BOPET收卷参数调整

9月开机收卷跟踪报告金本超钱昇阳2014.9.2数学模型法在BOPET薄膜收卷参数调整上的探究与讨论9月收卷打底跟踪分析报告根据本次开机跟踪分析的结果，经过比较不同参数下打底情况，找到了改善50um，75um，100um，150um，188um收卷的打底参数方案，至停机前，基本实现了所有收卷薄膜的良好打底，但是由于打底情况的好转，突显了收卷的鼓棱问题，本次总结将重点分析鼓棱状况。换卷情况分析

上图是9月26日收卷75um时换卷的一次张力变化过程。跟踪发现，大部分的换卷状态张力变化如上图。在开始换卷的过程中，当长度设定到后首先实际张力便下降，之后砖塔旋转，张力迅速上升。这里的换卷张力设定为10%，即1350*110%，得1485N，实际控制张力为1475N，误差可能由于取样精度不高，以及通信传输延时导致的，但与理论值几乎一致。而此时实际的张力不升反降，直至换卷结束新卷材开始收卷，张力突然升高，随后一段时间后张力受控恢复正常。换卷情况分析

上图是9月25日收卷50um时换卷的数次张力变化过程。由上图知，换卷的实际张力飙高过程的最终值与设定张力的上升值无直接关联，换卷的过程整体的张力情况呈现半“失控”状态。但是设定值的大小还是会影响其张力的变化方式，但本次跟踪无法确定其中的数学关系。其中的进一步数学关系将在下一步跟踪中继续研究。换卷情况分析从以上的分析可以得出：1.换卷的过程张力控制并不直接控制换卷的薄膜，而是采用间接影响的方式影响薄膜的换卷过程。2.就目前的水平而言，很难精确的利用数学模型来描述或者具体分析换卷过程中换卷的好与坏，只能凭借实际生产中的观察从而最终决定采用的换卷张力系数。3.换卷的张力大小由收卷起始张力以及换卷张力系数共同决定，因此8月开机的跟踪结果将直接影响本次的跟踪结果。只有在保证良好的收卷最终密度的前提下，调节换卷张力系数获得的良好换卷效果才能够保持。4.就工艺来说影响换卷的参数只收卷起始张力以及换卷张力系数两个。跟踪最佳结果一览规格um换卷张力%可行的打底米数m飞刀速度%50102001075122008100122005150101005188101005实际改善结果一览

KFNI-50P1KFNN-50P1KFNI-50P9KFNI-75P1KFNI-75P9KFNN-100P1KFNI-100P1平均底膜长度(m)532543267419419268375

KFDN-100G3KFNI-150P3KFNI-188G6KFDN-188G2KFIN-188G2KFOI-188G2KFDN-188G5平均底膜长度(m)248213243210695255250本次跟踪的问题分析1.收卷的打底情况是有设置参数与设备状况共同决定，二者的影响几乎相同各占50%。因此要实现良好打底首要在于实现设备的良好状况，其中调整好静电吸附装置挡板，调整好包轴皮带的位置是十分关键和重要的。2.换卷张力的实际值实际由换卷时的百分比以及实际收卷起始张力共同决定的。因此单一的跟踪百分比其实意义并不大，之前8月的跟踪结果配合本次开机的跟踪结果共同作用方才能保证收卷的良好打底。3.实际指导速度不够。本次在完成收卷打底跟踪后未及时通知班组缩减打底米数，致使分切底膜率过高。而对于部分班组则自行更改的了打底米数致使分切短米，这两种情况在以后的生产中都要避免。4.由于打底情况的好转，之前被辊底印痕掩盖的鼓棱问题则凸显出来，改善鼓棱情况刻不容缓，下面就将重点讨论这一方面的问题。下步计划1.建立数学模型，解析收卷卷材内部张力以及应变关系，指导张力参数的设定。（已完成数学模型建立，下步即利用其指导收卷参数的设定）2.针对目前的打底情况完善制度进行应用，同时避免出现跟踪结果与生产实际脱节的现象发生。3.根据数学模型，对收卷的薄膜进行全面的数学建模，将收卷卷材自身的性质与表面性能同设备本身的参数结合，完善整个数学模型，从而总结提出一般稳定性带材的收卷理论，以指导日后的生产。鼓棱问题分析

从9月打底情况好转开始，鼓棱的问题就凸显出来。起先鼓棱的问题一直存在，只是以前由于收卷打底往往存在一些问题，例如辊底印痕很重，因此当鼓棱与印痕同时出现后鼓棱的情况往往被忽略。

而且在此之前，所做的薄膜规格相对较多，而设定张力又比较高，而当生产150um对膜面的平整性无过高要求，因此鼓棱这一历史问题或被忽略或极为轻微不影响生产。而且就算是在9月，鼓棱的出现也不是从头至尾，往往在收卷300米后才渐渐出现，收卷1000-2000米后又消失，因此半成品卷材上很难看到，而分切后的卷材上也不一定都有，但是在分切中鼓棱存在段十分明显的出现。

