‘第一篇’ 基础知识篇

第一章 机（设备篇）

一、常用的复合加工方式与基本工艺

在复合软包装材料加工行业，常用的复合加工方式有：挤出复合；湿法复合；溶剂型干法复合（俗称干法复合）；无溶剂型干法复合（俗称无溶剂复合）。

图1-1～图1-8是几种复合加工设备的示意和基本工艺流程。

挤出复合工艺是将熔融态的树脂（聚乙烯、聚丙烯、EVA、离子树脂等）用作胶黏剂或热合层。使用底胶是为了提高熔融态的树脂与第一基材间的剥离力。在过程中如果使用了第二基材则称为挤出复合，如果未使用第二基材则称为挤出涂布。

湿法复合工艺使用了水溶性胶，其特点是先复合、后干燥，在两个基材贴合到一起的瞬间，涂覆在载胶基材上的胶层中仍含有相当数量的溶剂（水分）。因此，复合加工中所使用两个基材之一必须具有透气性良好的特点，以使胶层中的水分能够在通过烘干箱时透过该基材挥发出去。符合这一要求的基材通常是厚度不大的纸张。所以，湿法复合工艺通常被用于纸张与其他基材间的复合加工，例如广泛用于烟草包装、糖果的纸/铝两层复合制品。

溶剂型干法复合工艺与无溶剂型干法复合工艺（英文名称分别为Solvent Base Dry Lamination, Solventless Dry Lamination或Solvent Free Dry Lamination）的共同特点是：在两个基材贴合到一起的瞬间，涂覆在载胶基材上的胶层中已没有溶剂或稀释剂，因此这两种工艺被统称为干法复合工艺。

溶剂型干法复合工艺与无溶剂型干法复合工艺的区别在于：前者所使用的胶黏剂或俗称的胶水是含有溶剂（有机的或无机的）的，后者所使用的胶黏剂或胶水不含溶剂。所以，在溶剂型干法复合机上，烘干箱是一个必需的组成部分，而在无溶剂型干法复合机上没有烘干箱。

由于习惯的原因，溶剂型干法复合工艺被称为干法复合，为了以示区别，无溶剂型干法复合工艺被称为无溶剂复合。

二、复合机的构成

本书主要讨论与溶剂型干法复合工艺和无溶剂型干法复合工艺相关的事宜，因此，从此节开始，仅针对这两种复合工艺展开相关的讨论。

关于复合机的构成，从图1-5溶剂型干法复合机中可以发现，其主要的组成部分为第一放卷机（第一基材）、涂胶单元、烘干箱、第二放卷机（第二基材）、复合单元和收卷机（复合材料） 6个部分。

从图1-7的无溶剂型干法复合机中可以发现，其主要的组成部分为第一放卷机（第一基材）、涂胶单元、第二放卷机（第二基材）、复合单元和收卷机（复合材料）5个部分。

显而易见的差异是前者配有烘干箱，后者没有配备烘干箱。

图1-5～图1-8中没有表现出来的差异是：在无溶剂型干法复合机上（图1-7）有一个必备的硬件设施——自动混胶机，而在溶剂型干法复合机上（图1-5）则没有这样的设施。

三、涂胶方式

在基材的表面处理和复合加工中，涂料或胶黏剂的涂布方法有很多种，如图1-9所示。

图1-9摘自《软包装的涂布工艺》（Coating Technology for Flexible Packaging; Lee A. Ostness, Product Manager, Coating & Drying Systems, Davis Standard）。

在我国的复合软包装行业中，目前得到应用的涂胶方式有以下几种：

①五辊涂布方式（如图1-10），是目前在无溶剂型干法复合机上普遍应用的涂胶方式；

②开放式胶盘与刮刀/正向凹版涂布方式（如图1-11），是国内绝大多数溶剂型干法复合机所采用的涂胶方式；

③封闭式胶盒/正向凹版涂布方式（如图1-12），是目前一些新安装的200～300米/分机速的溶剂型干法复合机所采用的涂胶方式；

④三辊式光辊涂布方式（如图1-13），是以前的一些运行速度在100米/分以下的溶剂型干法复合机采用的涂胶方式；

⑤两辊式光辊涂布方式（如图1-14），常见于挤出复合机上使用醇/水溶性胶做底胶的场合；

⑥反向凹版吻涂方式（如图1-15），仅见于某些特殊应用的设备上。

需要强调的是：目前的无溶剂型干法复合机所使用的五辊涂布系统都是如图1-23所示的样式，其与图1-10的差异在于递胶辊的位置有所调整。

四、复合压力及其评价

复合压力是复合加工工艺中的一项非常重要的工艺参数。

所谓复合压力，是指在复合机的复合单元中的复合钢辊与复合胶辊间的压力或者施加在两层基材上的、使之贴合在一起的作用力。

通常情况下，人们会用给复合单元施加外力的汽缸上的气压表的示值（kgf/cm2或MPa或BAR）作为工艺参数及比较的基准。

对于同一台或同一型号的复合机而言，利用气压表的示值作为复合压力的工艺参数和比较的数值是可行的和正确的。但对于不同型号的复合机而言，此种方法是不正确的！

复合压力的另外两种表示方法分别是压强和线压力。

所谓压强，是指在复合钢辊和复合胶辊间单位面积上的压力，其单位通常是kgf/cm2。这就涉及需要确切地知道在指定的汽缸压力条件下，复合胶辊的变形程度或复合胶辊与复合钢辊间的接触面的宽度。由于不同牌号的复合机的复合胶辊的硬度（邵氏，Shore）是不一样的，在相同的汽缸压力条件下，复合胶辊的变形程度无法准确地测量。因此，就难以得到准确的压强数据。

所谓线压力，是指在复合钢辊和复合胶辊间的单位长度上的压力，其单位是kgf/m。使用线压力作为复合压力的比较基准可以使问题简化，对任何牌号、形式的复合机的复合压力值都可以用线压力的数据进行比较与评价。

1．复合单元的施压方式

复合单元的施压方式有四种：无杠杆传动机构直压式；无杠杆传动机构斜压式；有杠杆传动机构直压式A型；有杠杆传动机构直压式B型。

所谓“直压式”，是指汽缸施加作用力的矢量线与复合钢辊和复合胶辊的圆心的两点的连线在一条直线上的施压方式（图1-16）。

所谓“斜压式”，是指汽缸施加作用力的矢量线与复合钢辊和复合胶辊的圆心的两点的连线不在一条直线上的施压方式（图1-17）。

（1）无杠杆传动机构的复合线压力

在无杠杆传动机构直压方式中，复合线压力的计算公式为：

式中 PL——线压力，kgf/m；

2——有两个汽缸；

Pa——汽压表上的示值，kgf/cm2；

S——汽缸中的活塞承受气压的有效面积，cm2；

L——复合胶辊的有效长度，m。

在无杠杆传动机构斜压方式中，复合线压力的计算公式为：

在图1-18中，Fa表示汽缸施加给复合胶辊的作用力的方向，Fb表示汽缸施加的作用力的大小及方向，Fc表示复合胶辊施加给复合钢辊的作用力的大小及方向，θ表示Fb和Fc间的夹角。k1表示斜压系统常数。

于是，Fc=Fb/cos(θ)。因为cos(θ)＜ 1，所以1/cos(θ)＞ 1。

令1/cos(θ)=k1。

因此，在斜压方式下：

从上面的分析可以发现，在汽缸输出或施加给复合胶辊同样大小的作用力的前提下，在斜压方式中，复合胶辊施加给复合钢辊的作用力要大于直压方式中的作用力！

（2）有杠杆传动机构的直压方式的复合线压力计算

如图1-19和图1-20所示，在复合单元中使用的杠杆传动机构有A型和B型两种形式。

在图1-19和图1-20中，S点表示杠杆机构的支点，A表示动力臂，B表示阻力臂，F表示由汽缸输出的作用力的大小及方向。

根据杠杆定律，动力×动力臂=阻力×阻力臂，其中的“动力”即为汽缸所输出的作用力，“动力臂”为线段A的长度，“阻力臂”为线段B的长度，“阻力”为作用在复合胶辊上的作用力。

因此，有杠杆传动机构直压方式下的复合线压力计算式为：

式中 k2-k2=A/B(＞1)。

对于任一有杠杆传动机构的复合单元而言，汽缸的摆放位置或施压方式都会有如图1-21和图1-22所示的两种形式。

在施压方式A的状态下，压缩空气是作用在活塞的整个面积上的，所以上述公式中的活塞有效面积S=πr2, r是活塞的半径。

在施压方式B的状态下，压缩空气是作用在活塞的部分面积上的，其中活塞杆占据了一部分的面积，所以上述公式中的活塞有效面积, r1是活塞的半径，r2是活塞杆的半径。

因此，对于有杠杆传动机构的复合单元，在计算复合线压力时，活塞有效面积S的取值要根据实际条件下汽缸的摆放位置来确定。

综合地讲，复合单元的复合线压力的计算公式为：

式中 PL——复合线压力，kgf/m；

2——有两个汽缸；

k1——斜压系统常数，无量纲，k1=1/cos(θ)；

k2——动力臂/阻力臂的比值，无量纲；

Pa——输入的压缩空气的压强值，kgf/cm2；

S——汽缸中的活塞承受气压的有效面积，cm2；

L——复合辊的有效长度，m。

在不同牌号的复合机的复合单元中，有些设备的复合胶辊的长度与复合钢辊是一样的，有些设备的复合胶辊的长度略小于或略大于复合钢辊。在计算复合单元的线压力时，都需要取其中的最小值。

