真空 Vaeuum一a euumTe ehnolog yandMaterial第2期 19 96年4月国外卷绕式真空 镀膜机蒋观 沈(北京市工业设计研究院)Vae u umRollCo at正ngMaeh inesA br oadJia ngGua叮u a n(BeijingIndu strial De signingandRe s e a rehingIn stitute)A bstra etNowadaysvaeu umrolle oatingma ehine sabroadar ede v elopedinlarge一size,highspeeda e eu-r ateandPLC.Inthisartielethepe rformane e,eonstruetionandva euumsystemofvaeu umrolleoatingmaehinesarebrieflyintrodu e ed.摘要当前国外卷绕式真空镀膜机正向大型、高速、系列、精密以及PLC自动程控方 向发展、本文简要介绍了国外生产的卷绕式真空镀膜 的性能、结构、真空系统等情况。主题词:真空镀膜机近年来,随着包装、装横、纺织,电容器等行业发展和对新材料的需求,卷绕式真空镀膜制品的产量不断增加,质量不断提高。目前世界上生产幅宽lm以上的卷绕式真空镀膜机已有40 0台以上,其中用来生产包装装磺材料的机器占 5 0%以上,生产电容器材料的占3 8%。随着真空、机电、材料、制冷、微机控制等技术发展,国外在卷绕式真空镀膜机设计、制造方面也在向大卷、宽幅、高速、微机控制 自动化方向发展。当今世界上生产卷绕式真空镀膜机的厂家,主要集中在几个工业化国家,如德国的莱宝公司(G)、日本的真空公司(J )、英国的通用公司(E)和 意大利伽里略公司(I),尽管他们生产的机器性能各有所长,价格不一,但他们的技术和产品必竟代表了当今世界上卷绕式真空镀膜机技术水平和发展方向。我们应该学习、借鉴 国外先进的技术,进一步作好消化、吸收、创新以提高我国卷绕式真空镀膜机设计,制造水平及机器质量。一、国外卷绕式真空镀膜机基本性能及特点1.机器对原料的 适应性纸张:纸张规格为3 0一1509/m,厚卡纸 3 50 9/m,最大幅宽3m,最大卷径曰2.Zm,纸张一般需经涂布烘干前处理工序,将水降至3.5%以下才能镀膜。I公司生产的三室式镀膜机,纸张含水可以在5.5%以下进行镀膜,前处理 和后 处理回潮增湿工艺可以省去。塑膜:主要 塑膜种类有聚脂(PE T),聚丙烯( OPP),聚氯乙烯(PVC ),高密度聚乙烯(HD P E),聚酞胺( PA ),以及赛路芬等材料,塑膜厚度1一25 0拜m,最大幅宽3.4m,最大卷径曰15 5m。收稿日期1 995一06一08邮编10 0 05 5第2期蒋观抚:国外卷绕式真空镀膜机2.卷绕式真空镀膜机逐渐发展为专用化系列化以前厂家生产的镀膜机多是一机镀纸、塑膜两用,这种机型仍在生产,但由于镀纸和塑膜工艺对机器要求有所不同,国外各生产厂家现在都在生产专门镀纸 和镀塑膜机器,对提高产量、质量满足用户需要,很有必要。各厂家的机型均已按幅宽形成系 列,一般从幅宽4 00一230 0m m,每20 02 5om m差距为一档。见表l。3.镀膜速度及质t国外镀膜机最高工作速度可以达到72 0m/mi n左右。在每卷料的镀膜周期中,纯镀膜时间可达 6 0%一7 0% 左右,辅助时间少。年工作时间可达3500一6 0 0 0h。镀膜厚偏差目前达到2%一5%,针孔率0.25l个/mZ。收卷边缘不齐度小于lmm。镀膜厚度l一1 0n/口。4.自动化水平卷绕式真空镀膜机,主要在以下操作和部位实现了自动化或程序输入,其 中有真空系统自动开启,蒸发皿自动加热升温,镀膜金属丝 自动给进,蒸发挡板自动保护,带长自动计量,镀膜厚自动测量和调整,事故 自动停车等。二、真空镀膜室真 空镀膜室 是卷绕式真空镀膜机的主体和心脏,它在很大程度决定 了镀膜制品的产量 和质量。