伍秋濤

涂膠均勻、混膠均勻、張力穩(wěn)定是無溶劑復合生產中的三大核心技術要求。關于無溶劑復合生產中的張力控制，筆者已于2016年8期《印刷技術-包裝裝潢》之“無溶劑復合張力控制的張力與選擇”一文中做過詳細介紹。本文中，筆者從節(jié)約成本的角度出發(fā)，介紹如何保證無溶劑復合生產中涂膠和混膠的均勻性，以應對當前無溶劑復合產品功能性要求的提高，為順利換膠、降低成本、提高生產效率作保障。

涂膠均勻性分析

1.涂膠均勻的經濟意義

關于涂膠均勻性在無溶劑復合生產中的經濟意義，筆者通過以下數據分析進行成本對比。

假設1.50g/m2的涂膠量是軟包裝復合外觀及剝離強度的最低要求。

無溶劑復合設備A的涂膠均勻性為±10%，則其所需的平均涂膠量為1.67g/m2，即局部最低點的涂膠量為1.50g/m2，局部最高點的涂膠量為1.84g/m2（在平均涂布量的基礎上放大10%～15%）。

無溶劑復合設備B的涂膠均勻性為±5%，則其所需的平均涂膠量為1.58g/m2，即局部最低點的涂膠量為1.50g/m2，局部最高點的涂膠量為1.66g/m2。

也就是說，相同的軟包裝復合產品，采用設備A要比設備B每平方多出1.67-1.58=0.09g/m2的涂膠量，即要多耗用5.7%的無溶劑膠黏劑。

以一臺無溶劑復合設備平均4.0噸/月的用膠量進行計算，設備A一年則要多用4.0×12×5.7%=2.736噸的膠黏劑，以無溶劑膠黏劑單價23元/千克計算，則直接成本損失為2.736×1000×23=62928元，5年的直接經濟損失將近32萬元。

市面上還有一些無溶劑復合設備的涂膠均勻性只能達到±15%，這樣的設備雖然采購成本相對較低，但往往意味著更多的無溶劑膠黏劑使用量，所以說低價不等于經濟。

2.質量損失

我國大部分軟包裝設計往往采用較多的大色塊，以色墨疊印白墨為主，同時有些部位還有鏤空設計，這樣的圖案設計反而會增加無溶劑復合的難度。

以圖1所示的軟包裝樣品為例，在無溶劑復合生產中，假設該樣品紅墨與白墨疊印部位所需的最低涂膠量為1.5g/m2，在透明部分只需1.0g/m2的涂膠量就可滿足外觀及強度要求。當涂膠量過多時，透明部分就會出現膠紋現象（透明度降低），甚至出現氣泡。所以，如果分別采用上文提到的無溶劑復合設備A（局部最高點的涂膠量為1.84g/m2）和無溶劑復合設備B（局部最高點的涂膠量為1.66g/m2）生產該樣品，從透明度進行對比，設備A生產的復合膜會明顯低于設備B生產的復合膜。而所用膠黏劑的黏度越低，復合膜產生的膠紋現象就越明顯?？梢姡磕z均勻性差的設備，對軟包裝復合質量的影響更加明顯。關鍵是其無法有效兼顧復合膜疊色處及透明處的質量要求。面對這種情況，有些行業(yè)人士會采取提高平均涂膠量的方法，這不僅不能提高復合質量，反而會使涂膠成本大幅增加。此外，增加無溶劑復合涂膠量，對于PE結構復合膜來說還存在摩擦系數增加、抗封故障等技術風險。

涂膠均勻性的技術保障措施

1.采用五輥涂布系統

五輥涂布系統是我國無溶劑復合設備的通用結構，如圖2所示。主要有計量鋼輥R1（固定計量鋼輥）、轉移鋼輥R2（轉動計量鋼輥）、轉移膠輥R3、涂布鋼輥R4、涂布膠輥R5。其中，R1在無溶劑復合生產過程中始終是固定不動狀態(tài)，其與R2以及兩輥側邊的可調膠堵機構組成了一個存膠裝置，用于儲存無溶劑膠黏劑。在停機擦洗滾筒或清除異物時，可手動轉動膠料輥。其中，R5和R3為橡膠輥，用于減少生產時R3與R2和R4之間的摩擦，降低摩擦熱，從而有效避免膠黏劑的“蒸騰起霧”現象。

通過不斷調節(jié)各輥之間的速差，可保證低涂膠量的精度。為了使膠黏劑在涂布輥上形成均勻的膠膜，必須給計量輥和轉移輥設定不同的線速度，而且與涂布輥的線速度也是不同的，要低于涂布輥的線速度（即主機線速度），如R3與R4之間合理的線速度比應為0.25。而無溶劑膠黏劑涂布量的改變，取決于轉移輥與涂布輥之間的線速度比。某進口無溶劑復合設備轉移輥與涂布輥線速度比與對應的涂膠量如表1。

