纸卷直径不断增大是印刷业总的发展趋势。纸卷直径增大即是增加纸卷长度,延长印刷机上纸卷的运行时间,及印刷机换卷的时间间隔,对避免纸幅张力脉冲波动产生的印刷机断纸,是一个有益的进步。
纸卷长度以及纸管芯关系,可用下列公式计算,纸卷长度L为:
其中后面一项为算术级数,把该级数改为级数和,可得以下公式:
其中,R为纸卷半径;R0为管芯半径;δ为纸张厚度(新闻纸厚度≈50μm)。
假设纸卷半径R远大于管芯半径R0,则:
纸卷长度L通常为10~20km。
印刷机上纸卷运行的时间treel,由纸卷长度、印刷机速度v确定:
印刷时纸卷直径逐渐减小,转动频率逐渐增大。造纸卷取时,纸卷在纵向方向产生拉伸应力,在半径方向产生压缩应力,如图3-5所示。两个应力均是有意造成。
图3-5 纸卷内的各种应力
纸卷的纵向、横向拉伸应力,整卷纸应始终一致,印刷机上才能均匀放卷,纸幅才能均匀打开;卷取时纸卷的横幅拉伸应力不均匀,印刷机上表现为运行适性[15-16]。管芯与纸卷的表面、纸卷的层与层之间,压缩应力应足够高,防止在放卷时产生纸幅打滑。
卷筒纸印刷时,纸卷被固定在放卷架上给印刷机供纸。放卷架上,纸卷由放卷轴承支撑,与印刷机同步转动。放卷轴承为夹住管芯两端、支撑纸卷的锥形或膨胀夹头,在窄幅印刷机上为穿过管芯的轴。放卷架的其他功能包括纸卷的加速、制动、控制初始纸幅张力、纸幅的初步横向定位。放卷架可为独立的多工位放卷架,或是与印刷机整合为一体的单工位放卷架,独立的双工位上下放卷架,如热固化胶印机的BUTLER换卷/接纸架,或双工位、三工位星形回转放卷架。
放卷制动包括紧急制动(轴制动)、速度控制(外周制动;制动衬片)、产生纸幅张力(轴制动或外周制动),对放卷控制起着核心作用。
放卷架以制动方式给纸幅张力提供初始的张力值。为减少换卷造成的断纸次数,放卷架的纸幅张力应低。纸幅张力控制回路若采用常见的简式设计,即只由一根跳舞辊(张力辊)和轴制动组成,保持放卷架纸幅低张力的目的无法实现。张力控制若采用两段设计,即在放卷制动之外另外配备独立的张力储纸架,保持放卷架纸幅低张力的目的可以实现,如图3-6(右)所示;此时放卷架可保持纸幅的低张力,再由张力储纸架提高纸幅张力,与印刷张力匹配。
放卷架若能自动换卷,印刷无需因换卷停机。放卷架换卷原理为:动态换卷(报纸和凹版印刷机)或静态换卷(热固化胶印机),如图3-6所示。动态换卷时,换卷的瞬间纸卷速度与印刷速度相等。静态换卷时纸卷处于静止状态。(www.xing528.com)
印刷时纸幅要用张力克服摩擦阻力,让纸幅顺利通过印刷机,确保纸幅平稳,不产生定位不准、漂浮、起褶等问题。纸张与导辊表面接触,通过压区时产生摩擦(平张纸印刷机上,用摩擦力给印刷机带纸)。纸幅张力存在的问题,部分与其他工序如复卷、压光等相同,不同之处在于,印刷对纸幅的定位要求更高。
图3-6 动态、静态换卷
多色印刷时要求准确套色,纸幅的张力高于单色印刷。印刷的纸幅张力,报纸印刷约为300N/m,热固化胶印约为600~800N/m,凹版印刷略低些,约为500N/m。
印刷机典型纸幅张力曲线如图3-7所示。印刷压区张力若不是单独控制,张力储纸装置后的各印刷压区内,纸幅受摩擦力影响张力略有降低。干燥时纸张的弹性系数增大,纸幅张力受其影响亦增大。印刷机纸幅张力有多种方式产生:
图3-7 热固化胶印的典型张力曲线
—纸卷制动产生(轴制动或外周制动)
其中:FT为纸幅张力,F为制动力,b为纸幅宽度;若忽略摩擦力影响,公式对于外周制动适用。
—传动压区制动
其中:μ为压区摩擦因数,F为制动力,r为辊的半径;
—压区之间加速
其中:FT1为第一压区前的纸幅张力,FT2为第一压区后纸幅张力,v1为第一压区内速度,v2为第二压区内速度(参见印刷机过纸讨论)。
—纸幅加载
其中F为加载。
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