Три ключевых момента контроля технических рисков в процессе производства композитов без использования растворителей 

К существенным преимуществам технологии композитных материалов без растворителей относятся снижение затрат, высокая эффективность и энергосбережение, безопасное и стабильное производство, а также повышение качества продукции. Этот производственный процесс заслуживает поддержки и имеет большое практическое значение.

Однако современная технология композитных материалов без растворителей еще не достигла зрелости, и по-прежнему существуют некоторые технические риски, которые легко упускаются из виду при применении технологии компаниями, производящими гибкую упаковку, что приводит к возникновению проблем с качеством. С этой целью автор суммирует 3 основных фактора риска, связанных с технологией композитных материалов без растворителей, анализирует их причины и делится ими с отраслевыми специалистами.

Точка 1

Технические риски, связанные с увеличением количества клея А в композитном материале без растворителей

Соотношение компонентов двухкомпонентных композитных клеев без растворителей (клей А и клей В) обычно определяется весовым соотношением клея А и клея В, а не их объемным соотношением. Соотношение компонентов двухкомпонентных клеев, как правило, определяется производителем клея, поскольку соотношение компонентов клея разных марок и сфер применения, как правило, различается. Несмотря на то, что существует множество отечественных производителей клеев без растворителей, вариантов весового соотношения клея А и клея В не так много. Наиболее распространённые соотношения А:В составляют 100:80, 100:75, 100:50, 100:45 и т. д. Однако при производстве композитных материалов без растворителей для гибкой упаковки компаниями, обеспечивающими производство гибкой упаковки, соотношение двухкомпонентного клея будет нарушено, что скажется на качестве композитных материалов без растворителей.

Случай: Композитная структура гибкого упаковочного пакета – это OPP/VMPET/PE. Проблем с качеством после печати и безрастворных композитных процессов не возникает, но после резки и изготовления пакета края шва закручиваются.

Для производства композитного гибкого упаковочного пакета такой структуры используется определённая марка низковязкого клея без растворителей. Соотношение клея А и клея В при производстве композита составляет 100:67 (Примечание: согласно вышеизложенному, нормальное соотношение, близкое к нему, – 100:75). Анализируя причину неисправности, автор обнаружил, что скручивание пакета сопровождалось невысохшим внутренним слоем клея. Первоначально считалось, что композитная пленка не полностью высохла. После увеличения времени выдержки перед резкой и упаковкой проблема скручивания пакета сохранялась, а его раскрываемость значительно ухудшалась.

В процессе производства сухих композитов существует поговорка: «Увеличение содержания отвердителя (компонента -NCO) может повысить прочность композита». Специалисты отрасли легко «скопируют» эту идею с процессом производства композитов без растворителей, что приведет к серьезному ухудшению качества.

На самом деле, в процессе производства композитов без растворителей избыток -OH или -NCO может привести к тому, что клей без растворителя не высохнет. Однако избыток -OH приводит к постоянному отсутствию высыхания, в то время как избыток -NCO вызывает временное отсутствию высыхания. Он также может реагировать с молекулами воды в воздухе и продолжать затвердевать. Простой способ определить эти два фактора — отделить невысохший слой композита и выдержать его на воздухе. Если клеевой слой высыхает через 24 часа, это означает избыток компонента -NCO; если он всё ещё липкий, это означает избыток компонента -OH.

С помощью вышеприведённого анализа мы можем определить причину. Учитывая соотношение клея A и B, нетрудно обнаружить, что скручивание пакета вызвано главным образом избытком клея A (т.е. -NCO). Поскольку рулон композитной плёнки без растворителя большой, эффект увеличения времени старения обычно не очевиден (здесь его следует отличать от случая низкой температуры старения), и для участия в реакции сшивания необходимо внести влагу, способную реагировать с -NCO.

Некоторые утверждают, что для контроля относительной влажности в камере старения достаточно поставить несколько вёдер воды. Однако автор считает, что это способствует лишь старению торцевой поверхности и поверхности рулона композитной пленки и мало влияет на середину рулона композитной пленки, поскольку в условиях старения влаге из воздуха сложно проникнуть в середину рулона композитной пленки, что приведет к изменению общего эффекта старения.

Автор считает, что более эффективным подходом является прокатка композитной пленки на продольно-резательном станке с одной перемоткой и последующее ее созревание, при этом повышая влажность в цехе (с помощью увлажнителя), чтобы композитная пленка могла впитать некоторое количество влаги между слоями и на поверхности. В процессе созревания эта влага проникнет в клеевой слой и вступит в реакцию с избытком -NCO, вступая в реакцию сшивания и отверждения, тем самым полностью отверждая невысохший клеевой слой и эффективно устраняя явление скручивания гибкого упаковочного пакета.

Пункт 2

Контроль риска снижения прочности на отрыв полиэтиленовой пленки при ламинировании без растворителя

В процессе экструзии с раздувом пленки добавляется определенное количество смазочного материала для снижения трения между пленками, а также между пленкой и оборудованием, что делает поверхность пленки более гладкой и обеспечивает более плавное движение композитной пленки в процессе производства и на упаковочной машине. Обычно в полиэтиленовую пленку добавляют избыточное количество смазочных материалов, что может решить проблему аномального увеличения коэффициента трения композитной пленки без растворителя после старения, но это также приводит к снижению прочности на отрыв композитной пленки. В тяжелых случаях прочность на отрыв композитной пленки может оказаться ниже требуемой по завершении старения. В большинстве случаев снижение прочности на отрыв происходит во время укладки композитной пленки или циркуляции гибкого упаковочного пакета. Автор анализирует два реальных случая.

Пример 1: Композитная структура представляет собой лёгкую плёнку BOPA/PE

Основные параметры: клей определённой марки, не содержащий растворителей, плотность клея 1,5 г/м², выдерживается при температуре 40 °C в течение 24 часов.

