400-678-2778
123@sunkeycn.com 400-678-2778
123@sunkeycn.com
關(guān)于復(fù)合薄膜的熱合曲線
在目前的復(fù)合軟包裝材料領(lǐng)域，作為熱封性材料的基本構(gòu)成是聚乙烯、聚丙烯類的可熱封的材料，在此基礎(chǔ)上，陸續(xù)出現(xiàn)了很多種改性材料，改性的方法有共混、共聚（無規(guī)共聚、嵌段共聚）、改變聚合工藝（如茂金屬催化劑的應(yīng)用）、改變薄膜加工方法（如多層共擠）等等。
經(jīng)過多種改性方法的處理之后，熱封層薄膜的各項指標(biāo)都發(fā)生了很明顯的變化，例如起封溫度的可調(diào)整范圍加大了，熱封強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、熱粘性、柔軟性、阻隔性能、透明度等項指標(biāo)均可在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行控制性調(diào)整。
但是，萬變不離其宗，熱封溫度、熱封強(qiáng)度仍是人們選用熱封性材料時首先要考慮的指標(biāo)，因此，材料的熱封性能也就是熱封曲線仍是必須關(guān)注的最基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。
熱合曲線
所謂熱合曲線就是如下圖所示的曲線圖。
該曲線圖的橫軸是熱合溫度/℃,縱軸是熱合強(qiáng)度/(N/15mm)。
它表示了所選用的熱封性材料或復(fù)合薄膜在一定熱封溫度區(qū)間內(nèi)（在某一固定的熱合壓力和熱合時間的條件下）的熱合強(qiáng)度的變化趨勢。
同一企業(yè)生產(chǎn)的同一類別但不同批次的復(fù)合薄膜的熱合曲線有可能是相同，也有可能是不同的。
不同的企業(yè)所生產(chǎn)的同一類別的復(fù)合薄膜的熱合曲線很有可能是不同的！
熱合加工（制袋加工或自動包裝）過程中最基本的工藝條件是熱合溫度、熱合壓力和熱合時間。三個工藝條件的綜合作用結(jié)果是熱合強(qiáng)度（N/15mm，有些企業(yè)的衡量指標(biāo)是克/15mm或N/25mm）。
在上述熱封曲線中，顯示的是熱封溫度與熱合強(qiáng)度間的關(guān)系曲線，其中隱含了已被固定了的熱合壓力和熱合時間兩個參數(shù)。
根據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果，在測定某材料的熱合曲線時，在固定熱合壓力參數(shù)的條件下，如果延長熱合時間，則上面的曲線將整體向左移動；如縮短熱合時間，則上面的曲線將整體向右移動。在固定熱合時間的條件下，如果提高熱合壓力，則上面的曲線將整體向左移動；如降低熱合壓力，則上面的曲線將整體向右移動。
熱合參數(shù)與熱合強(qiáng)度的關(guān)系
關(guān)于熱封參數(shù)與熱合強(qiáng)度之間的關(guān)系，孫智慧等人曾在2005年發(fā)表過《包裝塑料薄膜熱封參數(shù)及強(qiáng)度的研究》一文（孫智慧、段青山、李萌萌，哈爾濱商業(yè)大學(xué)。2005年全國農(nóng)產(chǎn)品加工、食品和包裝工程學(xué)術(shù)研討會文集；百度文庫，wenku.baidu.com/view/614ec84c2b160b4e767fcf16），其研究的結(jié)論如下：
1. 熱封時間短、熱封溫度較低時，熱封溫度與熱封時間對熱封強(qiáng)度的影響顯著，否則，影響不明顯。
2. 熱封時間短時，熱封壓力對熱封強(qiáng)度顯著影響，其他情況下，無明顯影響。
3. 相同條件下，同種塑料薄膜厚度大，其熱封強(qiáng)度相對大。
