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谈谈复合包装膜摩擦系数的问题
时间:2014-04-01   来源: 包装前沿   阅读:3399次

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摘要:复合膜摩擦系数主要取决于表层膜的材质,以及爽滑剂和开口剂等添加剂的作用,减少各种对添加剂发挥作用的不利因素,就可以获得稳定摩擦系数。只有稳定的在某个范围内的摩擦系数才有利于生产。本文详细分析了控制摩擦系数的方法,并针对摩擦系数太大或太小的情况,介绍了补救的方法。

  复合包装膜摩擦系数是指复合膜之间或复合膜和其他物体表面之间的摩擦力与作用在其表面上垂直力的比值,它是一个没有单位的数值,其大小能反应膜膜之间或膜与物体之间在同样条件下摩擦力的大小,能体现出复合膜的爽滑程度。它是在一定加工或环境条件下复合膜固有的物理性能,只和内外表层膜的物质成分和膜表面粗糙程度有关。摩擦系数要适应复合膜后续的加工和使用,尤其是复合膜热封层的摩擦系数,它的稳定是复合膜生产过程中要控制的重要指标之一。很多复合膜生产企业对摩擦系数稳定、达标感到非常困惑,甚至摸索多年,始终找不到有效的解决办法。

  一、复合膜基材摩擦系数标准

  复合膜摩擦系数主要跟内外表层膜的非电晕处理面有关,相关国家标准规定了一部分基材膜非电晕处理面的摩擦系数值,比如:

  GB/T 20218-2006 « 双向拉伸聚酰胺(尼龙)薄膜»中规定BOPA≤0.6。

  GB/T 16958-2008 « 包装用双向拉伸聚酯薄膜»中规定BOPET静摩擦系数≤0.65;动摩擦系数≤0.55。

  GB/T 10003-2008 « 普通用途双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜»中未对BOPP的摩擦系数做具体数值规定。

  GB/T 4456-2008 « 包装用聚乙烯吹塑薄膜»中未做相关规定,建议由供需双方协商确定。

  GB/T 27740-2011 « 流延聚丙烯(CPP)薄膜»中规定CPP≤0.5。

  从以上有具体数值的标准来看,基本是规定了摩擦系数的上限值,在实际的使用过程中,很多时候使用者对摩擦系数的下限值也有要求。在包装膜使用过程中,摩擦力既是动力又是阻力,摩擦力既起正作用,也起反作用,如果摩擦系数过小,同样不利于复合膜的使用,这就是为什么有些标准对此没有数据界定的原因。

  目前使用卷材的自动包装设备速度不断提高,对复合膜摩擦系数的要求也越来越严格,对于高速包装机,复合包装膜摩擦系数指标误差标准一般为0.05,比如,客户对摩擦系数验收标准为0.3,测得的摩擦系数在0.25~0.35之间为合格,超出此范围,视为不合格。另外有些包装机需要高摩擦系数的包装材料,就需要特别工艺,有针对性生产,摩擦系数值就不能死板套用相关标准。

  二﹑摩擦系数的测试方式

  摩擦是发生在两个物体之间的,分为动摩擦和静摩擦,摩擦系数测定一般要借助物体之间摩擦力大小来测算。根据摩擦系数的物理定义,除了按GB/T 10006-1988 « 塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法»规定,我们可以列出几种测试摩擦系数的方式:

  1、手感测试

  为验证复合膜热封层之间或复合膜表层的爽滑性,手感测试是生产现场最简捷常用的方式,直接把复合膜对折,拇指和食指或中指用适当的力压着两层膜来回滑动,如果滑动很顺畅,阻力较小,就能说明膜的摩擦系数较小,反之说明摩擦系数较大。每个人的手感不同,人为主观因素较多,所以这种方法只能定性地说明摩擦系数的大小,对复合膜的摩擦系数不能定量,并且只能大致把握动摩擦系数大小,对静摩擦系数无法确定。有经验的软包装从业人员,用这种手感确定复合膜的摩擦系数方法非常实用,可以很快判定膜的适应性,包括对后工序使用的影响。

  2、斜面测试

  过去有一种简单实用的利用斜面坡度调整,让滑块下滑来测定摩擦系数的测试工具,把平整的复合膜样品完好地附在测试工具的斜面上,先把可手动或自动调节坡度的斜面平放,把滑块放在斜面可慢慢抬起的一端,缓缓抬起斜面,当滑块滑动的瞬间立刻停止斜面抬动,记下此时斜面的倾斜角度α,把斜面上滑块的重力G分解,垂直斜面的力为:N1=G*COSα;平行斜面的力为N2=G*SINα,根据摩擦系数定义,摩擦系数u=N2/N1=G*SINα/G*COSα=tgα,可以根据斜面的倾斜角度α的正切三角函数值确定摩擦系数值。