2．复合线压力的评价值

根据经验，复合单元的复合线压力值应当不小于1000kgf/m！

从目前的状况来看，某些复合设备的复合线压力值可以达到2000kgf/m的水平，而某些复合设备的复合线压力值明显低于1000kgf/m的水平。

目前在国内市场上正在运行的复合设备中，复合单元所配备的汽缸的直径有以下几种规格（mm）:Φ60、Φ80、Φ100、Φ125、Φ150、Φ200。

根据前面的复合线压力计算公式，复合线压力与汽缸的半径的平方成正比。由此可以看出，在不同的复合设备上复合线压力数值存在巨大差异。

根据公式PL=2×k1×k2×Pa×S/L，假定L=1m, k1=1, k2=2, Pa=1，来计算一下使用不同直径的汽缸可获得的复合线压力值（表1-1）。

从表1-1的计算结果来看，汽缸直径的变化对可输出的复合线压力的影响是非常显著的。

五、递胶辊的压力及其评价

递胶辊是无溶剂干法复合机涂布系统中的重要组成部分。

在如图1-23所示的无溶剂干法复合机中常用的五辊涂布系统中，五支涂胶辊的名称分别为：

辊A：承胶辊、（固定的）计量辊、刮刀辊、固定辊；

辊B：承胶辊、（旋转的）计量辊、转移钢辊；

辊C：递胶辊、传胶辊、匀胶辊、转移辊、转移胶辊；

辊D：涂胶辊、上胶辊、涂布辊、涂布钢辊；

辊E：压印辊、涂布胶辊、涂布压辊。

在该涂布系统中，辊A、B、D、E的长度是固定不变的，辊C的胶面有效长度需要根据所复合产品的第一基材的宽度而相应地变化。通常，辊C的胶面有效长度需要比第一基材（载胶膜）的宽度小5～10mm。

在该涂布系统的运行过程中，辊A（承胶辊）为固定辊（即不旋转），辊B、C、D的运行方向如图1-24所示，而且，辊B、C、D之间是差速运行的，其中，辊B旋转得最慢，辊D旋转得最快，辊E与辊D以相同的线速度旋转。

辊A与辊B之间通常需要保持不小于0.08mm的间隙。辊C则是借助两个汽缸的拉力与辊B、辊D之间保持某种程度的“亲密接触”。

在目前见到的正在运行中的无溶剂型干法复合机上，上述的控制递胶辊的两个汽缸的直径大部分采用的是Φ50mm的。另有部分设备采用的是Φ32mm和Φ63mm的汽缸。

对于该汽缸在运行中的气压数据，设备制造厂一般只给出一个应用范围，例如1～4bar（1bar=1.02kgf/cm2=0.1MPa）。

那么，随之而来的问题是：递胶辊C的汽缸压力究竟控制在什么范围内才是合适的？

假定递胶辊C的长度是1.3米（与计量辊B相同），输入的气压为2bar，即可利用前面的线压力计算公式计算出汽缸施加给递胶辊的线压力值：

在上述公式中，r2是活塞杆的半径。

此线压力并不是递胶辊C与计量辊B和涂胶辊D之间的线压力。因为该线压力是两个汽缸施加给递胶辊的，而这个力会通过递胶辊C传递给计量辊B和涂胶辊D，所以，递胶辊C与计量辊B和涂胶辊D间的线压力会小于上述的计算值。

从上述计算结果来看，在输入的气压为2bar的条件下，施加在递胶辊上的线压力值（＜100kgf/m）远小于正常的复合单元的线压力值（＞1000kgf/m）。

从现有的五辊涂布系统的设计来看，设计者是有意识地使这三个辊之间保持了一种很小的接触压力。

从图1-25的胶水传递过程来看，在这三个辊之间，胶水的传递主要依靠的是辊子之间的速度差，而不是辊子之间的压力。

在这种涂布系统中，如果增加施加在辊C上的线压力，则辊C与辊B和辊D之间的间距会相应减小，辊C与辊B、D之间的摩擦力会相应增大，驱动递胶辊C运转的电机的负荷就会明显上升！其结果将是辊C的旋转速率相应地降低以及在单位时间内的胶水转移量相应减少！

从另一个角度说，影响递胶辊C驱动电机负荷的因素有三个：一是复合机的运行速度；二是胶水的黏度（关联影响因素是胶水的温度及胶水的本体黏度）；三是施加给递胶辊的线压力（关联因素是递胶辊控制汽缸的输出压力和递胶辊胶面的有效长度）。

以现在常见的宽度为1300mm的无溶剂型干法复合机为例。该种复合机可加工的基材的有效宽度一般为600mm到1250mm，因此，在生产过程中，递胶辊C的胶面长度就需要随着基材的宽度而变化。

假如在生产过程中，递胶辊C的胶面长度从1250mm更换到600mm，而控制递胶辊C的汽缸的输出压力保持不变，那么辊C与辊B、辊D之间的线压力就会增加1倍多。在其他条件不变的情况下，单位面积的上胶量会相应地减少。

因此，在生产过程中，应当保持施加给递胶辊的线压力的稳定，这对于保持涂胶量的稳定和复合制品的质量有着重要的意义。

也就是说，施加在递胶辊控制汽缸上的气压应当随着递胶辊胶面长度的减少而相应地降低！

相关的专家亦建议在全宽状态下的递胶辊上的压力不要超过0.2MPa（或2bar），且表压应随着递胶辊宽度的减少而相应地下调，但应以不出现局部缺胶现象为限。

根据公式可以推导出：

式中 Pa——随递胶辊有效长度而变化的气压输出值，kgf/cm2；

PL——计划使用的递胶辊C的线压力，kgf/m；

L——拟更换的递胶辊C的胶面有效长度，m；

K——系统的常数，1/cm2；

R1——汽缸活塞的半径，cm；

R2——汽缸顶杆的半径，cm。

使用该公式，就可以计算出在使用不同长度的递胶辊时应当使用的汽缸输出压力。也可以利用公式计算出的数据，事先画出递胶辊长度-汽缸输出压力速查曲线。

建议将60kgf/m规定为“计划使用的递胶辊线压力PL值”。

1．合适的“递胶辊线压力值”的评价指标

①在无溶剂干法复合机的运行速度变化范围内不会出现局部缺胶现象；

②在无溶剂干法复合机的运行速度变化范围内不会出现在基材运行方向上的单位面积上的涂胶量明显变化的现象。

2．与递胶辊压力关联的故障

①涂胶不均匀（线压力过小）；

②涂胶量降低（线压力过大）；

③驱动电机电流过大（线压力过大，胶水黏度偏大）。

六、凹版涂胶辊的分类

在复合软包装行业中所使用的凹版涂胶辊的加工方式中，比较成熟且应用比较广泛的方法共有4种：机械压花法、电子雕刻法、激光腐蚀法、激光雕刻法。

机械压花法（又称滚花）是采用滚花机和滚花刀对钢质的辊坯直接进行加工处理的方法。电子雕刻法是采用电子雕刻机与电子雕刻刀对钢基/铜面的辊坯进行加工处理的方法。激光腐蚀法是在钢基/铜面的辊坯上涂布感光胶、用激光器对感光胶层进行曝光/蚀刻、用电解液或其他化学溶液对辊坯的铜面进行腐蚀加工处理的方法。激光雕刻法是采用激光束对钢基/金属面或陶瓷面的辊坯进行激光腐蚀处理的加工方法。激光雕刻法加工的陶瓷辊和部分机械压花法加工的涂胶辊可以直接用于涂胶加工。

为了延长涂胶辊的使用寿命，绝大部分采用机械压花法和全部采用电子雕刻法、激光腐蚀法加工的涂胶辊的表面都要进行镀铬/抛光处理。

若要区分上述涂胶辊的加工方法，可采用“宏观观察法”和“微观观察法”。

“宏观观察法”是对涂胶辊的一些宏观特征进行对比检查的方法。“微观观察法”是对涂胶辊的一些微观特征进行对比检查的方法。

在宏观上，在采用机械压花法加工的涂胶辊上，所谓的网纹（滚花的结果）通常会布满整个版面，即在涂胶辊的整个弧形表面上（不包括辊子的两个环形的端面）百分之百地覆盖有滚花的花纹。而在采用电子雕刻法、激光腐蚀法、激光雕刻法加工的涂胶辊上，在弧形表面的两端通常都会留有20～40mm宽的未加工区域。采用激光雕刻法加工的陶瓷辊因其表面未做镀铬处理，故其表面没有镀铬层的金属光泽，而且颜色偏黑。

在微观上，采用不同的加工方法加工出来的网纹或网穴的形状如图1-26～图1-35所示。

七、版容积与胶水的转移率

在复合加工工艺中，涂胶量是一个重要的工艺参数。

在溶剂型干法复合加工工艺中，涂胶量有“涂胶湿量”与“涂胶干量”两种计量方法。

涂胶湿量是指在特定的工艺条件下，经过涂胶辊转移到载胶膜（又称第一基材）上的“含有溶剂的胶水溶液”的以重量为计量单位的数量，通常表示为g/m2（湿）。涂胶干量是指在特定的工艺条件下，经过涂胶辊转移到载胶膜上的“不含有溶剂的胶水”的以重量为计量单位的数量，通常表示为g/m2（干）。

