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熱封工藝探討

熱封強度即是平常由銅棒探測的封口牢度，正規的測試方法是測封口剝離強度，與復合膜剝離強度的測試方法一樣。

一、熱封機理

最常見(jiàn)的是擴散理論：認為熱封制袋時(shí)在熱量和壓力的作用下，處于熔融狀態(tài)的熱封界面之間大分子互相滲透、擴散，從而使兩個(gè)表面融結在一起。

二、熱封工藝參數對熱封強度的影響

⑴熱封溫度 制袋操作中，熱封溫度是影響封口牢度最主要的原因。樹(shù)脂加熱到一定溫度，開(kāi)始熔解，該點(diǎn)稱(chēng)熔點(diǎn)，熱封必須在熔點(diǎn)以上進(jìn)行，這是不言而喻的，但最佳溫度取決于樹(shù)脂融體的粘度。有資料表明，樹(shù)脂熱封時(shí)最佳黏度為108泊，相當于糊狀的膠印油墨黏度，該點(diǎn)一般處于熔點(diǎn)至分解溫度之間的三分之二處。

以上所舉只是大體范圍，樹(shù)脂牌號不同性能各異，例如LDPE樹(shù)脂密度越大，熔融溫度越高。聚乙烯密度0.92，熔融溫度110度；密度0.94，熔融溫度120度；熔融溫度130度的聚乙烯密度為0.96，樹(shù)脂密度越小，熱封溫度自然就越低。

熔體流動(dòng)速率MFI更直接與熱封性有關(guān)。LDPE國標GB11115―89規定代號為D的熔體流動(dòng)速率測試條件為190度，2.16kg負荷。相同條件下，流動(dòng)速度高的熔體黏度低這意味著(zhù)達到熱封黏度所需溫度越低。一般吹膜樹(shù)脂MFI為2，如2F2B，流延PE樹(shù)脂的MFI為3，熱封性比吹膜好。

以上談的熱封性與熱封強度是有區別的。熱封性能好指的是熱封溫度范圍寬，要求的工藝條件不嚴格也能得到高的熱封強度。HDPE熱封強度高于LDPE，但LDPE的熱封性卻比HDPE好。LLRPE有良好的熱封性能，特別是熱封面污染嚴重也不影響熱封性，同時(shí)熱封強度也較高。

⑵熱封壓力 用黏合劑復合需要壓力，熱封也需一定的壓力，正常的熱封壓力使已熔融的薄膜表面密切結合，而又讓有一定黏度的熔融樹(shù)脂能承受而不至壓垮（變?。?。標準熱封壓力是2~3公斤/厘米2。燙刀寬度改變或制袋寬度改變會(huì )影響熱封壓力（壓強），要注意調整，防止產(chǎn)生根切故障。

制袋機熱封壓力是通過(guò)壓簧，汽缸產(chǎn)生，燙刀下部的硅橡膠軟襯主要是為了糾正燙刀平整度誤差和薄膜厚度偏差。硅橡膠的硬度對制袋壓力有一定影響，同時(shí)對熱封時(shí)間也有影響，這是下面要談的。

⑶熱封時(shí)間 它是指封口在燙刀下停留的時(shí)間，具體操作中表現為制袋速度。熱量從燙刀傳遞到四氟乙烯編織布，再通過(guò)印刷基材到達熱切層。在整個(gè)熱封截面存在溫度梯度。熱封時(shí)間越短，薄膜越厚，氣溫越低，薄膜內外溫度越大。單面壓燙的制袋機，內外溫差更嚴重，正因為存在燙刀與熱封層的溫度差，所以燙刀設定溫度高于實(shí)際所需溫度（一般為140~180℃）當熱封時(shí)間增長(cháng)，實(shí)際提高了熱封層溫度；加厚了復合膜厚度，實(shí)際上減低了熱封層溫度；室溫降低使復合膜溫度下降，也降低了熱封層溫度；這些可變因素都要通過(guò)改變設定燙刀熱封溫度來(lái)解決。

上面提到的硅橡膠硬度及燙刀上刀座橫梁與支撐的間隙（“華周”制袋機為0.5~3毫米，輕機三廠(chǎng)制袋機為1.5~2毫米）也影響熱封時(shí)間。操作時(shí)要注意它們的變化，作為有影響的因素考慮。

⑷“根切”故障 制袋操作中，熱封溫度、時(shí)間、壓力直接影響熱封強度。但最佳工藝參數是什么？復合膜熱封層性能受樹(shù)脂牌影響，復合膜種類(lèi)也各異，再加上其他可變因素，因此不可能得出不變的數據。但是最佳工藝可以用封口剝離測試方法得知，能得到最佳剝離強度的工藝，既是該膜該條件下的最佳熱封工藝。

