《复合加工》PPT课件

第五章：复合进行包装材料复合加工的背景：作为包装材料，要求透明柔软、机械强度高、气体阻隔性好、防潮、防腐蚀、耐高低温等性能。然而，各种单一的塑料薄膜有各自局限性，不能完全满足各种商品包装的要求。尤其是食品包装，要求比较复杂，有的要高温杀菌，有的要真空包装，有的要冷冻冷藏等，而且食品本身又很复杂，水、油、酒、盐、酸、辣、甜、香等各种成本都可能遇到。因此，包装材料使用单一材料，为了满足包装特有的功能，只能采用复合材料。复合：用黏合剂或热黏结的方法将两种或两种以上的基材黏结起来，使它们成为统一的整体。复合与覆膜不同：覆膜主要提高被覆产品的抗水性、耐摩擦性、耐光性、光泽度等，而复合加工的目的，主要在于改善作为包装材料的印刷品的性能，使各单层薄膜的优点都集中到复合薄膜上，成为理想的包装材料。例子：双层复合的方便面袋和PP-F蒸煮袋。高密度聚乙烯质地像纸，表面经处理后易于印刷。印刷图文后，再复合一层气密性好、抗水性好、无毒、无公害的乙烯-醋酸乙烯酯薄膜，既可把印刷图文夹在两层塑料膜中间，避免与方便面接触，又可提高包装袋的气密储存性。PP-F蒸煮袋的外层材料为双向拉伸聚丙烯，其尺寸稳定性好，里印图文后，先用胶黏剂同隔绝性好的铝箔复合，再复合聚乙烯，能经得住高温蒸煮，对食品起到保鲜保味的作用。第一节：复合薄膜常用基材一、塑料薄膜在复合材料中使用的塑料薄膜，按其用量大小排列：聚乙烯、聚丙烯、玻璃纸、聚酯、尼龙、共挤膜、乙烯与丙烯酸酯共聚膜等。（一）聚乙烯薄膜（PE）低密度聚乙烯薄膜（LDPE）：柔韧而透明、无毒；具有防潮、耐水、耐化学药品性；热封性和热黏合性能好，且价格便宜，常用作复合薄膜的热封层，许多复合薄膜都采用一层或多层LDPE薄膜作为结构层。LDPE的耐热温度和强度不高，不能用作蒸煮袋的热封层。高密度聚乙烯薄膜（HDPE）：耐热性好，机械强度高，耐化学药品性和耐油性均优于LDPE，可用作蒸煮袋的热封层。聚乙烯薄膜属非极性材料，在复合或或印刷前一般需要表明处理。（二）聚丙烯薄膜（PP）挤出流延聚丙烯薄膜（CPP）：挤出机先将原料树脂熔化，熔融树脂经机头流延到表面光洁的冷却辊上迅速冷却成薄膜。经厚度测量、牵引、电晕处理、展平后，切去边缘较厚的边料，再次展开并收卷为薄膜卷。特点：具有较好的热封性，可用作蒸煮袋等复合薄膜的热封层。双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）：由聚丙烯颗粒经共挤形成片材后，再经纵横两个方向的拉伸而制得的。特点：优点是物理稳定性、机械强度、气密性较好，透明度和光泽度较高，坚韧耐磨，主要缺点是热封性差，所以一般用做复合薄膜的外层薄膜，如与聚乙烯薄膜复合后防潮性、透明性、强度、挺度和印刷性均较理想，适用于盛装干燥食品。聚丙烯薄膜的表面为非极性，表面自由能低，对油墨和胶黏剂的附着力差，在印刷和复合前需要进行表面处理。（三）玻璃纸（又称赛璐玢，PT）玻璃纸是一种是以棉浆、木浆等天然纤维为原料，用胶黏法制成薄膜的。印刷性好，印刷前不需要进行表面处理。有着极其好的透明度和光泽度，可以印刷出比其它塑料薄膜色彩鲜艳的产品。无毒、无味，是传统的糖果包装纸。焚烧时无厌恶气味，虽然不能生物降解，但是堆放或埋入土中，四个月就可以完全分解，比其它塑料薄膜的环保性好。玻璃纸主要用于食品包装、糖果包装、香烟包装、药品包装、防潮包装、化妆品包装、收缩包装、易撕裂包装和开透明窗口的纸盒包装等。