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擠出復合剝離強度的影響因素
時間:2013-05-02   來源: 包裝前沿   閱讀:10281次

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??? 1.引言
??? 隨著我國軟塑包裝工業的快速發展,擠出復合設備技術性能的不斷提高,涂覆級樹脂如LDPE、PP等及復合黏接級樹脂EVA、EMA、EAA等的不斷開發,擠出復合工藝以成本低、無殘留溶劑等優點,逐步被廣大軟塑包裝企業所接受。擠出復合工藝將樹脂經高溫熔融、塑化、混煉,從T模頭定量、定壓流延擠出后,形成的膜直接與另一薄膜結合成復合材料。而擠出復合工序中剝離強度低是困擾眾多軟塑包裝企業的難題,筆者根據生產實踐,就剝離強度的影響因素與包裝同行共同探討。
??? 2.影響因素
??? 2.1樹脂塑化混煉程度
??? 擠出復合是將熱塑性樹脂如LDPE、PP、EVA、EMA、EAA等加入料筒,在螺桿的作用下,經壓縮區高溫熔融成黏流態,在均化區高溫、高壓、高剪切條件下,進一步塑化混煉均勻,隨著螺桿的推動而被定壓、定量、定溫地經T模頭持續均勻擠出。樹脂的塑化混煉程度是影響擠出復合剝離強度的主要因素之一。樹脂塑化混煉越充分,復合后剝離強度越高。通常采用以下方法增加樹脂塑化混煉程度:
??? (1)選用熔體流動速率(MFR)較大的樹脂
??? 樹脂的熔體流動速率(MFR)如果太小,則加工性、融合性較差,不能與基材很好地復合,復合牢度下降。熔體流動速率越大,流動性越好,塑化混煉效果越好。但MFR太大,則擠出薄膜發生邊厚現象。故宜選用MFR為8g/10min左右的樹脂。
??? (2)適當提高加熱溫度
??? 擠出機加熱溫度和T模溫度的控制極為重要。加熱溫度低了,樹脂塑化不良,從T模流延下來時,就不能很好地與基材復合,復合牢度下降。壓縮區、均化區加熱溫度越高,樹脂塑化混煉越充分;加熱溫度要分區控制,比如均化區溫度高于壓縮區溫度;但溫度過高樹脂易分解、焦化。加熱溫度的設定要根據樹脂種類及其熔體流動速率(MFR)來設定。如牌號為1C7A的LDPE樹脂,其加熱溫度在300℃~325℃范圍內設定。
??? (3)適當提高熔體壓強
??? 熔體所受壓強越大,塑化混煉就越充分;增加熔體壓強,常采用增加濾網層數或目數的方法。如牌號為1C7A的LDPE樹脂采用目數分別為85、110、85的三層濾網,使熔體壓強在1.2MPa~1.4MPa范圍內。
??? (4)適當提高螺桿轉速
??? 螺桿轉速越大,單位熔體所受螺桿剪切次數越多,塑化混煉就越充分。但螺桿轉速增大,擠出薄膜厚度增加,涂覆速度也應增加。故應注意螺桿轉速、涂覆速度與擠出薄膜厚度三者的匹配。
??? 2.2樹脂的氧化程度
??? 黏流態樹脂經模唇擠出到接觸基材的過程中,被空氣中的氧氣氧化而產生極性,提高擠出復合剝離強度。氣隙即模唇到兩薄膜(即擠出薄膜與基材)復合線的距離。氣隙大,有利于熱熔膜表面氧化增加極性基團,從而使復合牢度增大。但氣隙過大,熱損失就大,貼合時溫度降低,從而會降低剝離強度。氣隙一般在9cm~12cm范圍內調整。
??? 2.3樹脂溫度和厚度
??? 與基材接觸時的樹脂溫度高,則剝離強度高。通常采用提高T型模頭溫度的方法,來提高樹脂溫度。但模頭溫度過高,則擠出薄膜發生邊厚,且易使模唇發生氧化、樹脂發生炭化和燙傷被復合薄膜現象。T模各區的溫度控制不均勻,還會出現復合膜橫向牢度差;T模兩側區域溫度高于中間區域溫度。T型模的加熱溫度控制到塑料出現冒少量白煙狀態即可。如擠出牌號為1C7A的LDPE樹脂時,模頭各區溫度在323℃~328℃范圍內設定。
??? 在擠出復合中,擠出的樹脂熔融膜主要起熱黏合作用,黏合的機理是熔融樹脂大量的熱量及與基材的親合性。如果擠出的復合層太薄,熱量和強度都不夠,會造成剝離牢度低。一般要求涂覆膜厚度在18μm~20μm范圍內。
??? 2.4擠出薄膜在高溫狀態與基材接觸的時間
??? 樹脂經模唇擠出后,其在高溫狀態與基材接觸的時間越長,剝離強度越高。如果模頭偏向冷卻復合鋼輥的位置,則擠出的熱熔膜在接觸基材前已經受到冷卻,高溫狀態與基材接觸的時間幾乎為零,復合膜的剝離力較差,故應調整模頭適當偏向膠輥側少許,使擠出薄膜與基材接觸的時間增加。但要注意被復合基材的耐高溫性,以免發生燙傷影響復合質量。
??? 2.5印刷膜的殘留溶劑
