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挤出复合剥离强度的影响因素
时间:2013-05-02   来源: 包装前沿   阅读:9883次

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    1.引言
    随着我国软塑包装工业的快速发展,挤出复合设备技术性能的不断提高,涂覆级树脂如LDPE、PP等及复合黏接级树脂EVA、EMA、EAA等的不断开发,挤出复合工艺以成本低、无残留溶剂等优点,逐步被广大软塑包装企业所接受。挤出复合工艺将树脂经高温熔融、塑化、混炼,从T模头定量、定压流延挤出后,形成的膜直接与另一薄膜结合成复合材料。而挤出复合工序中剥离强度低是困扰众多软塑包装企业的难题,笔者根据生产实践,就剥离强度的影响因素与包装同行共同探讨。
    2.影响因素
    2.1树脂塑化混炼程度
    挤出复合是将热塑性树脂如LDPE、PP、EVA、EMA、EAA等加入料筒,在螺杆的作用下,经压缩区高温熔融成黏流态,在均化区高温、高压、高剪切条件下,进一步塑化混炼均匀,随着螺杆的推动而被定压、定量、定温地经T模头持续均匀挤出。树脂的塑化混炼程度是影响挤出复合剥离强度的主要因素之一。树脂塑化混炼越充分,复合后剥离强度越高。通常采用以下方法增加树脂塑化混炼程度:
    (1)选用熔体流动速率(MFR)较大的树脂
    树脂的熔体流动速率(MFR)如果太小,则加工性、融合性较差,不能与基材很好地复合,复合牢度下降。熔体流动速率越大,流动性越好,塑化混炼效果越好。但MFR太大,则挤出薄膜发生边厚现象。故宜选用MFR为8g/10min左右的树脂。
    (2)适当提高加热温度
    挤出机加热温度和T模温度的控制极为重要。加热温度低了,树脂塑化不良,从T模流延下来时,就不能很好地与基材复合,复合牢度下降。压缩区、均化区加热温度越高,树脂塑化混炼越充分;加热温度要分区控制,比如均化区温度高于压缩区温度;但温度过高树脂易分解、焦化。加热温度的设定要根据树脂种类及其熔体流动速率(MFR)来设定。如牌号为1C7A的LDPE树脂,其加热温度在300℃~325℃范围内设定。
    (3)适当提高熔体压强
    熔体所受压强越大,塑化混炼就越充分;增加熔体压强,常采用增加滤网层数或目数的方法。如牌号为1C7A的LDPE树脂采用目数分别为85、110、85的三层滤网,使熔体压强在1.2MPa~1.4MPa范围内。
    (4)适当提高螺杆转速
    螺杆转速越大,单位熔体所受螺杆剪切次数越多,塑化混炼就越充分。但螺杆转速增大,挤出薄膜厚度增加,涂覆速度也应增加。故应注意螺杆转速、涂覆速度与挤出薄膜厚度三者的匹配。
    2.2树脂的氧化程度
    黏流态树脂经模唇挤出到接触基材的过程中,被空气中的氧气氧化而产生极性,提高挤出复合剥离强度。气隙即模唇到两薄膜(即挤出薄膜与基材)复合线的距离。气隙大,有利于热熔膜表面氧化增加极性基团,从而使复合牢度增大。但气隙过大,热损失就大,贴合时温度降低,从而会降低剥离强度。气隙一般在9cm~12cm范围内调整。
    2.3树脂温度和厚度
    与基材接触时的树脂温度高,则剥离强度高。通常采用提高T型模头温度的方法,来提高树脂温度。但模头温度过高,则挤出薄膜发生边厚,且易使模唇发生氧化、树脂发生炭化和烫伤被复合薄膜现象。T模各区的温度控制不均匀,还会出现复合膜横向牢度差;T模两侧区域温度高于中间区域温度。T型模的加热温度控制到塑料出现冒少量白烟状态即可。如挤出牌号为1C7A的LDPE树脂时,模头各区温度在323℃~328℃范围内设定。
    在挤出复合中,挤出的树脂熔融膜主要起热黏合作用,黏合的机理是熔融树脂大量的热量及与基材的亲合性。如果挤出的复合层太薄,热量和强度都不够,会造成剥离牢度低。一般要求涂覆膜厚度在18μm~20μm范围内。
    2.4挤出薄膜在高温状态与基材接触的时间
    树脂经模唇挤出后,其在高温状态与基材接触的时间越长,剥离强度越高。如果模头偏向冷却复合钢辊的位置,则挤出的热熔膜在接触基材前已经受到冷却,高温状态与基材接触的时间几乎为零,复合膜的剥离力较差,故应调整模头适当偏向胶辊侧少许,使挤出薄膜与基材接触的时间增加。但要注意被复合基材的耐高温性,以免发生烫伤影响复合质量。
    2.5印刷膜的残留溶剂
