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如何控制直立袋的制袋质量
时间:2013-10-16   来源: 包装前沿   阅读:4950次

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摘要:直立袋也叫自立袋,是目前软包装市场上很常见的一种包装袋形,除了规则的长方形的袋形也有不规则的异形袋。制袋是直立袋生产最重要的一环,袋子的成型要制袋来实现。本文重点分析了直立袋在制袋过程中如何保证质量,尤其是如何保证热封质量、避免渗漏和破裂、抗压、抗跌落、耐热、耐冷及耐酸碱腐蚀、合理的设计容量、杜绝外观不良等控制要点。
 
直立袋也叫自立袋,是目前软包装市场上很常见的一种包装袋形,除了规则的长方形的袋形也有不规则的异形袋。有上部加焊塑料吸管的,也有在上部加塑料拉链的,还有可直接热封口的。直立袋一个共同的特点是袋子下部有内折的底条,没有灌装前此底条内嵌于上下两层身料之间,灌装后,底部会被内容物撑开,袋子底部伸展后,竖直放置袋子就可立起来,有非常好的展示效果。直立袋特别是加吸管的直立袋生产过程与其他软包装材料略有不同,要经过印刷、复合、分切、制袋和接管工序。制袋是直立袋生产最重要的一环,袋子的成型要制袋来实现。本文将讨论直立袋在制袋过程中如何保证质量,尤其是如何保证热封质量,避免渗漏和破裂,这也是保证直立袋功能性要求的重点。
     
一、热封
目前塑料软包装制袋的封合方式主要为热封合,有特殊工艺或特殊要求的会辅助使用超声波封合或脉冲封合。热封是对材料加热、加压力和封合时间三者共同作用的过程,高温的金属封刀接触复合膜,传递的热量把热封层熔融,在熔融状态下的高聚物分子经过热封刀的压力,并保持一定的接触时间,上下两层具有热封性的薄膜可融合在一起,冷却定型后就能保持一定的热封强度。针对热封合不良,主要表现为热封过度、热封合不足、热封位置错误和热封外观不良等。对于直立袋来讲,热封合的部位有两层膜的地方也有四层膜的地方,有对底部材料冲孔部位的热封,也有对袋子底部进行弧形或梯形热封,直立袋热封的部位和热封形状稍显复杂,对热封的要求也很高,如异形直立袋的热封,除了要保证异形热封模具形状符合,还要能和袋子的图案设计吻合,比普通三边封和中封袋复杂。
    1、热封过度
热封过度主要是热封温度过高加上机速慢,或者是温度高加上压力太大造成,而机速慢、压力大时,只要温度适当,一般不会造成热封过度的现象。热封过度会带来包装袋外观和特性的异常。比如外观方面,膜表层出现烫糊、发生皱痕、热封边断裂等。同时热封过度会造成热封层材料严重破坏,材料失去韧性,封合强度变低,也就是大家常说的“脆断”。这种情况也会降低袋子的抗压性能,解决热封过度要从以下几方面考虑:
(1)根据袋子热封层的起封温度和膜的厚度,先初步选定封刀的温度。比如热封层为一定厚度的PE膜或CPP膜,要根据复合膜的总厚度和热封层的厚度选定各个热封合位置的热封温度,如果初选温度过高,就有可能造成热封过度。要注意的是同为PE膜,或因成型工艺不同或配方不同或回收料添加的比例不同,即使同样厚度的材料,适合的热封温度也会有较大偏差,甚至会达到20℃以上的偏差。
(2)热封温度选定后就要在制袋机上试验,选定适当的热封压力和机速,如果压力过大和机速过慢,也会造成热封过度的问题,严重时会把复合膜表面破坏。
(3)同一部位热封次数太多,包括单独热封(如点封和弧形封)和重合热封(如边封)。直立袋热封位置较多,热封部位复杂,同一位置只进行一次热封,往往满足不了热封强度或密封性的要求,或者为保证密封性要求,提高了温度和加大了热封压力,带来热封层脆化,抗压性能却下降了。为保证热封部位的材料不被严重破坏,对同一部位的热封次数不可超过三次,同一位置多次热封,要适当降低热封模具的温度和压力,以保证袋子有良好的综合性能。
(4)热封刀上的隔热布和下垫的硅胶板异常。如果隔热布因使用时间长而破损或下垫硅胶板过硬,封刀对热封层材料的冲击就会变大,造成热封过度,使其强度变低。所以热封刀上的隔热布要即时更换,硅胶板的硬度要适合热封材料。