涂胶干量的计算公式为：

式中 Wg——涂胶干量，g/m2（干）；

C——所使用的胶水工作液的浓度，%；

V——所使用的涂胶辊的版容积，cm3/m2；

d——所使用的胶水溶液的密度，g/cm3；

P—— 胶水溶液的转移率，或转移到载胶膜上的胶水溶液占相应的涂胶辊的版容积的比例，%。

在生产实践中，Wg是大家所关心的数据，C是操作工调配的结果，V、d和P是大家希望知晓又难以获得的数据，故通常会用经验系数予以代替。

1．凹版网穴容积的计算方法

在单位面积的凹版涂胶辊上，单个网穴的容积的集合就是所谓的版容积。版容积V数据是可以计算的。要计算版容积V，就需要事先知道或通过技术手段测得相应的网穴或网纹的相关参数，从而计算出单个网穴或网纹的容积（或体积），同时计算出单个网穴所占有的平面面积，并求出在1m2的面积上的网穴数量，再用单个网穴的容积和单位面积上的网穴数量两个数据相乘，即可求得版容积V的数据。

现在市场上应用的复合机上所使用的涂胶辊的长短粗细有很大的差异。因此，不能用单支涂胶辊的版容积cm3/支作为评价单位，而使用cm3/m2作为版容积的评价单位，才更有普遍性。

2．凹版网穴形状

从资料上以及客户所使用的涂胶辊上可以看到，常用的凹版网穴形状有以下几种（图1-36）。

目前在市场上，以四棱锥形、连体四棱锥形、四棱台形网穴的使用者最多。连体四棱锥形的网穴一定是采用电子雕刻法加工出来的。四棱锥形网穴的加工方式可以是机械压花法和电子雕刻法。四棱台形网穴的加工方式可以是机械压花法和激光腐蚀法。

3．网线数单位

与版容积相关的另一个重要参数是网线数。

所谓网线数，是指在单位长度上所包含的网穴的数量。

网线数的常用计量单位是线/英寸（英制，lpi）和线/厘米（公制，lpc）。这两个计量单位的换算关系是：1英寸=2.54厘米。

目前，某些制版厂常用“目数”代表“线/英寸”，用“线数”代表“线/厘米”。

在印刷厂或软包装材料加工企业中，可见到的凹版印刷辊（俗称印版）和涂胶辊（又称网纹辊）的网线数为60～300lpi（24～120lpc），其中又以100～175lpi（40～70lpc）的为最常用。

用同一浓度的胶水工作液和不同网线数的涂胶辊可得到不同的涂胶干量；用不同浓度的胶水工作液和不同网线数的涂胶辊也可以得到相同的涂胶干量。涂胶干量与涂胶辊的网线数和网穴形状有关，与胶水工作液的浓度、黏度、密度有关，也与实际生产条件有关。

4．网穴容积的计算方法

（1）四棱锥形网穴的容积

四棱锥形网穴的视图如图1-37所示。四棱锥形网穴的网穴容积V的计算公式为：

V=网点面积S×网点深度h/3，网穴面积S=ab/2，网穴深度h=a×tg(90-θ/2)/2，所以，当四棱锥形网穴的a≠b时，网穴容积为：

当四棱锥形网穴的a=b时，式1-8又可以表达成：

因为a=h×tg(θ/2)/2，所以，式1-9又可以表达成：

式中 a——网穴轴向宽度，又称网点值；

b——网穴纵向长度；

θ——网穴周向底角角度；

h——网穴深度。

（2）连体四棱锥形的网穴容积

连体四棱锥形网穴的视图如图1-38所示。连体四棱锥形网穴的网穴容积计算公式为：

式中 S1—— 网穴最宽处的截面积（与网穴轴向宽度a相对应）, S1=ah/2=a2×tg(90°-θ/2)/4；

S2—— 网穴最窄处的截面积（与网穴的通沟宽度c相对应）, S2=ch1/2=c2×tg(90°-θ/2)/4。

因此，可得到：

经过演变，公式（1-12）也可以变成

式中 a——网穴轴向宽度，又称网点值；

b——网穴纵向长度；

c——通沟宽度，又称通道宽度；

θ——网穴角度（雕刻刀角度）；

h——网穴深度；

h1——通沟深度。

（3）激光腐蚀辊的网穴容积

激光腐蚀辊的网穴分解图如图1-39所示。激光腐蚀辊的网穴容积计算公式为：

式中 VR——网穴的四个角为圆弧形状时的网穴容积；

b——网穴的边长；

d——网穴的深度；

R——网穴圆弧角的半径。

（4）四棱台形的网穴容积

四棱台形网穴的视图如图1-40所示。四棱台形的网穴容积计算公式为：

式中 S1——网穴上底的面积，S1=a2/2；

S2——网穴下底的面积，S2=b2/2。

式中 a——网穴的轴向长度或对角线长度；

b——网穴底面的轴向长度或对角线长度；

h——网穴的深度。

如果知道角度∮的值，则b=a-2h/tg∮

（5）六棱台形的网穴容积

六棱台形网穴的视图如图1-41所示。六棱台形的网穴容积计算公式为：

式中 S1——网穴上底的面积，；

S2——网穴下底的面积，。

如果知道角度∮的值，则b=a -2h/tg∮

综上所述，不同形状的网穴具有相同的轴向长度、周向长度（即a=b，六棱台形例外）和深度，则上述网穴的容积分别为：

5．胶水的转移率

根据对W·F油墨转移方程的研究结果，使用凹版直接涂胶方式在各种塑料薄膜及铝箔上涂胶时，网穴中的胶黏剂会沿着网穴开口的平面与网穴四个底面（或侧壁、底面）间的中心面发生分离并转移到塑料薄膜或铝箔上。如图1-42～图1-44所示。

需要注意的是：在图1-42～图1-44中，蓝色块在三种网穴形状示意图中的轮廓线与其相邻的两条线的距离是相等的。

根据这一结论，凹版网穴中的胶黏剂的转移率就可以利用特定的公式计算出来了。

为了便于计算，本文只针对四棱锥形、四棱柱形网穴中的胶黏剂转移率进行探讨。

（1）四棱锥形网穴中胶黏剂的转移率

图1-45是从四棱锥形网穴中转移出来的胶黏剂的示意图。

在图1-45中，△abc表示四棱锥形网穴的剖面，△bcd表示从该网穴中可转移出来的胶黏剂形状的剖面。根据前述的结论：“使用凹版直接涂胶方式在各种塑料薄膜及铝箔上涂胶时，网穴中的胶黏剂会沿着网穴开口的平面与网穴四个底面（或侧壁、底面）间的中心面发生分离并转移到塑料薄膜及铝箔上。”那么，在图1-45中，∠dbe应当是∠abe的1/2，即∠abd=∠dbe。

已知，四棱锥形的体积公式为：V=SH/3

式中 V——四棱锥形网穴的容积，μm3；

S——四棱锥形网穴的底面积，μm2；

H——四棱锥形网穴的深度，μm。

令∠ abe为θ，则∠ dbe为θ/2。线段ae为网穴深度H，线段de为转移胶体高度h。则胶体的转移率为：

式中 V′——从网穴中转移出来的胶黏剂的体积；

V——网穴本身的容积；

S——网穴的开口的面积和转移出来的胶黏剂底面积；

H——网穴的深度；

h——转移出来的外形为四棱锥形的胶黏剂“微粒”的高度。

因为刚转移出来的胶体的底面积与网穴的底面积是相同的，所以，S′=S，对于四棱锥网穴而言，其胶体转移率的计算实际上就归结为对其网穴深度与胶体转移高度的推算。

此处规定图1-45中的线段be为L，则网穴深度H=L×tgθ, h=L×tg(θ/2)。于是有：

根据三角函数公式：tg(θ/2)=sinθ/(1+ cosθ), tgθ=sinθ /cosθ，于是有：

已知，采用电子雕刻法制作四棱锥形网穴时，常用的雕刻刀角度为120°和130°，而采用机械压花法制作四棱锥形网穴时，压花刀的常用角度为120°、110°、100°。因此，可以利用公式计算出相应的转移率数据。

（2）四棱柱形网穴中胶黏剂的转移率

图1-46是从四棱柱形网穴中转移出来的胶黏剂形状示意。

在图1-46中，□abcd表示四棱柱形网穴的剖面图，这是一个长方形；□cdef表示从四棱柱形网穴中可能转移出来的胶体的剖面图，其形状为梯形。线段bc为网穴的深度H，线段cg为可能转移出来的胶体的高度h，线段dc为网穴的一个边长L，线段ef为梯形下底长度m。

