Руководство по регулировке натяжения: как избежать телескопирования и образования складок на ленте

Телескопирование и появление складок — два наиболее распространенных дефекта при намотке ленты-носителя. Телескопирование проявляется в виде поперечного смещения слоев ленты, в результате чего край рулона приобретает ступенчатую или конусообразную форму. Складки проявляются в виде радиальных или диагональных заломов, которые искажают геометрию карманов и препятствуют герметизации покрывающей ленты. Оба дефекта имеют одну и ту же причину: дисбаланс в распределении внутренних напряжений внутри намотанного рулона.

Для производителей, выпускающих ленту-носитель на высокоскоростном формовочном оборудовании, крайне важно понимать взаимосвязь между натяжением при намотке и качеством рулонов. Настройки натяжения, оптимизирующие скорость производства, могут приводить к появлению рулонов, которые деформируются при хранении или выходят из строя в устройстве подачи.

Механизмы образования дефектов валков

Телескопический

Телескопирование возникает, когда радиальное сжимающее напряжение внутри рулона превышает силу трения между соседними слоями ленты. Каждый слой ленты оказывает давление на слои, расположенные ниже, поскольку при намотке на ленту действует растягивающее усилие. Когда это давление превышает пороговое значение межслойного трения, слои начинают скользить в поперечном направлении. Совокупный эффект приводит к образованию характерного ступенчатого края.

Условия трения зависят от двух переменных: радиального напряжения на каждой границе раздела и коэффициента трения между поверхностями ленты. Несущая лента, как правило, имеет гладкую поверхность с низким коэффициентом трения по крайней мере с одной стороны, что снижает межслойное трение, препятствующее проскальзыванию.

Появление морщин

Складки возникают в результате чрезмерного тангенциального напряжения в направлении намотки в сочетании с недостаточной радиальной опорой. Когда слой ленты растягивается во время намотки, он стремится сжаться после снятия натяжения. Если нижележащие слои не могут компенсировать это сжатие, в радиальном направлении возникают сжимающие силы, вызывающие изгиб ленты. Этот изгиб распространяется в виде складки.

Связанным с этим дефектом является “звездообразный дефект”, при котором морщины расходятся от центра, как спицы колеса. Такой рисунок указывает на неправильный профиль напряжений в критически важных верхних слоях рулона, где радиальные напряжения нарастают наиболее быстро. .

Почему постоянного напряжения недостаточно

Традиционный подход к регулированию натяжения при намотке — поддержание постоянного значения натяжения по всей длине рулона — создает предсказуемый градиент напряжений. По мере увеличения диаметра рулона каждый новый слой создает сжимающую нагрузку на лежащие ниже слои. Если натяжение остается постоянным, внутренние слои подвергаются все более сильному сжатию по мере продвижения процесса намотки.

Исследования механики намотки рулонов показали, что намотка с постоянным натяжением является основной причиной как образования складок, так и телескопирования. Распределение радиальных напряжений становится всё более неравномерным, причём слои, прилегающие к сердечнику, подвергаются наибольшим сжимающим нагрузкам. Такое состояние способствует телескопированию на краях рулона и образованию складок во внешних слоях.

Натяжение конуса: инженерное решение

Стандартным подходом к регулированию распределения напряжений в рулоне является коническое натяжение — профиль намотки, при котором натяжение уменьшается по мере увеличения диаметра рулона. Основной принцип заключается в том, что по мере увеличения диаметра рулона вклад каждого слоя в радиальное напряжение в области сердечника должен уменьшаться, чтобы обеспечить равномерное или почти равномерное распределение напряжений.

В исследованиях по определению оптимального натяжения обмотки применялись модифицированные модели Хакиеля, учитывающие эффект увлечения воздуха, для анализа распределения напряжений в рулоне как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. Эти исследования показывают, что натяжение обмотки следует постепенно изменять в радиальном направлении, чтобы минимизировать тангенциальные напряжения при одновременном поддержании условий, при которых радиальные напряжения остаются неотрицательными.

Основным ограничением является недопущение появления отрицательного радиального напряжения на любой границе раздела. Отрицательное радиальное напряжение свидетельствует о расслоении слоев, что немедленно приводит к телескопированию, поскольку сила трения падает до нуля. Поэтому оптимизация осуществляется в узком диапазоне: растяжение должно быть достаточно сильным, чтобы поддерживать положительное радиальное напряжение, но при этом достаточно слабым, чтобы предотвратить чрезмерное тангенциальное напряжение, вызывающее образование складок.

Профили конического натяжения

Практический профиль конического натяжения обычно начинается с более высокого натяжения в центральной части и постепенно уменьшается по мере наращивания рулона. Скорость уменьшения зависит от свойств материала, ширины ленты и диаметра рулона. Для несущей ленты, изготовленной из пленки на основе поликарбоната (PC) или полистирола (PS), скорость снижения натяжения требует тщательной калибровки, поскольку эти материалы обладают разными характеристиками упругого восстановления.

Один из запатентованных методов намотки лентообразных ламинированных пленок предусматривает скорость изменения натяжения в диапазоне от 0% до +0,10% на метр намотанной длины. Примечательно, что данный подход предусматривает увеличение натяжения по мере намотки — в отличие от традиционного конического натяжения — для предотвращения сминания рулона во время транспортировки и хранения. Изобретатели обнаружили, что отрицательные скорости изменения (снижение натяжения) обеспечивали стабильность рулонов сразу после намотки, но приводили к их деформации при последующей обработке. .