對于使用減速電機齒輪皮帶連接方式的無溶劑復合設備來說，R2與R3的線速度比是定值，也就是說R3的表面速率隨涂膠量的變化而變化，而涂膠量不同時，R3與R4的線速度比也不同，但如果采用獨立伺服控制、無溶劑復合設備則不存在這個問題?？梢姡琑3與R4合理的線速度比是保證五輥涂布系統涂膠均勻性的重要因素。

2.精準靜態(tài)計量間隙

隨著我國設備加工水平的不斷提高，設備零部件的加工精度也得以大幅提升，五輥涂布系統中R1、R2、R4的表面光潔度可達到±0.0002mm，同心度可達到±0.005mm。由于R1是固定不轉的，在不考慮裝配誤差的情況下，理論上來講，靜態(tài)計量間隙的偏差直接取決于R2的同心度偏差。而裝配誤差的影響因素較多，總體取決于設備制造企業(yè)的機械加工水平及裝配水平，如墻板的數控加工精度、軸承精度、裝配水平度、裝配精度等。

3.排除影響動態(tài)計量間隙的因素

（1）R2的受壓及R3的振動

無溶劑復合設備運行過程中，R3是傳遞壓力的，因此R2受到來自R3的壓力時會發(fā)生形變，因此施加在R3上的壓力不宜過大。R2足夠的剛性可以減少外加壓力引起的變形量，減少與其他輥之間的間隙變化。

在無溶劑復合設備加工時，由于R2、R3、R4都存在一定的同心度偏差，在無溶劑復合設備運轉時R3不可避免地會發(fā)生振動（這還與R3上壓力時大時小有關），從而直接影響R3的傳膠均勻性。各輥良好的同心度及動平衡，可以減少振動引起的涂膠不均問題，提高各輥的耐用性。

（2）計量輥溫度穩(wěn)定性

計量輥直徑為175mm，溫度每相差1℃，就會產生2.1μm的計量間隙偏差。而且溫差越大，計量間隙偏差就越大，輕則計量不準，嚴重時會導致輥面損傷?？梢娪嬃枯佀媚貦C的加熱穩(wěn)定性尤其關鍵，顯示溫度必須與設定溫度一致，而且其在工作時間段內的溫度波動應<±1℃。

在無溶劑復合設備運行一段時間后，如果計量輥內部循環(huán)水管路發(fā)生半堵塞，就會出現計量輥左右溫度不一致的問題，表現為升溫預熱時間延長。最嚴重的情況是，在間隙調整時計量輥左右兩側溫度是一致的（且與設定溫度一致），在開機過程中左右兩側溫度出現偏差，從而導致計量間隙兩側不一致，兩側涂膠量均勻性也隨之變化，最直接的后果就是收卷不齊。

（3）擋膠塊的加壓

擋膠塊的壓力相當于將已調整好的計量間隙撐開的力，不適當的壓力顯然會改變已調整好的計量間隙。目前，加在擋膠塊上的壓力主要為加壓橫杠的自重，考慮到還有一定的機械鎖緊力，則該力值不可過大。

（4）擋膠塊邊緣滲膠問題

擋膠塊邊緣的滲膠隨著時間延長，其黏度會快速增加，R3轉動的阻力也會隨之增加，計量間隙變大，從而造成涂膠量產生變化，偏離預設值。

此外，目前無溶劑復合設備涂膠部位通常設計為封閉式運行，這使得擋膠塊邊緣的滲膠清理起來比較麻煩，如果在開機運行中進行擦除清理，存在很大的安全隱患；如果停機清理，則會導致廢品率上升，效率下降。

因此，要從根本上了解造成滲膠的主要因素，才能真正解決滲膠問題，對此，筆者總結了以下3個因素。

①R1與R2的加工精度差。表現為直徑偏差和同心度偏差，直徑偏差較大時，與擋膠塊弧面接觸間隙增加；同心度偏差較大時，轉動一周時各部位與擋膠塊弧面的接觸間隙不穩(wěn)定。兩者的間隙變化就為小分子無溶劑膠黏劑發(fā)生滲膠創(chuàng)造了條件。

②擋膠塊的加工精度差。直接影響擋膠塊弧面與鋼輥表面的接觸間隙是否緊密。

③計量間隙調節(jié)準確性及實際間隙變化。擋膠塊按標準計量間隙進行尺寸加工，因此計量間隙的變化也會直接影響擋膠塊弧面與鋼輥表面的接觸是否緊密。

（5）計量間隙鎖緊機構的可靠性

計量間隙調整好后，計量鋼輥的鎖緊方式有兩種，一是機械鎖緊，二是氣壓力鎖緊。如果計量鋼輥的鎖緊機構不可靠，則在外力（如擋膠塊加壓、邊緣滲膠擠壓）作用下都易引起計量間隙的變化。

