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談談復合包裝膜摩擦系數的問題
時間:2014-04-01   來源: 包裝前沿   閱讀:15790次

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摘要:復合膜摩擦系數主要取決于表層膜的材質,以及爽滑劑和開口劑等添加劑的作用,減少各種對添加劑發揮作用的不利因素,就可以獲得穩定摩擦系數。只有穩定的在某個范圍內的摩擦系數才有利于生產。本文詳細分析了控制摩擦系數的方法,并針對摩擦系數太大或太小的情況,介紹了補救的方法。

  復合包裝膜摩擦系數是指復合膜之間或復合膜和其他物體表面之間的摩擦力與作用在其表面上垂直力的比值,它是一個沒有單位的數值,其大小能反應膜膜之間或膜與物體之間在同樣條件下摩擦力的大小,能體現出復合膜的爽滑程度。它是在一定加工或環境條件下復合膜固有的物理性能,只和內外表層膜的物質成分和膜表面粗糙程度有關。摩擦系數要適應復合膜后續的加工和使用,尤其是復合膜熱封層的摩擦系數,它的穩定是復合膜生產過程中要控制的重要指標之一。很多復合膜生產企業對摩擦系數穩定、達標感到非常困惑,甚至摸索多年,始終找不到有效的解決辦法。

  一、復合膜基材摩擦系數標準

  復合膜摩擦系數主要跟內外表層膜的非電暈處理面有關,相關國家標準規定了一部分基材膜非電暈處理面的摩擦系數值,比如:

  GB/T 20218-2006 ? 雙向拉伸聚酰胺(尼龍)薄膜?中規定BOPA≤0.6。

  GB/T 16958-2008 ? 包裝用雙向拉伸聚酯薄膜?中規定BOPET靜摩擦系數≤0.65;動摩擦系數≤0.55。

  GB/T 10003-2008 ? 普通用途雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜?中未對BOPP的摩擦系數做具體數值規定。

  GB/T 4456-2008 ? 包裝用聚乙烯吹塑薄膜?中未做相關規定,建議由供需雙方協商確定。

  GB/T 27740-2011 ? 流延聚丙烯(CPP)薄膜?中規定CPP≤0.5。

  從以上有具體數值的標準來看,基本是規定了摩擦系數的上限值,在實際的使用過程中,很多時候使用者對摩擦系數的下限值也有要求。在包裝膜使用過程中,摩擦力既是動力又是阻力,摩擦力既起正作用,也起反作用,如果摩擦系數過小,同樣不利于復合膜的使用,這就是為什么有些標準對此沒有數據界定的原因。

  目前使用卷材的自動包裝設備速度不斷提高,對復合膜摩擦系數的要求也越來越嚴格,對于高速包裝機,復合包裝膜摩擦系數指標誤差標準一般為0.05,比如,客戶對摩擦系數驗收標準為0.3,測得的摩擦系數在0.25~0.35之間為合格,超出此范圍,視為不合格。另外有些包裝機需要高摩擦系數的包裝材料,就需要特別工藝,有針對性生產,摩擦系數值就不能死板套用相關標準。

  二﹑摩擦系數的測試方式

  摩擦是發生在兩個物體之間的,分為動摩擦和靜摩擦,摩擦系數測定一般要借助物體之間摩擦力大小來測算。根據摩擦系數的物理定義,除了按GB/T 10006-1988 ? 塑料薄膜和薄片摩擦系數測定方法?規定,我們可以列出幾種測試摩擦系數的方式:

  1、手感測試

  為驗證復合膜熱封層之間或復合膜表層的爽滑性,手感測試是生產現場最簡捷常用的方式,直接把復合膜對折,拇指和食指或中指用適當的力壓著兩層膜來回滑動,如果滑動很順暢,阻力較小,就能說明膜的摩擦系數較小,反之說明摩擦系數較大。每個人的手感不同,人為主觀因素較多,所以這種方法只能定性地說明摩擦系數的大小,對復合膜的摩擦系數不能定量,并且只能大致把握動摩擦系數大小,對靜摩擦系數無法確定。有經驗的軟包裝從業人員,用這種手感確定復合膜的摩擦系數方法非常實用,可以很快判定膜的適應性,包括對后工序使用的影響。

  2、斜面測試

  過去有一種簡單實用的利用斜面坡度調整,讓滑塊下滑來測定摩擦系數的測試工具,把平整的復合膜樣品完好地附在測試工具的斜面上,先把可手動或自動調節坡度的斜面平放,把滑塊放在斜面可慢慢抬起的一端,緩緩抬起斜面,當滑塊滑動的瞬間立刻停止斜面抬動,記下此時斜面的傾斜角度α,把斜面上滑塊的重力G分解,垂直斜面的力為:N1=G*COSα;平行斜面的力為N2=G*SINα,根據摩擦系數定義,摩擦系數u=N2/N1=G*SINα/G*COSα=tgα,可以根據斜面的傾斜角度α的正切三角函數值確定摩擦系數值。