  这种方式测得的摩擦系数往往是静摩擦系数,动摩擦系数要根据不同材料和不同温度条件进行估算,一般把静摩擦系数减去0.01~0.05做为动摩擦系数。这种测试方法,仪器投资少,操作简单,不过精确度很差,滑块和斜面本身的平整度对数据有影响,不同操作人员的判定也有差别,因此误差特别大。

  3、拉力机测试

  软包装行业使用的万能拉力机,可以作为测试复合膜摩擦系数的工具。在拉力机上配备一个一端带定滑轮的平滑板,一个G=200g滑块,把要测试的复合膜样品紧紧地贴在平滑板上,并保持膜面平整,把滑块的纤维面或者是包了复合膜的膜面和平滑板上样品膜接触,滑块放在水平的板上,牵引滑块的细牵引绳通过定滑轮要与板平行,牵引绳绕过定滑轮后垂直接到拉力机的拉伸端,设定合适的牵引速度,比如100mm/min,当拉力机开始拉动滑块,在滑块开始滑动的瞬间,拉力出现峰值,此峰值为静摩擦力F1(单位为:g.f),然后滑块匀速向前,在此过程中,记录拉力机上显示的比较稳定的拉力值F2(单位为:g.f),这样按摩擦系数定义就可以算出复合膜对滑块纤维面或钢面或膜面的摩擦系数,静摩擦系数为:u静=F1/G,动摩擦系数为:u动=F2/G,此方法测试的摩擦系数相对比较准确,数值有一定的精确度,比较可靠。

  4、摩擦系数测试仪测试

  摩擦系数测试仪是针对材料动、静摩擦系数测试开发的仪器,操作简易性和数据准确性都大大提升,比如常见的广州标际 GM-4型摩擦系数测定仪就可以对复合膜动、静摩擦系数进行精确测试。此仪器有配套的控制软件,并可与电脑联机打印滑块运动曲线。配备标准滑块,测量精度可达0.001,并可实现在5~50℃温度范围内测试,LCD显示测试结果。仪器设定好测试参数后,只需把要测试的样品平整放在仪器的测试台面上,滑块放在测试位置,按仪器自动校准按钮,然后按测试按钮,仪器启动,滑块滑动一定距离会自动停止,在仪器的显示结果位置会分别显示出样品的静摩擦系数和动摩擦系数。目前,专业的摩擦系数测试仪不但准确度很高、操作简单,还可以自动显示测试结果,自动保存每次测试数据,便于检索,实现联机打印测试报告,很多复合膜加工企业已引进了专业的摩擦系数测试仪。

  通过对复合膜摩擦系数的测试,就可以以此为据,选择要添加的开口剂、爽滑剂的种类和含量,就可以控制和调节膜材的爽滑性,以达到使用要求。

  三﹑摩擦系数对复合膜使用的影响

  摩擦系数是衡量复合材料滑动特性的指标,复合膜表面爽滑性影响摩擦力,摩擦力对于复合薄膜使用来说非常重要,不同用途的包装材料对摩擦系数有不同的要求。在使用过程中的摩擦力既是动力也是阻力,摩擦系数波动就会带来摩擦力变化,所以必须要把摩擦系数按要求稳定在一定的范围,才能保证复合膜顺利使用。

  1、复合膜摩擦系数太小,收卷时复合膜内表层和外表层的静摩擦力就会很小,这样当收卷米数逐渐增加时,卷径会越来越大,摩擦力就不能支撑膜收卷整齐,就会让膜的端面一面突出,一面凹陷,形成常见的“窜卷”,非常不利于后工序加工或使用。如在分切工序,切出的膜材宽度小,比如成品膜宽在60mm以下,到较大卷径时,从机器上卸料要平放或者搬运的时候,会造成散卷,散卷后处理就很麻烦,不但费时费力,还会浪费很多材料。为增加摩擦力,防止收卷不齐或散卷,只有增加收卷张力,但张力过大又会带来其他的质量问题。

  2、自动包装用复合膜卷材,一般要求内层摩擦系数比较小,而外层摩擦系数适中。内层摩擦系数太小,就有可能引起制袋成型时叠料不稳定而产生图案错位。外层摩擦系数太大会引起包装过程中阻力过大致使材料拉伸变形,太小会引起拖动时打滑,电眼跟踪和切袋错位。

