有QQ好友询问:咱们软包装用的pe.cpp.pet.opp.pa等各种材料的弹性模量是多少?

对于软包厂,在复合膜的加工过程之中,印刷与复合是非常重要的步骤,在这过程之中一定要做好关键性安排,特别不要忘了这一步,否则后果将非常严重。

平膜法逐步双向拉伸工艺流程为:原料→挤出→流延→纵向拉伸→切边→电晕处理→收卷→大膜卷→陈化→分切→成品。

所谓弹性模量,是以在一定比例限度范围内拉伸应力和拉伸变形之比来表示。
实际应用时,多以F-2、F-5来表示2%或5%伸长时的应力。

1、分子结构的非极性

用于拉伸的厚片应该是无定型的,工艺上为达到这一目的,对结晶性聚合物所采取的的措施是在厚片挤出后立即施行急冷,其中厚片的厚度一般为拉伸薄膜的12~16倍。
经过纵横两向拉伸定向的薄膜要在高温下定型处理,以减少内应力并获得稳定的尺寸,然后冷却、切边、卷取。
如果需印刷再增加电火花处理等工序。

在GB∕T13022-1991中7.3规定:作应力-应变曲线,从曲线的初始直线部分计算拉伸弹和模量,以E表示,E=δ∕ξ,式中δ-应力,MPa;ξ-应变。

一般情况下,油墨和胶黏剂在塑料薄膜表面的吸附和黏合主要是靠两者分子间的作用力来实现的。

双向拉伸薄膜的生产工艺分制备厚片和双向拉伸两部分,包括挤出片基、流延、纵向拉伸、横向拉伸、切边、表面处理、收卷、废料回收、陈化和分切。
不同的双向拉伸薄膜的工艺参数。

我们在检测各种薄膜的拉伸强度时,都能得到试样的拉伸形变图,如下图示:

大多数塑料薄膜包装材料的分子结构中基本没有极性基团或只带有弱极性基团,临界表面张力小,惰性较强,是典型的非极性高分子材料,油墨和胶黏剂对其表面的润湿性和亲和性差,两者分子间作用力非常弱。

聚丙烯:薄膜厚度10~60μm,挤出温度250~270℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度125~145℃、拉伸比4.5~6.0,横向拉伸温度160~170℃、拉伸比9.0~10.0,热处理温度170~180℃。

图片 1

2、塑料薄膜的表面能

聚苯乙烯:薄膜厚度100~500μm,挤出温度230~240℃,流延温度80~110℃,纵向拉伸温度110~125℃、拉伸比2.5~3.5,横向拉伸温度110~125℃、拉伸比2.5~3.5,热处理温度100~110℃。

从上图中我们可见,在初始拉伸阶段,拉伸应力与形变化呈直线段,从这段应力与应变的关系可以计算试样的弹性模量。

塑料薄膜的表面能通常是很低的,如聚乙烯的临界表面张力只有3.1×10-2N/m,聚丙烯的临界表面张力只有3.4×10-2N/m,表面能低,不容易被油墨或者胶黏剂所润湿,因此,必须使塑料薄膜的临界表面张力大于或等于油墨或胶黏剂的表面张力,以保证油墨或胶黏剂在其表面上得到充分的润湿。

聚酯:薄膜厚度6~40μm,挤出温度285~295℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度115~125℃、拉伸比3.5~5.0,横向拉伸温度60~70℃、拉伸比3.3~3.5,热处理温度240~250℃。

而我们通常检测的薄膜断裂拉伸强度以及断裂伸长率,对于张力的设定而言不具有任何参考性,印刷复合时加载在薄膜上的应力必须控制在薄膜产生弹性变形的范围内,否则就是薄膜不可逆的拉伸变形,将产生严重的尺寸变化。

3、塑料薄膜的结晶度

聚酰胺:薄膜厚度40~100μm,挤出温度250~270℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度55~60℃、拉伸比2.8~3.2,横向拉伸温度60~70℃,拉伸比2.8~3.2,热处理温度210~220℃。
双向拉伸薄膜生产后须陈化,即在一定温度的空气中存放一定时间。
陈化的作用是释放拉伸应力和使在薄膜表面起作用的添加剂迁移到薄膜表面。
一般在室温中陈化2~3天,然后分切。