4. 熱封時間短、熱封溫度低時，塑料薄膜不能達(dá)到很好地達(dá)到熔融狀態(tài)，從而造成熱封強(qiáng)度低，出現(xiàn)欠封；隨著熱封溫度的提高或熱封時間的延長，熱封強(qiáng)度隨之增大，達(dá)到最優(yōu)值，熱封強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)熱封溫度過高、熱封時間過長時，塑料薄膜會因溫度過高而熔融流動，導(dǎo)致薄膜表面被燙化、熱封強(qiáng)度降低，同樣影響封口的強(qiáng)度與外觀。"
其結(jié)論中對熱合壓力和熱合時間對熱合強(qiáng)度的影響程度作出了充分的表述。
熱合壓力
在目前的市場上，軟包裝企業(yè)中所使用的制袋機(jī)的加工速度一般在每分鐘40個袋到150個袋之間，而下游客戶的自動包裝機(jī)的加工速度依產(chǎn)品的不同，其加工速度可能在40個袋每分鐘到數(shù)百個袋每分鐘不等。
對于單個的包裝袋而言，其有效的熱封時間可能在會在500毫秒（0.5秒）到50毫秒（0.05秒）之間變化。有效的熱封時間越短則意味著生產(chǎn)速度越高。同時，按照孫智慧等人的結(jié)論，熱合時間越短則熱合壓力對熱合強(qiáng)度的影響就會越顯著！
但是，在當(dāng)前的市場上，不論是熱封試驗機(jī)還是自動包裝機(jī)，其熱合溫度都是直觀、可控的，而熱合壓力和熱合時間則是可控的、但不直觀，即不能用數(shù)字來直觀地表述熱合壓力和熱合時間。
首先，國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)于熱合強(qiáng)度的檢測標(biāo)準(zhǔn)（QB/T 2358-1998，《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗方法》），但沒有關(guān)于熱合強(qiáng)度試驗用樣條的制備方法的標(biāo)準(zhǔn)。在GB/T 10004-2008《包裝用塑料復(fù)合膜、袋 干法復(fù)合、擠出復(fù)合》中關(guān)于"熱合強(qiáng)度"的相關(guān)規(guī)定是："按QB/T2358-1998的規(guī)定進(jìn)行，膜的熱封方法、條件由供需雙方商定"。
其次，幾乎所有的制袋機(jī)、自動包裝機(jī)都不能用數(shù)字表示熱合壓力參數(shù)。這就直接導(dǎo)致了這樣的結(jié)果：同一批生產(chǎn)的復(fù)合薄膜，在不同的下游企業(yè)中使用"相同的"工藝參數(shù)（實際上可能是相同的熱封溫度和生產(chǎn)速度）而得到不同的熱合強(qiáng)度的結(jié)果（因為熱合壓力不同?。?。
另外，所有的生產(chǎn)熱合試驗機(jī)的企業(yè)在其產(chǎn)品說明書中都會對試驗時的溫度、時間、壓力給出建議的范圍，其中最模糊的概念就是壓力值，比如說，它會建議使用0.2MPa的壓力進(jìn)行熱封試驗，但可能不會明確指出這個0.2MPa是試驗機(jī)上的壓力表顯示的輸出氣壓值還是熱合試驗機(jī)上的熱封棒之間的壓強(qiáng)值？！在某些機(jī)型上，這兩個數(shù)值之間可能會有很大的差異?。。?/p>
筆者建議：至少在使用熱合試驗機(jī)對復(fù)合薄膜的熱合性能進(jìn)行評價時，應(yīng)將熱合壓力值統(tǒng)一為熱封棒之間的壓強(qiáng)值！
該數(shù)值的推算方法為P表=P試S棒/S缸。
在上述公式中：
P表為熱封試驗機(jī)的壓力表所顯示的氣壓值，MPa；
P試為擬定的熱封棒之間壓強(qiáng)值，MPa；
S缸為熱封試驗機(jī)上的氣缸內(nèi)活塞的面積，mm2；
S棒為熱封試驗機(jī)上熱封棒的面積，mm2。
起封溫度
所謂"起封溫度"是一部分企業(yè)所規(guī)定的、在一定的條件（熱合時間與壓力）下、當(dāng)復(fù)合材料的熱合強(qiáng)度達(dá)到了5N/15mm時所對應(yīng)的熱合溫度℃。
在利用熱合曲線對材料的熱封性能進(jìn)行評價時，需要關(guān)注的有三點：
一是熱合工藝條件，二是可達(dá)到的最高的熱合強(qiáng)度，三是材料的起封溫度。
