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瑜利包裝:塑料復合包裝袋制袋工藝注意事項及問題對策

發布時間:2017-07-20

軟包裝袋大多采用棒式熱封合,主要是通過對加熱棒溫度、熱封時間、加熱棒與硅膠板之間壓力三者進行協調,最終達到滿意的封合效果。分析了軟包裝制袋工序中三大決定性的質量要素:熱封溫度、熱封時間和熱封壓力,是如何影響熱封效果的,并就制袋時容易出現的裁切線不整齊、熱封強度差、 熱封后袋子翹曲、 熱封強度不良、 熱封部位產生氣泡或表面不平、滑爽性不良、制袋長度及其相關偏差、袋子寬度出現偏差等給出了解決方法。

  一、復合膜熱封制袋工藝關鍵因素

  在軟包行業中,大家都非常清楚,熱封合是應用在復合包裝材料中最普遍、最實用的一種制袋方式。此方式是利用外界各種條件(如電加熱、高頻電壓及超聲波等)使塑料薄膜熱封部位受熱熔融成粘流狀態,并依靠一定壓力,使兩層膜熔合在一起,經過冷卻后保持應有的強度。熱封方式有熔斷封合、超聲波封合、高頻封合、熱空氣封合、棒式熱封合等不同方式。根據輕包裝類的軟包裝特點及要求,軟包裝袋大多都是采用棒式熱封合,這也是整個包裝袋行業中最常見的一種熱封合方式。這種熱封方式主要是通過對加熱棒溫度、熱封時間、加熱棒與硅膠板之間壓力三者進行協調,最終達到滿意的封合效果。

  因此,制袋工序中三大決定性的要素就是:熱封溫度、熱封時間和熱封壓力。

  1、熱封溫度

  熱封溫度的作用是使粘合膜層加熱到一個比較理想的粘流狀態,使塑料薄膜與薄膜之間的熱封層形成熔融狀態。由于高分子聚合物沒有確定的熔點,是一個熔融溫度范圍,即在固相與液相之間有一個溫度區域,當加熱到該溫度區域時,薄膜進入熔融狀態。高聚物的粘流溫度與分解溫度分別是熱封的下限與上限,粘流溫度和分解溫度差值的大小是衡量熱封難易的重要因素。熱封溫度是根據熱封材料的特性、薄膜厚度、熱封燙壓的次數及熱封面積大小設定。在熱封復合材料的制袋加工過程中,熱封溫度對熱封強度的影響最為直接,各種材料的熔融溫度高低直接決定復合膜的最低熱封溫度(即起封溫度)。在實際生產過程中,熱封溫度受熱封壓力、制袋機速以及復合基材的厚度等因素影響,因而實際熱封溫度往往要高于熱封材料的熔融溫度。熱封溫度若低于熱封材料的軟化點,則無論怎樣加大壓力或延長熱封時間,均不能使熱封層真正封合。一般來說,隨著熱封溫度的增大,熱封強度也會增加,但到了一定的溫度以后,強度不會增加。如果熱封溫度過高,極易損傷封合處的熱封材料,產生“根切”現象(封合強度遠低于復合膜的斷裂強度),大大降低了邊封的熱封強度。

  2、熱封時間

  熱封時間是指熱刀在薄膜上停留的時間,它也是影響熱封口強度的一個關鍵因素。一般而言,熱封時間主要由制袋機的速度決定。舊式的制袋機,調節熱封時間只有靠改變制袋機的速度,要延長熱封時間,就必須犧牲生產效率。相同的熱封溫度和壓力,熱封時間長,則熱封層熔合更充分,結合更牢固。但熱封時間過長,容易造成熱封焊縫處起皺變形,影響平整度和外觀;同時熱封時間過長,還會造成大分子團分解,使封口界面密封性能惡化。近年來,國內外的制袋機生產廠家使用獨立的變頻電機技術控制熱封刀下降和送料,使制袋機能夠在不改變制袋速度的情況下,獨立調節熱封時間或在控制熱封時間不變的情況下獨立調節制袋速度,大大方便了制袋機的操作和質量控制,提高了制袋機的生產效率。

  3、熱封壓力

  熱封壓力的作用是使已處于粘流狀態下的高聚物樹脂薄膜在熱封界面之間產生有效的分子相互滲透、擴散,從而達到一定的熱封強度。要達到理想的熱封強度,必須加以適當的壓力。對于一般輕包裝袋來說,熱封壓力至少要達到20 N/cm2,而且隨著復合膜總厚度的增加或熱封寬度的增加,所需壓力也應該相應的增加。若熱封壓力不足,兩層塑料薄膜熱封材料之間難以實現封牢,導致局部熱封不上,或者難以消除熱封層中的空氣,造成虛封或不平整。但是當熱封壓力過大時,會產生熔融材料擠出的現象,擠走材料的熱封部分材料,使焊縫邊形成半切斷狀態,且變薄發脆,影響熱封效果,降低熱封強度。一般熱封后,封口部位的強度損失不得大于10%~15%。

