高光彩喷纸涂布机的设计

第27卷 第 4期 轻工机械 Vo1．27 No．4 2009年8月 LightIndustry Machinery Aug．2009 (轻工业杭州机电研究院，浙江 杭州 310004) 摘 要：根据高光彩喷纸的生产工艺，构建了高光彩喷纸涂布机的涂布工艺和结构配置。着重了高光彩喷纸涂 布机各分部的性能特点；干燥系统为渐进式干燥方式。干燥器采用拱形布置，提高了纸品质量和成品率；调态整饰装置设 置 1只高亮镜面缸加单辊压光装置，为该机的一大技术亮点。该机的价格是同类进口机型的 1／4～1／3，安装调试后生产 的高光彩喷纸各项技术指标均达到国内同类产品的领先水平，可以替代国外进 口产品。 关 键 词：涂布机；涂布工艺流程；高光；彩喷纸 中图分类号：TS734 文献标志码：A 文章编号：1005—2895(2009)04-0010-04 Design on Coater For High Gloss Color Ink-jet Printing Paper YU Cao—liang，W ANG Shu，CHU Min (Hangzhou Project&Research Institute of Electro—mechanic in Light Industry，Hangzhou 310004，China) Abstract：According to the processing of the high gloss color ink-jet printing paper，the article set up the process flow and configuration of the coater，gave emphas~to analyze each sectional characteristics of the coater．The dryer uses a vaulted structure and the drying s~tem gradual@progresses which improve product quality and enhance the finished product ； the finishing conditioner has fitted with a high gloss，n 丌 0r facial cylinder and a single roll calendar which is a technical 如^of the coater．The technical index of high gloss color ink-jet printing paper produced er the installation and debugging lead the level ofsimilar product at home which can replace the imported one．The price of the coater is 1／4 or 1／3 of the imposed machine．That means it has a stronger market competition． Key words：coater；coating process flow；high gloss；color ink-jet printing paper 0 引言 深加工的产物，它是对普通印刷用纸表面经过特殊涂 随着国际互联网络的全球化发展，以及电脑多煤 布处理，使之既能吸收水性油墨又能使墨滴不向周边 体技术越来越广泛的应用，日益成熟的数字成像技术， 扩散，从而完整地保持原有的色彩和清晰度 ]。我院 使得小型彩色喷墨打印机已大规模进入企事业单位和 依据自身技术，吸收借鉴国外彩喷纸生产流程，经过不 家庭，彩色喷墨技术已在广告制作、办公自动化、婚纱 断的改进和完善，开发出了 1300／50彩喷纸涂布机。 摄影(电脑绘像)、CAD效果图、GIS(地理信息系统)、 该机于 2006年在浙江嘉兴天马打印机耗材有限公司 遥控测绘、印刷打样等领域广泛采用 ]¨。这一切都预 一次调试成功，并投人生产，经过一段时间的正常运 示了与之相配套的耗材——彩色喷墨打印纸(即彩喷 行，效果良好。 纸)的需求量将大幅提高。