  這種方式測得的摩擦系數往往是靜摩擦系數,動摩擦系數要根據不同材料和不同溫度條件進行估算,一般把靜摩擦系數減去0.01~0.05做為動摩擦系數。這種測試方法,儀器投資少,操作簡單,不過精確度很差,滑塊和斜面本身的平整度對數據有影響,不同操作人員的判定也有差別,因此誤差特別大。

  3、拉力機測試

  軟包裝行業使用的萬能拉力機,可以作為測試復合膜摩擦系數的工具。在拉力機上配備一個一端帶定滑輪的平滑板,一個G=200g滑塊,把要測試的復合膜樣品緊緊地貼在平滑板上,并保持膜面平整,把滑塊的纖維面或者是包了復合膜的膜面和平滑板上樣品膜接觸,滑塊放在水平的板上,牽引滑塊的細牽引繩通過定滑輪要與板平行,牽引繩繞過定滑輪后垂直接到拉力機的拉伸端,設定合適的牽引速度,比如100mm/min,當拉力機開始拉動滑塊,在滑塊開始滑動的瞬間,拉力出現峰值,此峰值為靜摩擦力F1(單位為:g.f),然后滑塊勻速向前,在此過程中,記錄拉力機上顯示的比較穩定的拉力值F2(單位為:g.f),這樣按摩擦系數定義就可以算出復合膜對滑塊纖維面或鋼面或膜面的摩擦系數,靜摩擦系數為:u靜=F1/G,動摩擦系數為:u動=F2/G,此方法測試的摩擦系數相對比較準確,數值有一定的精確度,比較可靠。

  4、摩擦系數測試儀測試

  摩擦系數測試儀是針對材料動、靜摩擦系數測試開發的儀器,操作簡易性和數據準確性都大大提升,比如常見的廣州標際 GM-4型摩擦系數測定儀就可以對復合膜動、靜摩擦系數進行精確測試。此儀器有配套的控制軟件,并可與電腦聯機打印滑塊運動曲線。配備標準滑塊,測量精度可達0.001,并可實現在5~50℃溫度范圍內測試,LCD顯示測試結果。儀器設定好測試參數后,只需把要測試的樣品平整放在儀器的測試臺面上,滑塊放在測試位置,按儀器自動校準按鈕,然后按測試按鈕,儀器啟動,滑塊滑動一定距離會自動停止,在儀器的顯示結果位置會分別顯示出樣品的靜摩擦系數和動摩擦系數。目前,專業的摩擦系數測試儀不但準確度很高、操作簡單,還可以自動顯示測試結果,自動保存每次測試數據,便于檢索,實現聯機打印測試報告,很多復合膜加工企業已引進了專業的摩擦系數測試儀。

  通過對復合膜摩擦系數的測試,就可以以此為據,選擇要添加的開口劑、爽滑劑的種類和含量,就可以控制和調節膜材的爽滑性,以達到使用要求。

  三﹑摩擦系數對復合膜使用的影響

  摩擦系數是衡量復合材料滑動特性的指標,復合膜表面爽滑性影響摩擦力,摩擦力對于復合薄膜使用來說非常重要,不同用途的包裝材料對摩擦系數有不同的要求。在使用過程中的摩擦力既是動力也是阻力,摩擦系數波動就會帶來摩擦力變化,所以必須要把摩擦系數按要求穩定在一定的范圍,才能保證復合膜順利使用。

  1、復合膜摩擦系數太小,收卷時復合膜內表層和外表層的靜摩擦力就會很小,這樣當收卷米數逐漸增加時,卷徑會越來越大,摩擦力就不能支撐膜收卷整齊,就會讓膜的端面一面突出,一面凹陷,形成常見的“竄卷”,非常不利于后工序加工或使用。如在分切工序,切出的膜材寬度小,比如成品膜寬在60mm以下,到較大卷徑時,從機器上卸料要平放或者搬運的時候,會造成散卷,散卷后處理就很麻煩,不但費時費力,還會浪費很多材料。為增加摩擦力,防止收卷不齊或散卷,只有增加收卷張力,但張力過大又會帶來其他的質量問題。

  2、自動包裝用復合膜卷材,一般要求內層摩擦系數比較小,而外層摩擦系數適中。內層摩擦系數太小,就有可能引起制袋成型時疊料不穩定而產生圖案錯位。外層摩擦系數太大會引起包裝過程中阻力過大致使材料拉伸變形,太小會引起拖動時打滑,電眼跟蹤和切袋錯位。

