影響熱封制袋技術的因素
2007-02-23 00:00 來源:作者:韓永生 責編:中華印刷包裝網
隨著食品和醫藥包裝行業的迅速發展,塑料復合軟包裝袋由于其良好的阻隔性,在包裝領域中占有越來越大的比例。同時也對塑料復合軟包裝的質量要求越來越嚴格,熱封制袋是塑料復合軟包裝生產過程中的最后一道工序。它是利用外界加熱使復合薄膜熱封部位的熱封材料變成粘流狀態,借助于熱封刀具的壓力,使上下兩層熱封材料彼此熔合在一起,冷卻后保持一定的強度,具有良好的密封性。本文主要就復合薄膜制袋過程中一些影響因素進行簡單的分析。
復合薄膜的熱封質量是綜合性指標,它與復合薄膜的結構、熱封材料的選擇和生產工藝的確定、印刷版面、油墨和膠粘劑的耐熱性等都有不同的關系。
復合薄膜軟包裝袋的熱封質量主要評價有外觀檢查、熱封強度、耐壓強度、抗沖擊強度等。
外觀檢查是以視覺檢查復合袋的表面平整度、擦傷絲路、熱封位置、沖孔位置、圖案居中等情況。表面平整度與制袋機的溫度控制、壓力控制、冷卻情況、復合薄膜的結構設計、排版方式有關。溫度過高、壓力太小、冷卻不夠、印刷材料的耐溫性差、熱封材料的低溫熱封性差都會引起袋子的不平整。對于熱封寬度很寬的袋子,橫向排版比縱向排版的袋子平整度好。擦傷絲路主要由薄膜在各設備上的摩擦引起,需重點檢查制袋機的張力控制和放卷剖切架的各導輥表面粗糙度。
復合薄膜基材的影響
復合薄膜的基材包括阻隔材料、熱封材料。目前常用的基材多為機械強度好、印刷適應性好、耐熱性能好的薄膜材料。如雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)、雙向拉伸聚酯薄膜(BOPET)、雙向拉伸尼龍薄膜(BOPA)等。阻隔材料的機械性能對熱封強度起補強作用,耐熱性能對熱封外觀的平整度有影響。阻隔材料的機械性能由大到小依次為:BOPA,BOPET,BOPP。所以它們與相同的熱封材料依次復合、制袋后,熱封強度會依次減小。阻隔材料的耐熱性能越好,袋子的平整度會越好。
熱封材料應熱封性能好、化學性能穩定、符合衛生要求,并具有一定的阻隔性。熱封材料主要有聚乙烯、聚乙烯共擠出膜、聚乙烯共聚物、聚丙烯等。評價熱封材料的性能指標一般有拉伸強度、斷裂伸長率、直角撕裂強度、表面粗糙度、霧度、沖擊強度、摩擦因數、抗穿刺性能等。評價熱封材料的熱封性能指標有低溫熱封性、熱粘性、熱封強度、熱封拉伸狀態、抗污染熱封性等。
復合薄膜的總厚度、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塑料所處的粘流狀態就不均一,不能確保完好的界面密閉性。
復合材料添加劑的影響
在復合聚乙烯薄膜過程中,聚乙烯經熱壓輥擠壓后有析出的現象,一層白白的象碎粉白狀,這種現象是聚乙烯在生產過程中,加入一定量的潤滑劑,是一些低熔點的蠟,容易析出至薄膜表面。這層低熔點的蠟析出后最直接的危害就是大大地消弱了復合強度,也大大地減弱了熱封強度,特別在封邊位置,造成易開口、離層。
解決方法則是:
重新對聚乙烯進行預處理,達到理想的表面張力;
選擇合適的膠粘劑,以增強其復合牢度;
減低熟化溫度盡量不使物質析出,從而增加復合牢度與熱封強度。
熱封溫度的影響
熱封溫度的作用是將熱封層加熱到一個比較理想的粘流狀態。由于高聚物沒有明顯的熔點,通常是一個熔融溫度范圍,當加熱到該溫度區域時,薄膜進入熔融狀態。高聚物的熔融溫度(Tm)或粘流溫度(Tf)與分解溫度(Td)分別是熱封溫度的下限與上限,Tm(Tf)與Td之間差值的大小是影響和控制熱封質量的關鍵性因素。差值越大,熱封溫度范圍越寬,熱封性能越好,質量控制越容易、越穩定。
同時復合薄膜熱封溫度不能高于復合薄膜的熱定型溫度。否則會引起熱封部位的收縮、起皺,降低了熱封強度和袋子的抗沖擊性能。所以熱封溫度應該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而設定。同一部位燙壓次數增加,溫度可適當降低,熱封面積大時,溫度可略高一些。熱封溫度的設定一般比Tf(Tm)高15~30℃。
在熱封復合制袋加工過程中,熱封溫度對熱封強度的影響最為直接,各種材料的Tf(Tm)高低直接決定復合袋的最低熱封溫度。在實際生產過程中,熱封溫度還受熱封壓力、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。