觀(guān)察封口斷面，正常熔合斷面厚度大于有“根切”故障的熔合斷面。

（見(jiàn)圖）

正常樣品受拉力作用在A(yíng)–A面上進(jìn)行封口剝離試驗，而且“根切”的試樣受拉力作用在B–B面上作拉斷試驗。當受力時(shí)，應力集中，當超過(guò)該點(diǎn)可承受的極限應力時(shí)，就在該點(diǎn)發(fā)生破裂并迅速向兩邊擴展，所以其斷裂口為線(xiàn)狀，正常熱封的封口測試時(shí)整個(gè)熱封面受力，超負荷時(shí)破裂在熱封面上發(fā)生。由于熱封面上，熱封強度不盡相當，其破裂口為不規則狀。（見(jiàn)圖）

用拉力機測試封口剝離強度時(shí)，封口剝離強度大于等于下表值即為正常。小于下列值有兩個(gè)可能：一是產(chǎn)生“根切”，二是熱封不牢（溫度不夠）這是很容易判斷的。

由“根切”故障的模型圖可以看出根切現象是薄膜封口部分熱封層厚度嚴重變薄，這主要與制袋工藝條件及燙刀表面狀況有關(guān)。下面列表簡(jiǎn)要說(shuō)明造成復合袋根切的原因及對策。

三、其他影響熱封強度的因素

⑴內層熱封材料厚度 本質(zhì)上，熱封材料厚度與封口剝離強度無(wú)關(guān)。從國標剝離強度分析，合格的熱封面剝離強度應等于熱封材料本身的抗拉強度。國標規定LDPE抗拉強度為112公斤/厘米2。

作拉伸測試時(shí)，應力集中在最小斷面，而最小斷面還是在熱封面的邊緣。熱封壓力一方面迫使熱封接，界面的樹(shù)脂大分子滲透、擴散、增強了熱封界面的剝離強度，另一方面多少會(huì )削弱熱封層的厚度，這種情況嚴重即產(chǎn)生“根切”。有資料說(shuō)明，熱封時(shí)，封口邊緣材料厚度的損失不得大于10~15%，即抗拉強度損失不大于10~15%是合格的。熱封材料越厚，斷面越大，抗拉強度也增強。

⑵復合剝離強度 上面分析似乎說(shuō)明正常熱封口拉伸時(shí)也應該像“根切”一樣斷裂成一條線(xiàn)，其實(shí)不然。原因是外層材料復合后與熱封層的剝離強度補強了熱封層，這與增厚熱封層的作用一樣。高的復合剝離強度有助于防止封口薄弱處被拉斷，這是有利的。伴隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，復合剝離強度會(huì )有所下降，隨之補強減弱、復合袋如有“根切”會(huì )顯露出來(lái)，因此使“根切”故障具有隱蔽性。

⑶四氟乙烯編織布 為了提高熱封強度，熱封刀下往往襯墊四氟乙烯編織布、使熱封邊產(chǎn)生均勻的花紋加強筋結構。滾輪式熱封刀具去除直接在上面刻制格子紋，也有同樣作用。

⑷電暈處理的影響 因氧化反應而發(fā)生的分子接枝，交聯(lián)作用，會(huì )明顯提高薄膜的熱封溫度，而由交聯(lián)造成的網(wǎng)狀結構會(huì )阻礙融體的滲透，從而降低熱封強度。

⑸化學(xué)助劑的影響 如開(kāi)口劑、抗靜電劑及填料，它們都是不融物質(zhì)，聚集在熱封區域，會(huì )造成微小的空穴，或包含微量空氣，這些部位將首先形成薄弱環(huán)節。

⑹其他 薄膜平整度和厚薄公差會(huì )使熱封溫度，壓力不均勻地傳遞到熱封區域。而封口寬度卻與熱封強度無(wú)關(guān)，但會(huì )影響封口的密封性能。所以液體包裝，真空包裝及充氮包裝等，熱封邊應適當寬一些為好。

四、結語(yǔ) 制袋過(guò)程中出現質(zhì)量問(wèn)題是連續的，一旦發(fā)生會(huì )造成較大的經(jīng)濟損失。所以，必須正確地設定制袋工藝，仔細檢查設備各部分狀態(tài)。每更換一個(gè)產(chǎn)品，每設定一個(gè)工藝條件就要測封口剝離強度。每班生產(chǎn)要詳細記錄工藝狀態(tài)，以便判斷質(zhì)量和積累工藝數據。只有認真熟練的操作，及時(shí)檢測，反饋，出現問(wèn)題及時(shí)糾正，才能避免質(zhì)量事故的發(fā)生，提高產(chǎn)品合格率。