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卷绕式真空镀膜机几种膜长计数装置的结构与特点
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国外卷绕式真空镀膜机 8—1 真 空 Vacuum—Vacuum Technology and Materia 国外卷绕式真空镀膜机 蒋观沅 ——_’-_-～ (北京市工业设计研究院) _rB牛； TB7r Vacuum Roll Coating Machines Abroad Jiang Guanyuan (Beijing Industrial Designing and Researching Institute) Abstract Nowadays vacuum roll coating machines abroad are developed in large—size，high speed aCCU— rate and PLC．In this article the per|orman。e-construction and vacuum system of vacuum roll coating machines are briefly introduced。 ／ 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、车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t羔室苎墨垫 i ， 是式 近年来，随着包装、装璜、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400台以上，其中用来生产包装装璜材料的机器占50 以上，生产电容器材料的占38 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30～I 50g／m ，厚卡纸350g／m ，最大幅宽3m，最大卷径 2．2m，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(PET)．聚丙烯(OPP)，聚氯乙烯(PVC)，高密度聚乙烯 (HDPE)，聚酰胺(PA)．以及赛路芬等材料，塑膜厚度1~250fam，最大幅宽3．4m．最大卷 径 1。55m。 收稿日期1995—06一。8 邮编100055 维普资讯
第2期 蒋琨沅：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 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40O～ 2300ram，每200~250mm差距为一挡。见表I。 3．镀膜速度及质量 国外镀膜机虽高工作速度可 达到720m／min左右。在每卷料的镀膜周期中，纯镀膜时 间可达60％～70 左右，辅助时间少。年工作时间可达h。镀膜厚偏差目前达到 2 ～5 ，针孔率0．25～1个／m 。收卷边缘不齐度小于lmm。镀膜厚度1～10 fi／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 自动开启一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1．3×10‘。～2．6 ×10 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 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。三是收眷．开卷均在镀膜机一侧、装、卸卷操作者可减少行走距离 圈1 G公司镀膜机内部配置圈 图2 E 可镀膜机内部配置图 Fig 1·A]]oc~ition diagram ol thⅢater inner for G Co． F 2．ABoeation diagram。hhe C~,ITeT inner for E co． 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1．3～O．13Pa，这样上面卷绕室真空 度降至13～1．3Pa，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 维普资讯
10 真 空 厨 I公司三室式链膜帆 内部配置示意图 Fig 3．Allocation diagram of 3-chamber COR[e~ i…rforICo． 镀膜辊的镀膜机，见图4。 第2期 图4双蒸发器、链膜辊的 镀膜帆内部配置示意图 Fig 4．Allocation diag．'am 0f c。attr inner with doub]e一…perati“g 8ou~e 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 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 Im重量1t的卷料，开机后20s达工作速度，停机后10s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600m／min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，材料变矸j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Ikg以上的张力值调整， 各厂家机器设计的张力范围，以幅宽Im的机 器为倒，G公司4．I～4Ikgf，E公司5～55kgf， J公司6～30kgf，速度控制精度可达I 。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 孵 囤5张 控制原理围 Fig 5．Principle diagram for tension contro] 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 400～S00mm，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，可使辊面冷却到一25℃，有些塑膜．蒸镀后一次 冷却不成，还加装了二次后冷辊，辊身表面温度可达一15℃。据资料报导，也有采用气体制 维普资讯
第2期 蒋观沅：国外卷绕式真空镀膜机 儿 冷的冷却辊，辊身表面温度达一35℃．由于冷却介质中含有CFC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25440℃。 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2m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 坩埚式。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 酸铝和硼化钛．将它们翩成粉末后压制，用金属陶瓷烧结而成。这种舟皿可以在真空中1800 ～1850℃温度下稳定工作在30h左右。每个皿供电功率约7～9kVA．蒸发速率6～9g／min (AI)。舟皿的电阻是重要参数．有些厂家的舟皿电阻率在MOC(兆欧·厘米)，而 有的厂家电阻率为500～700MOC(兆欧·厘米)。采用高电阻率，在需要功率一定时，电流 可减步，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3OOA．膜厚均匀度士10 时配备的舟皿数见表l。 表1 G公司TOPME1,型镀膜机舟皿115×24X10 "[able 1 TOPMET~oater for G Co． 1公司CAL型镀膜机舟皿尺寸125×22X10 E公司生产的幅宽lm纸、塑两用机、最高工作速度为7．5m／s，使用了大舟皿9个，尺 寸为250X 19 X 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—ll0s型，镀塑 膜机幅宽0。641。lm，工作速度350m／min，使用舟皿尺寸为200X80X50共6个。幅宽0．75 ～1。3m、皿7个。幅宽141。55m，皿8个。每个皿的功率为20kW。国外对舟皿的配置作过 很多研究，现将幅宽lm的机器为倒，他们的研究结果如表2。 表2 1"able 2 另外现在舟皿平面布置也从原来一字形布置，改进单相都两个皿前后错开布置．有利于 提高镀膜均匀度。G公司、E公司资料有此报导。I公司将舟皿布置成一个弧形面上，有利于 提高镀膜均匀性和节约镀膜材料。电阻舟皿和导电支架以前多是用“抚手掎”式联接，它的 维普资讯
真 空 第2期 缺点是调整和装卸不便，个别接触不良，影响镀膜均匀度。现在有的厂家对此作了改进，即 舟皿和支架采用单边弹簧夹紧．它安装方便，使用可靠，降低成本 在拆卸更换时，将弹簧 向一侧压紧、即可取出、使用这种联接方式，同样规格的舟皿(150×25×12)、蒸发面积可 增加16，《，蒸发速度也相应提高。 J公司主要使用感应坩埚式蒸发源，坩埚由金属材料或非金属材料制成 经特殊浸渍和处 理的石墨坩埚，寿命可达2oh以上，现以EWA一1lO型镀膜机为倒，原料幅宽o．66～1．1m的 各种塑膜，在镀膜厚400A时，镀膜速度350m／rain，使用石墨坩埚尺寸 110×100，共6个， 每个坩埚一次加料量为lkg左右。高频发电机组提供感应蒸发源10kHz、功率为120kW。尽 管两种蒸发源本身硬件以及由此引出的生产工艺和产品质量的争论由来已久，但现在仍然是 在生产使用和市场上同时并存。 四、镀膜厚的在线测量及自动控制 国外卷绕式真空镀膜机，很早就
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