复合中玻璃纸常用作复合薄膜的外层。（四）聚酯薄膜（PET）优点：①有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。②耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。③具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。④气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。⑤透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。⑥无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。（五）尼龙薄膜（聚酰胺PA薄膜）常用作复合薄膜的外层或中层，其复合薄膜可用于蒸煮食品、油腻性食品的包装。（六）聚氯乙烯薄膜（PVC）具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。PVC材料用途极广，主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。（七）聚苯乙烯薄膜（PS）无色透明的热塑性塑料，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。聚苯乙烯的化学稳定性比较差，可以被多种有机溶剂（如：芳烃、卤代烃等）溶解，会被强酸强碱腐蚀，不抗油脂，在受到紫外光照射后易变色。燃烧时会产生大量一氧化碳或者二氧化碳，注意防止中毒。经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。（八）乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的柔软性，橡胶般的弹性，在-50℃下仍能够具有较好的可挠性，透明性和表面光泽性好，化学稳定性良好，抗老化和耐臭氧强度好，无毒性。与填料的掺混性好，着色和成型加工性好。被广泛应用于中高档旅游鞋、登山鞋、拖鞋、凉鞋的鞋底和内饰材料中。另外，这种材料还用于隔音板、体操垫和密封材领域。我国广东的顺德、中山，福建的晋江、泉州和浙江的温州是我国鞋业的主要生产基地，每年消耗大量的EVA树脂产品。以EVA树脂为主要成分的热熔胶，由于不含溶剂，不污染环境且安全性较高，非常适合于自动化的流水线生产。（九）聚乙烯醇（PVA）PVA具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，因此除了作纤维原料外，还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。二.非塑料材料1.纸张：耐摩擦，挺度好，适于机械化操作；印刷性能好，有遮光性等特点。常用作复合材料的外层。2.铝箔：优良的综合阻隔性能，即气密性、保香性、防潮性、遮光性好；适于印刷，装潢效果好。常用作复合薄膜的组隔层。3.镀铝薄膜：在塑料薄膜或纸张的表明镀上一层极薄的金属铝形成的薄膜。常用作复合薄膜的外层。第二节：复合加工工艺复合工艺是软包装材料生产中的常用生产工艺，复合工艺常用的有干法复合、湿法复合、挤出复合、共挤出复合、无溶剂复合、热熔胶复合、涂布复合和蒸镀复合等。一、干法复合复合软包装材料生产中应用最为广泛的生产方法。