另外,薄膜张力设定还要考虑薄膜材料的受热稳定性,例如印刷干燥温度在50-80℃,复合干燥温度在55-90℃,复合热鼓温度在50-70℃等。
常用材料的热稳定性依次为PET、NY>BOPP>消光OPP>CPP>PE。

许多塑料薄膜不仅表面光滑,而且结晶度高,分子处于热力学的稳定态,具有稳定的化学性能,油墨或胶黏剂分子很难在其表面产生扩散作用,从而使油墨、胶黏剂等在薄膜表面的黏附力效果很不理想。

该文章转载自华印软包装微信公众号

下面我们探讨一下常用材料的弹性模量及耐热性对张力设定的影响:

4、弱表面层

作为表层基材,PET的弹性模量最高,其次是BOPP,再次是消光OPP,而BOPA在干燥条件时有良好的弹性模量,但受潮后挺度不足。
同时,PET膜的热稳定性最好,其次是BOPP,再次消光OPP,由于消光OPP膜的弹性模量相对较低,同时热稳定性又较差,印刷冷却收卷后的回缩率较大,在夏季印刷收卷后易容易出现反粘现象,所以印刷消光OPP时张力要调整得略小,干燥温度适当降低。

在加工聚烯烃等薄膜过程中,为了使薄膜具有较好的开口性、抗静电、耐老化、防紫外线照射等性能,往往要加入一定量的助剂,如开口剂、抗静电剂、增塑剂、稳定剂等。

2、热封层基材的弹性模量

这些助剂极易析出,并向表面迁移并形成油污,使薄膜表面形成强度很低的弱表面层,由于弱表面层的内聚强度要比主体的内聚强度低得多,会对印刷和复合工艺产生不利影响。

在热封层基材中CPP的挺性是最好的,PE膜相对较差,如下表:

5、塑料薄膜表面的清洁度

同时CPP的热稳定性远高于PE薄膜,因而LDPE薄膜的多色套印非常困难,需要配方调整提高其弹性模量及耐热稳定性。

如果环境卫生条件比较差,空气洁净度低,则塑料薄膜的表面极易吸附空气中的灰尘、油脂等物质,而这些吸附物会妨碍油墨和胶黏剂跟薄膜表面相互接触,影响它们在塑料薄膜表面的润湿,因此,对薄膜表面的清洁度一定要加以重视。

对复合过程来说,最关键的是两贴合薄膜的张力匹配问题,也就是说复合后两层膜的回缩率要尽量一致,不然,轻则卷曲,重则产生遂道现象。
例如,消光OPP干复铝箔,铝箔可以认为是不收缩,而消光OPP薄膜在加载复合张力的情况下经过50-80℃的烘箱,由于其弹性模量及耐热性都较PET及普通OPP差,因而松掉张力后的回缩率也会大一些,一般消光膜复合时张力要小干燥温度也要低一些。

上述这些因素对于印刷油墨的附着牢度、复合薄膜的黏结强度等都有很大的影响,因此,在印刷或复合之前,一般都要对塑料薄膜进行表面处理。

PE薄膜的弹性模量远小于CPP薄膜,且耐热性又差,作为内层膜贴合时如果张力偏大,那么贴合松掉张力后回缩率很大,通常干式复合的PE膜放卷张力控制原则是在走膜平整的情况下将张力放到最小。

通过对塑料薄膜进行表面处理,在非极性的塑料薄膜表面引入极性基团,改变塑料薄膜表面的化学结构,提高塑料薄膜表面的极性,同时提高其表面能,降低其表面的结晶度,提高表面层的内聚强度。

我们通常采用对下机膜划十字架的方法来检测复合张力匹配情况,但有时下机膜是平整的,但经过50-55℃的熟化后仍有明显的向PE膜一侧的卷曲现象,这是PE膜在熟化温度作用下产生的热收缩所致。
通过张力控制及降低熟化温度,有利于减轻PE复合膜的内卷现象,这也是无溶剂复合膜的平整度有明显改善的原因吧。

这样,既有利于改进油墨和胶黏剂在其表面的润湿性能,又增加了两者分子间的作用力,从而提高油墨和胶黏剂在其表面的附着性,以保证生产的顺利进行。

另外,挺性好的薄膜弹性模量大,如果其厚度增加,则挺性明显递增,相当于厚度的三次方。

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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。
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