彩喷纸与一般纸张有很大 1 彩喷纸涂布机的涂布工艺流程 的区别，这是因为彩色喷墨印刷通常使用水性油墨，而 彩喷纸涂布机的工艺流程如图 1所示。 一 般纸张在接触到水性油墨后会迅速吸收扩散，结果 2 涂布机主要结构配置 无论从色彩上还是从清晰度上都达不到印刷(使 根据彩喷纸涂层的特殊性和生产工艺的要求，该 用吸水性差的材料又不能吸收油墨)；彩喷纸是纸张 机的主要结构配置如图2所示。 收稿日期：2009-05-15；修回日期：2009-06—19 作者简介：虞槽棵(1978一)，男，浙江东阳人，轻工业杭州机电设计研究院工程师，长期从事加工纸涂布机整饰设备和完成设 备的设计和研究工作，获得中国轻工业联合会科学技术进步三等奖 1项。 [研究 ·设计] 虞槽墚，等 高光彩喷纸涂布机的设计 图 1 彩喷纸涂布机工艺流程图 和产品产量。 3．3 辊式上料装置 该机采用单辊式上料，它由上料辊和涂料槽及传 动装置等组成。上料辊为无缝钢管结构，表面镀硬铬， 直径 270 mm；上料辊的两端边缘设有清边器，清除 纸幅外辊面上的涂料，以免其粘附到纸幅的背面，并保 持辊面清洁；上料辊由单独的交流变频电机传动，可根 据生产工艺和实际生产的需要 ，控制转速并实现正、反 转，进而实现涂布量的初步控制；涂料槽采用循环装 置，使涂料在涂布生产时不断地循环流 动，以避免造成涂料的沉淀或凝结。 在涂料装置上方还设有气动压辊 装置，用以调节纸幅包角，控制上料量。 3．4 气刀涂布器 式 一 时在 菱6 5 一烘缸调态整饰部；-单辊压光装置；7．双工位回转型轴式卷纸机 。 ” 、一 图2 彩喷纸涂布机结构配置示意图 要求达到的涂布精度的同时，根据彩喷 3 涂布机的主要结构特点和工作原理 纸低固含量(20％ ～25％)、低涂布量(5 3．1 主要技术参数 ～20 g／m )的特点，该机采用了气刀涂布的方式。气 公称纸宽 1 300 mm 刀涂布器具有适应性好，涂层质量高的特点，属于非接 原纸定量 100～250 g／m 触式涂布，对涂层没有压力的影响，从而避免了破坏涂 最高工作车速 50 m／mi 层的表面。在借鉴进口设备的基础上进行了气刀涂布 退卷最大直径 1 000 mm(气涨轴) 器的设计，既满足了上料量要求，又实现了横幅涂层厚 收卷最大直径 1 000 mm 度的均匀一致。它由气刀体、上下唇板、气刀座架、气 涂料固含量 20％ ～25％ 料分离器、高压风机等组成。气刀体及上下唇板为不 涂布方式 气刀 锈钢结构，气刀-~!X／l,可在 0．60—0．75 ram之间 涂布量 5～20 g／m 调节。 干燥方式 气翼型热风循环干燥 气刀涂布器的工作原理是当高压气流从上、下唇 传动方式 交流变频电机分部传动 板构成的唇口喷出时，形成刀状的高速气流，用以刮除 3．2 双工位回转型轴式退纸架 纸页表面的多余涂料，其全幅风速均匀一致，保证了涂 本涂布机采用双工位回转型轴式退纸系统。纸卷 层的均匀度。刀缝大小调节方便，涂布量可在较高的 利用气涨轴安装在退纸轴座上，采用 3”(76．2 mm)气 范围内调节，具有易于操作的特点和广泛的适应性。 涨轴，以方便操作，有利于纸卷的装卸。在退纸轴的传 气刀壳体结构简单 ，加工容易，维修方便 ，且容易 动侧装有进口气动控制器，可以通过张力检测系统或 清洗 。 手工操作来控制退纸张力，并在紧急情况下刹车。退 气料分离器用于回收气刀吹下的多余涂料，避免 纸架的星形臂由电机通过蜗轮减速器传动，能作正反 涂料飞溅，造成车间污染。气料分离器整体可来回移 2方向360。旋转，且可在任意位置停留，进行安装或卸 动，清洗方便，采用风机来抽吸，以实现气料分离。气 载纸卷的操作，回转速度为 1 r／min。退卷后纸幅张力 料分离器为不锈钢结构，由J型缓冲挡板、分离器体等 的控制是通过张力传感器检测纸幅张力大小，利用气／ 构成的离心室及液料腔组成。气刀吹下的涂料，其液 电转换装置，自动调节制动器的气压，来实现张力的自 体部分集中在底部，由排料口排出，还有少量的气雾则 动控制。 通过离心风机排出。J形挡板与胸辊的间隙用摇杆调 双工位回转轴式退纸架的设置，可在一个纸卷运 节，并用螺钉定位，缝隙在 2 mm左右，分离器放置在 行送纸时，预装上另一个纸卷，以提高设备的生产效率 轨道上，用调节螺栓调整到工作位置并固定之。 · 12· 轻工机械 Light Industry Machinery 2009年第4期 3．