干法复合工艺可以把任何基材复合起来，不管它的透过性好坏，也不管它是热塑性的还是非热塑性的。干法复合缺点：黏合剂用量大，能量消耗大，其生产成本较高；而且聚氨酯黏合剂有一定的毒性。（一）干法复合的原理在一种基材上涂上黏合剂，然后利用烘道加热使黏合剂中的溶剂挥发出来，剩下真正起粘结作用的固体胶黏剂，然后在无任何溶剂的“干的”状态下以一定的温度与另一种基材贴覆黏合，再经冷却、熟化就成为复合材料。（二）干法复合机的基本结构干法复合机通常由两套放卷装置，一套涂胶装置、干燥装置、复合装置和收卷装置等组成。辅助装置有薄膜的传递、张力调节。进位控制器及电晕处理装置等。1－涂布机2－放卷机3－干燥通道4－收卷机5－冷却工位6－复合机7－放卷机主要结构的功能与注意要点1.涂胶装置有网纹辊刮刀式、网纹辊橡胶辊式等几种形式。最常用的是网纹辊刮刀式涂胶装置。它是由一个表面刻有网纹的金属辊和一个橡胶反压辊组成。常用的网纹辊网线约为35～55l/cm；网点深度为2O～6μm；黑白比为1∶3～8；网点形状有斜槽型、斗型、倒四角锥型等。通过更换不同网点深度和网线的网纹辊，可得到所需要的涂胶量。涂布量（于物质）一般为2～5g／m2，粘合剂的浓度为15％～30％。1-网纹辊2-反压辊3-刮刀网纹辊刮刀式涂胶装置3网纹辊2.干燥装置它由烘道、电加热器、鼓风机和排风机等组成。烘道采用拱门隧道式或水平隧道式，以防止基材在干燥过程中卷起。鼓风机鼓出的风经过电热器加热后，均匀地吹向涂胶基材上，热空气流动的方向与基材的运行方向相反。鼓风的目的是使烘道内空气流动，横向温度分布均匀。排风机通过风管将挥发的溶剂蒸气排出或进行回收。3.复合装置是将已涂胶并经过烘干处理的基材与另一基材进行复合。它由一对复合夹辊即一个加热钢辊和一个橡胶辊组成。复合钢辊内可通入热油、蒸气或过热水加热；也可采用电阻丝加热。复合橡胶辊则需要通冷却水以保护面层。（三）干法复合工艺用印刷的薄膜作第一基材，经过涂胶装置将粘合剂均匀地涂布在第一基材的印刷面上，然后将其通过烘道，使粘合剂中的溶剂挥发掉，再经过复合夹辊在加热加压下与第二基材复合在一起，冷却后卷取即成复合膜卷。复合膜卷还需进一步固化，即进行熟化处理，以达到应有的性能。1－第一基膜放卷2－涂胶3－烘道4－复合辊5－第二基膜放卷6－复合收卷包装的熟化也叫固化，就是把已复合好的膜放进烘房（熟化室），使聚氨酯粘合剂的主剂、固化剂反应交联并被复合基材表面相互作用的过程。熟化的主要目的就是使主剂和固化剂在一定时间内充分反应，达到最佳复合强度；其次是去除低沸点的残留溶剂，如醋酸乙酯等。工艺控制要点1.涂布量：当涂布量不足时，复合薄膜的粘合强度差、耐蒸煮性和热封强度降低；当涂布量过多时，会使薄膜发皱变硬，开口性变差，同时溶剂不易挥发彻底，胶层中也会残存溶剂。2.干燥温度：烘造温度从基材进口到出口之间由低到高设置，分三段控制。在基材刚进入烘道即蒸发区时，粘合剂中的溶剂蒸发容易，温度应低一点，使其慢慢蒸发；当基材进人硬化区时，因溶剂不断蒸发以及粘合剂两组分间的反应，使粘合剂的粘度逐渐升高，溶剂再继续蒸发困难，此时应提高洪道温度；当基材进入最后一区时，应进一步提高烘道温度，以使粘合剂中残余的溶剂完全蒸发掉，形成有一定粘性的胶层。烘道的三段温度一般为：50～60℃、60～70℃、70～80℃左右。3.复合温度和压力：适当提高复合温度和压力，有助于提高粘合剂的流动性和对第二基材的润湿性，从而使复合强度提高。