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塑料复合包装袋制袋工艺注意事项及问题对策
时间:2014-04-01   来源: 包装前沿   阅读:4926次

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摘要:软包装袋大多采用棒式热封合,主要是通过对加热棒温度、热封时间、加热棒与硅胶板之间压力三者进行协调,最终达到满意的封合效果。本文详细分析了软包装制袋工序中三大决定性的质量要素:热封温度、热封时间和热封压力,是如何影响热封效果的,并就制袋时容易出现的裁切线不整齐、热封强度差、 热封后袋子翘曲、 热封强度不良、 热封部位产生气泡或表面不平、滑爽性不良、制袋长度及其相关偏差、袋子宽度出现偏差等给出了解决方法。

  一、复合膜热封制袋工艺关键因素

  在软包行业中,大家都非常清楚,热封合是应用在复合包装材料中最普遍、最实用的一种制袋方式。此方式是利用外界各种条件(如电加热、高频电压及超声波等)使塑料薄膜热封部位受热熔融成粘流状态,并依靠一定压力,使两层膜熔合在一起,经过冷却后保持应有的强度。热封方式有熔断封合、超声波封合、高频封合、热空气封合、棒式热封合等不同方式。根据轻包装类的软包装特点及要求,软包装袋大多都是采用棒式热封合,这也是整个包装袋行业中最常见的一种热封合方式。这种热封方式主要是通过对加热棒温度、热封时间、加热棒与硅胶板之间压力三者进行协调,最终达到满意的封合效果。

  因此,制袋工序中三大决定性的要素就是:热封温度、热封时间和热封压力。

  1、热封温度

  热封温度的作用是使粘合膜层加热到一个比较理想的粘流状态,使塑料薄膜与薄膜之间的热封层形成熔融状态。由于高分子聚合物没有确定的熔点,是一个熔融温度范围,即在固相与液相之间有一个温度区域,当加热到该温度区域时,薄膜进入熔融状态。高聚物的粘流温度与分解温度分别是热封的下限与上限,粘流温度和分解温度差值的大小是衡量热封难易的重要因素。热封温度是根据热封材料的特性、薄膜厚度、热封烫压的次数及热封面积大小设定。在热封复合材料的制袋加工过程中,热封温度对热封强度的影响最为直接,各种材料的熔融温度高低直接决定复合膜的最低热封温度(即起封温度)。在实际生产过程中,热封温度受热封压力、制袋机速以及复合基材的厚度等因素影响,因而实际热封温度往往要高于热封材料的熔融温度。热封温度若低于热封材料的软化点,则无论怎样加大压力或延长热封时间,均不能使热封层真正封合。一般来说,随着热封温度的增大,热封强度也会增加,但到了一定的温度以后,强度不会增加。如果热封温度过高,极易损伤封合处的热封材料,产生“根切”现象(封合强度远低于复合膜的断裂强度),大大降低了边封的热封强度。

  2、热封时间

  热封时间是指热刀在薄膜上停留的时间,它也是影响热封口强度的一个关键因素。一般而言,热封时间主要由制袋机的速度决定。旧式的制袋机,调节热封时间只有靠改变制袋机的速度,要延长热封时间,就必须牺牲生产效率。相同的热封温度和压力,热封时间长,则热封层熔合更充分,结合更牢固。但热封时间过长,容易造成热封焊缝处起皱变形,影响平整度和外观;同时热封时间过长,还会造成大分子团分解,使封口界面密封性能恶化。近年来,国内外的制袋机生产厂家使用独立的变频电机技术控制热封刀下降和送料,使制袋机能够在不改变制袋速度的情况下,独立调节热封时间或在控制热封时间不变的情况下独立调节制袋速度,大大方便了制袋机的操作和质量控制,提高了制袋机的生产效率。

  3、热封压力

  热封压力的作用是使已处于粘流状态下的高聚物树脂薄膜在热封界面之间产生有效的分子相互渗透、扩散,从而达到一定的热封强度。要达到理想的热封强度,必须加以适当的压力。对于一般轻包装袋来说,热封压力至少要达到20 N/cm2,而且随着复合膜总厚度的增加或热封宽度的增加,所需压力也应该相应的增加。若热封压力不足,两层塑料薄膜热封材料之间难以实现封牢,导致局部热封不上,或者难以消除热封层中的空气,造成虚封或不平整。但是当热封压力过大时,会产生熔融材料挤出的现象,挤走材料的热封部分材料,使焊缝边形成半切断状态,且变薄发脆,影响热封效果,降低热封强度。一般热封后,封口部位的强度损失不得大于10%~15%。