??? 眾所周知,目前在軟包裝行業擠出復合工藝為印后工藝,被復合材料多為印刷后的薄膜。而印刷時極易產生殘留溶劑,即溶劑揮發不完全的薄膜經擠出復合后,殘留溶劑受熱會在復合膜層間產生一些小氣泡,從而會使復合好的基材分層。因此,要消除印刷環節的殘留溶劑,才能提高擠出復合的剝離強度。要根據生產速度、基材的耐熱性、溶劑的揮發性等因素來設定印刷機干燥箱的溫度,使溶劑揮發完全。
??? 2.6壓輥壓力與冷卻輥狀態
??? 擠出薄膜與基材接觸后經冷卻輥與膠輥擠壓后黏接在一起。壓輥壓力大,冷卻輥與膠輥對復合膜的擠壓力大,剝離強度就大。但復合壓力不可太大,否則基材易被壓變形,還要考慮設備的承受能力,一般壓輥壓力在4kg/cm2左右調節。另外,橡膠壓輥的直徑應在200mm~250mm范圍內,因為膠輥直徑大,可使復合基材的接觸面增大,復合時受壓力的時間增加,提高復合牢度。
??? (2)冷卻輥將被復合膜和從擠出模頭熱熔流下來的流延膜黏合后,立即冷卻,使復合膜形成內聚力,使兩基材不產生相對移動,從而保證良好的復合牢度。如果冷卻定型不好,則可能起皺,使復合牢度下降。在復合過程中會產生大量的熱量,所以在生產過程中,要隨時監控冷卻系統的工作狀態,要確保復合鋼輥始終在冷卻溫度范圍內,否則會出現黏合不牢,夾有氣泡,甚至出現流延膜貼附在輥筒上,引起停機,造成損耗。
??? 此外,在不影響產品外觀的情況下,選用網線式冷卻輥可增加對薄膜的擠壓面積,從而提高擠出復合剝離強度。
??? 2.7硅膠輥表面平整度
??? 經多次對在線生產的擠出復合膜進行剝離強度檢測,發現所有復合膜兩端的100mm處的剝離牢度較好,而中間的剝離牢度較差。通過分析,發現原來在硅膠輥的兩端都貼有兩層的耐高溫膠帶,其厚度為0.08mm,這樣造成整個硅膠輥表面接觸壓力不一致,造成復合膜兩端的剝離牢度高于中間。故將兩邊的高溫膠帶改為只貼一層,使硅膠輥表面壓力基本保持均勻。可見硅膠輥表面平整度也對剝離強度有一定影響,要保持硅膠輥表面平整無異物。
??? 2.8收卷張力
??? 在復合后收卷時,應隨著膜徑的增加適當增大收卷張力。由于在收卷時,兩種薄膜被貼合在一起時,牢度不穩定;這時加大收卷張力,可避免起皺和分層剝離;且張力加大后收卷平整,不易產生復合膜收縮和相對位移,經冷卻定型后,復合牢度就會增大。但收卷張力太大,就會出現起皺和黏連等問題。
??? 2.9涂覆速度
??? 涂覆速度降低,則可提高擠出復合剝離強度。但涂覆速度過低,意味著班產量降低、產品成本增加。復合生產速度過高,則流延膜厚度變薄,造成復合牢度下降。所以一定要控制好生產速度,并經常在線采樣檢測,在保證剝離強度的前提下,適當提高生產速度。
??? 2.10被復合薄膜的表面張力及溫度
??? 塑料薄膜如PP、PE屬于非極性聚合物,其表面自由能很低,與其他物質結合力差,因此,被復合薄膜必須進行表面處理,使其表面張力大于38dyn。此外,在生產前要檢查薄膜表面張力是否達到生產要求。在擠出復合設備上增加電暈處理裝置是非常必要的。但表面張力不宜過大(46dyn以上),否則黏合牢度會下降,原因是電暈處理過度,加速了PP、PE等薄膜的表面層分子降解,力學強度下降,導致復合牢度下降。此外,被復合基材與擠出薄膜復合時的溫度差越小,擠出復合剝離強度越高。因而在保證被復合基材干燥清潔的基礎上,通過干燥箱對基材進行預熱,降低與擠出薄膜復合時的溫度差。
??? 2.11涂布異氰酸酯類AC劑或雙組份聚氨酯黏合劑
??? 在擠出復合工藝中,基材涂布異氰酸酯類AC劑后,經干燥箱干燥后與擠出薄膜復合,可提高擠出復合剝離強度。也可采用涂布雙組份聚氨酯黏合劑,以較少的干量如1g/m2~2g/m2來獲得理想的剝離強度。
??? 2.12生產環境和設備清潔程度
??? 環境溫度和濕度對擠出復合的剝離強度有一定的影響。當環境溫度較低、濕度較大時,流延膜的熱損失就大,與被復合基材貼合時溫度降低,從而會降低剝離強度。此外空氣中濕度大時,冷卻輥表面就會產生大量水分,這些水分黏附到復合膜上時,會引起復合膜相互黏連。
??? 要確保設備的清潔,防止各導輥、冷卻輥和硅膠輥表面有異物,造成復合牢度不好、起皺等問題。特別是要注意做好日常的T型模唇維護保養工作。停車時要使樹脂擠出模唇外少許,防止氧氣進入;開車時要用軟質銅片反復清理模唇,防止炭化的樹脂附在其上,影響復合質量。
??? 3.結束語
??? 提高擠出復合的剝離強度,還可通過對螺桿的專業化設計來進行。擁有擠出復合設備的軟塑包裝企業,要通過對以上各工藝因素的優化組合,在保證產品剝離強度的基礎上,提高生產效率,降低制造成本,不斷提升企業市場競爭力。
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