但复合温度过高，会使基材的透明性降低。通常的复合温度为：透明薄膜50～60℃；铝箔80～100℃；其它基材70～80℃。复会压力一般为0．4～1.2mPa。4.熟化温度和时间：聚氯酯粘合剂在将两基材复合后并未完全固化，因此复合后的薄膜还需要经过熟化处理，使其充分交联固化，达到应有的粘合强度和各项性能。适当提高熟化温度，能增加复合强度，缩短熟化时间，但熟化温度过高，会使复合薄膜的开口性变差。一般熟化温度在50～60℃之间，熟化时间需48h左右。二.湿法复合将胶黏剂涂在一种基材上，在胶黏剂没有烘干之前另一种基材就贴上去了，然后再把已贴覆好的材料烘干，使其有一定强度的黏结力，成为复合材料。l－第一基膜放卷2－第一复合辊3－第二基暖放卷4－涂胶辊5－烘道6～7－收卷8－粘合剂湿法复合是一种最早采用的较经济的复合方法。因不需要有机溶剂，所以成本较低，且无污染；复合速度可达150～300m／min左右。湿法复合中使用的是水溶性粘合剂，要求复合基材至少有一侧是疏松多孔、透气的，以便使粘合剂在烘道中充分干燥。湿法复合主要用于铝箔／纸、纸／纸、纸／玻璃纸、塑料／纸的复合，其粘合强度不高，主要用作香烟、糖果、巧克力的内包装材料，以及包装商标材料。三.挤出复合挤出复合一般是将聚乙烯等热塑性塑料在挤出机内熔融后挤入扁平模口，成为片状热熔薄膜流出后立即与另外一种或两种薄膜通过冷却辊和复合辊复合在一起，经冷却制成复合薄膜的方法。挤出复合可用于塑料／铝箔、塑料／纸、塑料／塑料以及塑料铝箔纸之间的多层复合，其产品可加工成复合包装袋、复合纸盒、复合软管等，主要用于食品、饮料、化妆品、牙膏等产品的包装，也可用作水泥袋、化肥袋以及集装袋等大型包装袋。1－放卷2－导棍3－鼓形辊4烘箱5－空隙6－T型模头7－挤出机8－塑 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9－夹紧辊10－冷却辊11－夹层基材12－收卷单联式挤出复合工艺流程图1－放卷2－导辊3－鼓形辊4－烘箱5－挤出机6－夹层基材7－挤出机8－收卷双联式挤出复合工艺流程图挤出复合工艺控制要点1.增粘处理。因PE粘接树脂与基材的粘合牢底较低，在挤出复合中常需要采取增粘措施，以增加挤出复合材料的粘合强度。常用的增粘方法有以下几种：①电晕处理。在复合前对基材表面进行电晕处理是最常用的增粘措施。它是在电极上施加高频高压电（一般频率为10～50kHz，电压为10～50kV）使电极板间电晕放电。放电时空气中产生的等离子气体冲击电极间的薄膜，使其表层分子的化学键断裂，同时放电时产生的臭氧使薄膜表面氧化，这样既粗化了薄膜表面，还改变了薄膜的极性，增加了表面的粘合性能。另外，电晕处理还除去了薄膜表层的油污、水气和尘垢等，使挤出．复合的粘合强度提高。②打底处理。即复合前在基材的表面预涂布一层增粘剂。一般是将增粘剂溶液涂布在基材上，加热将溶剂蒸发后，再通过粘接树脂与其它基材复合在一起。常用的增粘树脂有各类AC剂以及聚氨酯粘合剂等。③高温氧化。在热融片膜从T型模头的出口流到复合基材上的流下距离中进行空气氧化。可采用串联式挤出复合，经两道工序完成复合，即在第一道工序中采取高温挤出涂布，以使其高度氧化来保证良好的粘合；然后在第二道工序中再低温涂布未氧化的PE树脂，这样既避免了PE的气味问题，又保证了复合材料的热封性。④臭氧氧化。是采用臭氧发生器进行氧化。它是通过喷咀喷出高浓度的臭氧，冲击热熔片膜与基材相粘合的一面上，使其充分氧化，保证了粘接树脂与基材间的粘合。