Результаты трекового испытания прочности композитной плёнки на отрыв следующие:

Испытание 13 октября: прочность на поперечный отрыв 15,37 Н/м.

Испытание 4 ноября: прочность на поперечный отрыв 4,62 Н/м.

После снятия композитного слоя на поверхности полиэтиленовой плёнки остаётся слой туманообразного вещества, который можно стереть рукой, как показано на рисунке 1.

Испытание 18 января: прочность на поперечный отрыв 4,69 Н/м, что близко к результатам предыдущего испытания, что свидетельствует о достижении стабильного значения прочности композитной плёнки на отрыв.

Обычно компании, производящие гибкую упаковку, тестируют прочность на отрыв композитных пленок только вскоре после старения и редко отслеживают, снижается ли прочность на отрыв композитных пленок при размещении или гибких упаковочных пакетов при обращении. Это следует учитывать.

Случай 2: Композитная структура представляет собой матовый ОПП/ПЭТ/антистатический ПЭ

Основные параметры: клей определенной марки без растворителя, количество клея составляет 1,5 г/м², и он выдерживается при температуре 42 °C в течение 24 часов.

Также были выбраны три временные точки для отслеживания испытания на отрыв. Результаты испытания: продольная прочность на отрыв составляет 2,08 Н/15 мм (разрыв ПЭТ-пленки), 1,82 Н/15 мм и 1,79 Н/15 мм; поперечная прочность на отрыв составляет 2,97 Н/15 мм, 2,75 Н/15 мм и 2,69 Н/15 мм.

Продольная прочность на отрыв значительно снизилась, в то время как поперечная прочность на отрыв заметно не снизилась. Кроме того, в последнем испытании на поверхности полиэтиленовой пленки был обнаружен слой белого вещества, который можно было стереть вручную. Протирание растворителем показало, что клеевой слой находился на одной стороне полиэтиленовой пленки.

Из двух приведенных выше случаев следует, что миграция клея без растворителя в полиэтиленовой пленке приводит к выделению смазочного материала, что является основной причиной снижения прочности на отрыв композитной пленки. Автор рекомендует использовать формулу добавки смазочного материала, устойчивую к миграции клея без растворителя. Это может не только решить проблему изменения коэффициента трения полиэтиленовой пленки в композите без растворителя, но и решить проблему снижения прочности на отрыв.

Пункт 3. Обратите внимание на запах клеев без растворителя. Меня однажды спросили: «Композитная пленка структуры OPP/VMPET/PE имеет остаточный запах после ламинирования без растворителя, но не после сухого ламинирования. В чем причина?» Существует множество факторов, вызывающих появление запаха в гибких упаковочных пакетах, таких как остаточные растворители, смолы чернил, смолы, используемые в качестве сырья для плёнки, клеи и т. д. Хотя при ламинировании без растворителей риск образования остатков растворителя отсутствует, смолы и формулы клеев без растворителей обладают определёнными запахами. Некоторые из них продолжают оказывать определённое воздействие после отверждения композита, а некоторые – даже после использования содержимого упаковки. Для компаний, производящих гибкую упаковку, важно обращать внимание на наличие запаха у композитной плёнки после ламинирования без растворителя, чтобы предотвратить его появление. Что касается метода обнаружения запаха композитной плёнки, соответствующие положения содержатся в стандарте GB/T 10004-2008 «Пластиковые композитные плёнки и пакеты для упаковки. Сухое ламинирование, экструзионное ламинирование». (1) GB/T 10004-2008 устанавливает метод проверки сенсорных показателей упаковки: откройте упаковочную коробку и подложку из упаковочной плёнки и немедленно понюхайте её, чтобы убедиться в отсутствии специфического запаха.

(2) В пункте 6.6.16.2 стандарта GB/T 10004-2008 указано, что пленку размером 10 см × 10 см разрезают на полоски, помещают в контейнер, содержащий 150 мл дистиллированной воды, закрывают крышкой, помещают в духовку или водяную баню с температурой 60 °C, вынимают через 30 минут, открывают крышку и пробуют водяной пар на запах, чтобы определить наличие специфического запаха.

(3) Метод 2 на практике применяется редко. Обычно берется определенный участок композитной пленки, разрезается на кусочки и упаковывается в стеклянную бутылку объемом 500 мл, прокаливается при температуре 60–80 °C в течение 30 минут, после чего проводится сенсорный тест на наличие специфического запаха. В качестве альтернативы, упаковочный пакет можно запечатать воздухом или самим содержимым, вращать при температуре 50–60 °C в течение нескольких часов, а затем пакет разрывают и проверяют наличие специфического запаха. Запах композитной пленки в основном исходит от клея без растворителя, поэтому запаховые характеристики обычного клея без растворителя можно определить следующим методом.

(1) Возьмите определенное количество клея A и клея B разных марок для сенсорного тестирования и сравнения.

(2) После того, как композитная пленка с одинаковым структурным сырьем будет смешана с различными клеями без растворителя, отберите образцы и идентифицируйте их в соответствии с методом оценки запаха композитной пленки 2.

(3) Добавьте клей без растворителя, смешанный в пропорции, указанной в инструкции, в стеклянную бутылку (на дно бутылки поместите цельную пластиковую пленку для облегчения извлечения после отверждения клея), оставьте сшиваться при температуре 40–50 °C в течение 24–48 часов и определите характер запаха. Этот метод больше соответствует практическим приложениям, которые включают характеристики запаха самой смолы, характеристики запаха, которые могут создаваться низкомолекулярными компонентами, которые не прореагировали полностью, и характеристики запаха побочных продуктов реакции, которые могут существовать в процессе сшивания и отверждения.