近幾年軟包裝行業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn),,同時(shí),隨之而來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題也凸顯出來(lái),,使用單位關(guān)于包裝膜拉斷,、打滑、包裝生產(chǎn)線斷流等的投訴不斷增多,。許多軟包裝材料廠,,軟包裝印刷廠因此而造成了巨大損失,,其實(shí)造成這種現(xiàn)象的根源在于軟包裝材料的摩擦性能。因此,,軟包裝材料的摩擦性能對(duì)生產(chǎn)至關(guān)重要,,通過(guò)對(duì)包裝材料摩擦系數(shù)的測(cè)試可以有效地解決上述問(wèn)題,摩擦系數(shù)的大小須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,。
摩擦系數(shù)測(cè)定的設(shè)備及方法
1.測(cè)試設(shè)備與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
①測(cè)試設(shè)備北京蘭德梅克科技開發(fā)有限公司MC-600包裝材料摩擦系數(shù)測(cè)定儀:vmcpp.25μm,,熱封面試樣;
②該儀器符合GB/T10006-1988國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和ISO 8295—1986《塑料——薄膜和薄片——摩擦系數(shù)的測(cè)定》檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),。 摩擦系數(shù)是考察包裝薄膜的一項(xiàng)重要指標(biāo),。因?yàn)樵诎b過(guò)程中的摩擦力常常既是動(dòng)力又是阻力,因而其大小應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),。在研究摩擦系數(shù)時(shí),,應(yīng)特別注意溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響很大,因此不僅要檢測(cè)包裝材料在常溫下的摩擦系數(shù),,還應(yīng)考察其在實(shí)際使用環(huán)境溫度下的摩擦系數(shù),。
1,摩擦系數(shù)
摩擦系數(shù)是各種材料的基本性質(zhì)之一,。當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),,其接觸表面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械作用力就是摩擦力。某種材料的摩擦性能可以通過(guò)材料的動(dòng)靜摩擦系數(shù)來(lái)表征,。靜摩擦力是兩接觸表面在相對(duì)移動(dòng)開始時(shí)的zui大阻力,,其與法向力之比就是靜摩擦系數(shù);動(dòng)摩擦力是兩接觸表面以一定速度相對(duì)移動(dòng)時(shí)的阻力,,其與法向力之比就是動(dòng)摩擦系數(shù),。摩擦系數(shù)是針對(duì)一組摩擦副來(lái)講的,單純說(shuō)某種材料的摩擦系數(shù)是沒(méi)有意義的,,同時(shí)必須指明組成摩擦副的材料的種類,,并說(shuō)明測(cè)試條件(環(huán)境溫濕度、載荷,、速度等)以及滑動(dòng)材料,。
2,添加劑對(duì)摩擦系數(shù)的影響
高分子聚合物在軟包裝行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用,,材料表面的摩擦系數(shù)是包裝機(jī)器運(yùn)行速度以及包裝物易開啟性的主要影響因素之一,,在制作過(guò)程中加入添加劑(如爽滑劑和抗粘連劑)是一種調(diào)節(jié)塑料表面摩擦系數(shù)的常見方式。
爽滑劑按照功能分為內(nèi)爽滑劑和外爽滑劑兩類:內(nèi)爽滑劑能促進(jìn)聚合物大分子鏈或鏈段相對(duì)運(yùn)動(dòng),,從而改善物料流動(dòng)性,;外爽滑劑則是與聚合物基團(tuán)相容性差的極性有機(jī)化學(xué)品,在聚合物鏈的布朗運(yùn)動(dòng)作用下,這些分子遷移到薄膜表面形成一層油性表面,,從而起到改善薄膜表面性能的爽滑作用并降低材料表面的摩擦系數(shù),。通常所有 的潤(rùn)滑劑都兼具有兩方面的功能。薄膜常用的潤(rùn)滑劑有.
