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    摩擦系數在BOPA薄膜使用過程的影響

    發布時間:2020/06/28 10:05:07  閱讀量:225 次


    摩擦系數是BOPA薄膜的基本物性之一。當兩個相互接觸的物體之間有相對運動或相對運動趨勢時,其接觸表面產生的阻礙相對運動的機械作用力就是摩擦力。BOPA薄膜的摩擦性能可以通過材料的動、靜摩擦系數來表征。靜摩擦力是兩接觸表面相對移動開始時的最大阻力,其與反向力之比就是靜摩擦系數;動摩擦力是兩接觸表面以一定速度相對移動時的阻力,其與反向力之比就是動摩擦系數。

    摩擦系數是量度包裝材料滑動特性的指標,薄膜材料表面爽滑并具有適當的摩擦系數對于薄膜在印刷、復合、制袋、加工及包裝運輸來說非常重要,生產不同摩擦系數的塑料薄膜對使用范圍及在不同地域、環境的包裝材料組合產品中各有不同的需求和影響。

    一、BOPA薄膜的表面摩擦系數、粗糙度和爽滑性:

    BOPA薄膜的表面摩擦系數、粗糙度和爽滑性,此三項指標的關系是相輔相承的。

    靜態摩擦系數與使物體從靜止到移動所需要的力有關,動摩擦系數是指維持物體運動所需要的力。薄膜滑爽性的好壞可以用摩擦系數大小來進行評價。評價滑爽性,這兩個參數都具有重要的參考價值。靜動摩擦系數一般都具有相同的變化趨勢,滑爽性有所改善時,靜動摩擦系數都會有所下降。另外,為了更加符合生產和下游客戶的使用需求,可以模擬在不同溫度及不同時間條件下的變化進行檢測摩擦系數的。對于遷移型滑爽劑,由于潤滑層的形成和變化可能會引起薄膜表面潤濕張力的變化,所以薄膜潤濕張力(電暈值)的變化也可以作為薄膜滑爽性變化的一個參考數據。

    1、BOPA薄膜表面的摩擦系數:

    在BOPA薄膜的生產中,薄膜的摩擦系數是一項重要的技術指標。一方面它和薄膜抗粘連性能一起成為薄膜開口性的量化評定指標,另一方面又可作為自動包裝機運行速度、張力調節、薄膜運行中磨損的參考數據之一。在印刷、復合、制袋、加工、包裝運輸的過程中,同樣對塑料薄膜的摩擦系數有一定的要求.薄膜表面摩擦系數與其表面的粗糙度成直線關系。在一定條件下,表面粗糙度越大,摩擦系數越小。也就是說,降低薄膜表面的摩擦系數對印刷、復合、鍍鋁有利,利于增加它們與塑料薄膜之間的結合面,利于提高它們之間的粘合力。摩擦系數的大小是通過添加劑量進行調節的。

    2、BOPA薄膜的表面粗糙度:    

    表面粗糙度是指薄膜表面所具有的在較小間距上的微小峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評價。適當的表面粗糙度有利于油墨印刷、復合和真空鍍鋁,這是肯定的。當然,粗糙度過大則可能會造成油墨、膠液或鋁分子不能填滿薄膜表面凹陷,形成空隙而影響兩者之間的附著力,嚴重時會導致油墨、膠液或鍍鋁層與薄膜脫離分層,印刷時小網點丟失等弊病。

    一般BOPA薄膜的表面非常光滑,光滑的表面在薄膜收卷時會產生粘連,無法正常收卷,也不容易放卷。同時,光滑的薄膜表面對油墨印刷、復合和真空鍍鋁也非常不利,因為光滑的表面會大大降低油墨、膠粘劑與薄膜之間的附著力,包括油墨、膠粘劑與鋁箔和薄膜之間的附著力。為了使薄膜表面具有一定的粗糙度(除電暈處理外),以增加其與其它物質的黏結力,通常采用在薄膜樹脂中添加某種抗粘連劑的方法,使在塑料薄膜成膜過程中的薄膜表面形成一定的粗糙度。薄膜表面粗糙度的大小與添加劑(抗粘連劑)的種類、添加劑添加的數量、添加劑的粒徑與形狀、添加劑的分散性、添加劑的表面處理等因素有關。根據不同類型薄膜和用途的不同而選用不同的添加劑。隨著薄膜中添加劑含量的增加,薄膜的摩擦系數μs下降,表面粗糙度增大,膜面粗糙度一般控制在Ra=0.08~0.16較為適合。  

