挤出复合中剥离强度的影响因素探讨

    随着我国软塑包装工业的快速发展，挤出复合设备技术性能的不断提高，涂覆级树脂如LDPE、PP等及复合黏接级树脂EVA、EMA、EAA等的不断开发，挤出复合工艺以成本低、无残留溶剂等优点，逐步被广大软塑包装企业所接受。挤出复合工艺将树脂经高温熔融、塑化、混炼，从T模头定量、定压流延挤出后，形成的膜直接与另一薄膜结合成复合材料。而挤出复合工序中剥离强度低是困扰众多软塑包装企业的难题，笔者根据生产实践，就剥离强度的影响因素与包装同行共同探讨。
    影响因素
    2.1树脂塑化混炼程度
    挤出复合是将热塑性树脂如LDPE、PP、EVA、EMA、EAA等加入料筒，在螺杆的作用下，经压缩区高温熔融成黏流态，在均化区高温、高压、高剪切条件下，进一步塑化混炼均匀，随着螺杆的推动而被定压、定量、定温地经T模头持续均匀挤出。树脂的塑化混炼程度是影响挤出复合剥离强度的主要因素之一。树脂塑化混炼越充分，复合后剥离强度越高。通常采用以下方法增加树脂塑化混炼程度：
    （1）选用熔体流动速率（MFR）较大的树脂
    树脂的熔体流动速率（MFR）如果太小，则加工性、融合性较差，不能与基材很好地复合，复合牢度下降。熔体流动速率越大，流动性越好，塑化混炼效果越好。但MFR太大，则挤出薄膜发生边厚现象。故宜选用MFR为8g/10min左右的树脂。
    （2）适当提高加热温度
    挤出机加热温度和T模温度的控制极为重要。加热温度低了，树脂塑化不良，从T模流延下来时，就不能很好地与基材复合，复合牢度下降。压缩区、均化区加热温度越高，树脂塑化混炼越充分；加热温度要分区控制，比如均化区温度高于压缩区温度；但温度过高树脂易分解、焦化。加热温度的设定要根据树脂种类及其熔体流动速率（MFR）来设定。如牌号为1C7A的LDPE树脂，其加热温度在300℃～325℃范围内设定。
    （3）适当提高熔体压强
    熔体所受压强越大，塑化混炼就越充分；增加熔体压强，常采用增加滤网层数或目数的方法。如牌号为1C7A的LDPE树脂采用目数分别为85、110、85的三层滤网，使熔体压强在1.2MPa～1.4MPa范围内。
    （4）适当提高螺杆转速
    螺杆转速越大，单位熔体所受螺杆剪切次数越多，塑化混炼就越充分。但螺杆转速增大，挤出薄膜厚度增加，涂覆速度也应增加。故应注意螺杆转速、涂覆速度与挤出薄膜厚度三者的匹配。
    2.2树脂的氧化程度
    黏流态树脂经模唇挤出到接触基材的过程中，被空气中的氧气氧化而产生极性，提高挤出复合剥离强度。气隙即模唇到两薄膜（即挤出薄膜与基材）复合线的距离。气隙大，有利于热熔膜表面氧化增加极性基团，从而使复合牢度增大。但气隙过大，热损失就大，贴合时温度降低，从而会降低剥离强度。气隙一般在9cm～12cm范围内调整。
    2.3树脂温度和厚度
    与基材接触时的树脂温度高，则剥离强度高。通常采用提高T型模头温度的方法，来提高树脂温度。但模头温度过高，则挤出薄膜发生边厚，且易使模唇发生氧化、树脂发生炭化和烫伤被复合薄膜现象。T模各区的温度控制不均匀，还会出现复合膜横向牢度差；T模两侧区域温度高于中间区域温度。T型模的加热温度控制到塑料出现冒少量白烟状态即可。如挤出牌号为1C7A的LDPE树脂时，模头各区温度在323℃～328℃范围内设定。
    在挤出复合中，挤出的树脂熔融膜主要起热黏合作用，黏合的机理是熔融树脂大量的热量及与基材的亲合性。如果挤出的复合层太薄，热量和强度都不够，会造成剥离牢度低。一般要求涂覆膜厚度在18μm～20μm范围内。
    2.4挤出薄膜在高温状态与基材接触的时间
    树脂经模唇挤出后，其在高温状态与基材接触的时间越长，剥离强度越高。如果模头偏向冷却复合钢辊的位置，则挤出的热熔膜在接触基材前已经受到冷却，高温状态与基材接触的时间几乎为零，复合膜的剥离力较差，故应调整模头适当偏向胶辊侧少许，使挤出薄膜与基材接触的时间增加。但要注意被复合基材的耐高温性，以免发生烫伤影响复合质量。
    2.5印刷膜的残留溶剂
    众所周知，目前在软包装行业挤出复合工艺为印后工艺，被复合材料多为印刷后的薄膜。而印刷时极易产生残留溶剂，即溶剂挥发不完全的薄膜经挤出复合后，残留溶剂受热会在复合膜层间产生一些小气泡，从而会使复合好的基材分层。因此，要消除印刷环节的残留溶剂，才能提高挤出复合的剥离强度。要根据生产速度、基材的耐热性、溶剂的挥发性等因素来设定印刷机干燥箱的温度，使溶剂挥发完全。
