BOPET收卷參數(shù)調(diào)整

9月開機(jī)收卷跟蹤報告金本超錢昇陽2014.9.2數(shù)學(xué)模型法在BOPET薄膜收卷參數(shù)調(diào)整上的探究與討論9月收卷打底跟蹤分析報告根據(jù)本次開機(jī)跟蹤分析的結(jié)果，經(jīng)過比較不同參數(shù)下打底情況，找到了改善50um，75um，100um，150um，188um收卷的打底參數(shù)方案，至停機(jī)前，基本實現(xiàn)了所有收卷薄膜的良好打底，但是由于打底情況的好轉(zhuǎn)，突顯了收卷的鼓棱問題，本次總結(jié)將重點分析鼓棱狀況。換卷情況分析

上圖是9月26日收卷75um時換卷的一次張力變化過程。跟蹤發(fā)現(xiàn)，大部分的換卷狀態(tài)張力變化如上圖。在開始換卷的過程中，當(dāng)長度設(shè)定到后首先實際張力便下降，之后磚塔旋轉(zhuǎn)，張力迅速上升。這里的換卷張力設(shè)定為10%，即1350*110%，得1485N，實際控制張力為1475N，誤差可能由于取樣精度不高，以及通信傳輸延時導(dǎo)致的，但與理論值幾乎一致。而此時實際的張力不升反降，直至換卷結(jié)束新卷材開始收卷，張力突然升高，隨后一段時間后張力受控恢復(fù)正常。換卷情況分析

上圖是9月25日收卷50um時換卷的數(shù)次張力變化過程。由上圖知，換卷的實際張力飆高過程的最終值與設(shè)定張力的上升值無直接關(guān)聯(lián)，換卷的過程整體的張力情況呈現(xiàn)半“失控”狀態(tài)。但是設(shè)定值的大小還是會影響其張力的變化方式，但本次跟蹤無法確定其中的數(shù)學(xué)關(guān)系。其中的進(jìn)一步數(shù)學(xué)關(guān)系將在下一步跟蹤中繼續(xù)研究。換卷情況分析從以上的分析可以得出：1.換卷的過程張力控制并不直接控制換卷的薄膜，而是采用間接影響的方式影響薄膜的換卷過程。2.就目前的水平而言，很難精確的利用數(shù)學(xué)模型來描述或者具體分析換卷過程中換卷的好與壞，只能憑借實際生產(chǎn)中的觀察從而最終決定采用的換卷張力系數(shù)。3.換卷的張力大小由收卷起始張力以及換卷張力系數(shù)共同決定，因此8月開機(jī)的跟蹤結(jié)果將直接影響本次的跟蹤結(jié)果。只有在保證良好的收卷最終密度的前提下，調(diào)節(jié)換卷張力系數(shù)獲得的良好換卷效果才能夠保持。4.就工藝來說影響換卷的參數(shù)只收卷起始張力以及換卷張力系數(shù)兩個。跟蹤最佳結(jié)果一覽規(guī)格um換卷張力%可行的打底米數(shù)m飛刀速度%50102001075122008100122005150101005188101005實際改善結(jié)果一覽