  3、在制袋時,如果復合膜摩擦系數太小,膜與設備導輥之間的摩擦力就很小,這樣復合膜在機器上就會滑動,造成電眼跟蹤錯位,制袋圖案偏差,袋子長短不齊等,不良品比例大大上升,甚至無法生產,如果摩擦系數太大,膜與機器部件摩擦力很大,造成機器對材料拖動困難,也就是常見的膜在機器上拉不動,嚴重的會把膜拉斷,同樣不能正常生產。

  4、摩擦系數過大造成袋子開口困難,特別是手工包裝的大容量袋型。盡管袋子開口性是否良好,不完全取決于復合膜熱封層的爽滑度,但如果膜的熱封面爽滑度不好,相反外表層很滑的話,人工開袋口就很困難,大大影響包裝效率。袋表層摩擦系數太小,袋子與袋子之間就會很滑,扎袋非常困難,有時扎在一起的袋子還會輕易散開,需要重新整理,這會讓制袋工非常苦惱。

  所以,復合膜的內表層和外表層的摩擦系數要選擇合適,這樣才能保證復合膜的穩定使用。

  四﹑影響摩擦系數的因素

  對于復合膜的摩擦系數,影響因素較多,主要有內外表層基材膜的性質。加工時,外界因素使內外表層基材膜的性質發生變化,一是成分發生改變,或者是表面狀態發生了改變。復合膜的摩擦系數除了和內外表層膜的物質成分有關,還與加工基材膜使用的爽滑劑和開口劑有關,一般情況下復合膜摩擦系數不穩定與所添加爽滑劑、開口劑的類型、添加量、遷移方向和遷移量有關。爽滑劑的作用是在塑料薄膜的表面再增加一層潤滑劑,使其表面的摩擦系數降到需要的數值,爽滑劑有效成分如芥子酸通常是有機物。開口劑的作用是將薄膜的表面從原來極其平整光滑的狀態變為“凹凸”不平的狀態,當兩片薄膜靠近時,消除了接觸的緊密性,開口劑有效成分如二氧化硅粉末通常是無機物,這兩種添加劑作用原理不同。但開口劑防止膜粘連的同時,也會使摩擦系數下降。引起復合膜中爽滑劑和開口劑變化的因素通常也是影響摩擦系數的原因,比如:

  1、添加劑對摩擦系數的影響

  在塑料膜制作過程中加入添加劑(爽滑劑、開口劑)是一種調節塑料膜表面摩擦系數的常見方式。爽滑劑分為內爽滑劑和外爽滑劑:內爽滑劑促進聚合物大分子鏈或鏈段相對運動,從而改善物料大分子流動性,外爽滑劑是與聚合物基團相容性較差的極性有機化學物,它的分子運動到膜表面,形成油性潤滑物,可起到增加薄膜表面爽滑性的作用,降低膜表面的摩擦系數。開口劑主要是粒徑很小的固體粉末,加進薄膜表層可以形成“凹凸”,這樣薄膜層與層接觸時面積減少,相對滑動時阻力減小,它也可以有效降低摩擦系數。內層材料的開口劑和爽滑劑的添加量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都會影響復合膜摩擦系數。

  2、膜表面的物質結構影響

  不同類型的塑料膜物質結構不同,有的膜面光滑相互滑動的有效接觸表面大,滑動困難,這樣的膜摩擦系數大。有的膜表面粗糙,膜面貼近后相互之間有些間隙,相互滑動較容易,這樣的薄膜表面摩擦系數較低。所以不同的膜要有選擇性地添加助劑。

  3、高、低溫使用對摩擦系數的影響

  薄膜在使用中溫度條件可能不一樣,超過30℃往往會使摩擦系數逐漸變大,因為常用的潤滑劑已接近其熔點而變得粘結,大大增加摩擦系數,再如復合膜熟化溫度太高,爽滑劑熔融,在高溫下失去作用,高溫蒸煮用的RCPP,長時間高溫熟化,容易造成摩擦系數增加。在低溫條件下使用,添加劑析出影響摩擦系數,比如,低溫條件下PE膜的爽滑劑析出比較嚴重,摩擦系數也會因此變小。

  4、膠水過多滲透到復合膜內表面

  如果熱封層較薄,或電暈處理過度等,膠水滲透的量就會增大,這也會影響到摩擦系數。有資料顯示:經過復合工藝之后,基材膜摩擦系數會上升大約0.1~0.2,原因就是粘膠劑吸收爽滑劑,并且生產過程中復合機各個導輥會粘掉一部分爽滑劑。

  5、異物過多附在復合膜上

  異物包括空間濕度大時,在復合膜上凝聚的水分和粉塵等,如果濕度大,水分會過多凝聚在復合膜上,更多的時候是從卷膜端面向內滲透,這樣會增大膜的摩擦系數。粉塵過多的情況下,粘性的粉塵會增大摩擦系數,類似爽滑劑或開口劑的粉塵會減小摩擦系數。