    3、BOPA薄膜的爽滑性

    滑爽性主要受到添加劑種類和含量等的影響,同時也受電暈處理的影響。另外,薄膜使用環境、下游使用工藝條件、生產環境也會對滑爽性造成影響。薄膜的滑爽性對薄膜生產過程和下游客戶的使用過程的順利進行都很重要。這就要求薄膜生產過程要對滑爽性進行控制,以便能夠提供適當的滑爽性,同時又不會由于添加劑的析出對下游客戶的使用造成其他故障。

    爽滑劑又被稱作潤滑劑。潤滑劑分為內潤滑和外潤滑兩類。在加工CPP(IPP)、CPEIPE)薄膜時,爽滑劑通常會被加在熱封層當中,在加工BOPP薄膜時,爽滑劑通常會被加在芯層當中。這些潤滑劑的分子會遷移至薄膜的表面("外遷")形成一層油性表面,而起到改善薄膜表面性能的潤滑作用,降低摩擦系數。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。在BOPETBOPA薄膜的加工過程中并不需要使用酰胺類的爽滑劑。

    二、摩擦系數對BOPA薄膜在凹版印刷工藝的影響:

    1、印刷中一般要求有較小的內層摩擦系數和合適的外層摩擦系數,外層摩擦系數太大,會引起印刷過程中阻力過大,引起材料拉伸變形影響印刷效果,若太小可能又會引起拖動機構打滑,造成糾偏系統不準,印刷牢度降低,還會影響包裝速度。另外,油墨的細度低,顏料顆粒粗,印刷過程中摩擦系數大,印版的耐印率就低,印刷時還容易產生糊版、積墨以及傳墨不均的情況。以尼龍薄膜為例:常溫下一般要求BOPA薄膜表面(非處理面)的動摩擦系數在0.2~0.4之間。而四川、重慶等濕度較高地區,BOPA薄膜表面(非處理面)的摩擦系數應小于0.25。為適應成品袋快速打碼要求,因此BOPA薄膜推出高爽滑和超爽滑產品,以適應市場需求。

    為不同濕度條件下BOPA薄膜非/非的摩擦系數,從表中可以看出,吸潮性大的尼龍膜一般在20分鐘內吸濕達飽和狀態,而薄膜吸濕飽和后其摩擦系數變化不大。

    要說明的是:在GB/T20218--2006標準中,摩擦系數(動)非處理面/非處理面指標為≤0.6,而在此提出0.2~0.4之間是由于原標準制定已有十年之久,而這十年間正是尼龍膜及其使用具有飛越發展的十年,許多特性原指標已遠不適應目前市場和產品發展需求。

    2、在高溫高濕使用條件下,考慮摩擦系數的影響時,應特別注意的是為提高油墨與基材的結合牢度和提高印刷速度。一般在使用中,機臺金屬部件大都是在 50℃左右的高溫條件下運轉。而溫度的提高對摩擦系數影響卻很大,因為高溫條件下高分子材料大分子熱運動能力加強,活動速度加快,分子間隙變大,表面性能發生變化會使薄膜摩擦系數隨之變化。一般來講,隨著環境溫度的升高,材料表面的摩擦系數會有一定的變化,但變化的大小因材料對溫度的敏感程度和所加助劑種類及多少而有較大差異。在印刷前不僅要測量BOPA膜在常溫下的摩擦系數,還應檢測實際使用環境溫濕度下的摩擦系數變化。

    三、摩擦系數對BOPA薄膜在復合、熟化工藝的影響:

    1、對薄膜收卷張力和質量的影響:

    BOPA薄膜在實際使用中雖然有做印刷層,復合中間夾層, 也有做為熱封層的PECPP。但在復合中,由于熱封層材料的摩擦系數的變化也會影響到其復合剝離牢度等,其中以爽滑劑的種類、含量最為重要。