∠adc为90°，根据前述结论，∠ade应为45°, h应为H/2。

四棱柱形网穴的体积为V=L2×H，四棱台形的体积公式为V′=[S+S1+(SS1)1/2×h]/3，故四棱柱形网穴中胶黏剂的转移率公式应为：

因为，m=L-2h×tg45=L-2h，所以：

因为，h=H/2

所以，

因为，网穴的两个平行边的间距与设定的网线数及相应的网墙宽度有关，即：

式中 n——每厘米的线数，lpc；

a——所规定的网墙宽度，μm。

将式（1-30）代入式（1-29），得

从公式（1-31）可以发现，胶黏剂的转移率是网穴深度H、网线数n和网墙宽度a的函数。

在目前的软包装行业中，网线数的变化范围一般在80～250线/英寸（lpi）之间，即31～100线/厘米（lpc），网穴深度会随着网线数在20～100μm之间变化，网墙宽度的变化范围一般在10～50μm调整。

假定某四棱柱形网穴的涂胶辊的网线数为40lpc（100lpi），网穴深度为80μm，网墙宽度为30μm，则该网穴（涂胶辊）的胶体转移率为：

假定某四棱柱形网穴的涂胶辊的网线数为80lpc（200lpi），网穴深度为50μm，网墙宽度为15μm，则该网穴（涂胶辊）的胶体转移率为：

图1-47为四棱柱形网穴的深度-宽度-转移率曲线。图中X轴为网穴深度，Y轴为网线数，Z轴为胶体的转移率。在计算前，已将网墙宽度规定为20μm。

从图中可以发现：网线数越少、网穴越浅，其转移率值越大。

6．结论

综合前面的论述，对于四棱锥（金字塔）形的凹版网穴的涂胶辊而言，在特定条件下，在生产过程中，胶黏剂的转移率是雕刻刀角度的函数，转移率的数值在43%～48%；而对于四棱柱形（也可推广到四棱台形、六棱台形）的网穴，胶黏剂的转移率是网穴深度H、网线数n和网墙宽度a的函数，但是都没有超过50%！

需要强调的是，转移率与转移量不是同一个概念。转移率低并不意味着转移量低。

八、涂胶辊的耐用性事宜

常用的涂胶辊的表面层材质有铁、铬、陶瓷3种。3种材料的硬度依次为陶瓷最高，铬次之，铁最小。在配合使用相同硬度的刮刀的前提下，应当是陶瓷辊的使用寿命最长，镀铬辊次之，铁辊最短。

但在现实中，许多使用者反映铁辊（压花辊）的使用寿命要比镀铬辊（电雕辊）的长。这其实是一种误解。

合理的涂胶辊使用寿命的评价指标应当是有效的涂胶量降低到某一数值时的时间或可加工成品的延长米数。

以电雕辊为例，电雕辊表面的镀铬层的厚度一般为6～12μm。当网墙上的镀铬层被磨掉后，就会露出基底的铜层（如图1-48所示），从外观上看，电雕辊的颜色就由银白色（铬）转变为红色（铜），同时，该涂胶辊的有效涂胶量也会明显下降。涂胶状态也会相应变差。此时，人们就会认为该涂胶辊的使用寿命已经结束了，就会对该涂胶辊进行退镀铬处理。

此时使用寿命的评价指标是表面颜色的变化，而不是有效涂胶量的降低！

而对于部分铁基的压花辊，由于其表面未做镀铬处理，不管实际的磨损有多严重，其表面的颜色都不会发生变化。因此，人们才会认为压花辊的使用寿命比较长。只有当有效涂胶量的下降已经造成了批量性的产品质量损失时，才会想到去重新制作涂胶辊。

如图1-49所示，该涂胶辊是用机械压花法加工的，其网墙顶部已被磨得比较平整了，网墙宽度已接近或超过了50μm（正常情况下，机械压花法加工的涂胶辊的网墙宽度为20～30μm）。尽管其实际的上胶量已被大幅地减少了，但从照片上看，其网形是规整的，似乎仍可继续正常使用。

根据式（1-19）和式（1-21），可以计算出当涂胶辊的表面被磨掉8μm后（相当于电雕辊的镀铬层被磨掉了），四棱锥形和连体四棱锥形网穴容积减少的比例。计算结果如表1-3所示。

表1-4是以120lpi（48lpc）的连体四棱锥形网穴的涂胶辊为例，计算由于涂胶辊的逐步磨损对其版容积的影响。

从以上的叙述中可以得出以下的结论。

①棱锥形及棱台形网穴涂胶辊的使用寿命都是有限的；其寿命与使用频次及使用条件有很大关系。

②对同一支涂胶辊而言，其网穴深度每减少1μm，版容积的减少率是递减的。

③对同一网线数、不同网穴深度的涂胶辊而言，网穴深度越深，相同的磨损量对版容积减少率的影响越小；对不同网线数的涂胶辊而言，网线数越大（如200lpi），相同的磨损量对版容积减少率的影响越大；对于棱锥形、棱台形网穴的涂胶辊而言，版容量的减少即意味着上胶量的减少。

对于棱柱形的网穴而言，如果网穴拥有足够的深度（网穴深度明显大于胶水可转移深度），则在可预测的磨损程度内，版容量会有明显的变化，但实际的涂胶量不会有明显的变化。

与涂胶辊关联的故障

①表面光洁度不良（涂胶量过大、实刀线、涂胶不均匀等）。

②网穴堵塞（涂胶不均匀、涂胶量偏小等）。

③网墙磨损（涂胶量逐步下降）。

九、平滑辊

平滑辊是溶剂型干法复合机上的一个非常有用的装置。但并不是所有的溶剂型干法复合机都配备有平滑辊。图1-50中的箭头所指的就是平滑辊（也有称为均胶辊、抹平辊的）。

平滑辊的直径一般是20mm（也有更粗的），其表面经过镀铬、抛光处理，表面光滑度接近于镜面。一般置于涂胶辊和烘干箱之间，与第一基材平行，且应尽量靠近涂胶辊。

平滑辊应能够前后摆动。离开第一基材时，距离应不小于100mm，以便于清洗；压向第一基材时，应至少能够将第一基材向后推60mm，以便调节平滑辊与第一基材间的接触角和压力。

平滑辊由一台微型可调速电机控制其转速与转向。从机械设计角度讲，相对于第一基材的运行方向，平滑辊可以同向旋转，也可以逆向旋转。根据经验，要想得到良好的涂胶效果，应采用逆向旋转的方式。

目前，在溶剂型干法复合机上普遍使用的是正向凹版涂布方法（参见图1-11、图1-12）。

在涂胶过程中，在压印胶辊的作用下，第一基材与涂胶辊上的网穴中的胶水亲密接触，胶水润湿了第一基材，并在第一基材离开涂胶辊的瞬间，依靠胶水与第一基材间的吸附力，使网穴中的胶水部分地转移到第一基材上。由于胶水的转移率不足50%，且由于涂胶辊上网穴之间网墙的客观存在，所以，在此瞬间，转移到第一基材上的胶水（此处暂称其为“胶粒”）的形状应当是与网穴形状相仿的、没有尖的四棱台形（参见图1-51）。

在第一基材从涂胶辊移动到烘干箱入口处的过程中，“胶粒”依靠自身的低黏度和惯性趋于流平（使载胶膜原来的与网墙对应部分被胶水所覆盖）；在烘干箱的第一段内，在风压的作用下，“胶粒”的平整度再一次得到改善。随着“胶粒”中溶剂的挥发，“胶粒”的黏度迅速增加，体积迅速缩小，其形状就被初步固定下来了。在完成收卷之后，在膜卷的层间压力作用下，“胶粒”还会进行“二次流平”，以达到最佳的流平状态。

如果胶水的流平结果较好，熟化后的复合薄膜的透明度和外观就会较好；如果胶水的流平结果不好，熟化后的复合薄膜的外观就会显得不平整，透明度也较差。

平滑辊的作用是在“胶粒”尚处在黏度较低、流动性较好的阶段时，通过外力（与载胶膜间的摩擦力）使棱台形的“胶粒”被“铲平”或“抹平”。

在实践中可以发现：涂了胶的第一基材，在通过平滑辊前，就像一片磨砂玻璃（参见图1-51），处于半透明状态；通过平滑辊之后，涂了胶的基材的透明度就会明显提高。载胶膜及复合膜的透明度直接地与胶水“被抹平”的结果相关联。

在使用平滑辊的过程中，要注意平滑辊的旋转方向、转速以及平滑辊与第一基材的包角（压力）。

转速和包角这两个参数没有可以借鉴的数据，只能由各个生产企业在生产实践中摸索。平滑辊作用的结果与胶水的黏度、涂胶量、包角、复合机运行速度、第一基材的烘干箱张力等参数有关。

如果胶水的黏度较高（胶水工作液的流平性相对较差），平滑辊的作用也难以充分发挥；如果胶水的初始黏度很低（胶水工作液的流平性相对较好），平滑辊的作用就会不明显。

如果平滑辊的控制参数调整不当，轻则平滑效果不佳，重则会将油墨“刮下”，最严重的会将第一基材缠在平滑辊上，导致断料停机。

1．平滑辊的旋转方向

图1-52、图1-53是在图1-51的基础上，调整平滑辊的旋转方向后所得到的结果。

如果使平滑辊旋转方向与第一基材的运行方向相一致时，就会得到如图1-52所示的结果。与图1-51相比较，图中的“白点”（“胶粒”）有所减少。如果使平滑辊旋转方向与第一基材的运行方向相反时，就会得到如图1-53所示的结果。与图1-51相比较，图中的“白点”（“胶粒”）已全部消失。

