摩擦系数与爽滑性、开口性
2016-06-28 15:28阅读:
长期以来,业内人士都以CPP或CPE的热合面/热合面这一摩擦副在常温下的摩擦系数作为复合膜、袋的爽滑性、开口性的评价指标。
在这种思想的指引下,下游的包材应用企业(食品厂、药厂等)不断地要求包材加工厂降低以CPP或CPE的热合面这一摩擦副在常温下的摩擦系数;在制膜行业,油酸酰胺、芥酸酰胺的应用量不断攀升;在复合加工行业,导辊上的白色粉末被熟视无睹,熟化室的温度一降再降,熟化时间一减再减;
在复合加工企业及其供应商之间,关于摩擦系数上升、剥离力差、剥离力衰减、封口强度差、耐热性差、胶水固化速度慢、胶水不干、“拉不动”、喷码不牢、无法码垛等“质量投诉”则此起彼伏。
何谓摩擦副?摩擦副就是相互接触的两个物体产生摩擦而组成的一个摩擦体系。
对于任意一种应用于复合软包装材料加
工的基材而言,例如
CPE薄膜,其摩擦副至少都会有以下三种情况:基材的电晕处理面/基材的电晕处理面、基材的电晕处理面/基材的非电晕处理面和基材的非电晕处理面/基材的非电晕处理面。
何谓爽滑性?在复合软包装行业中,人们对“爽滑性”一词的定义或解释是:复合薄膜可在后加工设备上平滑、顺畅地运行的特性。
何谓开口性?在复合软包装行业中,人们对“开口性”一词的定义或解释是:包装袋的开口边被打开时的难易程度。
“爽滑性”、“开口性”一词,在《辞海》、《现代汉语词典》、《新华词典》及GB/T
9851-2008
《印刷技术术语》中都找不到相应的解释。
可以说:“爽滑性”、“开口性”一词都是复合软包装行业的从业人员所创造的新词。
正确的爽滑性评价指标应当是:(复合薄膜中的)热合基材的热合面与不锈钢板这一摩擦副在钢板的温度为50~60℃条件下的摩擦系数。
正确的开口性评价指标应当是:CPP、CPE薄膜的热合面之间或复合膜的热合面之间的粘连力。
为何选择热合面/不锈钢板摩擦副?
以下的表1至表3为从不同渠道获得的关于摩擦副与摩擦系数的数据(注:表中的数据如未特意标明温度条件的,则表示该数据为常温下的数据)。
表1 香烟包装膜的摩擦系数
|
薄膜用途
|
摩擦副
|
静态摩擦系数
|
动态摩擦系数
|
香烟膜
|
外面/外面
|
0.26
|
0.24
|
内面/内面
|
0.34
|
0.32
|
外面/不锈钢(50℃)
|
0.52
|
0.35
|
摘自食品产业网 2009年9月9日《自动包装中包装材料摩擦系数的探讨》
|
表2
CPE薄膜中的爽滑剂用量与摩擦系数
|
助剂用量%
摩擦副
|
0
|
0.03
|
0.06
|
0.10
|
0.14
|
0.19
|
0.24
|
0.30
|
内面/内面
|
0.577
|
0.577
|
0.467
|
0.332
|
0.255
|
0.261
|
0.242
|
0.253
|
内面/不锈钢
|
0.311
|
0.296
|
0.312
|
0.309
|
0.331
|
0.330
|
0.320
|
0.311
|
摘自“申凯包装”网站
|
表3
不同内层材料间的动摩擦系数与温度的关系(PET/AL/PE)
|
温度
摩擦副
|
25℃
|
35℃
|
40℃
|
45℃
|
50℃
|
55℃
|
60℃
|
65℃
|
70℃
|
① A厂
|
0.074
|
0.115
|
0.137
|
0.215
|
0.467
|
2.93
|
-
|
-
|
-
|
② B厂
|
0.085
|
0.102
|
0.124
|
0.147
|
0.293
|
0.737
|
2.83
|
-
|
-
|
③ C厂
|
0.112
|
0.110
|
0.121
|
0.148
|
0.210
|
0.294
|
0.483
|
1.97
|
-
|
④淋膜
|
0.553
|
0.565
|
0.578
|
0.580
|
0.592
|
0.612
|
0.630
|
0.675
|
1.184
|
⑤特种热合材料
|
0.623
|
0.602
|
0.558
|
0.493
|
0.424
|
0.364
|
0.293
|
0.289
|
0.243
|
注1:摘自江苏台正仪器有限公司网站。
注2:“① A厂”表示A厂的PET/AL/PE复合材料的热合层PE/PE的摩擦副。
|
从表1和表2的数据可以发现:薄膜间摩擦副的摩擦系数数据并不能直接表征薄膜/不锈钢摩擦副间的摩擦系数。
表2的数据表明:CPE薄膜中的爽滑剂用量对薄膜/不锈钢摩擦副间的摩擦系数的影响不显著!