  壓力的變化可以改變熱封特性。顯然,壓力越大,所需熱封時間或者熱封溫度都可以降低,但同時熱封范圍將會變窄。實際操作中壓力是可以調節的,采用較高的操作溫度,通過縮短熱封時間來提高產量,但操作控制難度較大,必須特別小心,以免產生負面效果。

  因此,制袋工序的熱封三要素溫度、時間、壓力是相輔相成的,也是形成反比例關系的,溫度高了,時間、壓力要相對減少和降低;時間長了,溫度、壓力同時要下降調整(調整是在其一定的范圍內的);壓力大了,溫度、時間亦要下降趨勢調整(調整是在其一定范圍內的),反之亦然。

  4、其他影響因素:復合膜材料本身的因素

  除了熱封制袋三要素的工藝參數對制袋影響較大外,復合材料的性能也是最直接影響熱封制袋的各項性能指標以及制袋過程中設備操作參數的重要因素之一。

  (1)復合膜熱封材料的種類、厚度。

  一般復合膜包裝用熱封材料有PE、CPP以及其它一些離子型樹脂或改性PE、PP等薄膜。同等情況下,蒸煮袋包裝常用的CPP熱封強度要比一般的PE強,改性的薄膜要比沒經過改性的薄膜強度高。熱封材料的厚度一般在20~120μm,有一些特殊要求的(如蒸煮袋)也有達到100~120μm。同一種熱封材料,其熱封強度隨熱封厚度增大而增大。此外,材料的總厚度、均勻度、平整度也是很重要的參數指標。均勻度和平整度較差會使熱封壓力、溫度不能夠均勻地傳遞到薄膜的熱封區域上,這樣沿熱封刀具方向的高聚物所處的粘流狀態就不均一,不能確保完好的界面密閉性。

  (2)復合膜復合強度

  復合膜是由非熱封層與熱封層經過擠出、干法復合而來,實際意義屬于層合,不是嚴格意義的復合材料學上的復合概念。內封層(聚乙烯或丙烯等)與次內層基材的層間復合強度對熱封質量有著很大的影響。與內封層相復合的其它基材對內層熱封來說起著補強的作用,大部分復合膜熱封處的破壞都發生在復合膜的層間或脆斷,一般熱封強度要遠大于復合強度。

  對于復合層間強度較低的產品,由于基材薄膜與表層薄膜(含次內層)的拉伸強度、彈性模量及伸長率有很大的不同,在拉力作用下往往是熱封邊處的復合膜層間首先剝離,致使由內層獨立承受破壞拉力,而使其它層材料失去補強作用,熱封強度等質量指標由此大為降低。而且在熱封的同時,熱封部位的復合強度本身也會有一定程度下降,所以要想得到充分的熱封強度,使內封層與次內封層之間具有相當好的復合強度是前提條件。而影響復合強度的又有其本身幾方面的原因所造成的,如粘合劑的選擇與材料適性,材料本身濕潤張力等等問題。

  (3)復合膜表層材料,印刷基材和其它復合層基材的耐熱性對復合袋的平整性有著重要的影響。一般來說,表層材料耐熱性越好,袋子的平整性等外觀性能也就越好,因此復合膜表層材料往往也會限制制袋機的熱封溫度。根據實踐經驗,一般表層為PET、PA等耐高溫性較高的基材時,生產過程中常可以通過提高熱封溫度來加快制袋速度,而不會影響制袋的外觀;表層材料為BOPP等耐高溫性較差的基材時,盡量采用較低的熱封溫度。通過改善熱封壓力和延長熱封時間來保證熱封強度和外觀,避免為了加快生產速度而提高熱封溫度。

  一般來而言,良好的封合效果取決于它是否具有良好的熱封強度以及完好無損的外觀。

  二、制袋常見問題分析

  1、裁切線不整齊

  原因:主要可能出現的因素是切刀磨損,切刀的壓力彈簧壓力不足,上刀角度調整得不好,切刀上有異物,切刀彎曲,冷卻效果不良,所用樹脂粘性過高,強度過大,送料不平整(或是厚薄偏差較大時)均會出現不同程度的切線不整齊的現象。