    薄膜的爽滑性主要是通過添加爽滑劑來實現的,在薄膜成型后,爽滑劑從薄膜內遷移到表面,聚積成均勻的薄層,能夠顯著地降低薄膜的摩擦系數,使薄膜具有良好的爽滑效果。PP、PE的爽滑劑大多都是無機高分子材料(如胺類),與樹脂相溶性不好,通常從30℃開始,常用的爽滑劑已接近其熔點而變得粘結,薄膜的摩擦系數便急劇上升,測試時施加的力會波動很大,呈現一種間歇性滑動或粘結效果。如果爽滑劑含量過高的話,還會影響到薄膜的印刷、復合適性,這對印刷、復合是極為不利的。復合收卷后的復合薄膜層間的壓力及距離還與構成復合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度有著密切的關系。墨層越厚,則收卷后該部位的硬度就越大,則意味著該處的復合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小,從膜中"外遷"出來的滑爽劑"遷移"到另一薄膜中去的機率就會更大、數量就會越多。其結果就是上述墨層厚的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數明顯大于墨層薄或無油墨的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數。

    此外,若復合膜摩擦系數太小,收卷時復合膜內表層和外表層的摩擦力很小,當卷徑越來越大時,摩擦力就不能支撐膜收卷端面整齊,形成竄卷,不能進入下道工序生產。有時還會產生散卷而使收卷失敗。若收卷時,摩擦系數太大,則又會帶來其他質量問題,如嚴重皺折、斷膜等。

    2、熟化后摩擦系數下降:

    有軟包裝企業反映:原本要求熱封層薄膜的非處理面的摩擦系數應在0.1~0.2間,進廠的薄膜的摩擦系數的實測結果可能會大于0.4。若將該種薄膜放入熟化室中一段時間后,摩擦系數就能降到0.1~0.2間。這就是已加入薄膜中的爽滑劑需要一定的溫度與時間才能完成"外遷"。從而破壞了復合層牢度,特別關注高溫蒸煮袋產品和熱封層超60um以上產品復合剝離牢度的變化。

    四、摩擦系數對自動包裝、制袋過程的影響:

    在實際包裝過程中的摩擦力常常既是拖動力又是阻力,因此必須有效地控制摩擦系數的大小,使它在適當的范圍內。如果摩擦系數過大,如復合膜摩擦系數超過0.3,(BOPA與鋼材接觸面)那么卷筒膜在一些寬幅較大的制袋或自動包裝機臺上會出現拉不動的情況,制袋產品的摩擦系數(處理面)如果超過0.25,規格較小的袋子就容易出現開口不良的現象。摩擦系數也不是越小越好,如自動包裝用卷筒膜,內層薄膜摩擦系數過小時,有可能引起制袋成品疊料不穩定而產生錯邊混亂,外層摩擦系數太小可能又會引起拖動機構打滑造成電眼跟蹤和切斷定位不準。

    復合薄膜制品熱封層的表面摩擦系數是從事復合軟包裝材料加工企業非常關注的一項指標。不同用途的包裝材料對摩擦系數有不同的要求。終端企業對卷筒膜包材的熱封層的表面摩擦系數也提出越來越嚴格的要求。目前,在自動包裝機、制袋機使用中,隨著設備的不斷更新,生產速度不斷提高。自動包裝材料的表面摩擦系數的驗收指標基本上都在0.15左右(膜與鋼板的摩擦系數值)。在復合材料的加工過程中,熱封層的表面摩擦系數會隨著氣候及工藝條件的不同而表現出某種程度的變化。BOPA膜非處理面的摩擦系數,在快速打碼(制袋)中(250/min以上)則要求更小一些。(0.15~0.20),一些特殊工藝要求或有針對性產品,對于特別低的摩擦系數則應慎重對待??蓪⒛づc金屬的摩擦系數控制在一定范圍內,還應考慮薄膜在使用中的吸潮性,如尼龍膜、玻璃紙在吸潮后(未達飽和狀態)的摩擦系數肯定更高。摩擦系數太小,走料不穩、牽動打滑、錯位,制袋裁切出血或成品規格長短不一等。摩擦系數太大,膜與機摩擦力加大,材料拖動困難,會引起走料拉不動,使材料拉伸變形或拉斷,同樣不能生產。

    一般越厚的薄膜加入的添加劑越多,出現脫層的現象越嚴重。如果滑爽劑含量過高的話就會影響薄膜的印刷和復合性, 這對印刷、復合是極不利。特別是60um厚度以上的PE膜,生產中加入的添加劑量多, 出現脫層的機會也增大, 這是因為在同等的表面積下,隨著薄膜厚度的增加,其內部所含添加劑的量度也相應增長。添加劑含量超過一定量后,就會影響到復膜的牢度。所以生產水煮、蒸煮產品時要特別注意熱封層材料所含添加劑量多少,一般選擇少加或不加添加劑的薄膜。