上述实验结果表明：如果要想得到较好的复合材料的透明度，应当使用平滑辊，而且应当采用与第一基材逆向旋转的方式。

2．平滑辊的包角

包角θ是指载胶膜（基材）与平滑辊的接触弧线（图1-54中的红色部分）所对应的圆心角θ。包角越大，接触弧线越长，接触面间所产生的摩擦力的总和也就越大（在同样的基材张力条件下），胶水被“抹平”的效果就会越好。

3．平滑辊的旋转速度

在物理学中，速度是表征动点在某瞬时运动快慢和方向的矢量。在复合机上，平滑辊的旋转速度表征着平滑辊的旋转方向和以转/分（r/min）或米/分（m/min）为单位的运动速率。

前面已经提到“如果要想得到较好的复合材料的透明度，应当使用平滑辊，而且应当采用与第一基材逆向旋转的方式”。

关于平滑辊的旋转速率，由于绝大部分的平滑辊驱动电机的控制旋钮都是以0～10作为刻度单位，所以，此处也无法给出准确的以r/min或m/min为单位的运动速率数据。

在实践中，合理的调整方法为：先将复合机开动起来，然后将平滑辊以与第一基材逆向旋转的方式靠上载胶膜，调整好包角，用肉眼观察载胶膜透明部位（如载胶膜的边缘处）的透明度变化的同时，手动调节平滑辊的旋转速率。当发现载胶膜的透明度有了明显的改善时，就是找到了合适的平滑辊转速。

4．平滑辊与胶水的黏度

在工作液胶水的黏度不大于15s（3#察恩杯，ZAHN CUP）、网墙宽度不大于20μm、复合机运行速度不大于150m/min的条件下，不使用平滑辊也能获得较好的胶水流平结果，即能够获得较好的复合制品的透明度。

超越了上述的限度——即使是其中的任意一个条件超越了限度，都难以获得较好的胶水流平结果。在这种条件下，要想获得较好的胶水流平结果，就必须正确地使用平滑辊！

使用平滑辊，除了能够明显提高产品的外观质量，还能为企业降低生产成本。使用平滑辊，就可以使用较高线数的网纹辊和较大工作浓度的胶水，并在保持涂胶量不变的前提下，减少乙酸乙酯的用量，从而降低生产成本。

以PET/油墨/VMPET/CPE这种产品结构为例，笔者曾用北京高盟的YH501S镀铝专用胶水在许多企业进行过实验。在不使用平滑辊时，为了求得透明度和没有“白点”的平衡，一般用120lpi（48lpc）的网纹辊和30%浓度的胶水（上胶干量在3g/m2以上）；在使用了平滑辊时，就可以用200lpi（80lpc）的网纹辊和45%浓度的胶水（上胶干量在2g/m2左右）达到基本相同的结果。

5．与平滑辊关联的故障

①复合膜透明度差；

②油墨层被刮掉；

③薄膜缠辊/断料。

十、两种刮刀系统

刮刀是凹版涂布系统中的一个重要的组成部分。

通常所说的“刮刀”是刮刀、刮刀托、刮刀支架的组合体。刮刀的组合体可分为“开放式刮刀”和“封闭式刮刀”两类。

在图1-55所示的开放式刮刀系统中，所使用的刮刀片均为钢质。图1-56为封闭式刮刀的式样与命名。

按刮刀片的基体材料进行分类，有碳钢的和不锈钢的；按刮刀片的表面涂层状态分类，有陶瓷涂层与没有陶瓷涂层的。在封闭式刮刀系统中，所使用的刮刀片既有钢质的，也有塑料质（聚酯、超高分子量聚乙烯）的。

按照刀口的形状，如图1-57所示，刮刀片的刃口可分无刃口、斜刃口和薄刃口三类。市面上常见的钢质刮刀片的宽度规格为8～80mm，厚度规格为0.065～0.203mm，硬度规格为520～610HV（维氏硬度）。“薄刃口”类的钢质刮刀片的刀刃长度为1.3mm，刀刃厚度为0.075mm。塑料质刮刀片的宽度规格为15～70mm，厚度规格为0.40～2.03mm。

开放式刮刀系统是传统的，封闭式刮刀系统则是从柔性版印刷的刮刀系统演变而来的。

封闭式刮刀系统的优点是操作简便，胶水系统中溶剂挥发量及胶水的黏度可控，消除了胶盘气泡的隐患，广泛适用于中低速及高速复合机。

1．刮刀片的安装

图1-58是开放式刮刀的安装方式。

X=3mm时，属于硬性装刀，能有效地解决油墨刮不干净现象。

X=4mm时，属于中性装刀，又可称为标准装刀。

X=5mm时，属于软性装刀，有利于网点的转移及较粗颗粒油墨的印刷（如白墨）。

2．组合式刮刀的应用

图1-59和图1-60是两种组合式刮刀，铆钉式组合刮刀和焊接式组合利刀。组合式刮刀由8～10mm宽的刮刀片和铆钉式（或焊接式）刀铗两部分组成。

将组合式刮刀插入开放式刮刀的刮刀托中，其形状如图1-61所示，就可以正常使用了。

当感觉刮刀片需要更换时，只需将其中的刮刀片取下，换上一条新的刮刀片即可。

焊接式组合刮刀的三种应用方式：无刀衬/无衬片[图1-62（a）]、无刀衬/有衬片[图1-62（b）]、有刀衬/无衬片[图1-62（c）]。铆钉式刮刀的两种应用方式：无衬片[图1-63（a）]，有衬片[图1-63（b）]。

组合式刮刀系统仅适用于开放式刮刀系统。

3．刮刀的角度

刮刀的中心线和刮刀与印版或涂胶辊的接触点的切线间的夹角被称为刮刀的角度，如图1-64所示。建议的刮刀角度应在55°～65°，可有效地减少刮刀的磨损，同时可延长印版或涂胶辊的使用寿命。

施加在刮刀上的压力会显著地影响实际的刮刀角度。当刮刀压力较小时，如图1-65左图所示，刮刀的角度接近初始设定的角度。当刮刀压力较大时，如图1-65右图所示，刮刀的角度就会与初始设定的角度产生较明显的偏差。

在此过程中，装刀的硬度（即刮刀片伸出的长度）也会影响刮刀的角度。在同样的压力下，装刀的硬度越软，刮刀角度的变化幅度就会越大。

4．刮刀角度的检测方法（量角器法）

图1-66所示的工具为通用型的专用刮刀角度测量工具。具体的应用方法可参考相关的说明书。也可以自制量角器。方法如下：

①在纸上画一段圆弧，其直径与待测量的印版或涂胶辊的直径相同；

②在圆弧的任一点上画出切线，并从切点处画出与切线呈55°～65°的斜线；

③在斜线与切线的钝角边画出一个多边形（图1-67）；

④将该多边形剪下，即成为一个与特定直径的印版相适应的量角器的母板。

刮刀量角器仅适用于开放式刮刀系统。

5．与刮刀关联的故障

①涂胶不均匀；

②刀线；

③涂胶辊磨损。

十一、胶黏剂的补充方式

在干法复合加工工艺中（溶剂型/无溶剂型），胶黏剂（胶水）是消耗品，而胶盘的容积又是有限的，所以需要不断地向胶盘中补充胶水。

1．溶剂型干法复合加工工艺补充胶水的方法

（1）手工方式

手工方式，指由操作工手执舀子从储胶桶向胶盘补充胶水的方式。在这种方式下，何时补充胶水、每次补充多少胶水，完全由操作工根据个人的感觉来决定。

（2）半机械方式

半机械方式，又可称为“高位胶桶”方式，即在高于胶盘的水平位置上放置一个储胶桶，储胶桶与胶盘之间以配有截止阀的管道相连，并事先在储胶桶中装入一定数量的配制好的胶水。当需要向胶盘中补充胶水时，由操作工打开截止阀，胶水自动流入胶盘；当胶盘中的液位达到某种程度时，由操作工关闭截止阀，补充过程结束。

还有另一种应用方法：即操作工根据胶盘中胶水的消耗速率，使截止阀保持一定的开启度，使向胶盘中补充胶水的速率与胶盘中的胶水被消耗的速率保持相近，从而保持胶盘中的液面高度的相对稳定。

（3）机械方式

机械方式，就是借助各种类型的胶泵来实现向胶盘中补充胶水的目的。所使用的胶泵有电动和气动两类。泵的形式有齿轮泵、隔膜泵和柱塞泵几种（图1-68）。

（4）手动机械补胶

手动机械补胶，指在复合机的胶盘与储胶桶之间配备了上述类型的胶泵，但胶泵不是连续运转的，而是在操作工认为需要向胶盘补充胶水时才被短时间开动起来。

（5）机械循环

机械循环，指在上述的条件下，使图1-68所示的胶泵处于持续的运转状态，胶水在胶盘与储胶桶之间形成连续的循环状态。其目的是使胶盘中的胶水的黏度保持相对稳定，进而保证上胶量和涂胶状态的稳定。

（6）自动黏度控制

自动黏度控制是指在胶盘与储胶桶之间配备了如图1-69所示的自动黏度控制器。该设备由循环泵、黏度检测器、溶剂桶、黏度控制器、循环管线等几部分组成，可在使胶水持续循环的同时对胶水的黏度进行连续的检测与控制。

