Non tutti i film sono uguali. Ciò crea problemi sia all'avvolgitore che all'operatore. Ecco come affrontarli. #consigli per la lavorazione #migliori pratiche
Sugli avvolgitori di superficie centrali, la tensione del nastro è controllata da azionamenti di superficie collegati all'impilatore o ai rulli pressori per ottimizzare il taglio e la distribuzione del nastro. La tensione dell'avvolgimento è controllata in modo indipendente per ottimizzare la rigidità della bobina.
Nell'avvolgimento della pellicola su un avvolgitore puramente centrale la tensione del nastro viene generata dalla coppia di avvolgimento dell'azionamento centrale. La tensione del nastro viene prima impostata sulla rigidità del rotolo desiderata e poi gradualmente ridotta man mano che il film si avvolge.
Nell'avvolgimento della pellicola su un avvolgitore puramente centrale la tensione del nastro viene generata dalla coppia di avvolgimento dell'azionamento centrale. La tensione del nastro viene prima impostata sulla rigidità del rotolo desiderata e poi gradualmente ridotta man mano che il film si avvolge.
Quando si avvolgono prodotti in pellicola sull'avvolgitore centrale/superficiale, il rullo pressore viene azionato per controllare la tensione del nastro. Il momento di avvolgimento non dipende dalla tensione del nastro.
Se tutti i nastri di pellicola fossero perfetti, produrre rotoli perfetti non sarebbe un grosso problema. Sfortunatamente, non esistono pellicole perfette a causa delle variazioni naturali delle resine e delle disomogeneità nella formazione della pellicola, nel rivestimento e nelle superfici stampate.
In quest'ottica, il compito delle operazioni di avvolgimento è quello di garantire che questi difetti non siano visibili visivamente e non aumentino durante il processo di avvolgimento. L'operatore dell'avvolgitore deve quindi assicurarsi che il processo di avvolgimento non influisca ulteriormente sulla qualità del prodotto. La sfida finale è avvolgere la pellicola di imballaggio flessibile in modo che possa funzionare perfettamente nel processo di produzione del cliente e realizzare un prodotto di alta qualità per i suoi clienti.
L'importanza della rigidità della pellicola La densità della pellicola, o tensione di avvolgimento, è il fattore più importante nel determinare se una pellicola è buona o cattiva. Un rotolo avvolto troppo dolcemente risulterà “fuori giro” quando avvolto, maneggiato o immagazzinato. La rotondità dei rotoli è molto importante per il cliente per poterli lavorare alla massima velocità di produzione mantenendo variazioni di tensione minime.
I rotoli strettamente avvolti possono causare problemi. Possono creare problemi di blocco dei difetti quando gli strati si fondono o si attaccano. Quando si avvolge una pellicola estensibile su un nucleo a parete sottile, l'avvolgimento di un rotolo rigido può causare la rottura del nucleo. Ciò può causare problemi durante la rimozione dell'albero o l'inserimento dell'albero o del mandrino durante le successive operazioni di svolgimento.
Un rotolo avvolto troppo stretto può anche aggravare i difetti del nastro. I film tipicamente hanno aree leggermente alte e basse nella sezione trasversale della macchina dove il nastro è più spesso o più sottile. Durante l'avvolgimento della dura madre, zone di grande spessore si sovrappongono tra loro. Quando vengono avvolti centinaia o addirittura migliaia di strati, le sezioni alte formano creste o sporgenze sul rotolo. Quando la pellicola viene tesa su queste sporgenze, si deforma. Queste aree creano poi dei difetti chiamati “tasche” nella pellicola mentre il rotolo si svolge. Un'andana dura con un nastro spesso accanto a un nastro più sottile può portare a difetti dell'andana chiamati ondulazioni o segni di corda sull'andana.
Piccoli cambiamenti nello spessore del rotolo avvolto non saranno evidenti se nel rotolo viene avvolta abbastanza aria nelle sezioni basse e il nastro non viene allungato nelle sezioni alte. Tuttavia, i rotoli devono essere avvolti abbastanza strettamente in modo che siano rotondi e rimangano tali durante la movimentazione e lo stoccaggio.