  3、在制袋时,如果复合膜摩擦系数太小,膜与设备导辊之间的摩擦力就很小,这样复合膜在机器上就会滑动,造成电眼跟踪错位,制袋图案偏差,袋子长短不齐等,不良品比例大大上升,甚至无法生产,如果摩擦系数太大,膜与机器部件摩擦力很大,造成机器对材料拖动困难,也就是常见的膜在机器上拉不动,严重的会把膜拉断,同样不能正常生产。

  4、摩擦系数过大造成袋子开口困难,特别是手工包装的大容量袋型。尽管袋子开口性是否良好,不完全取决于复合膜热封层的爽滑度,但如果膜的热封面爽滑度不好,相反外表层很滑的话,人工开袋口就很困难,大大影响包装效率。袋表层摩擦系数太小,袋子与袋子之间就会很滑,扎袋非常困难,有时扎在一起的袋子还会轻易散开,需要重新整理,这会让制袋工非常苦恼。

  所以,复合膜的内表层和外表层的摩擦系数要选择合适,这样才能保证复合膜的稳定使用。

  四﹑影响摩擦系数的因素

  对于复合膜的摩擦系数,影响因素较多,主要有内外表层基材膜的性质。加工时,外界因素使内外表层基材膜的性质发生变化,一是成分发生改变,或者是表面状态发生了改变。复合膜的摩擦系数除了和内外表层膜的物质成分有关,还与加工基材膜使用的爽滑剂和开口剂有关,一般情况下复合膜摩擦系数不稳定与所添加爽滑剂、开口剂的类型、添加量、迁移方向和迁移量有关。爽滑剂的作用是在塑料薄膜的表面再增加一层润滑剂,使其表面的摩擦系数降到需要的数值,爽滑剂有效成分如芥子酸通常是有机物。开口剂的作用是将薄膜的表面从原来极其平整光滑的状态变为“凹凸”不平的状态,当两片薄膜靠近时,消除了接触的紧密性,开口剂有效成分如二氧化硅粉末通常是无机物,这两种添加剂作用原理不同。但开口剂防止膜粘连的同时,也会使摩擦系数下降。引起复合膜中爽滑剂和开口剂变化的因素通常也是影响摩擦系数的原因,比如:

  1、添加剂对摩擦系数的影响

  在塑料膜制作过程中加入添加剂(爽滑剂、开口剂)是一种调节塑料膜表面摩擦系数的常见方式。爽滑剂分为内爽滑剂和外爽滑剂:内爽滑剂促进聚合物大分子链或链段相对运动,从而改善物料大分子流动性,外爽滑剂是与聚合物基团相容性较差的极性有机化学物,它的分子运动到膜表面,形成油性润滑物,可起到增加薄膜表面爽滑性的作用,降低膜表面的摩擦系数。开口剂主要是粒径很小的固体粉末,加进薄膜表层可以形成“凹凸”,这样薄膜层与层接触时面积减少,相对滑动时阻力减小,它也可以有效降低摩擦系数。内层材料的开口剂和爽滑剂的添加量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都会影响复合膜摩擦系数。

  2、膜表面的物质结构影响

  不同类型的塑料膜物质结构不同,有的膜面光滑相互滑动的有效接触表面大,滑动困难,这样的膜摩擦系数大。有的膜表面粗糙,膜面贴近后相互之间有些间隙,相互滑动较容易,这样的薄膜表面摩擦系数较低。所以不同的膜要有选择性地添加助剂。

  3、高、低温使用对摩擦系数的影响

  薄膜在使用中温度条件可能不一样,超过30℃往往会使摩擦系数逐渐变大,因为常用的润滑剂已接近其熔点而变得粘结,大大增加摩擦系数,再如复合膜熟化温度太高,爽滑剂熔融,在高温下失去作用,高温蒸煮用的RCPP,长时间高温熟化,容易造成摩擦系数增加。在低温条件下使用,添加剂析出影响摩擦系数,比如,低温条件下PE膜的爽滑剂析出比较严重,摩擦系数也会因此变小。

  4、胶水过多渗透到复合膜内表面

  如果热封层较薄,或电晕处理过度等,胶水渗透的量就会增大,这也会影响到摩擦系数。有资料显示:经过复合工艺之后,基材膜摩擦系数会上升大约0.1~0.2,原因就是粘胶剂吸收爽滑剂,并且生产过程中复合机各个导辊会粘掉一部分爽滑剂。

  5、异物过多附在复合膜上

  异物包括空间湿度大时,在复合膜上凝聚的水分和粉尘等,如果湿度大,水分会过多凝聚在复合膜上,更多的时候是从卷膜端面向内渗透,这样会增大膜的摩擦系数。粉尘过多的情况下,粘性的粉尘会增大摩擦系数,类似爽滑剂或开口剂的粉尘会减小摩擦系数。