2．无溶剂干法复合机的混胶机

在无溶剂干法复合加工工艺中，如图1-70所示的混胶机是必不可少的组件之一。

混胶机由储胶桶、温度控制系统、胶泵控制系统、液位或称量系统、混胶头支架、混胶头等几个部分组成。

根据相关说明书的介绍，该系统（图1-71）仅对接近储罐出料口的胶水进行加热，而不是对储罐里面的全部胶水进行加热。这样有利于在从储罐顶部加料时减少胶水的温降。

两个储罐的出料温度可以单独控制，目的是使胶水的两个组分的黏度更为接近，以便使两个组分可以在静态混胶器中充分混合。

在储罐的顶部配备了专用的空气除湿装置，目的是防止A组分受环境空气湿度的影响发生湿气固化现象，进而防止固化了的A组分堵塞输胶管线、造成胶水配比失衡、胶水不能固化等质量问题。

图1-72所示的是一个桶壁上已有大量固化物的A组分胶桶。此种状态显示该客户未对A胶桶进行良好的除湿处理，致使环境中的湿气源源不断地进入A胶桶（事实上，该客户未对A胶桶加盖），并与A组分发生湿气固化反应。另外，也未对A胶桶进行及时的清理，才使固化的A组分可以累积到如图1-72所示的程度。

如果在设备运行过程中，不时地有“胶块”从桶壁上掉落并进入输胶管线，就会导致程度不等的胶水配比失衡、胶水不能固化（胶水不干）以及“刀线”等质量问题。

十二、烘干箱的设计及调整

1．风嘴形式与配置方式

在溶剂型干法复合机的烘干箱的设计中，风嘴的基本形式有如图1-73所示的狭缝式（a）和多孔板式（b）两种。

风嘴和导辊的组合方式有如图1-74所示的3种。

图1-74（a）模式是国内大部分老旧设备所采用的。

图1-74（b）模式是国内部分新设备及高速复合机所采用的。

图1-74（c）模式是部分新近的设备所采用的。

图1-74（b）模式与图1-74（a）模式相比，风嘴的数量明显增多了。风嘴数量的增加意味着单个烘箱中的进/排风总量的增加，也就代表了烘干能力的增加，表示复合设备运行速度的上限提高了。

图1-74（c）模式与图1-74（b）模式相比，导辊的数量减少了，风嘴的数量增加了，很显然，单个烘干箱的干燥能力又有所提高。

2．风量的平衡

烘干箱中的风量平衡是一个值得重视的事情。烘干箱的风量平衡示意如图1-75所示。部分资料上介绍，烘干箱的排风机的排风量应当是给风机的给风量的105%～110%，简单地说，排风量要大于给风量。但在实践中，这个“度”不太容易把握。

比较直观的检查/判定方法是：烘干箱的进膜口与出膜口需要保持“轻微的负压状态”。

所谓“负压”状态是说在给/排风机同时运转的条件下，在烘干箱的进膜口与出膜口处应当有环境中的冷空气被吸入烘干箱内，而不应是烘干箱内的热空气被吹出来！

所谓的“轻微”是说在烘干箱的进/出膜口处，被吸入烘干箱的冷空气的风速应在0.3～1m/s的范围内。

在检查烘干箱的负压状态前，应确保给风机的进风口与烘干箱内的风嘴都没有被堵塞，且进风的风量应符合相应的机械设计要求（风道内的挡板应处在尽可能大的开启状态、变频电机的频率应符合最大给风量的要求）。

3．风温与温度传感器的设置

从烘干箱的风嘴吹出的热风的温度（简称风温）是衡量烘干箱干燥能力的重要参数。

烘干箱中的温度传感器的设置方式通常有两种：一种是将温度传感器放置在烘干箱的热风进风管中；另一种是将温度传感器放置在烘干箱内的排风口附近。

当温度传感器放置在排风口附近时，温度传感器所感受到的温度是从给风机流出的热风与从烘干箱的进膜口及出膜口被吸入的冷空气的混合体的温度。在此种状态下，烘干箱的负压越小（即排风中的冷空气所占比例越小），则传感器感受到的温度与从给风机流出的热风的真实温度越接近；烘干箱的负压越大，则从给风机流出的热风的温度就会明显高于传感器所感受到的温度！

所以，在采购复合机时，应选择温度传感器被置于烘干箱进风管内的设备！

在实践中发现：在用红外温度仪检查同一个烘干箱中的风温时，几个风嘴的风温都是不一样的！这种差异可能与烘箱的设计、风嘴的缝隙大小以及烘箱的负压状态有关。

4．干燥能力的评价方法

烘干箱的作用是将载胶膜上的胶水中或油墨中的可挥发成分“驱除”出去。

对于使用溶剂型胶黏剂所加工的复合制品，通常会使用“残留溶剂”这一指标对烘干箱的干燥能力或结果进行评价；对于使用水溶性胶黏剂所加工的复合制品，由于目前常用的使用氢焰检测器的气相色谱仪不能检测复合制品中的水分含量，所以，即使检测了复合制品的残留溶剂，也只是反映了印刷品部分的有机溶剂的残留量。

残留溶剂的检测数值是设备（印刷机、复合机）干燥能力/结果的综合体现，与烘干箱的风量、风量的平衡、风温、印刷/复合加工的速率、涂胶湿量的大小、胶水的浓度、载胶膜对溶剂的吸收能力等多种因素有关。

由于用仪器测量残留溶剂所耗费的时间比较长，所以，可以考虑用另一个指标来评价溶剂型干法复合机的烘干箱的干燥能力，这个指标就是“烘箱出膜口处的载胶膜的表面温度”。

测量方法：在烘干箱出膜口旁的第一支导辊附近、载胶膜的“向下转弯”处，用红外温度仪测量其表面温度。

目标值：所测得的温度值应不低于50℃。

载胶膜的表面温度越高，则相应的残留溶剂检测值就会越低！

5．设定烘箱温度的原则

在一些胶黏剂供应商的说明书中，通常会推荐三段烘箱的温度设定值为50～60℃、60～70℃、70～80℃。但一些溶剂型干法复合机的设备说明书中通常会注明烘干箱的最高使用温度设定值为120℃。这就表明在生产实践中，烘干箱的温度不是一成不变的，而是服务于复合制品的残留溶剂值这一最高目标。即应根据刚下机的或熟化后的复合制品的残留溶剂值及其外观状态来调整烘干箱的温度设定值。

在实践当中，也确实看到过某些用户使用了110℃的烘箱设定温度（但未测量实际温度）。

6．应用中的注意事项

在烘干箱的应用过程中，容易出现以下一些问题：

①风嘴堵塞，又分局部堵塞和整体堵塞两类（对一个风嘴而言）；

②给风机进风口堵塞；

③排风管道堵塞（载胶膜的碎片）；

④排风量相对过大或过小；

⑤载胶膜“蛇行”或“跑偏”；

⑥风嘴处风温实测值高于或低于仪表温度示值；

⑦烘干箱内导辊脏污；

⑧烘干箱内张力偏大或偏小。

与之对应的是，在复合材料的加工过程中，载胶膜或复合制品上出现的以下一些问题：

①载胶膜抖动；

②载胶膜纵向皱褶；

③载胶膜斜向皱褶；

④下机时的横向隧道；

⑤残留溶剂偏高；

⑥铝箔复合膜上的凹坑；

⑦载胶膜纵向形变过大；

⑧复合膜透明度不良。

十三、熟化室（箱）的设计与评价

熟化室（箱）是复合软包装材料加工工序中不可或缺的组成部分。

无论是使用双组分或单组分的溶剂型还是无溶剂型胶黏剂，都需要使胶黏剂在一定的条件下由黏弹态转变为固态。此处所谓的“一定的条件”就是使复合后的膜卷处在某种温度的氛围中并保持一定的时间。这个过程被称为“熟化”。

关于熟化条件，各个胶黏剂厂家有不同的说法。

①本胶黏剂复合加工后并不立即具有其应有的黏合物性，需在50～60℃的固化室中经过24～48小时的固化才能达到其最高复合强度。

②复合材料可于贴合后72小时进行复绕及分条，置放于40℃下经5～7天后可完成熟化。

③复合材料可于贴合后2～3小时进行复绕及分条，置放于40℃下一天后即可完成熟化。

④熟化时间： 20℃下，5～10天；分切/复卷时间： 20℃下，24～48小时。下机时初黏强度很好，48小时后可以分切或复卷，最大耐热、耐介质性能需在5～10后才能达到。