  压力的变化可以改变热封特性。显然,压力越大,所需热封时间或者热封温度都可以降低,但同时热封范围将会变窄。实际操作中压力是可以调节的,采用较高的操作温度,通过缩短热封时间来提高产量,但操作控制难度较大,必须特别小心,以免产生负面效果。

  因此,制袋工序的热封三要素温度、时间、压力是相辅相成的,也是形成反比例关系的,温度高了,时间、压力要相对减少和降低;时间长了,温度、压力同时要下降调整(调整是在其一定的范围内的);压力大了,温度、时间亦要下降趋势调整(调整是在其一定范围内的),反之亦然。

  4、其他影响因素:复合膜材料本身的因素

  除了热封制袋三要素的工艺参数对制袋影响较大外,复合材料的性能也是最直接影响热封制袋的各项性能指标以及制袋过程中设备操作参数的重要因素之一。

  (1)复合膜热封材料的种类、厚度。

  一般复合膜包装用热封材料有PE、CPP以及其它一些离子型树脂或改性PE、PP等薄膜。同等情况下,蒸煮袋包装常用的CPP热封强度要比一般的PE强,改性的薄膜要比没经过改性的薄膜强度高。热封材料的厚度一般在20~120μm,有一些特殊要求的(如蒸煮袋)也有达到100~120μm。同一种热封材料,其热封强度随热封厚度增大而增大。此外,材料的总厚度、均匀度、平整度也是很重要的参数指标。均匀度和平整度较差会使热封压力、温度不能够均匀地传递到薄膜的热封区域上,这样沿热封刀具方向的高聚物所处的粘流状态就不均一,不能确保完好的界面密闭性。

  (2)复合膜复合强度

  复合膜是由非热封层与热封层经过挤出、干法复合而来,实际意义属于层合,不是严格意义的复合材料学上的复合概念。内封层(聚乙烯或丙烯等)与次内层基材的层间复合强度对热封质量有着很大的影响。与内封层相复合的其它基材对内层热封来说起着补强的作用,大部分复合膜热封处的破坏都发生在复合膜的层间或脆断,一般热封强度要远大于复合强度。

  对于复合层间强度较低的产品,由于基材薄膜与表层薄膜(含次内层)的拉伸强度、弹性模量及伸长率有很大的不同,在拉力作用下往往是热封边处的复合膜层间首先剥离,致使由内层独立承受破坏拉力,而使其它层材料失去补强作用,热封强度等质量指标由此大为降低。而且在热封的同时,热封部位的复合强度本身也会有一定程度下降,所以要想得到充分的热封强度,使内封层与次内封层之间具有相当好的复合强度是前提条件。而影响复合强度的又有其本身几方面的原因所造成的,如粘合剂的选择与材料适性,材料本身湿润张力等等问题。

  (3)复合膜表层材料,印刷基材和其它复合层基材的耐热性对复合袋的平整性有着重要的影响。一般来说,表层材料耐热性越好,袋子的平整性等外观性能也就越好,因此复合膜表层材料往往也会限制制袋机的热封温度。根据实践经验,一般表层为PET、PA等耐高温性较高的基材时,生产过程中常可以通过提高热封温度来加快制袋速度,而不会影响制袋的外观;表层材料为BOPP等耐高温性较差的基材时,尽量采用较低的热封温度。通过改善热封压力和延长热封时间来保证热封强度和外观,避免为了加快生产速度而提高热封温度。

  一般来而言,良好的封合效果取决于它是否具有良好的热封强度以及完好无损的外观。

  二、制袋常见问题分析

  1、裁切线不整齐

  原因:主要可能出现的因素是切刀磨损,切刀的压力弹簧压力不足,上刀角度调整得不好,切刀上有异物,切刀弯曲,冷却效果不良,所用树脂粘性过高,强度过大,送料不平整(或是厚薄偏差较大时)均会出现不同程度的切线不整齐的现象。