(5)冷却不及时、不充分。热封完成后需要有及时充分的冷却,因余热过多,除了影响热封强度,还会带来热封边内沿的虚封现象,虚封就是热量传递到封刀旁边热封层,把热封层熔融,在没有足够压力的情况下发生封合。虚封会影响封合的外观和直立袋的容量。避免虚封就要缩短热封刀和冷却刀的距离,并保证冷却水的温度保持在18~25℃,以冷却模具上不产生大量水珠为宜,来满足冷却的要求。
2、热封不足
    热封不足主要是封合不牢,达不到封合强度标准,主要原因有以下几点:
   (1)热封温度低,热封层熔融不充分。
   (2)封刀压力不足或两边压力不均衡,通常情况为机器拉杆轴承磨损或模具上弹簧伸缩力度调整不当造成。
   (3)机速太快,热封时间不足。
   (4)封刀磨损或封刀不平。
   (5)热封层之间有异物,比如有薄膜的析出物、薄膜的碎屑以及打孔的碎片等。
要解决热封不足的问题,除了要根据热封层材料的特性,选择合适的加工温度、压力和热封时间外,还要点检机器关系到热封性能的关键部位,保证热封刀表面平整,隔热布完好以及机器部件正常,同时注意热封层的卫生性,避免有异物出现在热封部位。
3、热封位置错误
热封位置错误主要指热封边的宽度异常和热封刀位置偏差。按照袋子的规格和热封边的尺寸要求,热封的位置基本是固定的,如果因跟踪电眼异常或制袋机上走膜不顺畅,特别是底部封条出现叠合错位,会造成热封位置错误的情况,影响热封位置的原因有以下几种:
    (1) 复合膜的摩擦系数过高或过低,也就是复合膜太涩或太滑,造成复合膜在制袋机上走膜不畅。复合膜摩擦系数除了膜本身胶粒型号影响之外,单层膜所使用的添加剂、印刷油墨、复合胶水和膜的厚度等对此均有影响,需要通过实际的制袋适应性来确定膜的配方和辅助材料的使用。
   (2)制袋机电眼跟踪异常。当电眼找不到或不能连续稳定地找到光标,跟踪不正常时,制袋热封位置会发生变化,也就是不能热封到设定的位置。电眼跟踪异常主要原因除了电眼本身有问题即电眼故障,或调整方法有误以及电眼工作状态选择不当外,还跟复合膜上光标的颜色对比深度及间距有关。比如光标设计不合理,可用的扫描区过小或颜色太浅,光标与周围颜色对比不明显等。另外,光标间距有变化,由于印刷、复合工序拉伸、收缩的影响,原来设计的图案间距已发生了变化,特别是不规律的变化,与实际输入的尺寸不一致,就会带来电眼跟踪异常。
 (3)模具两端压力不均衡。模具两边压力不均,会使复合膜在制袋机上走膜不畅,热封位置和袋子尺寸发生异常,为避免此问题就要有方法测试模具压力,并保证压力均衡。
 (4)热封模具位置错误。主要原因是制袋调机过程中没有把模具调整到正确的位置,并且发现异常后没有即时调整到位。
 (5)对于底部材料错位,主要是针对直立袋底料在制袋机上单独放卷,底料和身料已在分切机上分离,制袋机上卡位的卡条、卡夹和导辊上限位的挡板不足够,不能保证走膜顺畅。如果上下两层身料有直接封合的地方,底料就会隐藏其中,当灌装内容物时,袋子底部不会张开,也就不能直立,也就成了三边封的形态。如果制袋时底料和身料没有分切开,就像风琴袋的折边一样折进去,就不存在底部材料错位的问题。不过,要使用底部折料还要看制袋机的放卷部和走膜通道的构造是否合适。
 (6)复合膜的厚度不一致以及荷叶边等情况。
   (7)制袋前复合膜的收卷松紧度不适合。收卷太紧或太松都会影响走膜顺畅,要根据制袋实践来确定分切机收卷的初始张力和锥度,如果卷膜分切收卷时上面有压辊,压辊两端压力要尽可能均衡。
 4、热封外观不良
主要包括:封边起皱、封边起泡、封边翘起、热封刀模纹不清晰和封边有脏污等。
(1)封边起皱
封边起皱在企鹅包制袋中十分常见,影响的因素也较多,主要有:封刀或硅胶板上的隔热布不平整;复合膜厚度不均,偏差较大;上下两层膜热封时张力不一致;上下两层膜的叠合不齐;热封温度太高等。
  (2)封边起泡
