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以下内容来自华印软包装微信公众订阅号:rb3602000

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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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关键词:PA/LDPE复合膜,热封温度,热封性,热粘性

本文是由江苏百瑞特化工有限公司的李功亮撰写的,李工在软包装复合领域深耕多年,对于粘合剂在复合过程中的应用十分了解。
根据自己的经验,他把在复合过程中常见几种问题的根本原因归结为一点——粘合剂的涂布状态不佳。
详细解析见下文。

在薄膜凹印中,经常会出现膜皱现象,让软包厂同行很头疼。
其实,膜皱现象之所以经常出现,无外乎以下6个原因。

刘东芳1于佳佳2陈欣2

目前看到解决此类问题所采用的最多的办法就是加大上胶量。
但我个人认为这是在用一个或几个问题去解决一个问题。
因为很多时候,加大了上胶量后没有对整个工艺也做适当调整。
跟着会出现新的问题,如镀铝膜转移、反粘、残留、开口性不好等。
我个人认为问题的根本原因是工作液在涂胶膜上的涂布状态不好。

1、先看印版的主棍在高速旋转时的摇动是否大于0.1mm~1mm?门塞是否均称?门塞在装版中是否在中心轴,其摇晃范围是否也在1mm~1.2mm之间?如果摇晃过大,印辊压版存在着高低不平,一边紧,一边松,从而使边起皱。

(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)

这也是一个老问题。
很多软包厂通过采用不同的粘合剂或工艺调整基本上都能解决。
但还是经常有人在网上问这个问题。
该问题产生原因主要是两个:粘合剂固化过程中产生的内应力和两个基材的收缩率不同产生的变形力。
谁是主因要看产品的结构层次。
我个人认为单从解决镀铝转移上来讲,最直接的办法是降低上胶量,就是普通粘合剂这个上胶量应该也不会出现镀铝转移。
但跟着的问题是小的上胶量又会出现外观问题,又是只能加大上胶量来解决。
其实外观问题还是胶水在印刷膜上的涂布状态不好。

处理方法:把印版主棍的误差摇晃率减到最低限度或门塞安放平稳、减少印版摇晃。

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。

生产中如果遇到剥离强度低的问题,一般都是通过增加上胶量解决。
其实还有一个方法,就是通过增加粘接面积来增加粘接强度。
在生产中复合面积是一定的,这里面存在一个绝对面积和相对粘接面积的问题。
我个人认为,软包厂目前的上胶方式,由于涂布状态不佳,并没有把绝对的面积全部用来粘接,而只是使用了70%—80%的粘接面积。
而现实生产经验告诉我们,当剥离强度不够时,通过增加上胶量确实解决了。

2、印刷皮棍压印版时存在着一边高,一边低,调整低的方向,并慢慢向下加压,直到膜两边平整。

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。

我们都知道复合工艺中还有一个热压复合和高温熟化的过程。
我个人认为,所增加的上胶量就是为热压和熟化做准备的。
因为热压要有一定的上胶量才能够把涂布不好的胶水压平,也就是增加粘接面积的过程。
同样熟化过程除了满足双组份粘合剂产生粘接强度的反应要求外,也还肩负着胶水的二次流平功能。
而胶水的二次流平就更需要足够的上胶量,也就是又一次增加粘接面积的过程。
也就是说加大涂布量所增加的粘接强度,其实是弥补了最初胶水在薄膜上的涂布状态不佳的缺陷,而靠后期的工艺增加了粘接面积产生的。

3、印刷膜进印版或印刷后出印版的铝辊凹凸不平。
调整铝辊水平。

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。

4、以前一直这么做,现在突然出问题了

4、印刷膜在高速印刷时,印辊两边粘上油墨、或者印辊凹凸不平。

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。

有些软包厂的人员在处理问题时会发现,现在用同样的方法处理相同的问题时,却无法得到相同的效果。
你要知道,以前是什么季节?4~10月份,那是恋爱季节。
现在是什么季节?寒冬腊月,连老鼠都躲到猫的怀里取暖去了。
机台设备、原辅材料都是冰冷的,当然也包括粘合剂。
胶水在低温环境下流平性一定会变差,自然也就会影响到涂布状态。
不知大家注意没有,东北地区应该是我国最寒冷的地区,但东北地区很少因为季节环境的变化出现问题增多的现象。
因为东北地区到了冬天,车间里都有暖气,整体生产环境等于没变,同样的生产流程自然不会出问题。
其他地区的软包厂,当季节有了明显的变化时,工艺一定要调整,否则环境内的温湿度必然影响复合效果。
如果你在福建跟着师傅学的那一套原封不动的用在江苏的软包厂,铁定要出问题。

5、放卷张力太大引起跳动,收卷张力太小引起进出受力不均。

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。

说到这里,大家可能看出来了,我把所有问题产生的罪魁祸首都归结到了一点,既粘合剂在薄膜上的涂布状态不佳。
我确实认为,我们复合生产工艺中产生的质量问题的大多数都是最初的涂布状态不佳造成的。
也就是说每次出现问题时,我们应该从产生问题的根源——涂布状态好坏上去想办法,而不是一味的增加上胶量。
那样等于是用一个或几个潜在的问题去解决一个问题。

处理方法:A、去掉印辊两边粘上油墨,换好的印辊;

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。

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。

B、去掉印辊两边粘上油墨,把印辊向右边移至离膜1mm~3mm处,空出部位连续印刷,把凹凸不平印辊加厚或减除印辊厚度压到光滑、有韧性、有弹性。

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。

文章转自

6、印刷膜边沿厚度不均,印膜放卷张力太大引起跳动,收卷时张力太小而引起进出受力不平均。

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。

处理方法:换膜、测膜、减小张力控制,并按公式求比引力大小,使力平均。

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。

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。

2.1最佳热粘强度下热封参数的选择

文章转自

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。
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