在前面的熱合曲線圖中，當(dāng)熱合溫度為107℃時，熱合強(qiáng)度為零；當(dāng)熱合溫度為110℃時，熱合強(qiáng)度為3N/15mm；當(dāng)熱合溫度為113℃時，熱合強(qiáng)度為19N/15mm；因此，從該曲線上可以推算出該復(fù)合薄膜的起封溫度大約為110.6℃。
起封溫度是熱封性材料的本性的一種表示，同時也與復(fù)合材料的厚度有關(guān)。復(fù)合材料越厚，則傳熱速率會相應(yīng)地降低，在相同的熱合時間條件下，所需要的熱封棒的溫度就會越高。
對于相同厚度的復(fù)合包裝材料而言，熱封層材料的起封溫度越低，如果生產(chǎn)速度是固定，那么所需要的熱封棒的溫度就越低，制成品的外觀可能就越好；如果熱封棒的溫度是固定的，那么在達(dá)到相同的熱合強(qiáng)度的前提下，生產(chǎn)的速度就可以相應(yīng)提高。
通常采用較低起封溫度的熱封性材料的目的都是為了提高自動包裝生產(chǎn)的效率！
熱合層的熔點與起封溫度
目前常用的熱封層材料如PE、PP薄膜大都是三層共擠的薄膜。其中與其他基材相貼合的一面可稱之為復(fù)合面或復(fù)合層，與另一PE材料相熱合的一面可稱之為熱合面或熱合層。
通常，從熱合層到復(fù)合層，其熔點是逐漸增高的。熔點的差值最大可達(dá)到約30℃。
下圖是一個三層共擠PE薄膜的DSC曲線（差示掃描量熱法曲線Differential Scanning Calorimetry）。
該曲線的溫度掃描范圍是80℃到150℃，在此范圍內(nèi)出現(xiàn)了三個峰，其對應(yīng)的熔點值分別為98.5℃、114℃和119.5℃。這三個熔點值分別對應(yīng)著該PE薄膜的熱合層、中間層和復(fù)合層。
在正常情況下，當(dāng)兩個復(fù)合膜被熱合到一起時，應(yīng)當(dāng)只是熱封層PE薄膜中的熱合層被熔化；此時，可獲得最好的制袋成品外觀。
如果熱合條件過于強(qiáng)烈，則會發(fā)生熱封層的中間層被熔化、甚至復(fù)合層也被熔化的狀況，同時，在熱合壓力的作用下，熔化了的熱封層材料會不同程度地被從熱合部位擠走，導(dǎo)致發(fā)生各種外觀不良的現(xiàn)象。
復(fù)合薄膜的起封溫度通常高于熱合層的熔點。
這種差異是由于受到了復(fù)合用基材本身的導(dǎo)熱性及復(fù)合膜的厚度的影響，還與熱合時的壓強(qiáng)和熱合時間有密切的關(guān)系。對于不同的復(fù)合薄膜，這種差異可能會在10~25℃之間。
通過測量復(fù)合薄膜的起封溫度值，可對熱合層材料的熔點作出大致的判斷。如果事先測得了熱合層材料的熔點，也可以對起封溫度作出大致的判斷。
如果已知熱合材料的熔點，但在相應(yīng)的起封溫度下未能獲得所需的熱合強(qiáng)度，則需從熱合壓力和/或熱合時間上去查找原因，也可以適當(dāng)?shù)靥岣邿岷蠝囟取?/p>
如何利用熱合曲線
根據(jù)孫智慧等人的結(jié)論："熱封時間短、熱封溫度低時，塑料薄膜不能達(dá)到很好地達(dá)到熔融狀態(tài)，從而造成熱封強(qiáng)度低，出現(xiàn)欠封；隨著熱封溫度的提高或熱封時間的延長，熱封強(qiáng)度隨之增大，達(dá)到最優(yōu)值，熱封強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)熱封溫度過高、熱封時間過長時，塑料薄膜會因溫度過高而熔融流動，導(dǎo)致薄膜表面被燙化、熱封強(qiáng)度降低"，筆者模擬地描繪了如下圖的可熱封材料的熱封曲線。
該曲線表示任何一種可熱封材料的熱合強(qiáng)滾輪熱封包裝ABC（八）度都存在一個上升段oa、平穩(wěn)段ab和下降段bc，而且，對于某種特定的可熱封材料其從上升段oa至下降段bc的溫度區(qū)間都是不一樣的，有的材料可能是從90℃到160℃，有的材料則可能是從130℃到200℃。