1.目前国外多数厂家生产 的仍是两室式上面是卷 绕室,工作真 空度约6.67Pa,下面是蒸发室,工作真空度约为1.3 又 10一一2.6Xl。一Pa,中间有隔离板和镀膜辊。近年来有些厂家改变了中间隔板和镀膜辊的位置,将蒸发室布置 在右下角,图1、图2分别是G公司和E公 司镀膜机示意图。这种改进有以下三个特点:一是卷绕室体积加大,原料和成品卷 径可适当增加。二是蒸发室体积减小有利于抽真空和清理残 留金属。三是 收 卷,开 卷均在镀膜机一侧、装、卸卷操作者可减少行走距离。图IG公司镀 膜机内部配置图图ZE公司镀膜机内部配置图Fig1.A l loe ationdiagr amoftheeoate rin nerforGCo.Fig2.A l loe ationdiagr amoftheeoaterinn e rforECo.十多年前I公司设计制造了三 室式卷绕式真空镀膜机,即在卷绕室和蒸发室中间,再加一个中间保护真空室,真空度也介于上、下 两 室之间,约为1.30.1 3Pa,这样上面 卷绕室真空度降至 1 3 一1.3Pa,纸张 可不经烘干,水份 在5.5%可直接镀膜,而制品又无需 增湿回潮,缩短了生产周期并节省了能源,减少了两室 因压差较大而引起的窜气现象,见图3。为适应带材两 面镀膜和单面 双层镀膜的工艺需要,国外还设计制造了在一个镀膜室内布置两套蒸发器和图夕I公司三室式镀 膜机图4双蒸发器、镀膜辊的 内部配置示惫图镀膜机内部配置示意 图Fig3.Allo catio ndiagramofs一ehambe reoate rFig4.Alloe ationdiagramofeoate rin nerwithin n e rfor1 Co.double一e v aper atingsouree镀膜辊的镀膜机,见图4。2.卷绕系统带材的张力和速度控制卷绕系统主要包括部件有可控硅直流马达传动的开卷辊,收卷辊,冷却辊以及导向辊,张力控制辊,香蕉形展平辊,电阻测试辊等。卷绕系统设计先进、加工精密,如转动部份滚珠轴承化,导向辊表面镀铬,镀膜辊表面粗糙度在2拜m以下,马达是低惯性,这些使得在生产中取得了 良好效果,能使卷径必lm重 量h的卷料,开机后20 5达工作速度,停机后1 05可以制动。生产易拉伸、热变形大的塑膜:聚乙烯,聚氯乙烯。在镀膜速度60 0m/m i n时,塑膜卷绕平整,不起皱,不跑偏。这在真空 环境中,材料摩擦系数 大,材一料变 形复杂的条件下 是很不容易的。卷绕系统带材的张力、速度控制多数采用以电流控制为主的张 力、速度恒定控制,张 力、速度都可以根据产品的要求,事先设定,自动调节。张力通过张力 辊检测,微处理机计算变化中的开卷,收 卷卷径,对直流 电机进行 电流补偿调节。可以实现I kg以上的张力值调整,各厂家机 器设计的张力范围,以幅宽lm的机器 为例,G公司4l4Ikgf,E公司5一5 5kgf,J公司6一3 0kgf,速度控制精度可达1%。G公司的张力、速度控制原理图见图5。卷绕辊系中,有的厂家使用四台直流马达驱动,用于 开卷,收卷,张力辊和镀膜辊传动,他们的理 由是生产薄的易变形的塑膜,张 力值万万万图5张力控制原理图Fig5.Prineiplediagramforte nsio ne o ntr ol较低,控制要求高,使用四台马达驱动是合理的。有的厂家一直使用三台,理由是由于设备加工精度高,三台 马达驱动,可以满足生 产任何材料的需求。3.镀膜辊镀膜辊也称冷却辊,是镀膜室中卷绕系统中重要的部件,直径必40 0一5 0Omm,要求加工精密表面抛光,传动准 确,平稳,它的转数是带速的基准,和带材不应有相对摩擦,辊中间通乙二醇和水混合的冷却液,有循环 系统,可使辊面冷却到一2 5,有些塑膜,蒸镀后 一次冷却不成,还加装了二次后冷 辊,辊身表面温度可达一1 5。