  应对措施:更换或调整切刀,调整切刀压力弹簧的压力,调整上刀片的角度,增强冷却效果,调整基材树脂配方,调整送料的平整度等方法将相对应的问题进行调整。

  2、热封强度差

  原因:热封温度过高,压力过大,热封时间过长,上部封口器的边缘过于锋利或所包覆的聚四氟乙烯损坏,底部封口的硅橡胶过硬,热封材料的影响,热封材料的种类不同影响热封强度不同;材料的厚度、均匀性等也会影响热封强度;热封层不同的加工方法,如吹塑、流延膜等,均影响热封强度。薄膜的保存时间过长,析出物增多,经过电晕处理热封强度差。吸湿性材料吸潮,热封面脱层,剥离强度下降。

  应对措施:寻求不同配方的材料进行测试,将影响降到最低,根据内封层的材料的热封特性,选择合适的加工温度,压力和热封时间,改善上部热封刀表面状态,使封口器表面平整,以聚四氟乙烯布包覆完好,选择合适硬度、弹性的硅橡胶垫。

  3、 热封后袋子翘曲

  原因:热封温度过高或热封时间过长,冷却不充分,熟化时间不够,表层基材薄膜耐热性较差。复合过程中复合基材的张力匹配控制不当,导致其熟化定型后仍有残余的应力,尤其是复合膜厚度较薄时更容易发生此类故障。

  应对措施:将热封温度调整至适宜的温度,充分冷却,充分进行熟化,重新选择表层基材薄膜,调整复合加工设备各部分的张力,尽量使相复合的两种基材回缩率相等。

  4、 热封强度不良

  原因:复合膜中的粘合剂尚未充分硬化。热封条件不适当。热封刀和冷却刀之间的距离过长。内封层薄膜有问题,如电晕过界,使其热封面伤失热封性能。油墨的耐热封性不良,导致热封部位薄膜的复合强度降低。复合强度低下或热封处复合强度下降过多。

  应对措施: 通过保温老化促进粘合剂硬化(熟化、固化),提高复合膜的复合强度及耐热性。根据复合薄膜的构成结构、热封状态等选用最佳的热封条件(温度、时间和压力),或改进热封方式,热封后立即进行冷却。检查热封层薄膜的保存期及保存条件,如果热封层使用的是旧批号的薄膜和经过热封处理的薄膜,要特别注意。改变热封层薄膜的种类及品级,使用具有抗污染热封性的内封层薄膜。检查粘合剂的等级是否符合要求(树脂中低分子物质的渗出,有时会给粘合剂的组成成分带来影响),改善热封层(基材)的热合性能,控制好爽滑剂的含量,更换油墨,改变包装袋的印刷图样,使印有油墨的部分避开热封部位,或改变热封方法。(特别注意金属油墨不要印在封口处)等措施。

  5、 热封部位产生气泡或表面不平

  原因:材料因素。如NY等吸湿性材料在保存时易吸收水分,在高温制袋时易产生气泡、气斑。另外复合粘合剂因尚未完全固化,在高温热封时耐温不够、剥离强度差,也易脱层产生气斑。热封边部位较宽时易产生气斑,应调整压力,调大间隙,将夹气挤掉。薄膜走动时有波动会夹进空气,进刀前应排干净,进热封刀前夹板应适当夹紧。制袋控制不当,如硅橡胶板长时间使用变形、高温布破损、热封刀上有脏物等。制袋速度、温度、压力等工艺参数不适当和不协调也会产生气斑。制袋工艺的影响,热封后的封边冷却不够,定型不足,不能消除内应力,影响强度及外观,应及时检查,加强冷却水循环系统。热封次数越多,热封强度越高。纵向热封次数取决于纵向焊刀的有效长度和袋长之比;横向热封次数由机台横向热封装置的组合数决定。良好的热封,要求热封次数至少在两次以上。

  应对措施:对原材料和半成品妥善保管防护,避免其吸湿,检查或调整热封刀和热封硅胶垫,适当调整热压次数及热封刀布置。

  6、滑爽性不良

  原因:熟化温度偏高,爽滑剂在高温下失去作用。粘合剂渗到内层表面,影响了基材薄膜表面的摩擦系数,尤其是在薄膜较薄、电晕处理过度的情况下更容易发生此类问题。薄膜基材本身爽滑性不良。

  应对措施:严格控制熟化条件,检查粘合剂的种类或级别,选用适合的粘合剂,更换基材或使用喷粉手段将其后端加工。

  7、制袋长度及其相关偏差

  原因:制袋机制袋长度定长系统误差过大。电眼跟踪不准,跟踪不准的原因有以下几点:

  ①电眼问题:光电眼调整方法及工作状态选择不当。

  ②光标印制或间距问题

  a. 光标设计不合理、可用的扫描区过于狭窄、光标与周围区域对比不明显等。

  b. 光标间距有变化。由于印刷、复合工序拉伸、收缩的影响,相对于原设定尺寸,实际光标间的距离已有所改变。复合工序造成的不均匀拉伸、印刷工序套色频繁地大幅度调整、温度大幅度变化造成的不均匀及拉伸等也会对与制袋长度有关的误差产生直接影响。另外,复合薄膜制袋基材薄厚不均匀及荷叶边等均会对此产生一定的影响,同时也是成品袋对合偏差产生的主要原因之一。

  ③走膜阻力:当走膜阻力过大(受压膜尺条压紧程度、复合薄膜摩擦系数的影响)时,可能会走膜不到位或光标变形,进而影响扫描效果,导致制袋长度的相关偏差。

  ④预调的送膜长度:预调的送膜长度(按调整白袋时)与实际制袋尺寸误差太大,扫描区没有覆盖光标时,可直接导致跟踪不准。

  ⑤塑料复合膜制袋加工速度的影响:当制袋加工速度较快时,与长度控制有关的偏差就明显增加,其主要原因是机械控制在高速惯性的作用下,切刀和送料辊的动作受到了一定的影响。由于热封刀、切刀和送料辊的动作受到的影响程度是不同的,也就导致了底边余量等偏差的增加。但是,对于制造精度较高的制袋机来说,形成定量系统误差是可能的,经调整后可以实现基本稳定。另外,走膜升速、降速的过程太快时,由于惯性的存在,也易造成走膜误差偏大。

  ⑥操作因素:走膜橡胶辊压力气缸的压力设定不足。各段张力设定不当。特别是对于较薄的复合薄膜,张力过大时可能引起间距的变化,应小心进行张力的设定。

  应对措施:调整定长系统。调整电眼工作状态。检查是否存在光标印制问题或间距问题,并加以调整。检查受压膜尺条的压紧程度、复合薄膜摩擦系数是否适当。预调的送膜长度(调整白袋时)与实际制袋尺寸要尽量准确。降低制袋速度,而且制袋速度的调整要缓慢进行。调整走膜橡胶辊压力、气缸压力和各部分张力。

  8、袋子宽度出现偏差

  原因:复合膜厚薄不均匀,规格板尺寸偏差。薄膜裹包规格板的松紧程度不当。裹得越紧,阻力越大,同时还会影响袋子的成型宽度。裹得松一些,容易出现合缝不严。

  应对措施:调整规格板。调整或更换复合膜。调整薄膜裹包规格板的松紧程度。对于较薄的薄膜,在拉紧时会产生横向收缩,因此型板尺寸应较标准尺寸更小一些。而对于较厚薄膜,由于厚度的影响,型板尺寸也应较标准尺寸更小一些。

  三、制袋人员操作时应注意事项

  综上所述,则制袋人员在操作时应注意:

  1、检查所做出的袋子是否符合规格要求,试查封模紧固度,袋子平面是否干净,预防产生机械线,造成不良品;

  2、折料时注意压料是否完整,有无压破现象;检查产品有无大小边,尺寸检查、热封强度起皱、热封起泡等;

  3、根据复合材料的材质、厚度以及加工速度等设定热封温度,同时在设定热封温度时,应考虑热封压力、制袋速度等多方面因素,热封温度一般要高于热封材料的熔融温度,但不可过高,否则容易损伤封口处的热封材料,大大降低封口强度。

  4、调整合适的封口压力,一般以热封刀压端约3mm为宜,保持压力前后左右平衡。

  5、根据热封温度和热封压力,设置封口时间(速度)。

  6、冷却温度应以冷却刀不积冷凝水的最低温度为宜,冷却水要循环畅通,如果没有条件使用冷却水时,应尽量提高通水流量,以保证冷却效果。如果热封后的封边冷却不够,造成定型不足,不能消除内应力,会影响热封强度和外表。

  7、热封次数越多热封强度也越高,一般要求热封次数至少两次以上。纵向热封次数取决于纵向热封刀的有效长度和袋长之比;横向热封次数由制袋机横向热封装置的组数决定。热封刀的分布亦要合理,一般要上、下、上去分布安装(针对横刀而言),任何温度或压力在改变后均要反复试温直至稳定。

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