(1),,蠟類,,包括低分子量聚乙烯和低分子量聚丙烯(軟化點(diǎn)85~160℃) 和一般石蠟(軟化點(diǎn)55~75℃)。聚乙烯蠟與聚丙烯相容性差,,因此主要起外潤(rùn)滑作用,。而低分子量聚丙烯與聚丙烯相容性好,加入后實(shí)際上起著加寬分子量分布的作用,,改善其流動(dòng)性,。
(2),脂肪酸類,,zui常用的是硬脂酸,,它常以二聚物的形式存在,在聚丙烯中可用作內(nèi)和外潤(rùn)滑兩方面的功能,。
(3),,酰胺類,單酰胺類zui常用的是芥酸酰胺,,它兼具爽滑劑與脫模劑功能,。雙酰胺類zui常用的是亞基二硬脂酰胺(EBS),其熔點(diǎn)約為140℃,,熱穩(wěn)定性好,,用于聚丙烯中主要起外潤(rùn)滑功能。
抗粘連劑一般是粒徑2μm~4μm的固體粉末,,加進(jìn)薄膜表層可以形成許多凸起,,使薄膜層與層之間的實(shí)際接觸面積減少,從而降低粘結(jié)力,,相互滑動(dòng)就會(huì)比較容易,,有利于摩擦系數(shù)的降低。
此外,,由于靜電吸附力不但會(huì)影響薄膜之間的摩擦系數(shù),,還會(huì)影響材料的多種物理性能,因此抗靜電劑也是常用的添加劑的一種,。
3 ,,薄膜表面結(jié)構(gòu)對(duì)摩擦系數(shù)的影響
薄膜表面結(jié)構(gòu)也會(huì)影響摩擦系數(shù),表面太平滑會(huì)導(dǎo)致薄膜表面之間太貼服,,相互滑動(dòng)的有效表面增大,滑動(dòng)就會(huì)特別困難。而如果薄膜表面有一定粗糙度,,表面貼近后相互之間有一定空隙,,相互滑動(dòng)就會(huì)較容易,所以有一定粗糙感薄膜表面摩擦系數(shù)較低,。
表層使用不同原料生產(chǎn)可以獲得不同摩擦系數(shù)性能的薄膜,。表層使用聚丙烯均聚物,由于均聚物結(jié)晶度高生產(chǎn)的薄膜剛性高而且薄膜表面硬度好,,所以薄膜摩擦系數(shù)較低,。有些薄膜為了要求可以熱封合,必須在表層使用共聚物以獲得熱封性能,,由于共聚物含有一定量的無(wú)規(guī)物結(jié)晶度低,,生產(chǎn)的薄膜較軟并且薄膜表面較粘,所以薄膜摩擦系數(shù)較高,。
4 ,,抗粘連劑對(duì)摩擦系數(shù)的影響
塑料薄膜表面光滑,相互滑動(dòng)比較困難,??拐尺B劑一般是粒徑2-4um的固體粉末,加進(jìn)薄膜表層可以形成許多凸起,,使薄膜層與層之間的實(shí)際接觸面積減少,,從而降低粘結(jié)力相互滑動(dòng)就會(huì)較容易,有利于摩擦系數(shù)的降低,。
抗粘連劑的種類對(duì)薄膜摩擦系數(shù)有較大影響,,抗粘連劑的種類分無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩大類,無(wú)機(jī)物的品種以二氧化硅為主,,有機(jī)物的品種是隨著雙向拉伸聚丙烯薄膜的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的較新的品種,,例如脂肪酸酰胺就是有機(jī)物的一種,其表面柔軟,薄膜表面摩擦系數(shù)比無(wú)機(jī)物的品種低,。
5,, 高溫使用條件對(duì)摩擦系數(shù)的影響
薄膜在實(shí)際使用中溫度條件可能不一樣:例如在熱帶氣候條件下,又或者是卷煙包裝機(jī)熱封桿的高溫條件等,。通常從30℃開始,,薄膜的摩擦系數(shù)便急劇上升,這是因?yàn)槌S玫臐?rùn)滑劑已接近其熔點(diǎn)而變得粘結(jié),,測(cè)試時(shí)施加的力波動(dòng)很大,,呈現(xiàn)一種間歇性滑動(dòng)或粘結(jié)效果。
為了驗(yàn)證溫度變化對(duì)摩擦系數(shù)值的影響,,選擇了幾組有一定代表性的材料 PC 膜,、鋁箔復(fù)合膜在不同溫度下測(cè)定它們的摩擦系數(shù),。以下是其中 2 組試驗(yàn)的詳細(xì)試驗(yàn)信息及結(jié)果:
表 1. PC 膜摩擦試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
試驗(yàn)溫度℃ | 靜摩擦系數(shù) mean 1 | 動(dòng)摩擦系數(shù) mean 1 |
32.1 | 0.285 | 0.244 |
45.5 | 0.336 | 0.212 |
62.0 | 0.387 | 0.319 |
74.1 | 0.435 2 | 0.322 2 |
87.5 | 0.433 2 | 0.300 2 |
注 1 :試驗(yàn)數(shù)據(jù)為多組試驗(yàn)平均值。
2 :粘滑現(xiàn)象,。
表 2. 鋁箔復(fù)合膜摩擦試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
試驗(yàn)溫度℃ | 靜摩擦系數(shù) mean 1 | 動(dòng)摩擦系數(shù) mean 1 |
29.6 | 0.314 | 0.239 |
46.2 | 0.355 | 0.277 |
74.3 | 0.343 2 | 0.253 2 |
89.5 | 0.429 2 | 0.241 2 |
注 1 :試驗(yàn)數(shù)據(jù)為多組試驗(yàn)平均值,。
2 :粘滑現(xiàn)象。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨溫度升高的走勢(shì)如圖 1 所示,。
從圖 1 可以看出試驗(yàn)溫度的升高明顯影響了材料的摩擦系數(shù),,但對(duì)于不同的試樣,溫度的影響效果不同,;而且對(duì)于同一試樣,,隨溫度的上升,動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)很可能也不同于靜摩擦系數(shù),。例如對(duì)于 PC 膜,,靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長(zhǎng)趨勢(shì)比較穩(wěn)定,但動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)的波動(dòng)就很大,,不過(guò)動(dòng)摩擦系數(shù)的整體趨勢(shì)也是增長(zhǎng)的,。對(duì)于鋁箔復(fù)合膜,摩擦系數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)就不如 PC 膜,,而且其動(dòng)摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定,。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是,在進(jìn)行 74℃以上的摩擦試驗(yàn)時(shí),,試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象,,即滑動(dòng)現(xiàn)象是不平穩(wěn)的、間歇性的,。
為了減輕這種間歇性滑動(dòng)-粘結(jié)現(xiàn)象,,需要使用另一種*不同的耐高溫潤(rùn)滑劑--硅酮,它由于是高分子量聚合物而具備*的特性,,即使在較高溫度下摩擦系數(shù)仍然保持較低,。