就上述现象，依靠经验以及收卷密度完全无法解决这一问题。就算是怀疑其可能为收卷外紧内送这一方向也很难有调节的方向，因为张力整体是呈现下降趋势，为了解决这一问题，应用弹性力学模拟建立收卷卷材内部的数学模型变得异常重要。数学模型建立

对于带材的收卷，内部的应力往往会随着放置的时间发生变化。主要原因在于经过各种处理加工的带材在收卷完成之后往往会经历一个熟化的过程，在这一过程中带材自身的长度等固有物性往往发生变化，从而造成内部的应力发生较大的改变。但对于BOPET薄膜来说，薄膜的加工过程不存在熟化过程，收卷完成后随即即可分切，因此可以近似的认为收卷完成后内部的应力与收卷刚结束时相同，如此便可以应用弹性力学的原理建立数学模型。

对于BOPET薄膜的收卷，由于薄膜具有一定的宽度，因此可以按照轴对称平面应变问题来处理，实际卷绕中一般不超过薄膜的弹性极限，因此可以应用叠加原理。收卷使用的钢卷芯刚度远远大于薄膜，不发生形变，因此可以应用弹性理论中的弹性方程近似处理：数学模型建立其中Tw(r)表示收卷过程中应用的收卷张力控制方程，v表示带材的泊桑比，对于BOPET而言，其值为0.36。Rm为收卷结束时的收卷半径，r则表示卷材内任一位置的半径。表示收卷至时，T(r,Rm)半径为r处的收卷内张力。E(r,Rm)则表示收卷至时，半径为r处的收卷内的径向应变。

如此，只要知道Tw(r)就可以计算实际生产中的内应力变化。数学模型建立对于康普公司的收卷机构，张力控制的方程如下：其中A、B是常数，Re表示最大收卷直径，Ro为钢卷芯的直径。在上述方程中，存在单位换算的问题，为了计算的方便，同意采用无量纲变量

取代r，同时有，如此上述方程可以变形为：数学模型建立这里由于康普公司的收卷机构设置时采用整体张力设置，所以在本次分析中并未考虑宽度影响。对于上述方程均为张力控制函数的一次式，故而宽度可以视为整体系数，不影响变化趋势。此时为后续计算的方便，将上式合并同类项：同理将应力以及应变做无量纲化处理：数学模型建立联列上式：为方便后续讨论，同样的将上述方程分成三个部分M1、M2、M3，则可求得最终方程：同理也可以得到应变方程，这里不单独讨论。数学模型讨论实际收卷过程中，现以188um薄膜收卷过程为例，控制张力控制方案如下：开始张力N1800参数100结束张力N1200序号卷径mm张力N序号卷径mm张力N15001800799216212582179581074155636641780911561481474617551012381397582817201113201302691016761214001200数学模型讨论由上述方案带入内张力方程计算内部张力应变情况，可以得到：常量

参变量

议变量

A2.47E-06Ts1800rm973B-1.39E-07Te1200r0500K0.0014818Ro500m1.946E1-185.2304Re1400υ0.36E2370.54229F100E4000E31614.6881

厚度长度卷径密度无量纲径张力块内张力N内应变umδlDηxTwM1M2mM2xM3Tε186.82451056.52%1.021799.92751799.9275781.20894286.059530.73087271438.0363-1674.288778

7852282.51%1.0441799.6451799.645781.20894303.75660.74310421444.8481-1645.786305

13253489.30%1.0681799.1491799.149781.20894321.139630.75452031452.0174-1618.914585

17654491.13%1.0881798.57271798.5727781.20894335.390260.76346241458.2069-1597.651109

23055692.50%1.1121797.68561797.6856781.20894352.214020.77356241465.8312-1573.366292

28456893.01%1.1361796.58511796.5851781.20894368.741160.78302921473.6108-1550.303678

33858093.04%1.161795.27111795.2711781.20894384.977250.79191441481.4896-1528.348405

39259193.91%1.1821793.87921793.8792781.20894399.609220.79958831488.7566-1509.107657

43659995.31%1.1981792.75441792.7544781.20894410.102110.80490581494.0483-1495.603712

49061095.45%1.221791.05281791.0528781.20894424.328570.81187851501.3093-1477.657401

54462195.39%1.2421789.17191789.1719781.20894438.32530.8184841508.5271-1460.376723

59863295.18%1.2641787.11171787.1117781.20894452.095810.82474761515.6764-1443.707228

65264295.63%1.2841785.08321785.0832781.20894464.4210.83016471522.097-1429.041743

69565095.83%1.31783.35371783.3537781.20894474.150210.83431951527.1686-1417.620552