（6）長期使用穩(wěn)定性

R1、R2、R4要有足夠的剛性，避免長時間反復受壓出現形變。R2與R4的表面采用鍍陶瓷工藝，表面耐磨性會成倍增加，理論壽命是表面鍍鉻的10倍。有些鍍鉻轉移鋼輥在使用2～3年后，表面就出現了掉鉻問題，如此便難以保證原有的計量間隙精度。

（7）擋膠塊附近的涂膠穩(wěn)定性

無溶劑A/B膠（混合后的溫度為35～45℃）在擋膠塊附近會出現黏度上升的現象，直觀表現為發(fā)白、產生氣泡，此時轉移涂布到薄膜上的膠量會明顯降低（因為氣泡占有一定體積）。同時，膠液與空氣中的水蒸氣接觸后發(fā)生化學反應，消耗了一部分-NCO基團，嚴重時表現為復合膜邊緣不固化、剝離強度低等問題。

混膠均勻性分析

1.混膠均勻的意義

薄膜用無溶劑膠黏劑由兩組聚氨酯預聚體組成，在使用時將兩個組分均勻混合在一起，靠相互反應形成大分子而達到交聯固化。雙組分無溶劑聚氨酯膠黏劑A組分一般為聚異氰酸酯預聚物（一般含有-NCO基團），B組分一般為羥基封端的預聚體。

A組分和B組分無溶劑膠黏劑，經齒輪泵按比例定量輸出，再經靜態(tài)混合器被分散為A膠、B膠分子級接觸狀態(tài)，經涂布在薄膜上發(fā)生交聯反應，達到固化粘接的目的。

不同生產廠家、不同型號的無溶劑膠黏劑中A膠與B膠的標準配比量也不一致，但總體上來說，-NCO∶-OH的最佳反應配比都有規(guī)律可循。根據經驗，-NCO∶-OH小于1.32時，存在不固化的風險。正常情況下，無溶劑膠黏劑發(fā)黏時，基本是由雙組分膠黏劑配比失調引起的。只有保證膠液中-NCO與-OH的配比在合理范圍內，且A膠、B膠達到分子級的接觸狀態(tài)，才能發(fā)生完全交聯固化反應，達到粘接目的。由此可見，混膠均勻性也是保證無溶劑復合質量的核心技術關鍵。

局部不干是無溶劑復合中遇到的最難解決的質量問題之一，其特點是隨機出現、很難挑選，且產品疊放不齊，容易出現翹角等問題，如圖3所示。局部不干問題的根本原因在于局部A膠、B膠的配比失調。

2.關鍵技術保障

為了更加有效地避免混膠不均勻的問題，建議應結合當前的機械動力新技術，對無溶劑復合混膠設備進行升級改進。

（1）采用伺服電機驅動技術

無溶劑復合屬于間歇式供膠，需要頻繁啟動與停止混膠設備，這就需要一些技術要點，即出膠同步性要高；精度高，保證A膠、B膠的輸送比例；停止泵膠同步性要高。而采用伺服電機則能很好地滿足上述3個技術要求。

當沒有控制電壓時，伺服電機的定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動；當有控制電壓時，伺服電機的定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉。一般在負載恒定的情況下，伺服電機的轉速隨控制電壓的大小變化而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電機將反轉。

普通電機在斷電后，因為自身慣性還會再運轉一會兒才能停下。而伺服電機不存在普通電機的慣性轉動，說停就停，說走就走，反應極快，將其應用在無溶劑復合混膠設備上，優(yōu)點便得以凸顯。精度：實現了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制，克服了步進電機失步的問題；及時性：加/減速的動態(tài)響應時間短，一般在幾十毫秒之內，適用于有高速響應要求的生產場合。

（2）氣閥開關同步

氣閥先于齒輪泵轉動前開啟，而在齒輪泵停止泵膠后再關閉，要確保A膠與B膠膠管氣閥開關的同步性。由于泵膠前膠管壓力都很低，且A膠與B膠膠管壓力處于平衡狀態(tài)，氣閥開啟不同步，并不會發(fā)生膠液自然溢流的現象。但在停止泵膠后，由于A膠與B膠管路都有殘留壓力，如果A膠與B膠關閉不同步，肯定會造成A膠與B膠的自然溢流量不成比例，進而導致局部不干的問題。

（3）其他

出膠壓力與出膠孔的截面面積大小成正比，一般情況下，A膠的黏度都比B膠大，且A膠量較B膠量大（少數情況下也會出現B膠量比A膠量多），將A膠出膠孔直徑設計得比B膠出膠孔大一些，可降低A膠管路與B膠管路的出膠壓力比。這也是影響膠黏劑局部不干的一個潛在因素，但通常會被大家忽略。