   封边起泡的主要是因为复合膜本身的质量引起,如在含有尼龙薄膜的材质结构上进行热封时,尼龙膜吸潮就会产生热封气泡。热封压力不平衡和热封模具不平整也会带来气泡,还有就是复合膜内残留溶剂太高。
 (3)封边翘起
   封边翘起的原因: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应力的影响;复合胶水熟化不充分,或者是固化剂添加量不足以及熟化时间不够;复合膜的热收缩性太大等。封边翘起有时也会使袋子热封边沿没有热封的部位凹凸不平,出现皱皱巴巴的现象。
 (4)热封刀模纹不清晰
出现这种情况时,主要考虑热封压力或温度不足;冷却模接触不好或冷却时间不足;热封刀的边缘不整齐、有磨损;使用时间长,隔热布上的纹路已磨平等。模纹不清晰一方面影响外观,另外也可因此判断热封不足。
(5)封边有脏污
   封边有脏污,除了复合膜本身制袋前被污染外,也有可能是热封模具粘上了碳化的塑料,模具压在复合膜上后,把赃污转移到了封边处,对热封模具上的污物要即时清除。
以上封边外观不良的影响因素主要为热封参数、热封模具和复合膜本身的问题,找准原因便可加以针对性解决。
5、前工序原因和材料异常带来的热封不良
除了印刷、复合、分切、收卷等生产工序对热封有影响,还有使用材料本身对热封的影响。
  (1)复合强度低,造成封合时复合膜离层,从而影响到热封强度。目前直立袋复合膜大多含有AL箔或镀铝材料,如果包装液体物品,为保证复合强度,各个复合层之间的粘合剂一定要有足够的干基涂布量,每层均不低于3.5g/㎡。如果包装固体粉状物,如果密度不太大,能达到3.5g/㎡的干基涂布量就可以了。
 (2)在复合与熟化过程中,粘合剂渗入薄膜内部,影响热封强度。
 (3)复合膜中的粘合剂熟化不充分,热封合后封边出现翘起,同时热封强度也会较低。
 (4)热封层的热封面有电晕,造成不能有效封合。
 (5)因热封层有过量爽滑粉或添加剂析出,造成热封后强度不足。
 (6) 热封层的挺度和韧性不适宜,主要和树脂特性有关,需要选择合适的树脂型号及配方要求。 
 (7)复合膜的厚度不足或厚度不一致,厚度不足可能会带来热封强度不足;厚度不一致除了会造成复合膜在制袋机上走膜不顺畅外,还可能会带来点封的渗漏以及热封位置异常等。
 (8)热封层加工工艺影响,如回收料添加过量或吹膜工艺选择不当。 如果吹膜时使用了过多回收料,回收料经过了多次热降解,其热封温度大大提高,混入主料中会改变热封层的热封性能。对于常用的吹塑热封薄膜基材来讲,其热封性能除受树脂型号影响外,还受挤出温度、吹胀比和牵引比、冷凝线等加工参数的影响,比如吹胀成型热封膜的热封性能将随挤出温度的升高、氧化程度的升高而降低。
 (9) 油墨的耐热封性不良,导致热封部位薄膜的复合强度降低,从而影响到热封强度,选择油墨除了满足热封要求外,还要能耐热和耐冷,以便保证包装袋的功能,油墨使用要注意在热封合部位不要印刷非常厚实的金属型油墨。
二、点封渗漏
尽管点封渗漏与热封不良有一定关系,但点封是直立袋生产比较特殊的部位,直立袋生产对点封的要求特别高,也是最容易出现密封不良的地方。
包装袋正、背面和底部分条结合处和分条打孔处都要进行点封处理,主要是增加封合的牢固性和对打孔密闭。点封出问题,往往会带来内容物渗漏,所以点封处理要保证袋子密封性的要求。解决点封渗漏和抗压漏气从以下几方面入手:
1、可以从热封模具上考虑,优化热封模具设计方案,在点封部位增加一次热封。
2、温度设定要适当,不可过高和过低,针对材料结构和厚度,配合热封压力和机器速度,选择合适的温度设定。
3、除封合温度外,综合考虑来确定合适的加工工艺参数,尤其是压力参数,大多数制袋机是没有数据显示的,只有通过曲轴拉杆拉动模具座上下移动,再加上弹簧的拉伸和收缩来控制模具压力。调压力也是通过压紧弹簧或放松弹簧来实现,都是机长凭经验和观察袋子热封状况来调整,人为因素影响非常大。因此可用测压器定期测试每组模具弹簧压力数据,把加工压力数据标准化,并把每种不同材料规格所使用的温度、压力、加工速度等数据统计一段时间,找出最优化的参数,并让工艺条件稳定。
