erzeugte Wickelspannung schrittweise auf einen Mindestwert von drei- bis vierfachem Außendurchmesser des Kerns reduziert und die erforderliche Rollensteifigkeit durch das Klemmwickelprinzip erreicht. Wenn es um das Aufwickeln von Hochgleitfolien geht, wird Luft nie unser Freund sein. Diese Folien müssen immer mit ausreichender Klemmkraft aufgewickelt werden, um zu verhindern, dass beim Aufwickeln Luft in die Rolle eindringt.
Eine Folie mit geringer Gleitfähigkeit hat einen höheren interlaminaren Reibungskoeffizienten (typischerweise über 0,7). Bei diesen Folien kommt es häufig zu Blockierungs- und/oder Faltenbildungsproblemen. Beim Aufwickeln von Folien mit hohem Reibungskoeffizienten kann es bei niedrigen Wickelgeschwindigkeiten zu Rollenovalitäten und bei hohen Wickelgeschwindigkeiten zu Prellproblemen kommen. Diese Rollen können erhabene oder wellige Mängel aufweisen, die allgemein als Rutschknoten oder Rutschfalten bekannt sind. Folien mit hoher Reibung werden am besten mit einem Spalt aufgewickelt, der den Spalt zwischen der Folge- und der Aufnahmerolle minimiert. Die Ausbreitung muss so nah wie möglich an der Wickelstelle gewährleistet sein. FlexSpreader beschichtet gut gewickelte Umlenkrollen vor dem Aufwickeln und trägt dazu bei, Schlupffaltenfehler beim Aufwickeln mit hoher Reibung zu minimieren.
Erfahren Sie mehr In diesem Artikel werden einige Rollendefekte beschrieben, die durch eine falsche Rollenhärte verursacht werden können. Der neue „The Ultimate Roll and Web Defect Troubleshooting Guide“ macht es noch einfacher, diese und andere Rollen- und Bahndefekte zu identifizieren und zu beheben. Dieses Buch ist eine aktualisierte und erweiterte Version des Bestsellers Roll and Web Defect Glossary von TAPPI Press.
Die Enhanced Edition wurde von 22 Branchenexperten mit über 500 Jahren Erfahrung im Aufrollen und Aufwickeln geschrieben und bearbeitet. Es ist über TAPPI erhältlich, klicken Sie hier.
        R. Duane Smith is the Specialty Winding Manager for Davis-Standard, LLC in Fulton, New York. With over 43 years of experience in the industry, he is known for his expertise in coil handling and winding. He received two winding patents. Smith has given over 85 technical presentations and published over 30 articles in major international trade journals. Contacts: (315) 593-0312; dsmith@davis-standard.com; davis-standard.com.
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