Randomizzazione delle variazioni da macchina a macchina Alcuni film per imballaggi flessibili, sia durante il processo di estrusione che durante il rivestimento e la laminazione, presentano variazioni di spessore da macchina a macchina che sono troppo grandi per essere accurate senza esagerare questi difetti. Per semplificare le variazioni del rullo avvolgitore da macchina a macchina, il riavvolgitore e l'avvolgitore del nastro o della taglierina si muovono avanti e indietro rispetto al nastro mentre il nastro viene tagliato e avvolto. Questo movimento laterale della macchina si chiama oscillazione.
Per oscillare con successo, la velocità deve essere sufficientemente elevata da variare casualmente lo spessore e sufficientemente bassa da non deformare o raggrinzire la pellicola. La regola pratica per la velocità massima di scuotimento è di 25 mm (1 pollice) al minuto per ogni 150 m/min (500 piedi/min) di velocità di avvolgimento. Idealmente, la velocità di oscillazione cambia in proporzione alla velocità di avvolgimento.
Analisi della rigidità del nastro Quando un rotolo di materiale in pellicola per imballaggio flessibile viene avvolto all'interno del rotolo, si verifica tensione nel rotolo o stress residuo. Se questa sollecitazione diventa elevata durante l'avvolgimento, l'avvolgimento interno verso il nucleo sarà soggetto a carichi di compressione elevati. Questo è ciò che causa difetti di "rigonfiamento" in aree localizzate della bobina. Quando si avvolgono pellicole non elastiche e molto scivolose, lo strato interno potrebbe allentarsi, causando l'arricciamento del rotolo quando avvolto o l'allungamento quando svolto. Per evitare ciò, la bobina deve essere avvolta strettamente attorno al nucleo, e poi meno strettamente man mano che aumenta il diametro della bobina.
Questo è comunemente indicato come conicità della durezza di laminazione. Quanto maggiore è il diametro della balla avvolta finita, tanto più importante è il profilo conico della balla. Il segreto per realizzare una buona struttura rigida in acciaio trefolato è iniziare con una buona base resistente e poi avvolgerla con una tensione progressivamente inferiore sulle bobine.
Quanto maggiore è il diametro della balla avvolta finita, tanto più importante è il profilo conico della balla.
Una buona base solida richiede che l'avvolgimento inizi con un nucleo di alta qualità e ben conservato. La maggior parte dei materiali in pellicola sono avvolti su un'anima di carta. Il nucleo deve essere sufficientemente robusto da resistere allo stress di compressione creato dalla pellicola avvolta strettamente attorno al nucleo. Tipicamente, il nucleo di carta viene essiccato in un forno fino a un contenuto di umidità del 6-8%. Se questi nuclei vengono conservati in un ambiente ad alta umidità, assorbiranno l'umidità e si espanderanno fino a raggiungere un diametro maggiore. Quindi, dopo l'operazione di avvolgimento, questi nuclei possono essere essiccati ad un contenuto di umidità inferiore e ridotti di dimensioni. Quando ciò accade, le fondamenta di un solido tiro per infortunio verranno meno! Ciò può portare a difetti quali deformazioni, rigonfiamenti e/o sporgenze dei rotoli quando vengono maneggiati o srotolati.
Il passo successivo per ottenere la necessaria buona base della bobina è iniziare l'avvolgimento con la massima rigidità possibile della bobina. Quindi, man mano che il rotolo di materiale in pellicola viene avvolto, la rigidità del rotolo dovrebbe diminuire in modo uniforme. La riduzione consigliata della durezza del rullo sul diametro finale è generalmente compresa tra il 25% e il 50% della durezza originale misurata al centro.
Il valore della rigidità del rotolo iniziale e il valore della rastremazione della tensione di avvolgimento dipendono solitamente dal rapporto di accumulo del rotolo avvolto. Il fattore di aumento è il rapporto tra il diametro esterno (OD) del nucleo e il diametro finale del rotolo avvolto. Quanto maggiore è il diametro di avvolgimento finale della balla (più alta è la struttura), tanto più importante diventa iniziare con una buona base resistente e avvolgere gradualmente balle più morbide. La tabella 1 fornisce una regola pratica per il grado di riduzione della durezza raccomandato basato su un fattore cumulativo.