    众所周知,目前在软包装行业挤出复合工艺为印后工艺,被复合材料多为印刷后的薄膜。而印刷时极易产生残留溶剂,即溶剂挥发不完全的薄膜经挤出复合后,残留溶剂受热会在复合膜层间产生一些小气泡,从而会使复合好的基材分层。因此,要消除印刷环节的残留溶剂,才能提高挤出复合的剥离强度。要根据生产速度、基材的耐热性、溶剂的挥发性等因素来设定印刷机干燥箱的温度,使溶剂挥发完全。
    2.6压辊压力与冷却辊状态
    挤出薄膜与基材接触后经冷却辊与胶辊挤压后黏接在一起。压辊压力大,冷却辊与胶辊对复合膜的挤压力大,剥离强度就大。但复合压力不可太大,否则基材易被压变形,还要考虑设备的承受能力,一般压辊压力在4kg/cm2左右调节。另外,橡胶压辊的直径应在200mm~250mm范围内,因为胶辊直径大,可使复合基材的接触面增大,复合时受压力的时间增加,提高复合牢度。
    (2)冷却辊将被复合膜和从挤出模头热熔流下来的流延膜黏合后,立即冷却,使复合膜形成内聚力,使两基材不产生相对移动,从而保证良好的复合牢度。如果冷却定型不好,则可能起皱,使复合牢度下降。在复合过程中会产生大量的热量,所以在生产过程中,要随时监控冷却系统的工作状态,要确保复合钢辊始终在冷却温度范围内,否则会出现黏合不牢,夹有气泡,甚至出现流延膜贴附在辊筒上,引起停机,造成损耗。
    此外,在不影响产品外观的情况下,选用网线式冷却辊可增加对薄膜的挤压面积,从而提高挤出复合剥离强度。
    2.7硅胶辊表面平整度
    经多次对在线生产的挤出复合膜进行剥离强度检测,发现所有复合膜两端的100mm处的剥离牢度较好,而中间的剥离牢度较差。通过分析,发现原来在硅胶辊的两端都贴有两层的耐高温胶带,其厚度为0.08mm,这样造成整个硅胶辊表面接触压力不一致,造成复合膜两端的剥离牢度高于中间。故将两边的高温胶带改为只贴一层,使硅胶辊表面压力基本保持均匀。可见硅胶辊表面平整度也对剥离强度有一定影响,要保持硅胶辊表面平整无异物。
    2.8收卷张力
    在复合后收卷时,应随着膜径的增加适当增大收卷张力。由于在收卷时,两种薄膜被贴合在一起时,牢度不稳定;这时加大收卷张力,可避免起皱和分层剥离;且张力加大后收卷平整,不易产生复合膜收缩和相对位移,经冷却定型后,复合牢度就会增大。但收卷张力太大,就会出现起皱和黏连等问题。
    2.9涂覆速度
    涂覆速度降低,则可提高挤出复合剥离强度。但涂覆速度过低,意味着班产量降低、产品成本增加。复合生产速度过高,则流延膜厚度变薄,造成复合牢度下降。所以一定要控制好生产速度,并经常在线采样检测,在保证剥离强度的前提下,适当提高生产速度。
    2.10被复合薄膜的表面张力及温度
    塑料薄膜如PP、PE属于非极性聚合物,其表面自由能很低,与其他物质结合力差,因此,被复合薄膜必须进行表面处理,使其表面张力大于38dyn。此外,在生产前要检查薄膜表面张力是否达到生产要求。在挤出复合设备上增加电晕处理装置是非常必要的。但表面张力不宜过大(46dyn以上),否则黏合牢度会下降,原因是电晕处理过度,加速了PP、PE等薄膜的表面层分子降解,力学强度下降,导致复合牢度下降。此外,被复合基材与挤出薄膜复合时的温度差越小,挤出复合剥离强度越高。因而在保证被复合基材干燥清洁的基础上,通过干燥箱对基材进行预热,降低与挤出薄膜复合时的温度差。
    2.11涂布异氰酸酯类AC剂或双组份聚氨酯黏合剂
    在挤出复合工艺中,基材涂布异氰酸酯类AC剂后,经干燥箱干燥后与挤出薄膜复合,可提高挤出复合剥离强度。也可采用涂布双组份聚氨酯黏合剂,以较少的干量如1g/m2~2g/m2来获得理想的剥离强度。
    2.12生产环境和设备清洁程度
    环境温度和湿度对挤出复合的剥离强度有一定的影响。当环境温度较低、湿度较大时,流延膜的热损失就大,与被复合基材贴合时温度降低,从而会降低剥离强度。此外空气中湿度大时,冷却辊表面就会产生大量水分,这些水分黏附到复合膜上时,会引起复合膜相互黏连。
    要确保设备的清洁,防止各导辊、冷却辊和硅胶辊表面有异物,造成复合牢度不好、起皱等问题。特别是要注意做好日常的T型模唇维护保养工作。停车时要使树脂挤出模唇外少许,防止氧气进入;开车时要用软质铜片反复清理模唇,防止炭化的树脂附在其上,影响复合质量。
    3.结束语
    提高挤出复合的剥离强度,还可通过对螺杆的专业化设计来进行。拥有挤出复合设备的软塑包装企业,要通过对以上各工艺因素的优化组合,在保证产品剥离强度的基础上,提高生产效率,降低制造成本,不断提升企业市场竞争力。
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