    此外, 像PET、BOPA薄膜添加劑量太多會使膜表面的粗糙度增加,也會形成顆粒狀麻點而影響表面光澤度和印刷效果。特別是用二氧化硅為抗粘結劑更會產生此現象,同時還會使膜的霧度加大, 因此要提高膜的透明度就必須盡量減少二氧化硅的含量,內層材料的防粘劑和滑爽劑的添加量以及薄膜的挺度、平滑度、光潔度等因素都會影響復合膜摩擦系數。一般情況下,復合膜摩擦系數不穩定與所添加滑爽劑的類型、添加量、遷移量、遷移方向、貯存使用的溫濕度等有關。

    五、以BOPA薄膜為例的材料組合,在使用中摩擦系數變化產生的影響:

    1)PA//PE結構的復合膜剝離強度差:

    一部分軟包裝企業反映:所加工的包裝材料,例如:PA//PE結構的剝離強度較差,將其剝開后,在PE膜上可看到一層白色的""樣的物質,且可用手將其擦除。將該復合薄膜重新放入熟化室或80℃的電熱箱中一段時間,取出后馬上進行剝離強度的檢查,則剝離強度值會有明顯的提高,而且PE膜上也看不到原有的白色的""樣的物質;但將該復合薄膜在室溫條件下放置二天后,其剝離強度又會隨著時間的延長而逐漸降低。

    這是因為:一段時間后,PE膜滑爽劑會逐漸遷移至PE膜的表面,形成一層很薄的致密層,這層致密層阻隔了粘合劑與PE膜表面的結合,(在PA//膠粘劑與PE界面層)導致粘合劑無法與PE分子接觸,造成復合初粘力明顯降低。即使隨著固化時間的加長,復合強度始終保持很低。對于有特殊要求必須使用高滑爽劑的PE膜,一般情況下不宜放置時間太久。如果由于某種原因造成了PE膜的超期使用,在復合前最好小試或將PE膜置于60~70℃的溫度下8h以上,此時的滑爽劑將部分失效,再去復合,會減少復合強度低的問題。

    2)PA//PE組合復合一段時間后剝離牢度變差:

    加大膠的含固量,復合初粘力尚可,但隨著固化時間的加長,復合強度越來越低,兩層之間出現一層白色粉末狀物質。這是由于生產PE膜時選用了高滑爽的PE原料,由于膜內滑爽劑含量較高,在進行高溫(40~50℃)固化的過程中,膜內的滑爽劑分子運動加劇,大量的這些分子向膜的兩側遷移,隨著時間的加長,向表面遷移的量逐漸增大,其遷移破壞了粘合劑與PE分子之間的物理粘接過程,將剛形成的不很牢固的粘結力破壞,時間越長,這種破壞力越強,復合強度就越低。遇到這種情況時,一般采取提高固化溫度的辦法,加速粘合劑的交聯速度,使其反應速度超過滑爽劑的遷移速度,以彌補由于PE膜內滑爽劑過多造成的負面影響。已加入薄膜中的爽滑劑在較高的溫度條件下會從薄膜的表面向薄膜的內部遷移(內遷),而在較低的溫度環境下會再次向薄膜的表面遷移(外遷)。也就是說:烯烴類材料在較高的溫度條件下對油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑有相對較好的相容性,較低的溫度條件下油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑的相容性相對地較差。

    3)爽滑劑膜間轉移,對BOPA組合卷筒膜復合牢度影響:

    PA膜的內表面是通過粘合劑的作用與PE膜的復合面粘接在一起的,PA膜的外表面則是在收卷張力的作用下與PE膜的熱封面緊緊地""在一起的。

    因此,遷移到熱封層表面的爽滑劑就可能向PA薄膜表面及其內部發生遷移。遷移到PE膜復合面的爽滑劑一方面會導致剝離強度的下降,另一方面會導致PE膜熱封面有效爽滑劑數量減少,進而導致熱封面摩擦系數上升;遷移到PA薄膜表面及其內部的爽滑劑一方面會導致PE膜熱封面上有效的爽滑劑數量減少,進而導致PE膜熱封面的摩擦系數上升,另一方面會使得PA薄膜外表面的摩擦系數下降。收卷后的復合薄膜層間的壓力及距離還與構成復合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度均有著密切的關系。墨層越厚,則收卷后該部位的硬度就越大,則意味著該處的復合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小,從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑"遷移"PA薄膜中去的機率就會更大、數量就會越多。其結果就是上述墨層厚的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數明顯大于墨層薄或無油墨的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數。