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

KFDN-100G3KFNI-150P3KFNI-188G6KFDN-188G2KFIN-188G2KFOI-188G2KFDN-188G5平均底膜長度(m)248213243210695255250本次跟蹤的問題分析1.收卷的打底情況是有設(shè)置參數(shù)與設(shè)備狀況共同決定，二者的影響幾乎相同各占50%。因此要實現(xiàn)良好打底首要在于實現(xiàn)設(shè)備的良好狀況，其中調(diào)整好靜電吸附裝置擋板，調(diào)整好包軸皮帶的位置是十分關(guān)鍵和重要的。2.換卷張力的實際值實際由換卷時的百分比以及實際收卷起始張力共同決定的。因此單一的跟蹤百分比其實意義并不大，之前8月的跟蹤結(jié)果配合本次開機(jī)的跟蹤結(jié)果共同作用方才能保證收卷的良好打底。3.實際指導(dǎo)速度不夠。本次在完成收卷打底跟蹤后未及時通知班組縮減打底米數(shù)，致使分切底膜率過高。而對于部分班組則自行更改的了打底米數(shù)致使分切短米，這兩種情況在以后的生產(chǎn)中都要避免。4.由于打底情況的好轉(zhuǎn)，之前被輥底印痕掩蓋的鼓棱問題則凸顯出來，改善鼓棱情況刻不容緩，下面就將重點討論這一方面的問題。下步計劃1.建立數(shù)學(xué)模型，解析收卷卷材內(nèi)部張力以及應(yīng)變關(guān)系，指導(dǎo)張力參數(shù)的設(shè)定。（已完成數(shù)學(xué)模型建立，下步即利用其指導(dǎo)收卷參數(shù)的設(shè)定）2.針對目前的打底情況完善制度進(jìn)行應(yīng)用，同時避免出現(xiàn)跟蹤結(jié)果與生產(chǎn)實際脫節(jié)的現(xiàn)象發(fā)生。3.根據(jù)數(shù)學(xué)模型，對收卷的薄膜進(jìn)行全面的數(shù)學(xué)建模，將收卷卷材自身的性質(zhì)與表面性能同設(shè)備本身的參數(shù)結(jié)合，完善整個數(shù)學(xué)模型，從而總結(jié)提出一般穩(wěn)定性帶材的收卷理論，以指導(dǎo)日后的生產(chǎn)。鼓棱問題分析

從9月打底情況好轉(zhuǎn)開始，鼓棱的問題就凸顯出來。起先鼓棱的問題一直存在，只是以前由于收卷打底往往存在一些問題，例如輥底印痕很重，因此當(dāng)鼓棱與印痕同時出現(xiàn)后鼓棱的情況往往被忽略。

而且在此之前，所做的薄膜規(guī)格相對較多，而設(shè)定張力又比較高，而當(dāng)生產(chǎn)150um對膜面的平整性無過高要求，因此鼓棱這一歷史問題或被忽略或極為輕微不影響生產(chǎn)。而且就算是在9月，鼓棱的出現(xiàn)也不是從頭至尾，往往在收卷300米后才漸漸出現(xiàn)，收卷1000-2000米后又消失，因此半成品卷材上很難看到，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顯的出現(xiàn)。

就上述現(xiàn)象，依靠經(jīng)驗以及收卷密度完全無法解決這一問題。就算是懷疑其可能為收卷外緊內(nèi)送這一方向也很難有調(diào)節(jié)的方向，因為張力整體是呈現(xiàn)下降趨勢，為了解決這一問題，應(yīng)用彈性力學(xué)模擬建立收卷卷材內(nèi)部的數(shù)學(xué)模型變得異常重要。數(shù)學(xué)模型建立

對于帶材的收卷，內(nèi)部的應(yīng)力往往會隨著放置的時間發(fā)生變化。主要原因在于經(jīng)過各種處理加工的帶材在收卷完成之后往往會經(jīng)歷一個熟化的過程，在這一過程中帶材自身的長度等固有物性往往發(fā)生變化，從而造成內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生較大的改變。但對于BOPET薄膜來說，薄膜的加工過程不存在熟化過程，收卷完成后隨即即可分切，因此可以近似的認(rèn)為收卷完成后內(nèi)部的應(yīng)力與收卷剛結(jié)束時相同，如此便可以應(yīng)用彈性力學(xué)的原理建立數(shù)學(xué)模型。

對于BOPET薄膜的收卷，由于薄膜具有一定的寬度，因此可以按照軸對稱平面應(yīng)變問題來處理，實際卷繞中一般不超過薄膜的彈性極限，因此可以應(yīng)用疊加原理。收卷使用的鋼卷芯剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于薄膜，不發(fā)生形變，因此可以應(yīng)用彈性理論中的彈性方程近似處理：數(shù)學(xué)模型建立其中Tw(r)表示收卷過程中應(yīng)用的收卷張力控制方程，v表示帶材的泊桑比，對于BOPET而言，其值為0.36。Rm為收卷結(jié)束時的收卷半徑，r則表示卷材內(nèi)任一位置的半徑。表示收卷至?xí)r，T(r,Rm)半徑為r處的收卷內(nèi)張力。E(r,Rm)則表示收卷至?xí)r，半徑為r處的收卷內(nèi)的徑向應(yīng)變。