Gli strumenti di avvolgimento utilizzati per irrigidire il nastro sono la forza del nastro, la pressione verso il basso (rulli di pressione o impilatori o bobine avvolgitrici) e la coppia di avvolgimento dall'azionamento centrale quando si avvolgono i nastri di pellicola sul centro/superficie. Questi cosiddetti principi di avvolgimento del TNT sono discussi in un articolo nel numero di gennaio 2013 di Plastics Technology. Di seguito viene descritto come utilizzare ciascuno di questi strumenti per progettare durometri e viene fornita una regola pratica per i valori iniziali per ottenere i durometri a rullo richiesti per vari materiali di imballaggio flessibili.
Il principio della forza di avvolgimento del nastro. Quando si avvolgono film elastici, la tensione del nastro è il principale principio di avvolgimento utilizzato per controllare la rigidità del rotolo. Quanto più tesa è la pellicola prima dell'avvolgimento, tanto più rigido risulterà il rotolo avvolto. La sfida è garantire che la quantità di tensione del nastro non causi tensioni permanenti significative nel film.
Come mostrato in fig. 1, quando si avvolge la pellicola su un avvolgitore centrale puro, la tensione del nastro viene creata dalla coppia di avvolgimento dell'azionamento centrale. La tensione del nastro viene prima impostata sulla rigidità del rotolo desiderata e poi gradualmente ridotta man mano che il film si avvolge. La forza del nastro generata dall'azionamento centrale viene solitamente controllata in un circuito chiuso con feedback da un sensore di tensione.
Il valore della forza iniziale e finale della lama per un particolare materiale viene solitamente determinato empiricamente. Una buona regola pratica per un intervallo di resistenza del nastro è compreso tra il 10% e il 25% della resistenza alla trazione del film. Molti articoli pubblicati raccomandano una certa resistenza al web per determinati materiali web. La tabella 2 elenca le tensioni suggerite per molti materiali in tessuto utilizzati negli imballaggi flessibili.
Per l'avvolgimento su un avvolgitore centrale pulito, la tensione iniziale dovrebbe essere vicina al limite superiore dell'intervallo di tensione consigliato. Quindi ridurre gradualmente la tensione dell'avvolgimento fino al range inferiore consigliato indicato in questa tabella.
Il valore della forza iniziale e finale della lama per un particolare materiale viene solitamente determinato empiricamente.
Quando si avvolge un nastro laminato composto da diversi materiali diversi, per ottenere la tensione massima del nastro consigliata per la struttura laminata, è sufficiente aggiungere la tensione massima del nastro per ciascun materiale che è stato laminato insieme (solitamente indipendentemente dal rivestimento o dallo strato adesivo) e applicare il prossima somma di queste tensioni. come tensione massima del nastro laminato.
Un fattore importante nella tensione quando si laminano compositi di film flessibili è che i singoli nastri devono essere tensionati prima della laminazione in modo che la deformazione (allungamento del nastro dovuto alla tensione del nastro) sia approssimativamente la stessa per ciascun nastro. Se un nastro viene tirato molto più degli altri, nei nastri laminati possono verificarsi problemi di arricciatura o delaminazione, noti come "tunneling". La quantità di tensione dovrebbe essere il rapporto tra il modulo e lo spessore del nastro per evitare arricciamenti e/o tunnellizzazioni dopo il processo di laminazione.
Il principio del morso a spirale. Quando si avvolgono film non elastici, il bloccaggio e la coppia sono i principali principi di avvolgimento utilizzati per controllare la rigidità del rotolo. La pinza regola la rigidità del rotolo rimuovendo lo strato limite d'aria che segue il nastro nel rullo di tensione. La pinza crea anche tensione sul rotolo. Più rigido è il morsetto, più rigido è il rullo di avvolgimento. Il problema con l'avvolgimento della pellicola per imballaggio flessibile è fornire una pressione sufficiente per rimuovere l'aria e avvolgere un rotolo rigido e diritto senza creare un'eccessiva tensione del vento durante l'avvolgimento per evitare che il rotolo si leghi o si avvolga in aree spesse che deformano il nastro.
