PA/LDPE复合膜在热封过程中常出现热封不良的质量问题,涂胶有多种方式

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干式复合机上胶部分由网纹辊、涂胶压辊、刮刀、胶盘、匀胶辊、胶液循环系统等组成。
通过上胶装置将粘合剂均匀、连续移到涂胶基膜上。
涂胶有多种方式,有凹版网纹辊涂布、光辊涂布、反转涂布等多种方式,目前干式复合设备中绝大部分都用网纹辊涂布。

摘要:PA/LDPE复合膜在热封过程中常出现热封不良的质量问题,本研究针对该问题采用多款热封及拉力测试设备,固定热封压力及热封时间,结合热封区域形态是否良好,选取可达到最佳热粘强度及热封强度的热封温度。
由此,为该复合膜或采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业在包装过程中提供可参考的依据。

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网纹涂布又称计量辊。
当网纹辊在胶盘中,胶液注满网纹辊的网孔;当网纹辊离开胶液后,其表面平滑处的胶液由刮刀刮去,网点中充满胶液的网纹辊与涂胶基膜接触时,在橡胶辊加压下,胶液转移到涂胶基材上,再通过匀胶辊使胶液由不连续的网纹状变成连续的均匀胶液层。
转移出去的胶液的网纹辊重新进入胶盘,这样周而复始,形成连续的上胶。

关键词:PA/LDPE复合膜,热封温度,热封性,热粘性

1、临界表面张力法检测

网纹辊的网常见的有三种,即锥型、棱合型和斜线型。
斜线形使用于高精度的转移性差的粘合剂涂布。
干式复合中,常见的是锥型和棱合型的网纹辊。
涂胶系统决定了粘合剂的涂布量,并保证粘合剂以一定的分布密度,辅展于载胶膜表面,粘合剂的涂布状态最主要是由这套系统决定的。

刘东芳1于佳佳2陈欣2

将乙二醇乙醚(表面张力为3.0×10—2N/m)和甲酰胺(表面张力为5.7×10—2N/m)混合,即可得到表面张力范围在×10—2N/m之间的一系列测试液。
预先估出薄膜的表面张力值,然后在其表面涂布相同张力值的测试液,每次的涂布面积约为40mm×15mm,涂布要在0.5秒内完成。
如果涂布的液膜保持在2秒以上不破裂,则用表面张力值高的测试液测试;如果液膜在2秒内破裂成许多小液滴,则改用表面张力值低的测试液测试;如果测试的临界表面张力小于3.6×10-2N/m,说明处理质量不好,需重新处理。

一定线数网线辊其深度应在一定范围。
一般网线辊越深,网孔的容积越大,粘合剂的转移量也会越多。
但不要片面的追求网线辊的深度,如要求网线辊过深,首先这样的网线辊无论是电雕还是机挤压都难加工,网眼的根夹角又过小,由于粘合剂被网壁吸附、粘连,网孔根部能够转移出去的粘合也变多。
另处大量沉积在网眼根部的粘合剂很难清洗出来,粘合剂固化后,也会造成网孔根部的堵塞,实际有效利用部分变小。
网线辊的网孔过深,网壁变薄网线辊磨性下降使用寿命变短。

(1.国家包装产品质量监督检验中心,济南250102;2.济南兰光机电技术有限公司,济南250031)

将胶带粘贴在印刷过的薄膜上,用手指将其压平,使之与薄膜紧密贴合,然后将薄膜慢慢揭起,观察印墨被胶带粘起的情况。
如果印墨的剥离率小于1%,可认为处理质量好;印墨的剥离率在1%~10%之间,可认为处理质量欠佳;印墨的剥离率大于10%,则处理质量差,需重新处理。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

在食品及医疗器械行业,PA/LDPE复合膜是较为常见的包装用薄膜,因为PA具有较好的韧性及阻隔性,LDPE具有优良的热封性[1-2]。
但是PA/LDPE复合膜在应用过程中,却经常出现热封过度或其他热封不良的现象,甚至在包装线上出现热粘性较差的包装,导致包装内容物变质或泄露等质量问题。
上述问题大部分是由热封温度、热封时间或压力不合适引起,多数企业不了解所使用包材的热封及热粘性,甚至不知道所使用的包材材质,盲目的选择热封温度等工艺参数,导致热封过度等问题[3-5]。
针对上述问题,我们选择常用的PA/LDPE复合膜包装作为研究对象,试验研究其热封性及热粘性最优参数,采用相关拉力试验机进行测试。
通过固定延迟时间,测试试样在不同温度下的热粘强度,并绘制热粘曲线,从而得到具有良好热粘性试样的最佳密封温度范围。
另外,通过固定热封压力、持续时间这两个热封参数,在不同热封温度下热封试样,测试热封强度,绘制热封曲线,确定PA/LDPE在良好热封性能下的最佳热封温度范围。
上述研究可为采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业提供一定的生产参考。

3、用达因笔和达因液来检测

HTT-L1热粘拉力试验机:济南兰光机电技术有限公司生产,密封温度范围为室温~250℃,密封时间及热粘时间均为0.1s~999.9s,密封压力为0.05MPa~0.7MPa,试验速度为100、150、200、300、500、hottack六档可选,力值量程为0N~200N,0N~30N,0N~50N,0N~100N四档可选。
适用于塑料薄膜、复合膜等包装材料的热粘性能的测试。
同时也适用于胶粘剂、胶粘带、不干胶、胶黏复合品、复合膜、塑料薄膜、纸张等软质材料进行剥离、拉断等项目的试验。