  應對措施:更換或調整切刀,調整切刀壓力彈簧的壓力,調整上刀片的角度,增強冷卻效果,調整基材樹脂配方,調整送料的平整度等方法將相對應的問題進行調整。

  2、熱封強度差

  原因:熱封溫度過高,壓力過大,熱封時間過長,上部封口器的邊緣過于鋒利或所包覆的聚四氟乙烯損壞,底部封口的硅橡膠過硬,熱封材料的影響,熱封材料的種類不同影響熱封強度不同;材料的厚度、均勻性等也會影響熱封強度;熱封層不同的加工方法,如吹塑、流延膜等,均影響熱封強度。薄膜的保存時間過長,析出物增多,經過電暈處理熱封強度差。吸濕性材料吸潮,熱封面脫層,剝離強度下降。

  應對措施:尋求不同配方的材料進行測試,將影響降到最低,根據內封層的材料的熱封特性,選擇合適的加工溫度,壓力和熱封時間,改善上部熱封刀表面狀態,使封口器表面平整,以聚四氟乙烯布包覆完好,選擇合適硬度、彈性的硅橡膠墊。

  3、 熱封后袋子翹曲

  原因:熱封溫度過高或熱封時間過長,冷卻不充分,熟化時間不夠,表層基材薄膜耐熱性較差。復合過程中復合基材的張力匹配控制不當,導致其熟化定型后仍有殘余的應力,尤其是復合膜厚度較薄時更容易發生此類故障。

  應對措施:將熱封溫度調整至適宜的溫度,充分冷卻,充分進行熟化,重新選擇表層基材薄膜,調整復合加工設備各部分的張力,盡量使相復合的兩種基材回縮率相等。

  4、 熱封強度不良

  原因:復合膜中的粘合劑尚未充分硬化。熱封條件不適當。熱封刀和冷卻刀之間的距離過長。內封層薄膜有問題,如電暈過界,使其熱封面傷失熱封性能。油墨的耐熱封性不良,導致熱封部位薄膜的復合強度降低。復合強度低下或熱封處復合強度下降過多。

  應對措施: 通過保溫老化促進粘合劑硬化(熟化、固化),提高復合膜的復合強度及耐熱性。根據復合薄膜的構成結構、熱封狀態等選用最佳的熱封條件(溫度、時間和壓力),或改進熱封方式,熱封后立即進行冷卻。檢查熱封層薄膜的保存期及保存條件,如果熱封層使用的是舊批號的薄膜和經過熱封處理的薄膜,要特別注意。改變熱封層薄膜的種類及品級,使用具有抗污染熱封性的內封層薄膜。檢查粘合劑的等級是否符合要求(樹脂中低分子物質的滲出,有時會給粘合劑的組成成分帶來影響),改善熱封層(基材)的熱合性能,控制好爽滑劑的含量,更換油墨,改變包裝袋的印刷圖樣,使印有油墨的部分避開熱封部位,或改變熱封方法。(特別注意金屬油墨不要印在封口處)等措施。

  5、 熱封部位產生氣泡或表面不平

  原因:材料因素。如NY等吸濕性材料在保存時易吸收水分,在高溫制袋時易產生氣泡、氣斑。另外復合粘合劑因尚未完全固化,在高溫熱封時耐溫不夠、剝離強度差,也易脫層產生氣斑。熱封邊部位較寬時易產生氣斑,應調整壓力,調大間隙,將夾氣擠掉。薄膜走動時有波動會夾進空氣,進刀前應排干凈,進熱封刀前夾板應適當夾緊。制袋控制不當,如硅橡膠板長時間使用變形、高溫布破損、熱封刀上有臟物等。制袋速度、溫度、壓力等工藝參數不適當和不協調也會產生氣斑。制袋工藝的影響,熱封后的封邊冷卻不夠,定型不足,不能消除內應力,影響強度及外觀,應及時檢查,加強冷卻水循環系統。熱封次數越多,熱封強度越高。縱向熱封次數取決于縱向焊刀的有效長度和袋長之比;橫向熱封次數由機臺橫向熱封裝置的組合數決定。良好的熱封,要求熱封次數至少在兩次以上。

  應對措施:對原材料和半成品妥善保管防護,避免其吸濕,檢查或調整熱封刀和熱封硅膠墊,適當調整熱壓次數及熱封刀布置。

  6、滑爽性不良

  原因:熟化溫度偏高,爽滑劑在高溫下失去作用。粘合劑滲到內層表面,影響了基材薄膜表面的摩擦系數,尤其是在薄膜較薄、電暈處理過度的情況下更容易發生此類問題。薄膜基材本身爽滑性不良。

  應對措施:嚴格控制熟化條件,檢查粘合劑的種類或級別,選用適合的粘合劑,更換基材或使用噴粉手段將其后端加工。

  7、制袋長度及其相關偏差

  原因:制袋機制袋長度定長系統誤差過大。電眼跟蹤不準,跟蹤不準的原因有以下幾點:

  ①電眼問題:光電眼調整方法及工作狀態選擇不當。

  ②光標印制或間距問題

  a. 光標設計不合理、可用的掃描區過于狹窄、光標與周圍區域對比不明顯等。

  b. 光標間距有變化。由于印刷、復合工序拉伸、收縮的影響,相對于原設定尺寸,實際光標間的距離已有所改變。復合工序造成的不均勻拉伸、印刷工序套色頻繁地大幅度調整、溫度大幅度變化造成的不均勻及拉伸等也會對與制袋長度有關的誤差產生直接影響。另外,復合薄膜制袋基材薄厚不均勻及荷葉邊等均會對此產生一定的影響,同時也是成品袋對合偏差產生的主要原因之一。

  ③走膜阻力:當走膜阻力過大(受壓膜尺條壓緊程度、復合薄膜摩擦系數的影響)時,可能會走膜不到位或光標變形,進而影響掃描效果,導致制袋長度的相關偏差。

  ④預調的送膜長度:預調的送膜長度(按調整白袋時)與實際制袋尺寸誤差太大,掃描區沒有覆蓋光標時,可直接導致跟蹤不準。

  ⑤塑料復合膜制袋加工速度的影響:當制袋加工速度較快時,與長度控制有關的偏差就明顯增加,其主要原因是機械控制在高速慣性的作用下,切刀和送料輥的動作受到了一定的影響。由于熱封刀、切刀和送料輥的動作受到的影響程度是不同的,也就導致了底邊余量等偏差的增加。但是,對于制造精度較高的制袋機來說,形成定量系統誤差是可能的,經調整后可以實現基本穩定。另外,走膜升速、降速的過程太快時,由于慣性的存在,也易造成走膜誤差偏大。

  ⑥操作因素:走膜橡膠輥壓力氣缸的壓力設定不足。各段張力設定不當。特別是對于較薄的復合薄膜,張力過大時可能引起間距的變化,應小心進行張力的設定。

  應對措施:調整定長系統。調整電眼工作狀態。檢查是否存在光標印制問題或間距問題,并加以調整。檢查受壓膜尺條的壓緊程度、復合薄膜摩擦系數是否適當。預調的送膜長度(調整白袋時)與實際制袋尺寸要盡量準確。降低制袋速度,而且制袋速度的調整要緩慢進行。調整走膜橡膠輥壓力、氣缸壓力和各部分張力。

  8、袋子寬度出現偏差

  原因:復合膜厚薄不均勻,規格板尺寸偏差。薄膜裹包規格板的松緊程度不當。裹得越緊,阻力越大,同時還會影響袋子的成型寬度。裹得松一些,容易出現合縫不嚴。

  應對措施:調整規格板。調整或更換復合膜。調整薄膜裹包規格板的松緊程度。對于較薄的薄膜,在拉緊時會產生橫向收縮,因此型板尺寸應較標準尺寸更小一些。而對于較厚薄膜,由于厚度的影響,型板尺寸也應較標準尺寸更小一些。

  三、制袋人員操作時應注意事項

  綜上所述,則制袋人員在操作時應注意:

  1、檢查所做出的袋子是否符合規格要求,試查封模緊固度,袋子平面是否干凈,預防產生機械線,造成不良品;

  2、折料時注意壓料是否完整,有無壓破現象;檢查產品有無大小邊,尺寸檢查、熱封強度起皺、熱封起泡等;

  3、根據復合材料的材質、厚度以及加工速度等設定熱封溫度,同時在設定熱封溫度時,應考慮熱封壓力、制袋速度等多方面因素,熱封溫度一般要高于熱封材料的熔融溫度,但不可過高,否則容易損傷封口處的熱封材料,大大降低封口強度。

  4、調整合適的封口壓力,一般以熱封刀壓端約3mm為宜,保持壓力前后左右平衡。

  5、根據熱封溫度和熱封壓力,設置封口時間(速度)。

  6、冷卻溫度應以冷卻刀不積冷凝水的最低溫度為宜,冷卻水要循環暢通,如果沒有條件使用冷卻水時,應盡量提高通水流量,以保證冷卻效果。如果熱封后的封邊冷卻不夠,造成定型不足,不能消除內應力,會影響熱封強度和外表。

  7、熱封次數越多熱封強度也越高,一般要求熱封次數至少兩次以上。縱向熱封次數取決于縱向熱封刀的有效長度和袋長之比;橫向熱封次數由制袋機橫向熱封裝置的組數決定。熱封刀的分布亦要合理,一般要上、下、上去分布安裝(針對橫刀而言),任何溫度或壓力在改變后均要反復試溫直至穩定。


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