表3的数据表明:薄膜间摩擦副的摩擦系数在不同的试验温度条件下,数据变化非常显著!不同的企业加工的同一结构的复合薄膜,由于其热合层材料的种类、配方的差异,故试验温度对摩擦系数试验结果的影响程度也有所不同。
由于在实际应用(食品厂、药厂使用复合膜卷进行自动包装)过程中,复合薄膜必须要通过自动包装机上的不锈钢制的成型器才能成型,因此,对复合薄膜的应用效果影响最大的是复合薄膜的热合面/不锈钢这一摩擦副间的摩擦系数。
复合薄膜在连续的成型/灌装/封口过程中会不间断地与不锈钢成型器发生摩擦,而摩擦就会生热,其结果就是成型器的表面温度会不断升高;当成型器的表面温度达到一定程度时(例如50~60℃时),已经迁移到成型器表面的爽滑剂以及与成型器相接触的复合薄膜的热合面上的爽滑剂就会逐步地受热软化,发生相互粘连,宏观上导致复合薄膜热合面/不锈钢摩擦副的摩擦系数急剧地上升,继而导致复合薄膜难以被拉动,甚至被拉断(如表3中第一、第二行数据所示)!
所以,应当使用复合薄膜中的热合基材的热合面与不锈钢板这一摩擦副在钢板的温度为50~60℃条件下的静摩擦系数作为复合薄膜爽滑性的评价指标!!!
为何选择粘连力?
在百度翻译中,“开口剂”被翻译成“opening
agent”和“anti-blocking
agent”;在谷歌翻译中,“anti-blocking agent”被翻译成:“防粘连剂”
在1982年出版的《英汉化学化工词汇》(第三版)中,对“anti-blocking agent”的释义是:防粘剂。
国家标准GB/T 16276-1996《塑料薄膜粘连性试验方法》在其“4意义和应用”中已经指出:
“塑料薄膜在温度和压力的作用下可能产生粘连,在加工、使用或贮藏过程中也可能产生粘连。几乎所有粘连都是由下述两种情况引起的。
4.1 极端光滑的薄膜表面,紧密接触而且几乎完全隔绝空气。
4.2 压力或温度(或两者)引起薄膜接触表面粘融。”
上述的表述已经将产生粘连的原因清楚地表达出来了。而这种粘连现象在所谓“开口性差”的包装袋上则有着突出的表现。
在百度翻译中,“爽滑剂”被翻译成“slipping
agent”和“slip
agent”;同样在百度翻译中,“slipping agent”被翻译成:“[词典] 增滑剂,润滑剂;爽滑剂;[网络] 增滑剂;平滑剂;”
很明显很
奶
很明显,爽滑剂的作用是在光滑的塑料薄膜的表面再“铺”上一层润滑油,使其表面在常温条件下的摩擦系数下降到需要的程度或数值。同时,它将本来已经光滑的薄膜表面变得更加光滑,从而为薄膜间产生粘连打下了基础。
而在制袋加工过程中,温度和压力是两个必不可少的工艺条件。
温度和压力,再加上在爽滑剂参与下形成的“极端光滑的薄膜表面”,制袋成品的“开口性差”的问题就是一个必然的结果。
由此可见,利用爽滑剂降低热合层薄膜间摩擦副在常温条件下的摩擦系数只会给改善制袋成品的开口性的努力带来不利的影响!
因此,利用热合层薄膜间摩擦副的摩擦系数来预测未来制袋成品的开口性显然是一个错误的选择!
所以,应当采用国家标准GB/T
16276-1996《塑料薄膜粘连性试验方法》来对制袋成品的开口性进行检查与评价。
改善爽滑性、开口性的方法
如前所述,产生粘连的条件有三个:压力、温度和“极端光滑的薄膜表面”。由于压力和温度是制袋加工中必不可少的工艺条件,因此,改善开口性的唯一途径就是消除“极端光滑的薄膜表面”!
而消除“极端光滑的薄膜表面”的最简单、有效的方法就是:在热合层基材的热合面上掺入适量的无机类的开口剂,例如二氧化硅微粉(当然,开口剂还有许多其他的品种),使之在微观上变得“凹凸不平”,或称之为“提高微观不平整度”。
另一个行之有效的方法是在复合薄膜的表面喷洒玉米淀粉。
掺入开口剂的方法对改善复合薄膜在自动包装机上的爽滑性同样有效!因为复合薄膜的热合面的“微观不平整度”提高以后,复合薄膜的热合面与自动包装机的成型器间的接触面积就会大幅度减少,相应的摩擦力也就会大幅度减小。
小结:
1、爽滑性是指复合薄膜在后加工设备(包括自动包装机)上平滑、顺畅地运行的特性;
2、开口性是指已完成的复合膜袋的开口边被打开时的难易程度。
3、复合薄膜的热合面间摩擦副在常温条件下的摩擦系数并不适用于对复合薄膜的爽滑性和开口性进行预先评价;
4、适用于评价爽滑性的指标是复合薄膜中的热合基材的热合面与不锈钢板这一摩擦副在钢板的温度为50~60℃条件下的静摩擦系数;
5、适用于评价开口性的指标是CPP、CPE薄膜的热合(非电晕处理)面之间的或复合膜的热合面之间的粘连力。