74966095.98%1.321781.05851781.0585781.20894486.150040.83930211533.4149-1403.706534

80367096.02%1.341778.61511778.6151781.20894497.972350.84406331539.5454-1390.168001

85767996.58%1.3581776.28931776.2893781.20894508.46250.84816971544.954-1378.281962数学模型讨论内张力曲线内应变曲线数学模型讨论数学模型讨论由上述结果可以发现，尽管在整个收卷过程中，控制张力呈现下降趋势，但是根据实际收卷的结果分析，内部张力依旧呈现上升趋势，实际表现为外紧内松，这也就是收卷188um薄膜长期出现鼓棱的原因，为了能更好的实现收卷内张力使之出现内紧外松，经过尝试，发现收卷的控制张力虽然呈现下降趋势，但是在收卷开始的位置，收卷的控制张力变化缓慢，几乎维持一条直线，收卷后在这一区间出现了外部过紧的线性。随着收卷的进行，卷径超过900um的时候出现下降现象。这样的控制方案显然不能达到光学级薄膜收卷对平整性的要求。但是从整体看，收卷的内部张力均在0以上，因此不会出现皱折等现象。根据应变曲线分析整体应变呈现均匀的下降趋势，所以纵然收卷的内部张力存在着外紧内松现象，也不至于会影响整体的收卷效果，所以收卷并没有出现其他严重的弊病。数学模型理论分析由上述分析可以知道，内部张力的变化同收卷的卷材的厚度无关，但是与收卷的应变相关。因此调节张力控制参数的方案实际是控制内部应变。对于上述分析中发现的外紧内松的问题，首先必须对收卷过程中的张力控制曲线进行调整。通过对收卷数学模型的描述，可以直接对收卷卷材内部张力情况进行理论分析。依旧以188um薄膜的收卷方案进行理论计算，即控制收卷起始张力1800N，最终张力1200N，控制F以0,10,20…100对理论张力曲线作图，得到图线如下：数学模型理论分析由分析可以知道对于上述方案，随着张力曲率系数的上升，内部张力的起始值呈现下降趋势，最终在50之后出现了起始段上升的现象。因此就前一节讨论的结果而言，由于188um生产处于起步阶段，收卷的卷材卷径都比较小，因此才出现了外松内紧的线性。实际生产过程中的现象也证实随着收卷卷径的进一步加大，收卷的卷材上鼓棱明显好转甚至消失，也反映了在系数值100的前提下收卷内应力上升带来的后果。同理分析1600-1200N以及1350-1050方案：数学模型理论分析由图可知，随着收卷整体张力的下移，收卷应力呈整体下降趋势的临界曲率系数F也在下降。不过对于最后一个方案来说，应用此方案的薄膜大多采用接触收卷模式，对于此类收卷不能应用本文中讨论的内部张力方程来处理，所以这里仅仅只做理论分析。由上述分析可以看出，目前阶段的收卷方案虽然张力控制曲线呈现下降趋势，但是实际内部的张力曲线在目前的收卷卷径下几乎都呈现上升趋势。但就理论曲线而言，张力设定整体越高，下降段出现越早。但是在实际生产中由于生产的薄规格较多，应用高收卷张力进行收卷的卷材并不多。因而除了各薄膜收卷曲线或不出现下降段，或下降段出现在临近收卷结束的位置，收卷初期无一例外的呈现内部张力上升趋势（50、75um采用接触收卷，不在此讨论）。因此修改收卷初始张力的下降速率是十分必要的，这里可以通过修改收卷张力曲率系数F来实现这一调整，实际调整中可以依据理论计算所得确定范围，然后根据实际收卷的情况微调F的实际数值，从而可以实现收卷情况的改善。同时这也验证了部分厂家在对薄膜进行换卷后往往将收卷张力提高10%，之后逐步下降收卷张力至正常水平的做法，实际上就是在收卷开始的时候适当增加张力，从而提高收卷卷材在初始阶段的收卷内部张力。数学模型结论对于应用间隙收卷的薄膜，虽然张力控制方案整体呈现下降趋势，但是实际内部收卷的内部张力几乎都呈现上升趋势，因此在收卷过程中需要对张力控制方案中的收卷张力的下降速度进行调整，使得初期的张力变高，并迅速下降至一般水平。根据理论分析的结果，可以将收卷曲率系数F下调，根据不同的厚度可以下调至20-40左右，并根据现场收卷实际情况进行调整。下阶段的跟踪也将从这一角度入手：理论的最佳曲率范围厚度张力范围合理的曲率范围理论最佳曲率系数1001650-12000-500-181251650-12000-500-181501650-12509-429-191881700-12000-540-162501800-12000-600-7下阶段跟踪表格设计张力曲率系数F跟踪分析厚度um100厚度100厚度100F系数10F