Il carico sulle pinze dipende meno dal materiale rispetto alla tensione del nastro e può variare ampiamente a seconda del materiale e della rigidità richiesta del rullo. Per prevenire l'increspamento della pellicola avvolta causata dalla linea di contatto, il carico nella linea di contatto è il minimo necessario per evitare che l'aria rimanga intrappolata nel rotolo. Questo carico sulla linea di contatto viene solitamente mantenuto costante sugli avvolgitori centrali poiché la natura fornisce una forza di carico sulla linea di contatto costante per il cono di pressione nella linea di contatto. Man mano che il diametro del rotolo aumenta, l'area di contatto (area) dello spazio tra il rullo di avvolgimento e il rullo di pressione diventa più grande. Se la larghezza di questa traccia cambia da 6 mm (0,25 pollici) al centro a 12 mm (0,5 pollici) al rotolo completo, la pressione del vento viene automaticamente ridotta del 50%. Inoltre all'aumentare del diametro del rullo avvolgitore aumenta anche la quantità di aria che segue la superficie del rullo. Questo strato limite d'aria aumenta la pressione idraulica nel tentativo di aprire il divario. Questa maggiore pressione aumenta la conicità del carico di bloccaggio all'aumentare del diametro.
Su avvolgitori larghi e veloci utilizzati per avvolgere rotoli di grande diametro, potrebbe essere necessario aumentare il carico sulla pinza di avvolgimento per impedire l'ingresso di aria nel rotolo. Nella fig. 2 mostra un avvolgitore centrale con un rullo pressore caricato ad aria che utilizza strumenti di tensionamento e bloccaggio per controllare la rigidità del rullo di avvolgimento.
A volte l'aria è nostra amica. Alcune pellicole, soprattutto quelle “appiccicose” ad alto attrito che presentano problemi di uniformità, richiedono l'avvolgimento con gap. L'avvolgimento con gap consente di aspirare una piccola quantità di aria nella balla per evitare problemi di inceppamento del nastro all'interno della balla e aiuta a prevenire la deformazione del nastro quando vengono utilizzate strisce più spesse. Per avvolgere con successo queste pellicole con gap, l'operazione di avvolgimento deve mantenere uno spazio piccolo e costante tra il rullo di pressione e il materiale di avvolgimento. Questo piccolo spazio controllato aiuta a dosare l'aria avvolta sul rotolo e guida il nastro direttamente nell'avvolgitore per evitare pieghe.
Principio dell'avvolgimento di coppia. Lo strumento di torsione per ottenere la rigidità del rullo è la forza sviluppata attraverso il centro del rullo di avvolgimento. Questa forza viene trasmessa attraverso lo strato di rete dove tira o tira l'avvolgimento interno della pellicola. Come accennato in precedenza, questa coppia viene utilizzata per creare la forza del nastro sull'avvolgimento centrale. Per questi tipi di avvolgitori la tensione del nastro e la coppia hanno lo stesso principio di avvolgimento.
Quando si avvolgono prodotti in pellicola sull'avvolgitore centrale/superficiale, i rulli pressori vengono azionati per controllare la tensione del nastro come mostrato nella Figura 3. La tensione del nastro che entra nell'avvolgitore è indipendente dalla tensione di avvolgimento generata da questa coppia. Con una tensione costante del nastro in ingresso nell'avvolgitore, la tensione del nastro in entrata viene solitamente mantenuta costante.
Quando si taglia e si riavvolge pellicola o altri materiali con un rapporto di Poisson elevato, è necessario utilizzare l'avvolgimento centrale/superficiale, la larghezza varierà a seconda della resistenza del nastro.
Quando si avvolgono prodotti in pellicola su una macchina avvolgitrice centrale/superficiale, la tensione di avvolgimento viene controllata in un circuito aperto. Tipicamente, la tensione di avvolgimento iniziale è maggiore del 25-50% rispetto alla tensione del nastro in entrata. Poi, all'aumentare del diametro del nastro, la tensione di avvolgimento viene gradualmente ridotta, raggiungendo o anche meno della tensione del nastro in entrata. Quando la tensione dell'avvolgimento è maggiore della tensione del nastro in entrata, l'azionamento superficiale del rullo pressore si rigenera o genera una coppia negativa (frenante). All'aumentare del diametro del rullo avvolgitore, la trasmissione effettuerà una frenatura sempre minore fino al raggiungimento della coppia zero; quindi la tensione dell'avvolgimento sarà uguale alla tensione del nastro. Se la tensione del vento è programmata al di sotto della forza del nastro, la trasmissione a terra trarrà una coppia positiva per compensare la differenza tra la tensione del vento inferiore e la forza del nastro maggiore.