Это кажущееся противоречие подчеркивает важное различие: оптимальный профиль натяжения зависит не только от предотвращения дефектов при намотке, но и от сохранения целостности рулона на протяжении всего периода хранения и транспортировки. Рулоны ленты-носителя могут подвергаться значительным колебаниям температуры и влажности в период между производством и конечным использованием.

Практическая реализация на оборудовании для формирования ленты-носителя

Оборудование для формовки ленты-носителя роликового типа компании «Цзиньинтенг» оснащено системой контроля натяжения на нескольких этапах: подачи материала, формовки, перфорации и окончательной намотки. Участок намотки позволяет предотвратить телескопирование и образование складок благодаря ряду конструктивных особенностей.

Независимое регулирование натяжения. Каждая намоточная станция оснащена собственной системой регулирования натяжения, что позволяет различным линиям адаптироваться к различиям в материалах без ущерба для всего рулона. В системе используется двухступенчатый механизм с пневматической регулировкой вала и натяжения, а на поворотном кронштейне имеются отметки веса для повторяемой ручной калибровки.

Калибровка по одному источнику. При переключении между различными ширинами рулонов операторы настраивают ширину через интерфейс, а не проводят механическую перенастройку. Система позволяет независимо программировать зазор между рулонами, расстояние перекрытия ленты и угол, под которым лента меняет направление движения на краю рулона. Эти параметры напрямую влияют на распределение напряжений на краю рулона, где, как правило, начинается телескопирование.

Возможность определения профиля напряжения. Система управления поддерживает профили натяжения при намотке, которые можно регулировать в зависимости от диаметра рулона или длины намотки. Для конкретных комбинаций материалов и ширины скорость снижения натяжения можно настроить с учётом характеристик релаксации напряжений материала.

Существенные факторы, влияющие на регулирование натяжения

Материальные свойства пленки-основы ленты-носителя существенно влияют на диапазон натяжения при намотке.

Поликарбонатная пленка демонстрирует меньшую термическую усадку, чем полистирол — как правило, менее 0,1% после 24 часов при 85 °C по сравнению с показателем до 0,5% для PS в аналогичных условиях. Такая стабильность размеров обеспечивает более предсказуемое снятие напряжений в намотанном рулоне. Профили натяжения, откалиброванные для поликарбонатной ленты, могут потребовать корректировки при работе с полистиролом, который обладает большей склонностью к деформации под длительной сжимающей нагрузкой.

Толщина базовой пленки также влияет на необходимое натяжение. Более толстые пленки распределяют сжимающее напряжение по большей площади поперечного сечения, что позволяет выдерживать более высокое натяжение при намотке до появления складок. Однако при той же толщине увеличивается вклад радиального напряжения на каждый слой, что может ускорить возникновение телескопического эффекта.

Условия окружающей среды во время намотки — в частности, температура и влажность — влияют как на коэффициент трения между слоями ленты, так и на вязкоупругие свойства базовой пленки. Закрытый участок подачи материала на формовочном оборудовании компании «Jinyingteng» способствует стабилизации этих условий до того, как лента поступает на этап намотки.

Обнаружение и исправление

Своевременное выявление дефектов, связанных с напряжением, позволяет предотвратить попадание бракованных рулонов в последующие технологические процессы. К визуальным признакам относятся:

• Профиль кромки: Ровная, плоская кромка свидетельствует о равномерном распределении напряжений. Изогнутая или ступенчатая кромка указывает на начало телескопирования.
• Топография поверхности: Радиальные складки или узоры в виде звёздочек свидетельствуют о превышении тангенциального напряжения. Эти дефекты часто становятся более заметными после того, как валок расслабляется.
• Сжатие ядра: Если на сердечнике видны следы деформации или сдавливания, это может свидетельствовать о чрезмерном натяжении, особенно в случае картонных сердечников. .

При появлении дефектов профиль натяжения требует корректировки. Увеличение натяжения снижает риск телескопирования за счет поддержания положительного радиального напряжения, но повышает риск образования складок. Уменьшение натяжения приводит к обратному эффекту. Оптимальная настройка — это узкий диапазон между этими типами повреждений.

Заключение

Регулирование натяжения при намотке на ленту-носитель заключается в поддержании баланса между двумя противоположными механизмами разрушения. Телескопированию препятствует поддержание достаточного радиального напряжения, обеспечивающего межслойное трение. Образованию складок препятствует ограничение тангенциального напряжения, вызывающего изгиб слоев. Узкий рабочий диапазон требует профилей натяжения, учитывающих диаметр рулона, свойства материала и условия окружающей среды.

Оборудование для формовки ленты-носителя компании Jinyingteng обеспечивает независимое регулирование натяжения и возможность профилирования, необходимые для достижения этого баланса. Для производителей SMT и предприятий по упаковке компонентов результатом этого становятся рулоны ленты-носителя, сохраняющие стабильность размеров на всем этапе — от производства до захвата подавателем, — что позволяет сократить количество остановок и повысить выход готовой продукции при установке компонентов.