⑤首次复合几个小时后就可进行复卷或三层复合膜的制作。1～2天后可进行分切。完全固化后，即在室温下储存6～8天后，可进行制袋。

⑥在（50±5）℃的条件下熟化24小时后可进行分切加工。如熟化后进行制袋加工则应适当延长熟化时间。另外，收卷卷径大小会对熟化的时间长短造成影响。

1．熟化室（箱）的评价指标

熟化室（箱）的设计、加工质量，可采用以下指标进行评价：

①室（箱）内温度的均匀性；

②室（箱）内温度的准确性或与温控仪示值的一致性；

③室（箱）内同一膜卷上下两个端（表）面的温度极差；

④室（箱）内不同位置的任意两个膜卷的相同位置的表面的温度极差。

指标的解释

①室（箱）内温度的均匀性。

a．测量方法：检测人站在熟化室（箱）的中心位置，背对着入口，用红外温度仪分别测量熟化室（箱）内以检测人为中心的前、后、左、右、上、下6个位置的温度值。

b．评价指标：6个温度测量数据中，最高值与最低值的极差以不超过2℃为宜。

②室（箱）内温度的准确性或与温控仪示值的一致性。

评价指标：室（箱）内温度测量值的平均值与室（箱）外温控仪的示值的偏差在±2℃以内为宜。

③室（箱）内同一膜卷上下两个端（表）面的温度极差。

a．测量方法：对于横置的膜卷，用红外温度仪分别贴在膜卷的上下两个表面上进行测量；对于竖置的膜卷，用红外温度仪分别贴在膜卷的上下两个端面的侧边进行测量。

b．评价指标：两个数据的极差以不大于1℃为宜。且上表面的温度应高于下表面的温度。

④室（箱）内不同位置的任意两个膜卷的相同位置的表面温度的极差。

a．测量方法：在熟化室（箱）内选择多个膜卷，用红外温度仪分别测量其上端（表）面的温度值。

b．评价指标：测量值的极差以不大于2℃为宜。

2．加热方式的选择

熟化室（箱）的加热热源通常有电、蒸汽、热水（燃煤、电热、太阳能）等几种。

散热方式有内置暖气（散热）片、内置电加热器、内置高功率电灯、外置电加热器、外置换热器等。

建议采用外置电加热器或外置换热器+外置（循环）鼓风机的方式。

需要强调的是：外置鼓风机的热风出口温度应当就是该熟化室（箱）设定的温度！即熟化室（箱）的设定温度为50℃的话，那么，鼓风机的热风出口温度也应是50℃，这样才有利于使熟化室（箱）内的温度均匀且稳定。

3．热风供给方式

建议采用外置鼓风机、连续运转的方式进行供热（不建议采用间断供热方式）。

测温的热电偶应安置在鼓风机的出口处。鼓风机的出口应安置在熟化室（箱）的顶部。鼓风机的进口应与熟化室（箱）的回风管道相连。熟化室（箱）的回风管道的入口应置于熟化室（箱）的靠近地面（底板）的部位，以便将室（箱）内下部的温度较低的凉空气排出，同时将上部的温度较高的热空气“向下拉”。

鼓风机的风量应当能够使熟化室（箱）内的空气循环10～20次/时。例如，熟化箱的容积为2.5×2.5×6=37.5m3，如需要循环空气10次/时，就应选择流量不小于37.5×10=375m3/h的鼓风机；如需要循环20次/时，就应选择流量不小于750m3/h的鼓风机。

在鼓风机的回风管的室外部分上应安装一个带阀门的支管，以便在需要的时候可以向熟化室（箱）内补充新风。通过上述的方法可使室（箱）内保持轻微的正压状态，使室（箱）内温度的均匀性得到保证。

熟化室（箱）的基本形式如图1-76所示。在熟化室（箱）的底部应配备一个排风口和排风机，定期或不定期地将聚集在室（箱）内底部的含有较多有机溶剂蒸汽的空气排出，以减少复合膜卷受到“二次污染”的可能性。

4．温度的准确性

在熟化室（箱）内温度均匀性良好的前提条件下，熟化室（箱）内温度的准确性就变得很重要了。通过用红外温度仪或其他温度计（水银、酒精）对比检测的方法，如果发现测得的温度不同于温控仪测得的数值，就应对温控仪进行重新校正，使之显示数值与用红外温度仪或其他温度计测得的数据相同或相近。

5．温度的均匀性

如果熟化室（箱）内温度的均匀性、熟化室（箱）内同一膜卷上下两个端（表）面的温度极差、熟化室（箱）内不同位置的任意两个膜卷的相同位置的表面温度的极差三个指标中的任意一个超出了前面所述的评价指标，都意味着熟化室（箱）内的热源及风管设计/施工有缺陷，需要进行调整。

熟化室（箱）内上部的温度略高于下部属于正常现象。在个别的熟化室（箱）内曾发现上部的温度低于下部的现象，这就属于不正常的状态，需要进行调整。

6．与熟化室相关的故障

①温度分布不均匀（复合膜卷局部或部分存在胶水不干现象、复合膜卷窜卷、无规则地卷曲等）；

②通风不良（熟化后的残留溶剂检测值高于熟化前）。

十四、电晕处理机

1．电晕处理机的发展历史

电晕处理机电极的构造有多种形式。其中最早期的一种是一根被张紧的电线与底辊相平行配置的形式，底辊上覆盖着绝缘物，例如聚酯。这种线形电极（参见图1-77）能够实现电晕处理的目的，但是它所提供的电火花过于狭窄，以至于处理时间——被处理的基材在电火花中停留的时间非常短暂。另外，由于线形电极的截面容量较小，驱散在电晕处理过程中所产生的热量的能力较差，所以，该种电极所能输出的功率是非常有限的。而且，必须将充斥在生产环境中的臭氧不断地排除出去（这些臭氧是在线形电极与底辊间的气隙间的电火花中不断生成的）。

另一个早期的电极形式是螺线杆，它能够提供较长的处理时间，但是，由于该电极的表面是不光滑的，所以，它有可能在基材的横截面上造成不均匀的处理效果。由于电火花往往集中在电极的尖端处（参见图1-78），因此，会在螺线杆与基材更接近的部位产生较高的处理水平（程度）。

直线形金属棒电极也被使用过，而且今天仍然在应用中。该电极能够在基材的横断面上产生均匀的处理效果，但是，当基材的宽度发生变化时，就需要更换一根新的与基材宽度相匹配的电极棒。这对于操作者来说是不方便的，而且还需要事先储备不同长度的多根电极棒（参见图1-79）。为了解决这一问题，直线形的金属棒电极被切割成许多小段，然后安装在一根金属杆上，这样一来，当基材的宽度发生变化时，其中的一些电极可以被从底辊表面移除，从而使电极的宽度与基材宽度相匹配（参见图1-80）。这种电极今天仍在被广泛使用。这种形式的电极有其优点，也有一些缺点。

分段电级的一个优点是当这种分段电极安装在底辊上后，如果基材上有大于气隙的皱褶或接头通过底辊时，分段电极就会摆离底辊，而当皱褶或接头已经通过底辊后，分段电极会返回其原始位置。另一个优点是可以将中间的电极升起，以便进行带状处理。在早期的分段电极中，过厚的接头有可能造成电极的损坏。相应的缺点是，在电火花中产生的臭氧会生成氧化铝并沉积在分段电极间，导致分段电极不能返回其初始位置。这个问题可通过对分段电极进行表面硬化处理或阳极化处理得到某种程度的缓解。进一步的解决方法是使用不锈钢作为电极的加工材料。该方法事实上消除了分段电极间的粘连或电极的热变形问题。这种电极最大的缺点是在基材的横断面上的处理程度的不均匀。已经过电晕处理，但在横断面上处理程度不均匀的基材可能会在印刷、挤出涂布、表面涂层处理和复合加工中导致附着力、粘接强度和热封问题。通过对分段电极进行斜切处理以防止电极间的带状处理，该问题已得到极大的缓解。

包覆辊系统（绝缘体包覆的底辊，不管配备的是棒状电极还是分段电极）都存在着尺寸问题。为了适当地处理给定宽度的基材，并驱散在处理过程中产生的热量，随着施加的能量的提高，包覆辊的直径必须增大。在包覆辊上的热量具有很大的破坏性，只能通过增加包覆辊的直径使之在周期性的处理过程中有一个冷却阶段才能得以缓解。另外，为了操作者的安全和移除臭氧，伴随着底辊直径的增加，电晕处理机的整体尺寸也需要增加。图1-81表示了包覆辊直径（英寸）与电力需求量（kW）的关系。

另一个曾经被应用过但不太成功的方法是使用交错排列的多套分段电极（参见图1-82）。这一方案的可靠性没有得到证实。近期的试验显示依然存在着值得注意的处理不均匀的问题。

两个较早的不成功的电极系统，包括一个插入了金属棒的玻璃管和一个充填了钢丝棉的玻璃管（参见图1-83）。这在当时是一个全新的概念，因为它第一次从底辊上取消了绝缘覆盖物，并直接包覆在了电极上。这一较早的光辊系统显示了许多优点，但很快就被放弃了，因为随着温度的升高，金属棒膨胀，玻璃管就被胀破了！尽管曾将该玻璃电极旋转以分散电火花，但既不能防止过热也不能阻止玻璃管的破裂。

这里应该强调一下另一个重要的方法。当需要处理导电性的基材，例如铝箔或镀铝薄膜时，没有一个金属电极包覆辊系统是可用的。此时，需要一个非常复杂的电极形式（参见图1-84）。这种早期的光辊系统由一个金属底辊和一组可主动旋转的绝缘体覆盖电极辊所组成。这是一个非常昂贵、非常复杂的处理导电性基材的方法，但在当时又是唯一可行的方法。

1980年，一种新的能够在光辊上操作的电极——陶瓷电极/光辊系统诞生了，它解决了在此之前所遇到的众多基础问题。这种电极达到了下列操作目标（参见图1-85、图1-86）。