4、定期保养机器参与热封的各个部位,确保机器性能稳定,特别是和加工温度、压力、速度有关的部件,要定期校验,如果机器连续运转,这些关键部位的校验要在三个月左右进行一次,适时调整偏差。
5、每日点检要落实到位,硅胶、隔热布要适时更换。
6、保证各组热封模具的重合位置没有偏差,重合部位恰当。
7、避免冲孔错位,如果因走料不顺畅和电眼抓位发生出偏差,在侧边条上的冲孔位置就可能发生偏移,点封后袋子正背两层复合膜不能完全覆盖冲孔位,内容物就会从冲孔处渗漏。
8、防止打孔碎片夹杂在点封的附近。如果打孔的碎片没有及时被吸掉,或者根本没有完全打穿,打孔碎片会影响热封的效果,同样会造成点封的渗漏。
9、点封的温度和压力要适当,避免点封力度过大造成点封边缘复合膜剪切式裂开,这种情况是渗漏问题的隐患。
检测直立袋点封是否渗漏,有两种简易的方法:一种是用活性渗透剂打入袋子内部的点封处,静止放置30min,如果渗透剂从袋子内部沿点封位置渗透到外面,说明点封密封性不良,反之说明密封良好。另一种是在袋子内部充入一定量的空气,然后封口,把袋子放入水槽中,用外力压迫袋子,在一定的压力下,点封周边的水里没有气泡冒出,也可证明密封良好。
三、抗压
液态包装的直立袋制袋性能的重要一点是抗压,如果制袋的封合强度和密封性满足不了抗压的要求,就会带来产品的功能性缺陷。抗压特性的标准,要根据袋子容量来确定,根据个人的经验,40ml以上容量的直立袋一般至少要满足40kg 以上、1min的耐压条件。这个标准除了保证袋子在灌装内容物时不被撑破,还可以保证在运输和储存时如有外界作用力,也不会造成破袋,导致内容物泄漏。检测抗压特性,通常把袋子装了设计容量的水或实际内容物,外界压力直接静止作用到袋子上,来确定袋子的承受能力。真空负压测试也是检测袋子密封性和耐外力破坏性能的一种手段。就是把袋子密封后(袋内可以有少量空气),放入一个可以抽真空的水槽中,当负压达到一定值时,如果袋子密封不良,袋内的气体就会向外冒出,在水槽中出现气泡,所以用负压方法也可以检测袋子的密封性。影响袋子抗压性能或耐负压性能的因素通常有以下几点:
1、热封不良,如前面所述,包括热封过度、热封不足、热封位置错误和点封异常等。避免热封不良是保证直立袋抗压的基本要求。
2、容量设计和复合膜厚度不匹配,特别是热封层的厚度影响。比如热灌装的直立袋为150ml容量,热封层PE或CPP的厚度不低于70um,随着容量的增加,热封层的厚度要相应增加。为保证热封状况良好,大容量包装比如500ml的直立袋热封层厚度也不要超过130um,热封层太厚,也容易出现热封不良的问题。
3、底部折条尺寸设计和袋宽、袋长不匹配。直立袋要根据容量设计袋长、袋宽和底部折料的宽度,底部折条的宽度除了要保证直立袋在充填到设计容量能够站立,还要保证抗压性能良好。这一点要根据容量、膜厚和内容物多方面考虑,综合各种因素,在实践中确定底部折条的宽度。
4、热封边的宽度不足。直立袋封边宽度为5~8mm,如果由于设计时就偏小或热封边修边异常,造成热封边的宽度太小,比如小于3mm,一定会影响抗压,特别是底部身料和底部折条的封合宽度要保证4mm以上。但是边封宽度超过了12mm,就和袋子整体外观不协调,会影响到美观。
5、复合膜的拉伸强度不满足要求,要在保证其他性能的前提下适当提高复合膜的拉伸强度。
6、在制袋热封区域复合膜层间的剥离强度急剧降低,复合膜抗压分层后渗漏或破裂。主要原因是油墨或粘合剂的耐温性能差,或者是薄膜与油墨、粘合剂的匹配出了问题。
提高抗压和抗真空负压的强度是制袋过程中必须要考虑的,袋子尺寸设计要科学合理,并在制袋过程中保持这个尺寸,尤其是有隐蔽性的底部折条尺寸和位置一定要保证,同时要有良好的热封也至关重要。
四、抗跌落