    4)摩擦系數在無溶劑復合中對BOPA膜組合的影響:

    不同的無溶劑復合粘合劑的種類,復合膜的摩擦系數有較大區別。在進行無溶劑復合時,需要根據摩擦系數的具體要求,選擇合適的無溶劑復合粘合劑。

    上膠量的增大不但會引起摩擦系數增大,也容易產生其他不利影響:復合膜復合之后其摩擦系數會上升大約0.1~0.2,主要由于復合粘合劑吸收爽滑劑及生產中磨損或消耗掉一部分爽滑劑。因此,在生產中,上膠量的控制也是非常重要的,每平方米增加一克上膠量,摩擦系數大約上升0.025。

    上膠量也不能過小,無溶劑復合如果上膠量小,易造成膠水涂布不均、白點、強度偏低等質量問題,特別是白色油墨處,易出現白點、氣泡問題。

    無溶劑復合粘合劑種類不同,隨著熟化溫度的提高,摩擦系數上升的程度。在其他條件一致的情況下,熟化溫度提高,復合膜的摩擦系數有明顯差別,這是因為,一方面,隨著溫度提高,粘合劑吸附爽滑劑的反應更快,使爽滑劑部分失去作用;另一方面,一些低熔點的爽滑劑在溫度提高時出現粘連,自身失去作用。同樣,熟化時間延長,摩擦系數隨著提高。在無溶劑復合中,一般推薦熟化溫度不超過40℃。一般來說,PE膜的摩擦系數規定大約為:對于制袋產品摩擦系數要求:0.1~0.15;對于卷裝產品摩擦系數要求:0.2。因此,原料薄膜如PE、CPP摩擦系數的大小直接影響復合膜的摩擦系數,只能從源頭上控制,才能保證最終產品有合適的摩擦系數。這樣,對于含有PE、CPP組合的產品質量才有保障。

    5)復合共擠膜后摩擦系數提高:

    使用三層共擠復合膜作為洗衣粉擠出復合的內封層材料,以BOPA/里印為印刷膜面膜, ECPA聚乙烯為擠出復合用中間層,共擠內膜40μm厚度,復合后發現摩擦系數由復合前的0.2~0.3提高到0.7~0.8。為什么?

    擠復后內層熱封膜摩擦系數提高的原因是擠復時溫度較高,內封層膜在較高溫度下同外層BOPP膜用鋼輥和硅橡膠輥壓貼,必須使未復合前的柔軟的低熔點(LLDPE熔點為125135℃)的LLDPELDPE(50:50)的膜表面變得粗糙,再加上生產中的牽引力在鋼輥和硅膠輥上引起的摩擦,摩擦系數必然會大大提高。(三層共擠材料為:LLDPE+LDPE(50:50)/LLDPE(100%)/LLDPE+LDPE(50:50)

    6)環境溫濕度影響, 產生成品袋表面發粘不好噴碼現象:

    一段時間多次出現制袋后成品袋表面發粘、不好噴碼的現象,出現發粘的袋子材料組合為BOPA//VMPET//PE,每一批次有一卷到幾卷不等。

    現象表述:1、袋子外表面發粘吸附在一起,很難打開;2、袋子內部開口性良好,無板結現象;

    判斷原因:原材料受潮,在印刷膜表面形成一層發粘層,袋子放在一起,在袋子與袋子之間形成一個局部真空,導致其很難散開。

    這是因為高溫高濕季節,車間環境濕度大,原材料受潮,表面摩擦系數變大,摩擦力變大,袋與袋之間產生摩擦吸附,緊貼在一起,袋子間瞬時形成局部低壓狀態,在外界氣壓的作用之下,導致袋子相互吸附。高濕高溫季節環境比較潮濕,車間濕度大、做好除濕防潮工作,對改善此類質量問題有所幫助。

                                                                                                          來源:包裝園地軟包裝





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