如此，只要知道Tw(r)就可以計算實際生產(chǎn)中的內(nèi)應(yīng)力變化。數(shù)學(xué)模型建立對于康普公司的收卷機(jī)構(gòu)，張力控制的方程如下：其中A、B是常數(shù)，Re表示最大收卷直徑，Ro為鋼卷芯的直徑。在上述方程中，存在單位換算的問題，為了計算的方便，同意采用無量綱變量

取代r，同時有，如此上述方程可以變形為：數(shù)學(xué)模型建立這里由于康普公司的收卷機(jī)構(gòu)設(shè)置時采用整體張力設(shè)置，所以在本次分析中并未考慮寬度影響。對于上述方程均為張力控制函數(shù)的一次式，故而寬度可以視為整體系數(shù)，不影響變化趨勢。此時為后續(xù)計算的方便，將上式合并同類項：同理將應(yīng)力以及應(yīng)變做無量綱化處理：數(shù)學(xué)模型建立聯(lián)列上式：為方便后續(xù)討論，同樣的將上述方程分成三個部分M1、M2、M3，則可求得最終方程：同理也可以得到應(yīng)變方程，這里不單獨討論。數(shù)學(xué)模型討論實際收卷過程中，現(xiàn)以188um薄膜收卷過程為例，控制張力控制方案如下：開始張力N1800參數(shù)100結(jié)束張力N1200序號卷徑mm張力N序號卷徑mm張力N15001800799216212582179581074155636641780911561481474617551012381397582817201113201302691016761214001200數(shù)學(xué)模型討論由上述方案帶入內(nèi)張力方程計算內(nèi)部張力應(yīng)變情況，可以得到：常量