   影响直立袋抗跌落性能的因素类似其抗压性能,主要从热封状况、袋子规格设计和复合膜的物理性能来考虑。跌落测试要在包装袋内灌装与设计要求一致的水或实际内容物,按一定的高度做自由落体跌落,一般情况下,设定的高度不低于1m,做侧边和底部着地的碰击,再检查是否有渗漏和破裂,最容易出问题的地方是袋子弧形封底部和点封位置。要增强抗跌落性能,可选用抗跌落的热封材料,尤其是添加了茂金属或共挤工艺生产的热封材料。耐高温蒸煮的RCPP做热封层的直立袋,在蒸煮后抗跌落性能会明显变差,检测时要多加注意。
五、耐热、耐冷及耐酸碱腐蚀
   针对液态内容物,直立袋需要耐热、耐冷及耐酸碱腐蚀测试。这是因为在特殊条件下,直立袋分层渗漏的主要原因是材料选用不当,材料包括薄膜基材、油墨、溶剂、粘合剂等,制袋工艺对分层渗漏的影响较小,除非热封过程出现异常,热封强度低加上外界条件影响造成渗漏。所以企业要根据企鹅包的内容物和使用条件来选定合适的材料,尤其注意在超过121℃高温蒸煮灌装时,对材料和热封的要求更高,必须保证制袋过程不出现热封异常。当直立袋需要在耐热或耐冷条件下使用的,对直立袋热处理或冷处理之后的性能指标也要单独测试,如果制袋后只在常态条件做了测试,有时常态下的性能指标和冷、热处理后的指标有很大差别。常态情况性能指标良好,并不代表特殊条件下袋子能正常使用,这一点要特别注意。
六、容量问题
直立袋容量也是制袋要控制的一个重要的项目。目前常用的液态内容物容量范围在40ml~500ml之间。我们设计时首先要确定灌装容量和成品标注容量之间的关系,比如直立袋成品标注容量为150ml,那么我们在设计袋型的时候,就要按制袋成型后焊上吸管、自然状态下能灌装容量180ml来设计,成品的标注容量应占可灌装容量的75%~85%。二者之间的关系如何确定,主要是依据灌装机的灌装气压、灌装速度和灌装内容物的温度对包装袋的影响来决定,总的原则是当灌装到标注容量时,料液在有充填压力的情况下也不会从袋子内喷出,不会大量粘在管口,以便于旋盖密封。另外,要注意袋子灌入标注容量的内容物后,袋子的膨胀要恰到好处,底部能完全张开,袋子上部没有太多空间,以便于有良好的展示效果。袋子的实际可灌装容量也会受制袋过程的影响,如制袋切袋后尺寸错误、送料过程中底部折条尺寸发生了变化、热封后封边虚封较宽或者灌装时袋子底部不易完全打开甚至打不开等因素的影响,因此,制袋完成后必须对袋子的容量进行确认,以免容量出现太大偏差。
   七、外观不良
制袋工序也会带来一些外观问题,如尺寸不准、切边不齐或毛边、切角不良等。
1、尺寸不准就是制袋的长度和宽度不满足规格要求,或者各个袋子尺寸不一致。造成尺寸不准的原因除了机器本身的原因外,还与操作者调机的技术有关。直立袋在制袋时多是横向出袋,长度调整只是调修边刀的位置,没有技术难度,只需要细心和熟练。但袋宽偏差的影响因素较多,要控制好就需要一定的经验。袋子宽度偏差主要原因首先是机器制袋长度定长系统误差较大,不管是机械定长或光电定长都与热封频率、机器走膜系统和切刀系统相互关联,它们通过机械部件和光电眼联系在一起进行协调同步工作,其中任何一个部位出现误差,就会带来袋子长度偏差。其次是复合膜光标异常,要么是颜色问题,要么是间距问题。另外还有机器速度的影响、张力的影响等。
2、切边不齐或毛边,主要是切刀和材料的问题,如切刀磨损不锋利,切刀的压力弹簧压力不足;要切开的热封边冷却不充分,或热封层所用树脂粘韧性强等。如果直立袋底部切边不齐,充填内容物时,可能会带来袋子底部不能张开,这样不但达不到设计的容量,直立袋也不能站立。
3、切角不良,直立袋制袋完成后四个角均为直角,为安全和美观,通常要把直角修成弧形,人工切角最容易出现的问题是,切角弧度偏大或偏小,没有完全切掉或切破弧形边等,现在通过在线的模切机可完全解决此问题。
总结
直立袋制袋关键在热封,保证热封的正常,才有可能满足袋子的功能性要求,客户在使用过程中经常出现的问题通常是热封异常造成的。保证直立袋的高品质,除了精良的制袋设备、合格的复合膜还要注重制袋过程中的一些细节,要不断实践,不断总结经验,才能保证直立袋制袋质量稳步提高。
 
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