  五﹑如何保持摩擦系数稳定

  因影响复合膜摩擦系数的因素很多,要保持其稳定就要多角度考虑。为了复合膜的顺利使用,除了要控制膜本身的摩擦系数,还要在使用时有稳定的温湿度条件,同时也不能忽略和膜接触的设备部件的表面状况。

  1、根据实际情况,确定摩擦系数标准,选择合适的爽滑剂和开口剂,并使基材膜的原料配比保持稳定,生产工艺条件标准化。

  2、使用前预留标准的冷却或滞留时间,让复合膜中的爽滑剂发挥作用。比如PE膜刚生产出来就不能马上进行复合,这时爽滑剂还没完全析出,同时复合后部分爽滑剂还会向胶水层迁移。如果放置时间太长,爽滑剂比例大,过多析出也影响到摩擦系数,不利后续使用。

  3、根据爽滑剂的特点确定复合膜加工的温度条件,稳定复合膜使用的空间温湿度条件。比如有机的爽滑剂的特性,温度降低时它会向薄膜的表面迁移,使得薄膜表面的摩擦系数下降;温度升高时它会向薄膜内部迁移,造成薄膜表面的摩擦系数上升。

  4、为了减少温度对有机爽滑剂析出和迁移的严重影响,保持摩擦系数稳定,可在原料配方中加入适量的无机开口剂。

  5、根据实际需要的摩擦系数,严格控制熟化条件,包括熟化时间和温度。避免因熟化条件不稳影响添加剂的析出和迁移。

  6、选择和添加剂反应稳定的胶水,根据实际经验确定胶水型号和表层膜添加剂比例良好的搭配。因为不同的胶水对添加剂的吸附度不同,比如同一种配方的PE膜和不同的胶水复合后,PE膜的摩擦系数会有不同。

  7、高温条件下使用的复合膜,应加耐高温的爽滑剂,或适当增加有机爽滑剂的量,减少温度对摩擦系数的严重影响。

  六﹑摩擦系数失控的补救措施

  同种复合膜,有时会突然太滑或太涩,这种问题是有多种原因造成的,如果出现这种摩擦系数失控的情况,就需要生产企业想法补救,避免损失。摩擦系数失控会影响膜的正常运用。

  如果摩擦系数过大常用如下补救方法:

  1、喷粉:在专用喷粉机上对膜进行撒粉处理。固体细粉在膜表面起到易开口和爽滑的作用。这是减小复合膜摩擦系数最常用的方法。喷粉设施可以单独使用,也可以放在复卷机、品检机、挤出机或制袋机上。根据需要的摩擦系数可以选择合适的喷粉量。

  2、选择一定的低温环境放置,放置一段时间,让爽滑剂充分析出,然后再使用。

  3、如果单层基材膜摩擦系数过大,确实无法使用,可以回收重做。

  4、减小制袋机或包装机导辊的粗糙度,尽可能减小膜与导辊的摩擦力,弥补摩擦系数大的缺陷。

  5、对卷膜进行小张力复卷,减少膜与膜之间的贴合力,减小因摩擦阻力大的影响。

  如果摩擦系数过小可采用如下方法:

  1、在一定温度的熟化室内放置,让爽滑剂向胶水层迁移,减少爽滑剂在膜表层的量,也可以在稍高的温度条件下使用,爽滑剂会失去一些作用。

  2、如果是爽滑剂析出太多造成的摩擦系数减小,可以大张力复卷几次,让内表层的爽滑剂转移到外表层或导辊上一部分,以降低内表层摩擦系数。

  3、复合膜外表层是单面PET或OPP,如果摩擦系数较低,可以在不影响内表层的情况下进行打电晕处理。曾经处理过一种结构为PET//AL//NY//PE的复合膜,对PET层电晕处理后,外表层PET的摩擦系数增加了0.05左右。

  4、增加使用环境的湿度,环境湿度增加凝聚在复合膜上的水分会增加摩擦力,减少膜太滑造成的不利影响。

  5、增加与膜接触的设备部件的粗糙度,增大摩擦力,减少因摩擦力小带来滑膜和错位的现象。

  6、使用时,适当增加放卷张力,增加阻力,避免滑膜和错位。

  七、结束语

  复合膜摩擦系数主要取决于表层膜的材质,以及爽滑剂和开口剂等添加剂的作用,减少各种对添加剂发挥作用的不利因素,就可以获得稳定摩擦系数。更多控制摩擦系数稳定的措施需要在生产实践中不断总结和积累,让摩擦系数对复合膜生产和使用永远发挥有利作用。

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