Промышленные ролики из углеродного волокна для печати и пленки: соотношение жесткости к весу, динамическое балансирование и поверхностные покрытия

Введение: Промышленные ролики - длинные полые цилиндры, по которым перемещаются пленка, бумага, упаковка и покрытые подложки - являются одними из наиболее распространенных предметов износа и веса в непрерывной обработке сетки.На широкой линейке пленки стальной или алюминиевой валк длиной несколько м

Введение:

Промышленные ролики - длинные полые цилиндры, по которым перемещаются пленка, бумага, упаковка и покрытые подложки - являются одними из наиболее распространенных предметов износа и веса в непрерывной обработке сетки.На широкой линейке пленки стальной или алюминиевой валк длиной несколько метров может падать под собственным весом, овальность под напряжением может печатать или вытянуть траекторию паутины, а чистая инерция тяжелых валков замедляет скорость линейки и увеличивает энергопотребление.

Композитные ролики из углеволокна решают эту проблему.Поскольку ядро ролика представляет собой трубку из углеродного волокна с низким коэффициентом теплового расширения и необычно высокой жесткостью к весу, ролик значительно легче и жестче, чем эквивалентный стальной ролик с тем же внешним диаметромВ этой статье рассматриваются критерии жесткости к весу, динамическое балансирование и поверхностные покрытия, определяющие производительность - с данными, проверенными для холодильных валонов, валонов дефлекторов и приводных валонов, используемых в гравировании, флексографии и линиях покрытия пленкой.

Твердость к весу: основное преимущество

Основное преимущество ролика углеволокна - это не абсолютная жесткость, а жесткость на единицу массы.Модуль рулонного ядра, изготовленного из толстостенной однонаправленной трубки из углеродного волокна, вдоль оси составляет 80 - 110 ГПа, что в несколько раз больше, чем у алюминия (69 - 72 ГПа) и на треть плотности.Полученная удельная жесткость (жесткость на единицу массы) углеволокновой трубки примерно в два-три раза больше, чем у стали, и выше, чем у алюминия при меньшей массе.

Для широкоформатного принтера это означает рулон из углеродного волокна, который в 2 - 3 раза жестче при изгибе, чем стальной рулон того же диаметра, при небольшой доле веса.Допускаются более тонкие - полые - ролики, потому что композит распределяет изгибающую нагрузку по требуемому участку.Практический результат заключается в том, что существующие сети работают быстрее, требуется меньше подшипников, уменьшается просадка, а линия работает без трепета.В гравийной печати, где имеет значение точность регистрации 0,1 мм по широкой паутине, жесткость вала имеет прямое влияние на регистрацию печати.

Динамическое равновесие и вращение вала

При высоких скоростях сетки небольшая эксцентрическая масса в ролике становится источником вибрации.На современной перерабатывающей линии, работающей со скоростью метров в секунду, естественным заботом является не вес, а равновесие: толерантность хода ролика, заданная в терминах остаточного эксцентризма или массового момента, определяет силу, передаваемую на подшипники и паутину.Для валонов из углеродного волокна особенно важное значение имеет динамическое балансирование: анизотропные детали могут нести высокие массы в точке, если накладка неравномерна, поэтому допуск к балансу должен быть проверен после отверждения, и валоны должны быть сбалансированы в двух плоскостях (динамическое балансирование), как правило, по классу ISO 1940 G 2.5 или G 1 относительно рабочего оборота.

Поскольку углеволокно более жесткое, толщина стенки оболочки может быть уменьшена, что снижает массовый момент инерции, и ролик достигает своей плоскости равновесия и отдыхает на скорости с меньшей вибрацией.Вращающийся ролик с низким массовым моментом инерции поднимается быстрее и нуждается в меньшем крутящем моменте двигателя.Например, приводный ролик может достигать рабочего оборота в минуту за небольшую часть времени, чем стальный аналог, улучшая пропускную способность в процессах пуска и остановки или пиловых зуб.

Поверхностные покрытия: контактный и долговечный слой

Ядро из углеродного волокна обеспечивает структуру, но поверхность управляет контрактом с паутиной.Поскольку обнаженная композитная поверхность не подходит для прямого контакта со многими подложками, ролики завершены покрытием, которое контролирует трение, высвобождение и износ.Главные варианты:

Керамическое или плазменное покрытие: Применяется для ядра из углеродного волокна для абразивных сетей, которые видят высокий ходовой износ, обеспечивая низкое трение, высокую твердость контактной поверхности.
Резиновый или полиуретанный покрытие: Наиболее распространенный для приводных роликов и распространения роликов; резиновый слой дает ролику контролируемый коэффициент трения от 0,8 - 1,0 для паутины, и уменьшает скользки и следы.
Тефлон / фтор (ПТФЭ) покрывает: Для поверхностей с высвобождением и низким трением, где сетка не должна прилипать, а ролик должен противостоять попаданию клеящих или высоковязких красок.
Граница или спиральные поверхности: Обработка в ядро для эвакуации воздуха и удаления пузырьков при ламинировании и вакуумном извлечении валонов.

Покрытие является драйвером затрат и границей долговечности композитной рулонки.Хорошо нанесенное покрытие защищает углеродное ядро от локального повреждения и теплового шока, в то время как слабые силы адгезии приводят к переработке, если накладка и подготовка поверхности не контролируются.