    2.6压辊压力与冷却辊状态
    挤出薄膜与基材接触后经冷却辊与胶辊挤压后黏接在一起。压辊压力大，冷却辊与胶辊对复合膜的挤压力大，剥离强度就大。但复合压力不可太大，否则基材易被压变形，还要考虑设备的承受能力，一般压辊压力在4kg/cm2左右调节。另外，橡胶压辊的直径应在200mm～250mm范围内，因为胶辊直径大，可使复合基材的接触面增大，复合时受压力的时间增加，提高复合牢度。
    （2）冷却辊将被复合膜和从挤出模头热熔流下来的流延膜黏合后，立即冷却，使复合膜形成内聚力，使两基材不产生相对移动，从而保证良好的复合牢度。如果冷却定型不好，则可能起皱，使复合牢度下降。在复合过程中会产生大量的热量，所以在生产过程中，要随时监控冷却系统的工作状态，要确保复合钢辊始终在冷却温度范围内，否则会出现黏合不牢，夹有气泡，甚至出现流延膜贴附在辊筒上，引起停机，造成损耗。
    此外，在不影响产品外观的情况下，选用网线式冷却辊可增加对薄膜的挤压面积，从而提高挤出复合剥离强度。
    2.7硅胶辊表面平整度
    经多次对在线生产的挤出复合膜进行剥离强度检测，发现所有复合膜两端的100mm处的剥离牢度较好，而中间的剥离牢度较差。通过分析，发现原来在硅胶辊的两端都贴有两层的耐高温胶带，其厚度为0.08mm，这样造成整个硅胶辊表面接触压力不一致，造成复合膜两端的剥离牢度高于中间。故将两边的高温胶带改为只贴一层，使硅胶辊表面压力基本保持均匀。可见硅胶辊表面平整度也对剥离强度有一定影响，要保持硅胶辊表面平整无异物。
    2.8收卷张力
    在复合后收卷时，应随着膜径的增加适当增大收卷张力。由于在收卷时，两种薄膜被贴合在一起时，牢度不稳定；这时加大收卷张力，可避免起皱和分层剥离；且张力加大后收卷平整，不易产生复合膜收缩和相对位移，经冷却定型后，复合牢度就会增大。但收卷张力太大，就会出现起皱和黏连等问题。
    2.9涂覆速度
    涂覆速度降低，则可提高挤出复合剥离强度。但涂覆速度过低，意味着班产量降低、产品成本增加。复合生产速度过高，则流延膜厚度变薄，造成复合牢度下降。所以一定要控制好生产速度，并经常在线采样检测，在保证剥离强度的前提下，适当提高生产速度。
    2.10被复合薄膜的表面张力及温度
    塑料薄膜如PP、PE属于非极性聚合物，其表面自由能很低，与其他物质结合力差，因此，被复合薄膜必须进行表面处理，使其表面张力大于38dyn。此外，在生产前要检查薄膜表面张力是否达到生产要求。在挤出复合设备上增加电晕处理装置是非常必要的。但表面张力不宜过大（46dyn以上），否则黏合牢度会下降，原因是电晕处理过度，加速了PP、PE等薄膜的表面层分子降解，力学强度下降，导致复合牢度下降。此外，被复合基材与挤出薄膜复合时的温度差越小，挤出复合剥离强度越高。因而在保证被复合基材干燥清洁的基础上，通过干燥箱对基材进行预热，降低与挤出薄膜复合时的温度差。
    2.11涂布异氰酸酯类AC剂或双组份聚氨酯黏合剂
    在挤出复合工艺中，基材涂布异氰酸酯类AC剂后，经干燥箱干燥后与挤出薄膜复合，可提高挤出复合剥离强度。也可采用涂布双组份聚氨酯黏合剂，以较少的干量如1g/m2～2g/m2来获得理想的剥离强度。
    2.12生产环境和设备清洁程度
    环境温度和湿度对挤出复合的剥离强度有一定的影响。当环境温度较低、湿度较大时，流延膜的热损失就大，与被复合基材贴合时温度降低，从而会降低剥离强度。此外空气中湿度大时，冷却辊表面就会产生大量水分，这些水分黏附到复合膜上时，会引起复合膜相互黏连。
    要确保设备的清洁，防止各导辊、冷却辊和硅胶辊表面有异物，造成复合牢度不好、起皱等问题。特别是要注意做好日常的T型模唇维护保养工作。停车时要使树脂挤出模唇外少许，防止氧气进入；开车时要用软质铜片反复清理模唇，防止炭化的树脂附在其上，影响复合质量。
   结束语
    提高挤出复合的剥离强度，还可通过对螺杆的专业化设计来进行。拥有挤出复合设备的软塑包装企业，要通过对以上各工艺因素的优化组合，在保证产品剥离强度的基础上，提高生产效率，降低制造成本，不断提升企业市场竞争力。