參變量

議變量

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

厚度長度卷徑密度無量綱徑張力塊內(nèi)張力N內(nèi)應(yīng)變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數(shù)學(xué)模型討論內(nèi)張力曲線內(nèi)應(yīng)變曲線數(shù)學(xué)模型討論數(shù)學(xué)模型討論由上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，盡管在整個收卷過程中，控制張力呈現(xiàn)下降趨勢，但是根據(jù)實際收卷的結(jié)果分析，內(nèi)部張力依舊呈現(xiàn)上升趨勢，實際表現(xiàn)為外緊內(nèi)松，這也就是收卷188um薄膜長期出現(xiàn)鼓棱的原因，為了能更好的實現(xiàn)收卷內(nèi)張力使之出現(xiàn)內(nèi)緊外松，經(jīng)過嘗試，發(fā)現(xiàn)收卷的控制張力雖然呈現(xiàn)下降趨勢，但是在收卷開始的位置，收卷的控制張力變化緩慢，幾乎維持一條直線，收卷后在這一區(qū)間出現(xiàn)了外部過緊的線性。隨著收卷的進(jìn)行，卷徑超過900um的時候出現(xiàn)下降現(xiàn)象。這樣的控制方案顯然不能達(dá)到光學(xué)級薄膜收卷對平整性的要求。但是從整體看，收卷的內(nèi)部張力均在0以上，因此不會出現(xiàn)皺折等現(xiàn)象。根據(jù)應(yīng)變曲線分析整體應(yīng)變呈現(xiàn)均勻的下降趨勢，所以縱然收卷的內(nèi)部張力存在著外緊內(nèi)松現(xiàn)象，也不至于會影響整體的收卷效果，所以收卷并沒有出現(xiàn)其他嚴(yán)重的弊病。數(shù)學(xué)模型理論分析由上述分析可以知道，內(nèi)部張力的變化同收卷的卷材的厚度無關(guān)，但是與收卷的應(yīng)變相關(guān)。因此調(diào)節(jié)張力控制參數(shù)的方案實際是控制內(nèi)部應(yīng)變。對于上述分析中發(fā)現(xiàn)的外緊內(nèi)松的問題，首先必須對收卷過程中的張力控制曲線進(jìn)行調(diào)整。通過對收卷數(shù)學(xué)模型的描述，可以直接對收卷卷材內(nèi)部張力情況進(jìn)行理論分析。依舊以188um薄膜的收卷方案進(jìn)行理論計算，即控制收卷起始張力1800N，最終張力1200N，控制F以0,10,20…100對理論張力曲線作圖，得到圖線如下：數(shù)學(xué)模型理論分析由分析可以知道對于上述方案，隨著張力曲率系數(shù)的上升，內(nèi)部張力的起始值呈現(xiàn)下降趨勢，最終在50之后出現(xiàn)了起始段上升的現(xiàn)象。因此就前一節(jié)討論的結(jié)果而言，由于188um生產(chǎn)處于起步階段，收卷的卷材卷徑都比較小，因此才出現(xiàn)了外松內(nèi)緊的線性。實際生產(chǎn)過程中的現(xiàn)象也證實隨著收卷卷徑的進(jìn)一步加大，收卷的卷材上鼓棱明顯好轉(zhuǎn)甚至消失，也反映了在系數(shù)值100的前提下收卷內(nèi)應(yīng)力上升帶來的后果。同理分析1600-1200N以及1350-1050方案：數(shù)學(xué)模型理論分析由圖可知，隨著收卷整體張力的下移，收卷應(yīng)力呈整體下降趨勢的臨界曲率系數(shù)F也在下降。不過對于最后一個方案來說，應(yīng)用此方案的薄膜大多采用接觸收卷模式，對于此類收卷不能應(yīng)用本文中討論的內(nèi)部張力方程來處理，所以這里僅僅只做理論分析。由上述分析可以看出，目前階段的收卷方案雖然張力控制曲線呈現(xiàn)下降趨勢，但是實際內(nèi)部的張力曲線在目前的收卷卷徑下幾乎都呈現(xiàn)上升趨勢。但就理論曲線而言，張力設(shè)定整體越高，下降段出現(xiàn)越早。但是在實際生產(chǎn)中由于生產(chǎn)的薄規(guī)格較多，應(yīng)用高收卷張力進(jìn)行收卷的卷材并不多。因而除了各薄膜收卷曲線或不出現(xiàn)下降段，或下降段出現(xiàn)在臨近收卷結(jié)束的位置，收卷初期無一例外的呈現(xiàn)內(nèi)部張力上升趨勢（50、75um采用接觸收卷，不在此討論）。因此修改收卷初始張力的下降速率是十分必要的，這里可以通過修改收卷張力曲率系數(shù)F來實現(xiàn)這一調(diào)整，實際調(diào)整中可以依據(jù)理論計算所得確定范圍，然后根據(jù)實際收卷的情況微調(diào)F的實際數(shù)值，從而可以實現(xiàn)收卷情況的改善。同時這也驗證了部分廠家在對薄膜進(jìn)行換卷后往往將收卷張力提高10%，之后逐步下降收卷張力至正常水平的做法，實際上就是在收卷開始的時候適當(dāng)增加張力，從而提高收卷卷材在初始階段的收卷內(nèi)部張力。數(shù)學(xué)模型結(jié)論對于應(yīng)用間隙收卷的薄膜，雖然張力控制方案整體呈現(xiàn)下降趨勢，但是實際內(nèi)部收卷的內(nèi)部張力幾乎都呈現(xiàn)上升趨勢，因此在收卷過程中需要對張力控制方案中的收卷張力的下降速度進(jìn)行調(diào)整，使得初期的張力變高，并迅速下降至一般水平。根據(jù)理論分析的結(jié)果，可以將收卷曲率系數(shù)F下調(diào)，根據(jù)不同的厚度可以下調(diào)至20-40左右，并根據(jù)現(xiàn)場收卷實際情況進(jìn)行調(diào)整。下階段的跟蹤也將從這一角度入手：理論的最佳曲率范圍厚度張力范圍合理的曲率范圍理論最佳曲率系數(shù)1001650-12000-500-181251650-12000-500-181501650-12509-429-191881700-12000-540-162501800-12000-600-7下階段跟蹤表格設(shè)計張力曲率系數(shù)F跟蹤分析厚度um100厚度100厚度100F系數(shù)10F