Модель наращивания производства и затрат

Ролины из углеволокна изготавливаются одним из двух способов:

Обмотка нитей: Однонаправленный углерод прокладывается вдоль оси на мандиль и обмотан с спиральным углом обмотка для компенсации кольца сечения, затем отверждается при температуре около 150 °C, давая наивысший осевой модуль и близко к сети полые ядро.
Пультрузия или LCM (жидкое композитное формование): Пультрузия трубки из ПФУ обеспечивает семейство диаметров при предсказуемой стоимости с превосходной прямоту и жесткими допусками.

Стоимость ролика углеволокна зависит в первую очередь от: длины и диаметра ядра, сорта волокна, покрытия и класса баланса.Углеволокно холодильник, как правило, в 3 - 8 раз превышает цену стальной единицы, но там, где риск разрушения сетки, более низкая стоимость энергии на протяжении всего срока службы и возможность работать на более высокой скорости имеют значение, эта премия часто оправдывается - особенно на рынках, которые придают большое значение скорости смены и не могут позволить себе вес тяжелого стального валона, замедляющего линию.

Часто задаваемые вопросы:

Насколько легче ролик из углеволокна, чем стальной ролик того же размера?

Ролик из углеродного волокна, как правило, на 50 - 70% легче, чем эквивалентный стальный ролик и на 30 - 50% легче, чем алюминиевый ролик того же наружного диаметра.Поскольку удельная жесткость углеродного волокна (соотношение жесткости к весу) примерно в 5 - 6 раз выше, чем у стали, вал может быть изготовлен с гораздо более тонкой стенкой, при этом все еще удовлетворяя бюджету отклонения, поэтому вес резко снижается, а линия выигрывает от более низкой подшипникой нагрузки, более низкого крутящего момента двигателя и более быстрой нагрузки.

Какой класс динамического баланса нужны ролики углеволокна?

Большинство линий обработки указывают степень динамического баланса ISO 1940 G2.5 при рабочем обороте, с менее критическими линиями используют степень G6.3.Ролины из углеродного волокна могут удовлетворять этим требованиям, балансируя в двух радиальных плоскостях после нанесения подшипников и покрытия.Поскольку композитная часть легче, масса, которую представляет эксцентричность, ниже, поэтому тот же уровень равновесия достигается с меньшим остаточным дисбалансом и создает меньше несущей силы при высокой скорости - это реальное преимущество для высокой пороговой скорости трассы.

Безопасны ли ролики углеволокна для контактной печати с чернилами на основе растворителя?

Да, потому что чернила никогда не соприкасаются с голым композитом.Защитный слой - керамическое, хромовое или резиновое покрытие с покрытием ПТФЭ - наносится на углеродное ядро, чтобы герметизировать его поверхность.Покрытие должно быть связано с надлежащей поверхностной подготовкой, поскольку углеродная поверхность имеет низкую энергию и требует гравирования или праймеров для предотвращения деламинации при воздействии растворителя.При правильном нанесении покрытия, рулон удерживает подложку от контакта с волокнами, а готовый рулон соответствует тому же профилю химической стойкости, что и обычный металлический рулон.

Твердость поверхности и контактные данные о валке

Параметр	Стальной ролик	Алюминиевый ролик	Углеродное волокно ролик
Плотность ядра (г / см3)	7.85	2.70	1.55
Модуль оси (ГПа)	210	70	80-110
Удельная жесткость (относительная)	27	26	60-70
Относительная масса вала для одного и того же внешнего диаметра	100%	55%	25 - 35%
Коэффициент теплового расширения (×10−6 / К)	12	23	-0.5 -0.5
Динамический баланс достижимый	G2.5	G2.5	G2.5 / G6
Контактная поверхность	Покрытое / металлическое	Покрытое / анодированное	Покрытое (углеволокно ядро)

Две цифры выделяются.Во-первых, коэффициент теплового расширения углеродного волокна близок к нулю, и его можно настроить слегка отрицательно, так что большой вал не меняет свою завитку с температурой - критически важно для контролируемого натяжения сетки во время пробега.Алюминий, для сравнения, изменяет диаметр с теплом и может вызвать сдвиги напряжения по широкой линии.Во-вторых, удельная жесткость примерно в два раза больше, чем у металлического ролика, что позволяет одному и тому же ролика работать на большей ширине пролета без изгибания из зоны печати.Оба являются основой преимущества линии печати.

Вывод

Промышленные ролики из углеволокна преобразуют сочетание высокой жесткости и низкой плотности материала в эффективность на реальных линиях печати и пленки.Они позволяют более длинным, более тонким валонам работать быстрее с меньшей несущей силой и меньшей энергией; их близкое к нулю тепловое расширение поддерживает стабильное напряжение; а динамический баланс более легкой полой оболочки обеспечивает более быстрый подъем и лучшую обработку стернет.Покрытие и балансный класс являются двумя спецификациями, которые определяют, насколько это преимущество сохраняется.

Для покупателей B2B, определяющих новый рулон для печати или пленки, откуда следует начать - бюджет жесткости и отклонения, скорость и натяжение сетки, класс баланса и покрытие. Обзор нашего ассортимента труб и профилей из углеволокна пригодные для роликовых сердец, или Свяжитесь с нашей инженерной командой Консультация по спецификации вакансии для вашей следующей линии.