方法:根据不同种薄膜的印刷达因值要求选择相应达因笔和达因液,在其表面涂布相同张力值的测试液,每次的涂布面积约为40mm×15mm,涂布要在0.5秒内完成。
如果涂布的液膜保持在2秒以上不破裂,表示达因值达到甚至超过要求;如果液膜在2秒内破裂成许多小液滴,表示达因值未达到要求。

HST-H3热封试验仪:济南兰光机电技术有限公司生产,热封温度范围为室温~300℃,热封时间为0.1s~999.9s,热封压力为0.05MPa~0.7MPa,该设备基于热压封口测试方法,可用于测定各种热封复合膜的热封温度、热封时间以及热封压力等关键参数。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

XLW智能电子拉力试验机:济南兰光机电技术有限公司生产,行程最大为950mm,试验速度为50、100、150、200、250、300、500七档可选,力值量程为0N~500N,0N~50N两档可选。
适用于塑料薄膜、复合材料、软质包装材料、塑料软管、胶粘剂、胶粘带、金属箔、隔膜、背板材料、无纺布、橡胶、纸张等产品的拉伸、剥离、变形、撕裂、热封、粘合、穿刺力、开启力、低速解卷力、拨开力等性能测试。

文章转自

本试验采用常见的PA/LDPE复合膜作为验证材料,测试其热粘强度与热封强度。

在验证材料表面随机选取10个位置点,测量其厚度,测量结果见表1。

沿验证材料的纵向方向随机裁制宽15mm,长35cm的试样45条。
设置仪器的密封持续时间为1s,设置仪器的密封压力为29N/cm2,设置仪器的延迟时间为100ms,夹具的分离速度设置为1500mm/min。
设置起始密封温度为125℃,将试样的密封面向上,夹持在热粘拉力试验仪上,进行热粘强度的测试,做5次平行试验。
随后每隔2.5℃做一组试验,直至152.5℃热粘强度明显下降时为止,每个密封温度均做5次平行试验。

沿材料的纵向方向随机裁制长15cm、宽7.5cm的试样44片。
在热封试验仪上设置持续时间为1s,在热封试验仪上设置热封压力为290kPa,设置初始热封温度为95℃,随机取出2片试样叠放,热封面相对,热封刀平行于试样的横向进行热封。
随后每升高5℃,按照上述方法对随机抽取的试样进行热封,直至热封温度为200℃试样严重变形为止。
沿试样的纵向方向,分别将每个热封后的试样裁剪成宽15mm的试样条5条。

将试样条放在℃,相对湿度%条件下调节至少24h后,分别测试每个温度下试样条的热封强度,拉力试验机的夹具初始间距设置为5cm,移动速度设置为300mm/min。

2.1最佳热粘强度下热封参数的选择

各温度下的试验结果如表2所示。

表2不同温度下试样的热粘强度

上述表2及图1中的数据显示,在125℃~138.5℃温度范围内,热粘强度随着密封温度的增加而增加,温度超过138.5℃后,继续增加密封温度,热粘强度降低。
为了确保试样具有足够的热粘强度,试样的密封温度应控制在135℃~140℃之间。

由于PA/LDPE材料厚度及剥离强度的不均匀性,导致试样在同样的密封温度下热粘强度存在一定偏差,但该偏差仍处于规定范围内。
从试验现象发现,当试样的密封温度低于132.5℃时,发生粘合剂破坏,密封区完全剥开,密封温度为135℃~142.5℃时,发生分层破坏,密封区完全剥开,密封温度145℃~147.5℃时,发生分层破坏和部分内聚性破坏,密封区完全分开,密封温度150℃~152.5℃时,发生内聚性破坏,密封区未完全剥开。
因此,为了防止热态密封区在包装过程中发生破坏,材料的密封温度应大于132.5℃。
综合上述分析可知,验证材料PA/LDPE的最佳密封温度范围为135℃~145℃。

2.2最佳热封强度下热封参数的选择

从热封后热封区形态可以看出,随着热封温度的升高,试样热封区的平整性逐渐变差,到155℃时热封边出现明显变形,200℃时热封边皱缩变形严重。
因此,从包装的美观角度出发,热封温度应控制在155℃以下。

测试热封强度后,随着热封温度的增加,热封区的破坏形式由热封界面完全剥开逐渐演变为热封界面部分剥开、试样拉伸后远离热封处断裂、试样拉伸后热封根部断裂。
当破坏形式为热封根部断裂时,在包装的储存、运输过程中,热封口处易发生破袋,由一系列试验现象可知,材料的热封温度应控制在200℃以下。

试验测得不同温度下试样的热封强度数据如表3中所示。

分析表3和图2中的试验数据可知,热封温度在95℃~135℃范围内时,随着热封温度的升高,试样的热封强度呈上升趋势,当热封温度超过135℃时,随着热封温度的升高,热封强度变化幅度较小,出现波动。
因此,为了保证材料具有足够的热封强度,应将热封温度控制在135℃以上。

另外,同一温度下试样的热封强度存在一定偏差,但仍处于规定范围内,试样厚度的波动是造成热封强度存在偏差的原因之一。
综合上述分析可知,验证材料PA/LDPE的最佳热封温度范围为135℃~150℃。

为获得PA/LDPE良好的热粘强度和热封强度,在热封设备稳定的情况下,热封试验仪上设置持续时间为1s,热封压力为290kPa,经过系列试验选择出最佳的热封范围为135~145℃。
较低或较高的热封温度会引起热粘强度或热封强度数值异常,热封区开口或根部断裂,导致包装破裂。
从上述试验数据及现象可知,该研究可得到稳定而连续的试验结果,试验数据可靠,重复性好,可真实反映试样的热粘性能和热封性能。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

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