据资料报导,也有采用气体制第2期蒋观玩:国外卷 绕式真空镀膜机冷的冷却辊,辊身表面温度达一3 5,由于冷却介质中含有C F C物质、一 旦泄漏对 环境保护不利,采用较少。对于温敏性高的塑膜不但不能冷却、反而要加温,这时镀膜辊表面温度要达到25一40。4 .无轴操作以往镀膜机的装卷和卸卷操作都要人工穿轴和抽轴,有的轴长在Zm以上,这对大幅宽,大卷径的料卷装卸很是不便,国外有的厂家改进了设计,将长轴取消,改由两个抓钳代替,一边的抓钳靠近传动马达,另一边抓钳用液压装置插进料卷,从而实现无轴操作。三、蒸发源目前国外卷绕式真空镀膜机使用的蒸发源主要有两种,一种是电阻舟皿式,一种是感应增涡式。前者使用最多的德国、英国、意大利公司生产的机器。舟皿主要材料是氮化硼、硼酸铝和 硼化钦,将 它 们制成粉末后压制,用金属 陶 瓷烧结 而成。这种舟皿可以在真空中1800一1850温度下稳 定工作在30 h左右。每个皿供 电功率约7一g kV A,蒸发速率6一99/m in(AI)。舟皿的 电阻是重要参数,有些 厂家的舟皿电阻率在10 0 。一12o 0MOC(兆欧厘米),而有的厂家电阻率为5 00一70 0MOC(兆欧厘米)。采用高电阻率,在需要功率一 定时,电流可减少,电气设备便宜,但操作较复杂,质量不易保证,而采用低 电阻其电阻接近熔化的铝液 电阻,操作时不需调低电压,容易保证质量。为了保证镀膜工作速度下镀膜均匀度和镀膜厚度,现将两公司不 同幅宽,镀膜厚度 3 00人,膜厚均匀度士1 0 % 时配备的舟皿数见表1。表IG公司T O PME T型镀膜机舟皿115火 2 4 火 10Table1.TOPMETe o ate rfo rGCo.镀镀膜宽度度111 】 11 1 150 0/1050 0 06 00/1 250 0 070 0/1450 0 0800/1 650 0 090 0/1850 0 010 0 0/2050 0 01 100/2 250 0 01200/2450 0 0镀镀膜速度度m/s s sl2 2 2l 2 2 212 2 212 2 212 2 21 2 2 212 2 2l2 2 2舟舟 皿 数数个个l2 2 214 4 4l 6 6 6l8 8 820 0 02 2 2 224 4 42 6 6 6I公司C A L型镀膜机舟皿尺寸125火 2 2 xi0镀镀膜宽度度n飞nl l l10 00 0 01 250 0 01 40 0 0 01650 0 01 80 0 0 02 0 0 0 0 02 20 0 0 0240 0 0 0镀镀膜速 度度m/s s s6一10 0 06一10 0 0l0 0 010 0 010 0 010 0 010 0 010 0 0舟舟皿数数个个1 l l l13 3 314 4 41 6 6 618 8 820 0 02 2 2 224 4 4E公司生产的幅宽lm纸、塑两 用机、最高工作速度为7.sm/ s,使用 了大舟皿9个,尺寸为2 50 火”又12。他们通过使用 寿命、舟皿单价、使用个数综合分析、认为使用大皿比使用小皿便宜一倍多。J公司为满足市场需求,也生产电阻舟皿式蒸发源,如EWA一11 05型,镀塑膜机幅宽0.6一1.xm,工作速度3 5 om/min,使用舟皿尺寸为20 0 火80又50共6个。幅宽0.7 5一1.3m、皿7个。幅宽1一1.5 5m,皿8个。每个皿的功率为20 kw。国外对舟皿的配置作过很多研究,现 将幅宽lm的机器 为例,他 们的研究结果如表2。表2Table2.皿皿长 度度皿个 数数皿 间距距皿距膜距离离舟皿蒸发温度度每天皿消耗成本当量量1 1 10 0 0 01 5 5 51 13 3 310 0 0 01 60 01 12 8 8 81 1 1 50 0 0l2 2 2150 0 01 50 0 01 5701071 1 12 2 2 50 0 09 9 9206 6 62 2 5 5 51 5004 38 8 8另外现在舟皿平面