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软智能包装复合膜热封影响因素分析

2018年10月09日 09:38:11来源:包装前沿作者:最专业软包装平台关键词:智能包装机械

软包装技术在我国不断地发展,深入了解复合膜的影响因素,有助于更好地控制工艺,从而保证产品质量。热封影响因素主要有以下几点:

1、热封温度预测

乙烯聚合物及共聚物系列的热封温度能够非常准确地预测。

热起封温度或最低热封温度表示热封开始发生时的温度,该温度下一般热封强度低且热封区域容易剥离。随着热封温度升高,热封强度稳定在一定数值,一些文献将达到热封强度平台时的温度称为热起封温度。尽管这不是技术上的最低热封温度,但是这是达到预期的热封性能的实际最低温度。

对于77%的聚合物来说,热起封温度或最低热封温度通常是其成为无定形、非结晶或熔融状态时的温度。

对于包装行业来说,更重要的是预测热封平台起始温度。通常在包装工业中将热封烫条的温度调到比热起封温度高5~10℃,以控制波动。下图是自立袋和导嘴各自的热封曲线,这也是设计热封温度参数的依据之一。

a) 自立袋 

b)导嘴

包装工业一般认为热封“撕裂失效”是在理想或密封状态的失效行为。该失效情况认为两个热封层完全的熔融或者充分相互扩散以形成一个完整的单层,此时“连接弱点”变为薄膜本身的屈服强度。

2、热封时间

有研究者利用有限元分析法准确地预测热封表现。为了测试该模型,在两个热封薄膜(聚乙烯)的交界处放置微型热电偶,被测量的界面温度是时间的函数,利用电热板或热封棒提供热封能量。实验所得数据与利用密度、比热、热导、线性膨胀系数、弹性模量以及热传导系数等参数理论模拟所得温度进行比较,如下图。

实际上,数学模型预测的结果与实验数据十分符合。曲线中明显的小振荡是高于熔融温度以后,薄膜的熔化潜热以及薄膜的体积厚度所致。数据显示对于典型的薄膜(50μm或者更薄),热封处界面热封棒0.5s的停留时间已足够使温度达到设定温度的95%。

图: 界面温度与热封时间关系的有限元分析

3、热封压力的重要性

热封的另一个变量是热封时的压力。与热封温度和时间这两个关键因素相比,压力对理想热封的影响略小。有研究表明仅需要5psi的压力即可使热封表面充分熔融。在工业生产中压力的范围一般是从25到75psi。另一方面,随着热封压力的增加,热封层中的聚合物被“挤出”的趋势增加,从而导致厚度变薄(因此变为强度的弱点)。热阻丝加热的热封模具尤为容易产生该种问题。

4、影响热封的其他因素

(1)添加剂的影响

一般来说,添加剂对热封的影响较小,尤其是爽滑剂和开口剂。爽滑剂(如芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酰胺等)具有很低的熔点,容易从热封区域流出,从而不会阻止热封层高聚物分子的相互扩散。同样的,对于开口剂,除了可能减小薄膜的整体屈服强度以外,它对热封性能的影响也非常小。

(2)电晕处理

在热封表面通常不进行电晕处理。乙烯聚合物偶然的背面处理也不利于热封。这些处理过程会导致表面的交联,形成纠缠在一起的高分子量分子,从而限制扩散。经验表明,即使很低程度的电晕处理也会导致热封以剥离形式失效。经过交联处理的薄膜(如利用辐射以增加强度)对热封也有类似的影响。如果热封表面经过交联处理,热封性能将会变差。

(3)生产过程中油墨和其它产品的影响

在某些情况下,不恰当的油墨和胶黏剂成分会对热封造成困难。这种现象被叫做“假封”,当含有油墨或胶粘剂的成分转移到表面时,会影响聚合物分子的扩散,从而发生“假封”。

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