5 热风循环干燥系统 涂布纸干燥并非仅仅是脱除涂层的水分，对于提 高产品质量也有着重要的意义，将直接影响涂层和涂 布纸的质量。 基于彩喷纸涂布层对干燥温度和干燥方式的要求 较高，不能采用直喷式强干燥方式，一般宜采用对流干 燥方式，因此该机采用高效的热风循环干燥系统。由 单元式高蒸发率的气翼式干燥器、热交换器、循环风 机、风门、风管、温度检测及控制系统等组成。 气翼干燥器是一种蒸发效率较高的对流干燥器， 为单元式结构，箱内布置若干组喷嘴，热风从喷嘴两侧 喷出。由于“附壁效应”给纸页以“磨擦”作用，从而达 到最大的热和质的传递，具有很高的蒸发速率 。 该机共设置了4套干燥器，干燥长度达到 16 m， 并且呈拱形布置，在纸幅得到充分舒展的同时，也使纸 表面涂层中的水分得到渐进式的蒸发，即每套干燥器 的温度由低到高渐进式的干燥(根据实际调试和生产 的情况看，温度最高的干燥器的温度不能超过 100 ℃)，达到成纸水分指标。 测温、自动控制装置由分别装在每一组干燥器的 进热风管道和总排风管道中的5个铂热电阻测定热风 温度。通过 PLC，在数字显示仪上显示，并通过蒸气流 量控制阀进行烘箱温度自动控制。 3．6 烘缸调态整饰部 烘缸调态整饰装置设在涂布干燥后，对纸面的平 整度和光洁度起到至关重要的作用。在传动侧配置了 旋转接头，可以根据生产工艺要求通饱和蒸气或冷却 水，使烘缸表面达到一定的温度或冷却烘缸表面，使之 起到调节涂布成纸水分含量或冷却纸面的作用。 该装置由烘缸、旋转接头、烘缸轴承等组成。 该机在干燥器后面设置了4只 1 250 mm烘缸， 烘缸表面镀硬铬，其中 3只烘缸镀铬层厚度为 0．05 inIn，表面粗糙度为0．05 m；另 1只烘缸为高亮镜面 缸，经过镜面抛光，表面粗糙度达到0．016 m。这样 设置的目的是为了尽可能地提高纸面的平整度、平滑 度和紧度，以获得高质量的成品纸。 3．7 单辊压光装置 为了使涂布纸获得较高的光泽度、平滑度、紧度和 均匀的油墨吸收度，该机在烘缸调态整饰部设有一套 单辊压光装置，压辊为固定中高辊，直径为 380 mm， 表面包胶，包胶厚度30 mm，包胶硬度为邵尔“A”96± 2。，依靠波纹气胎直接在镜面缸上加压，线压力可以根 据实际生产需要进行调节，通过调压阀调节进人波纹 气胎的压缩空气的压力。根据调试和实际生产的效果 看，工作时的最大线压力以不超过40 kN／m为宜。 调态整饰装置设置一只高亮镜面缸加单辊压光装 置，为该机的一大技术亮点。国产的彩喷纸铸涂机一 般只能生产中低挡的无光或亚光彩喷纸，即使生产出 了高光彩喷纸，产品也存在某些方面的缺陷，其质量无 法与国外进口同类产品相比。而该机在设置了调态整 饰装置后，在不改变涂料工艺配方的前提下，生产出彩 喷纸的各项技术指标均达到了国内同类产品领先水 平，可以替代国外进口的同类产品。 3．8 双工位回转型轴式卷纸机 双工位回转型轴式卷纸系统的结构与双工位回转 型轴式退纸系统基本相同。只是在每个纸卷的传动侧 分别由1台交流变频电机驱动，通过张力传感器检测 收卷纸幅张力大小，自动调节电机转速，以达到纸卷内 紧外松的要求。 3．9 张力控制系统 为了有效地调整纸幅运行状态，分别满足退纸、涂 布、干燥、卷纸的要求，本机在退纸后、涂布前、干燥后、 卷纸前，均设有张力传感辊，对纸幅张力进行有效检测 和在线恒张力自动控制，避免涂布生产期间纸幅松弛 或起皱，保证收卷时成纸的平整度和松紧度 J。 3．10 全数字交流变频控制系统 为适应彩喷纸生产的要求，1300／50彩喷纸涂布 机采用 Profibus—DP现场总线控制系统和全数字交流 变频电机分部传动，利用触摸屏实现人机对话，速度数 字显示，实现了对整机纸幅张力的自动控制，使涂布效 果和质量得到很好的保证。 分部传动的控制精度和协调的不良会直接影响涂 布上料的均匀性，最终会影响产品的质量。由于采用 全数字交流变频控制系统，并配以张力检测及反馈装 置，使整机纸幅运行状态得到有效控制，消除了纸幅断 纸的可能，且升降速灵活自如，车速的重复性、稳定性、 可靠性提高。设备和机器实现最优化运行，最大程度 地提高了工厂的实用性和生产效率 。 4 涂布机的运行和产品质量达标情况 4．1 涂布机的运行效果 整机安装完成后，进行了空车试运行，而后进行带 纸同步调整，最后进行 了涂布干燥等试生产，效果 如下： 1)退卷和收卷采用双工位回转气涨轴的方式，减 少了工人的劳动强度，提高了工作效率，也使得生产效 率和成品率得到了明显的提高。 [研究 ·设计] 虞槽操，等 高光彩喷纸涂布机的设计 ·13· 2)气刀涂布系统可以在较低固含量的情况下，实 现低涂布量的操作，特别是气料分离器的使用效果令 人满意，可以将分离后的涂料再次运用，降低生产成 本；同时避免了涂料飞溅造成车间的污染。 3)通过单压区压光装置对涂布后的纸幅进行整 饰，特别是采用镜面缸加单辊压光装置对提高产品的 涂布效果能起到很好的作用，大大提高了产品的光泽 度、平滑度、紧度和均匀的油墨吸收度等性能，使得成 纸能很好地吸收水性油墨而墨滴又不向周边扩散，保 持了完整的色彩饱和度和清晰度。 4)全数字交流变频控制系统的采用可在较短的 时间内达到设计车速，实现连续生产，保证涂布机的运 行正常和操作稳定。 4．2 产品质量达标情况 该机在调试完成后即投入了生产，运行效果和产 品质量均令人满意，达到了设计和生产要求。目前该 机生产的产品主要以出口为主，出口国家主要有：俄罗 斯、意大利、印度、东南亚、南美洲和北美洲等国家。 5 结束语 1300／50彩喷纸涂布机无论是空车还是实物运转 的运行状态均十分平稳、速度升降灵活，产品质量完全 满足设计和生产要求。在未来可以预见的20年内，随 着人们生活水平的提高，国家经济的发展，数码影像类 产品越来越多地被人们所接受和应用。前几年这些产 品主要依赖进口，但是随着我国科研水平的提高，相应 的技术正逐步被攻克，并应用到规模化生产中，带来巨 大的经济效益和社会效益。该机生产的高光彩色喷墨 打印纸不仅价格较低，比进 口的同类产品低 20％ ～ 50％，而且质量可与进口产品媲美。该机结构紧凑，设 计合理，操作简便，价格是同类进口机型的 1／4～1／3。 因此该设备具有较强的市场竞争力，必将受到更多用 户的青睐，得到更加广泛的推广和应用。 参考文献： [1] 白杉，周洁，王淑萍．彩色喷墨打印纸的发展与应用[J]．中国造 纸，2003，22(5)；64-65． [2] 李向华，颜进华．彩色喷墨打印纸涂料配方与涂层性能研究[j]． 湖南造纸，2007，26(1)；5-6，10． [3] 王忠厚．制浆造纸设备与操作[M]．北京：中国轻工业出版社， 2006． [4] 张毅嘉，虞槽操，林秀兰．一机多用 的特种纸涂布机[J]．轻工机 械，2009，27(1)；12—15． [5] 黄菊方．国产热敏纸涂布机的研发[J]．轻工机械，2008，26 (1)；75-78． [6] 彭文华．THZ1600型喷绘耗材涂布机的设计研究[J]．轻工机械． 2005，23(3)；24_26． [7] 缪文良．基于 Profibus现场总线的涂布机控制系统[J]．轻工机 械，2006。24(4)：100—1O1． [信息 ·筒讯] 2009年6月 12日，由电气时代杂志社主办，中国电机工程学会、中国电器工业协会变频器分会和中国自动化学会协办的“节能 创想2o09——第三届全国电气节能应用技术论坛及第六届变频器用户满意十大品牌发布 在北京举行。来自电力、石化、冶金、水 处理、水泥、煤炭、建筑、交通、纺织和通用机械等领域的专家及用户代表等 180多人参加了论坛。 秉承“技术入手，理念先行，你我携手，共同节能”的创始理念，“节能创想 2009 于2008年7月启动，论坛现场发布了 中国变频器用户调查报告 ，揭 晓了“第六届中国变频器用户满意十大国外品牌”、“第六届中国变频器用户 满意十大国内品牌 及电气节能有奖征文的获奖名单。 凭借不断创新和优异的系列产品，艾默生 CT在此项活动中脱颖而出， 2009年度再次获得了“第六届中国变频器用户满意十大国外品牌”称号，这 也是艾默生 CT连续 3年在该活动中获此殊荣。 自进入中国市场以来，艾默生CT一直立足于中国市场，深耕行业，为用 户不断地提供高性能的自动化产品以及系列的行业解决方案。其系列变频 器产品厂泛应用在各工业领域，尤其在电梯、纺织、机床、起重运输和港口等 行业。 金融风暴虽然导致了中国经济发展增速放缓，市场竞争加剧和企业发展的困难。但是，在中国政府大量利好政策的出台，“环 保、节能”为主的倡导下，作为“节能”型的变频器产品，一直是市场不可忽略的力量。随着“十大振兴产业”计划进一步出台和逐步 实施，我们相信，给“十大振兴产业”中的大部分产业提供变频器产品的艾默生CT将“危中增机 、大展鸿图，为中国的经济复兴、繁 荣，提供更好的优质产品l (李 慧)