Quando si taglia e si avvolge una pellicola o altri materiali con un rapporto di Poisson elevato, è necessario utilizzare l'avvolgimento centrale/superficiale e la larghezza cambierà con la resistenza del nastro. Gli avvolgitori a superficie centrale mantengono una larghezza costante del rotolo a fessura perché all'avvolgitore viene applicata una tensione del nastro costante. La durezza del rullo verrà analizzata in base alla coppia al centro senza problemi con la larghezza del cono.
Effetto del fattore di attrito del film sull'avvolgimento Le proprietà del coefficiente di attrito interlaminare (COF) del film hanno un grande impatto sulla capacità di applicare il principio TNT per ottenere la rigidità del rotolo desiderata senza difetti del rotolo. In generale, le pellicole con un coefficiente di attrito interlaminare di 0,2–0,7 rotolano bene. Tuttavia, l'avvolgimento di bobine di pellicola prive di difetti con scorrimento elevato o basso (coefficiente di attrito basso o elevato) presenta spesso notevoli problemi di avvolgimento.
Le pellicole ad alto scorrimento hanno un basso coefficiente di attrito interlaminare (tipicamente inferiore a 0,2). Questi film spesso soffrono di slittamento interno del nastro o di problemi di avvolgimento durante le operazioni di avvolgimento e/o successivo svolgimento, o di problemi di gestione del nastro tra queste operazioni. Questo slittamento interno della lama può causare difetti come graffi sulla lama, ammaccature, telescopicità e/o difetti dei rulli stellari. Le pellicole a basso attrito devono essere avvolte il più strettamente possibile su un nucleo a coppia elevata. Quindi la tensione di avvolgimento generata da questa coppia viene gradualmente ridotta ad un valore minimo pari a tre o quattro volte il diametro esterno del nucleo e la rigidità richiesta del rotolo viene ottenuta utilizzando il principio di avvolgimento a pinza. L'aria non sarà mai nostra amica quando si tratta di avvolgere film ad alto scorrimento. Queste pellicole devono essere sempre avvolte con una forza di serraggio sufficiente per evitare che l'aria entri nel rotolo durante l'avvolgimento.
Una pellicola a basso scorrimento ha un coefficiente di attrito interlaminare più elevato (tipicamente superiore a 0,7). Queste pellicole spesso soffrono di problemi di bloccaggio e/o grinze. Quando si avvolgono film con un elevato coefficiente di attrito, possono verificarsi ovalità del rotolo a basse velocità di avvolgimento e problemi di rimbalzo ad alte velocità di avvolgimento. Questi rotoli possono presentare difetti in rilievo o ondulati comunemente noti come nodi di scorrimento o rughe di scorrimento. Le pellicole ad alto attrito vengono meglio avvolte con uno spazio che riduca al minimo lo spazio tra i rulli successivi e quelli di avvolgimento. Lo spargimento deve essere assicurato il più vicino possibile al punto di avvolgimento. FlexSpreader riveste i rulli tenditori ben avvolti prima dell'avvolgimento e aiuta a ridurre al minimo i difetti di sgualcitura durante l'avvolgimento con attrito elevato.
Ulteriori informazioni Questo articolo descrive alcuni dei difetti del rotolo che possono essere causati da una durezza del rotolo non corretta. La nuova Guida definitiva alla risoluzione dei difetti dei rotoli e della bobina rende ancora più semplice l'identificazione e la correzione di questi e altri difetti dei rotoli e della bobina. Questo libro è una versione aggiornata e ampliata del bestseller Glossario dei difetti dei rotoli e della bobina di TAPPI Press.
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Orario di pubblicazione: 24 marzo 2023