復合薄膜的耐溫性好,如BOPET、BOPA等,提高熱封溫度能提高生產速率;復合薄膜的耐溫性差,如BOPP則盡量采用較低的熱封溫度,而通過增加壓力、降低生產速度或選擇低溫熱封性材料來保證熱封強度。
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,易使熱封部位的熱封材料熔融擠出,降低了熱封厚度,極易損傷焊接處的熱封材料,熔融擠出產生“根切”現象,大大降低了封口的熱封強度和復合袋的耐沖擊性能、密封性能。
復合結構的影響
復合薄膜的熱封溫度由熱封材料的熱封溫度決定,但要注意熱封溫度不能超過復合薄膜的熱定型溫度,否則會破壞雙向拉伸薄膜的熱定型,引起包裝袋熱封后的收縮起皺。
BOPP/CPP結構的包裝袋透明度優良,袋子剛挺,被廣泛地應用在食品包裝。但BOPP的熱定型溫度與CPP的熱封溫度很接近,熱封時易引起BOPP膜起皺,熱封強度不好,熱封部位易脆斷。所以設計時要注意BOPP膜的厚度接近或大于CPP的厚度,或把縱向的印刷排版改為橫向的印刷排版,以減少橫封處的縮頸現象,也可以選用低溫CPP,以降低熱封溫度,使熱封部位平整不起皺。破壞往往發生在熱封后復合薄膜最薄弱的地方,其中由于復合薄膜的層間復合強度不夠,使熱封材料單獨承受破壞拉力,導致熱封強度大大降低的破壞現象較為普遍。
印刷及排版的影響
復合薄膜印刷部位的復合強度比沒有印刷的部位低,而且在熱封時溫度較高,所以有印刷圖案處的熱封強度較低。在設計印刷圖案時,邊緣熱封處盡量留空,不要有任何印刷圖案或用白墨托底。復合薄膜縱向的機械強度比橫向高,復合薄膜的縱向熱封強度也比橫向熱封強度高,所以印刷圖案盡量采用橫向排版,這樣可避免袋子頂部寬邊熱封時嚴重的縮頸現象,同時也降低破袋率。
熱封壓力的影響
熱封壓力的作用是在熱封溫度下使已處于粘流狀態下的復合薄膜的熱封層在熱封界面之間產生有效的分子相互滲透、擴散,也促使薄膜表面的氣體逸出,使熱封材料表面的分子間距離縮小,產生更大的分子間作用力,從而提高了熱封強度。
要達到理想的熱封強度,必須加以合適的壓力。熱封壓力的大小與復合薄膜的性能、厚度、熱封寬度等有關。作為復合薄膜熱封層的PE,PP為非極性材料,活化能極小,升溫對其粘度的下降影響較小,故所需壓力較高,而且隨著復合薄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。這樣對熱封強度、界面密封性有利。但要防止熱封部位的熔融材料被擠出,降低熱封效果。
熱封壓力應隨著復合薄膜的厚度增加而增加。若熱封壓力不足,兩層塑料薄膜熱封材料之間難以實現真正的貼合和互熔,導致局部熱封不上,或者難以消除熱封層中的空氣,造成虛封或封口不平整。但是當熱封壓力過大時又會產生熔融材料擠出的現象,擠走了部分熱封材料,使熱封縫邊形成半切斷狀態,且封縫發脆,影響了熱封效果,降低了熱封強度。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。
熱封時間的影響
熱封時間是指復合薄膜在熱封刀下停留的時間,它也是影響熱封口強度和外觀的一個關鍵因素。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,還會造成塑料材料的降解,使封口界面密封性能惡化。
熱封速度的影響
熱封速度體現制袋機的生產效率,也是影響熱封強度和外觀的重要因素。熱封速度越快,熱封溫度要相應提高,以保證熱封強度和熱封狀態達到最佳值;在相同的熱封溫度和壓力下,熱封速度越慢,熱封材料熔合將更充分、更牢固,但不能引起斷根現象。
復合袋內容物的影響。有些產品為粉末裝,在進行灌裝時易沾污封口,例如,當采用LDPE材料作為內層料時,發現封口處易破裂。這是因為LDPE對夾雜物的熱封性就不是很好,這時就要更換內層膜材料或增加材料的厚度就可以提高熱封強度。
油墨層及電暈面的影響
軟包裝復合袋熱封后脫層印刷好壞與油墨層及電暈面有關。在實際生產過程中,為達到色彩的真實再現,難免里印和表印油墨混合印刷。從理論上分析,里印與表印油墨是不親和的,如果印刷膜墨層采用里表混用,必然油墨層之間牢度就不好,易分層,在熱封焊縫處也易造成分層現象,熱封強度由此變差。解決辦法是盡量避免表印油墨與里印油墨的混用,從而提高熱封強度,降低分層的現象。
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