  五﹑如何保持摩擦系數穩定

  因影響復合膜摩擦系數的因素很多,要保持其穩定就要多角度考慮。為了復合膜的順利使用,除了要控制膜本身的摩擦系數,還要在使用時有穩定的溫濕度條件,同時也不能忽略和膜接觸的設備部件的表面狀況。

  1、根據實際情況,確定摩擦系數標準,選擇合適的爽滑劑和開口劑,并使基材膜的原料配比保持穩定,生產工藝條件標準化。

  2、使用前預留標準的冷卻或滯留時間,讓復合膜中的爽滑劑發揮作用。比如PE膜剛生產出來就不能馬上進行復合,這時爽滑劑還沒完全析出,同時復合后部分爽滑劑還會向膠水層遷移。如果放置時間太長,爽滑劑比例大,過多析出也影響到摩擦系數,不利后續使用。

  3、根據爽滑劑的特點確定復合膜加工的溫度條件,穩定復合膜使用的空間溫濕度條件。比如有機的爽滑劑的特性,溫度降低時它會向薄膜的表面遷移,使得薄膜表面的摩擦系數下降;溫度升高時它會向薄膜內部遷移,造成薄膜表面的摩擦系數上升。

  4、為了減少溫度對有機爽滑劑析出和遷移的嚴重影響,保持摩擦系數穩定,可在原料配方中加入適量的無機開口劑。

  5、根據實際需要的摩擦系數,嚴格控制熟化條件,包括熟化時間和溫度。避免因熟化條件不穩影響添加劑的析出和遷移。

  6、選擇和添加劑反應穩定的膠水,根據實際經驗確定膠水型號和表層膜添加劑比例良好的搭配。因為不同的膠水對添加劑的吸附度不同,比如同一種配方的PE膜和不同的膠水復合后,PE膜的摩擦系數會有不同。

  7、高溫條件下使用的復合膜,應加耐高溫的爽滑劑,或適當增加有機爽滑劑的量,減少溫度對摩擦系數的嚴重影響。

  六﹑摩擦系數失控的補救措施

  同種復合膜,有時會突然太滑或太澀,這種問題是有多種原因造成的,如果出現這種摩擦系數失控的情況,就需要生產企業想法補救,避免損失。摩擦系數失控會影響膜的正常運用。

  如果摩擦系數過大常用如下補救方法:

  1、噴粉:在專用噴粉機上對膜進行撒粉處理。固體細粉在膜表面起到易開口和爽滑的作用。這是減小復合膜摩擦系數最常用的方法。噴粉設施可以單獨使用,也可以放在復卷機、品檢機、擠出機或制袋機上。根據需要的摩擦系數可以選擇合適的噴粉量。

  2、選擇一定的低溫環境放置,放置一段時間,讓爽滑劑充分析出,然后再使用。

  3、如果單層基材膜摩擦系數過大,確實無法使用,可以回收重做。

  4、減小制袋機或包裝機導輥的粗糙度,盡可能減小膜與導輥的摩擦力,彌補摩擦系數大的缺陷。

  5、對卷膜進行小張力復卷,減少膜與膜之間的貼合力,減小因摩擦阻力大的影響。

  如果摩擦系數過小可采用如下方法:

  1、在一定溫度的熟化室內放置,讓爽滑劑向膠水層遷移,減少爽滑劑在膜表層的量,也可以在稍高的溫度條件下使用,爽滑劑會失去一些作用。

  2、如果是爽滑劑析出太多造成的摩擦系數減小,可以大張力復卷幾次,讓內表層的爽滑劑轉移到外表層或導輥上一部分,以降低內表層摩擦系數。

  3、復合膜外表層是單面PET或OPP,如果摩擦系數較低,可以在不影響內表層的情況下進行打電暈處理。曾經處理過一種結構為PET//AL//NY//PE的復合膜,對PET層電暈處理后,外表層PET的摩擦系數增加了0.05左右。

  4、增加使用環境的濕度,環境濕度增加凝聚在復合膜上的水分會增加摩擦力,減少膜太滑造成的不利影響。

  5、增加與膜接觸的設備部件的粗糙度,增大摩擦力,減少因摩擦力小帶來滑膜和錯位的現象。

  6、使用時,適當增加放卷張力,增加阻力,避免滑膜和錯位。

  七、結束語

  復合膜摩擦系數主要取決于表層膜的材質,以及爽滑劑和開口劑等添加劑的作用,減少各種對添加劑發揮作用的不利因素,就可以獲得穩定摩擦系數。更多控制摩擦系數穩定的措施需要在生產實踐中不斷總結和積累,讓摩擦系數對復合膜生產和使用永遠發揮有利作用。

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