①在基材的横断面上的均匀的电晕处理效果；

②去除了调整电极长度以适应基材宽度的需求；

③取消了绝缘辊包覆物，该包覆物需要不时地更换、需要有备件库存以及在更新过程中难以估量的生产损失；

④可以使用这个没有主动处理辊的简单系统处理导电性基材和绝缘性基材，甚至网孔状的基材也可以在这种类型的电极上进行处理；

⑤除了达到这些操作目标之外，这种新的电极系统也取消了用以去除臭氧的封闭式机壳。传统的电晕处理系统需要一个封闭式的机壳，不仅是为了去除臭氧，也是为了防止对操作者发生电击，因为操作者有时需要在接近电晕处理机的位置上进行工作。

基材甚至可以被有选择性地进行处理，以在基材上留下特定的未处理区域，就像前面论述过的热封应用中（参见图1-87）。使得这种电极成为可能的理念是：在方形的陶瓷管中填充形态不规则的铝合金颗粒。当这些铝合金颗粒物被加热后，它们不会使陶瓷管破裂，因为在管内有足够的空间供其膨胀。这种电极在欧美被公认为是最完美的。成百上千的生产线使用了这一系统，它证实了其高水平的处理能力以及长期运行的可靠性。

为什么选用陶瓷？因为它既有一定的绝缘强度，又有较高的单位面积电功率输出能力，使达到较高的电晕处理水平在技术上成为可能。现在，每支陶瓷电极每平方英寸可以输出的电能是以前的电极材料的两倍。这种陶瓷材料能够达到这样高的处理水平是因为它具有较高的绝缘常数和较低的电阻。这些因素使陶瓷电极能够在给定的电压条件下达到较高的处理水平。与此同时，陶瓷对高的操作温度较不敏感，因此，较高的功率水平才能够被输出，并且保持每支电极常态化的较高的处理水平。

任何一种电极，不管是金属的还是陶瓷的，基于它的总的电极表面积，都会有一个有效输出功率的限值。以前，增加金属电极棒的面积的方法是将电极朝向底辊的面加工成与底辊相同的同心圆（参见图1-88）。

随着给每一支电极施加的电能量的不断增加，就达到了输出功率的极限。因此，随着功率密度需求的增加，电晕处理系统就需要增加电极数量。新的陶瓷电极功率输出能力将电极的数量减少了一半，这样就能生产出体积较小的和较廉价的电晕处理机了（参见图1-89）。

近期在绝缘辊包覆材料和电源设计方面的进步使得随之而来的综合性电晕处理系统能够极大地强化在难处理基材上的处理水平。

具有严格控制的功率密度和频率的陶瓷电极可以应用在有特殊陶瓷涂层的处理底辊上（参见图1-90）。其结果是在诸如流涎膜、高爽滑剂含量的聚乙烯膜等难处理基材上实现了较好的处理水平。

在光辊和如图1-90所示的“H”系统中，陶瓷电极的取出与更换可在10分钟内完成。在停机损失或费用以每小时数百或数千美元计算的企业中，时间具有决定性的意义。

电晕处理电极已经走过了漫长的路程，经历了线形电极、分段电极，直到特殊的陶瓷电极。每一次取得进步时，回顾一下什么才是理想的电极是一件很有意义的事情。以下陈述了一些电晕处理电极的特征。

①电晕处理电极必须能够提供可控的在基材横断面上均匀处理的能力；

②电晕处理电极应能够处理导电性和绝缘性的基材；

③电晕处理电极的设计应使接头经过处理机时不会对电极或处理机造成损害；

④电晕处理电极应具有足够的表面积或功率输出能力，以最大限度地减少电极的数量；

⑤电晕处理电极必须具有一定的物理与化学强度以适应工业化的生产环境；

⑥电晕处理电极应当可以方便地取出或更换，以最大限度地缩短停机时间；

⑦电晕处理电极应当给操作者以安全性的保证且不需要封闭的机壳，因为机壳会妨碍操作者穿料的操作；

⑧如果需要有热封面积时，带状处理的方法应当是允许的；

⑨当电晕处理电极必须在有害的环境中运行时，电极应当是可以被清洗的；

⑩电极的气隙应当是由操作者在生产环境下容易地进行维护与调整的。

新的进展在取代老的已经过验证的方法之前必须满足上述的评判标准。陶瓷管电极现在均能满足这些条件，但是在向业界提供可用的最新技术的兴趣的驱使下，对电极配置进行改进的研究工作仍在继续。

2．常用的电晕处理机

目前常用的电晕处理机可分为以下三类。

一是以图1-91为代表的塑膜专用电晕处理机，相当于图1-79所示的“直线形金属棒电极”系统。该类电晕处理机的宏观特点是支撑基材的处理辊为包裹了橡胶的钢辊，是一种绝缘体。

该类电晕处理机的用途是处理各种非导电性的基材。

二是以图1-92为代表的通用电晕处理机，相当于图1-85所示的“陶瓷电极/金属光辊”系统。该类电晕处理机的宏观特点是支撑基材的处理辊为钢辊或包覆了陶瓷的钢辊，是一种导体。

该类电晕处理机的用途是处理各种非导电性的和导电性的基材，非导电性的基材包括常用的PET、PA、PP、PE等塑料薄膜，导电性的基材则包括铝箔及各种镀铝薄膜，如VMPET、VMCPP等。

三是以图1-93为代表的等离子处理机。该类电晕处理机的宏观特点是没有放电的电极，而是形如刀或笔的喷嘴。

在软包装行业中，是将多个喷嘴排成阵列以便对基材进行处理。该系统适用于各种非导电性及导电性的基材。

3．功率密度

在电晕处理领域，功率密度的定义为：在单位时间内，施加在被处理基材的单位面积上的电功率。

功率密度的表达式为：电晕处理机的输出功率(W)/[薄膜的宽度(m)×线速度(m/min)](W/m2/min)。

表1-5给出了同一种预先处理过的基材应用在不同的加工过程中，再次进行在线电晕处理时所需的功率密度值。表1-6给出了从某个张力值提升到另一个水平的张力值所需要的功率密度。

根据表1-5所列的功率密度数据，对于常见的复合用基材进行在线电晕处理的功率密度为0.9～3.5W/feet2/min，相当于2.95～11.48W/m2/min。

如果取其中的功率密度最大值11.48W/m2/min，假定复合机的宽度为1350mm，最高运行速度为450m/min，则所需要的电晕处理机的输出功率为11.48×1.35×450=6974W。

根据上述计算结果，一台宽度为1.35m、最高运行速度为450m/min的复合机配备一台6000W的电晕处理机即可满足基本的需求。

根据相关的电晕处理机的使用说明书，在进行电晕处理机的初始设置时，有四个必需的参数：

①电晕处理机启动时的复合机最低运行速率S1（m/min）；

②电晕处理机的输出功率达到最大值时的运行速率S2（m/min）；

③电晕处理机启动时的最低输出功率P1（%）；

④电晕处理机输出的最大功率P2（%）。

其中，S1不得小于额定功率的20%。

图1-94和图1-95是在S1=30m/min、S2=400m/min、P1=20%、P2=100%（额定输出功率为6000W）的条件下得到的“功率输出曲线”和“功率密度曲线”。

在图1-94的“功率输出曲线”中，电晕处理机输出的功率在30～400m/min的速率区间内是在线性增长，而在对应的图1-95“功率密度曲线”中，实际输出的功率密度则呈现“先高后低”的弧线形。其中，初始阶段的功率密度接近了30W/m2/min，远大于设定的10W/m2/min。

图1-96和图1-97是在S1=30m/min、S2=450m/min、P1=20%、P2=30%的条件下得到的“功率输出曲线”和“功率密度曲线”，并且满足了在最高运行速率下功率密度不低于3W/m2/min的要求。但在不同的运行速率下，输出的功率密度是不一样的。

需要注意的是：根据某些电晕处理机供应商的说明书，P1值（电晕处理机启动时的最低输出功率）的最低值是20%，即电晕处理机所配套的功率发生器启动时所输出的最小功率是额定功率的20%。

对于使用了单收单放复合机的企业而言，就会出现这样的情况：在一个膜卷的卷芯和卷外的数米或几十米的复合膜是未经受过在线电晕处理的，其剥离力可能会比较低；而与之相邻的数十米或上百米的基材则经受过高的功率密度的电晕处理，其余的基材才是经受了计划要求的功率密度的电晕处理，也就是说，复合膜卷表面的复合膜的外观与剥离力的状态并不能代表同一膜卷中其他的90%部分的真实状态！

而对于使用了双收双放复合机的企业，如果没有频繁地停机，则不会出现上述的情况。

从图1-95可以看出，如果是一台最高运行速度为200m/min或250m/min的复合机，那么，4000W额定功率的电晕处理机就已经能够满足所有的对功率密度的要求了。而对于最高运行速度为150m/min的设备，3000W的额定功率已经足够了。

目前某些国外的加工电晕处理机的企业已经能够提供新型的功率发生器，其特点是“启动时的最低输出功率P1（%）”已可以做到低于3%！这样，功率输出曲线、施加在基材上的功率密度曲线就会如图1-98、图1-99所示为一条直线，尤其对于单收单放的复合机而言，这将有力地保证从始至终的电晕处理效果！

参考文献：

[1]冯瑞乾．印刷原理与工艺．北京：印刷工业出版社，2005.

[2]电晕处理综述．Corona Treatment:An Overview.David A.Markgraf,Senior Vice President, Enercon Industries Corporation.