这样允许在较低的挤出温度下进行挤出复合，不会产生PE的气味问题。另外，热熔片膜另一面上的氧化程度较低，也使其热封性能得到了改善。⑤火焰处理。在许多PE与纸基的挤出复合中，对纸基表面进行火焰处理，即使其表面暴露于火焰的直接喷冲之下，这样能使PE与纸基的粘合性得到改善。2.挤出温度一般来说，挤出温度高能提高PE与基材间的粘合牢度；但因高温氧化会使复合薄膜带有PE的臭味，热封性能降低，且挤出的熔融片膜收缩较大；挤出温度低则使PE与基材间的粘合性能下降，且挤出的PE膜的透明度和光泽度下降。一般挤出复合的机头温度为300℃左右，对幅宽较大的机头，为使其出料均匀，两端的熔融温度应比中心位置高5℃左右。3.气隙距离它是指从T型模口到冷却钢辊与橡胶辊切点之间的距离，即熔融片膜的流下距离。一般气隙距离大，挤出版膜表面氧化程度大，有利于提高合牢度。但另一方面，气隙距离大则使熔融片膜的损失增大，也会影响复合牢度，且还会产生较大的缩颈。气隙距离小则与之相反。气隙距离一般控制在50～150mm之间。4.复合速度当挤出机的挤出速度即螺杆转速一定时，复合速度越快涂覆层越薄、则粘合强度越低，反之亦然。一般当挤出复合薄膜粘合强度要求不高时，可以采用较高的复合速度；而粘合强度要求高时，若采用了较好的增粘措施也可以采用高速复合，而一般情况只能采用低速复合。挤出复合速度一般控制在150m/min以下，涂层厚度在0.05mm左右。5.冷却温度冷却辊表面温度一般为20～35℃。四.无溶剂复合无溶剂复合是采用无溶剂型粘合剂，将两种基材复合在一起的一种方法，又称反应型复合。在无溶剂复合中，因不使用溶剂，节省了大量能源，减少了生产设备的占地面积；无环境污染问题；复合薄膜中无残留溶剂。因此它是一种很有发展前途的复合方法，可用于塑料薄膜、铝箔、纸之间的复合。无溶剂复合使用的粘合剂，一般是单组分聚氨酯粘合剂。其原理是聚氨酯预聚体一经加热，即变成低粘度液体，遇到空气中的水分即发生固化。因此可以在粘合剂处于液状时进行涂覆。　在无溶剂复合过程中，要使用稳定的、高精度的涂胶装置来完成，其价格昂贵。另外就是粘合剂的初始固化和固化问题，若控制不当会影响该复合方法的经济性，并降低复合薄膜的透明性和粘合强度等。由于无溶剂复合中粘合剂的涂布量非常少，因此要采用很高的复合压力。无溶剂复合机除无烘干装置外，其它与干法复合机大致相同。五.热熔复合使用热熔性粘合剂，将其加热熔融后涂布在一基材的表面复合在一起，冷却后即成为复合薄膜。热熔复会主要用于生产铝箔／纸、铝箔／玻璃纸、玻璃纸／玻璃纸等复合薄膜，用作香烟、食品等包装材料以及瓶贴商标材料等。热熔复合最早使用微晶石蜡作粘合剂，又称蜡复合。现正逐渐为合成粘合剂所代替，如EVA、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚异丁烯、聚丁烯、石油树脂等。其中以EVA热熔粘合剂用的最多。另外，铝箔／纸、纸／纸复合也常采用蜡作粘合剂，这种复合薄膜因成本低，大量用于食品包装。六.涂覆涂覆是在基材的单面或双面均匀地涂覆一层涂复剂，使其形成复合薄膜的一种方法。最常用的涂覆剂是PVDC树脂，它对气体、气味、水气的透过率很低，是极佳的阴隔性材料。将PVDC树脂涂覆在玻璃纸、BOPP、BOPET和BONY薄膜上，可显著地提高薄膜的阻隔性，使其具有优良的防潮性、气密性和保香性，同时也改善了某些薄膜的热封性。PVDC的涂复量一般为4～6m／m2。