因此，軟包裝材料加工企業(yè)手中至少應(yīng)當(dāng)有兩套熱合曲線的數(shù)據(jù)，一套是所謂的"標(biāo)準(zhǔn)條件"下的熱合曲線數(shù)據(jù)，例如熱封時間為1秒、熱封壓力為0.2MPa（熱封棒之間的壓強(qiáng)值），另一套為模擬下游客戶的實際應(yīng)用條件的熱合曲線數(shù)據(jù)，例如下游客戶的生產(chǎn)速度為100包每分鐘，則可將熱合時間初定為0.2秒，熱合壓力暫定為0.2MPa（熱封棒之間的壓強(qiáng)值）。
"標(biāo)準(zhǔn)的"熱合曲線用于對自己提供的不同批次的包裝材料以及競爭對手提供的同類包裝材料進(jìn)行比較與評價。
"模擬的"熱封曲線用于給下游客戶提供基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝參數(shù)的建議（利用處于"平穩(wěn)段"的熱合溫度-熱合強(qiáng)度數(shù)據(jù)）。同時，還可以根據(jù)下游客戶所反饋的實際生產(chǎn)溫度及相應(yīng)的熱合強(qiáng)度或狀態(tài)的數(shù)據(jù)或結(jié)果，對下游客戶所使用的自動包裝機(jī)的熱合壓力狀態(tài)作出大致的判斷（大于或小于熱合試驗機(jī)的壓力），進(jìn)而對熱合溫度作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整（降低或提高熱合溫度，在相同的運行速度條件下）。
例如，某客戶的某機(jī)臺正在使用A廠提供的包材進(jìn)行正常的生產(chǎn)，此時，被要求換用B廠的同類包材。經(jīng)開機(jī)運行，發(fā)現(xiàn)用B廠的包材所加工出來的滾輪熱封制品出現(xiàn)了熱封層被擠出、鋁箔層與熱封層間發(fā)生分離的現(xiàn)象。在此情況下，通常可認(rèn)為其原因是B廠的包材的熱封層的熔點明顯低于A廠的包材的熱封層的熔點，在"相同"的熱封條件下，B廠的熱封層材料被熔融后、部分地被從封口處"擠走"了。相應(yīng)的對策應(yīng)當(dāng)是：
1、根據(jù)B廠的熱合曲線數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)行的熱合溫度是否處于合理區(qū)間內(nèi)？
2、如果判斷現(xiàn)行的熱合溫度是處于合理區(qū)間內(nèi)的，則應(yīng)在保持加工速度不變的前提下適當(dāng)?shù)亟档蜔岷蠅毫Γ?/p>
3、如果判斷現(xiàn)行的熱合溫度不是處于合理區(qū)間內(nèi)的，則應(yīng)在保持加工速度不變的前提下適當(dāng)?shù)亟档蜔岷蠝囟龋?/p>
在進(jìn)行上述試驗或調(diào)整時，必須注意的是設(shè)備運行速度應(yīng)當(dāng)固定或穩(wěn)定，因為設(shè)備運行速度直接會影響熱合時間參數(shù)！運行速度低于正常速度意味著熱合時間變長了！如運行速度快于正常速度則意味著熱合時間變短了。
有時，某些客戶不允許包材企業(yè)的技術(shù)人員對其自動包裝機(jī)的工藝參數(shù)作任何調(diào)整，僅要求任何包材企業(yè)提供的包材都必須適用于該客戶現(xiàn)行的工藝條件！在這種情況下，包材企業(yè)的人員應(yīng)當(dāng)收集客戶正在正常使用的包材的樣品，在企業(yè)內(nèi)部對比檢測自有的和采集來的樣品的熱合曲線和其他相關(guān)力學(xué)指標(biāo)，檢討其差距，然后采取相應(yīng)的措施。
作為復(fù)合軟包裝材料的應(yīng)用者（藥廠、食品廠等）則應(yīng)該利用軟包裝材料生產(chǎn)企業(yè)提供的、或自行測得的熱合曲線對同一供貨商提供的不同批次的、或不同供應(yīng)商提供的同類復(fù)合包裝材料的熱合性能進(jìn)行評價，進(jìn)而指導(dǎo)、調(diào)整自身的生產(chǎn)工藝條件，以保證自身的生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
轉(zhuǎn)載請注明出處：http://www.dungshiue.com
