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包裝材料摩擦系數(shù)的測試設備及有關影響因素

更新時間:2009-09-27      點擊次數(shù):2858

 

近幾年軟包裝行業(yè)的發(fā)展突飛猛進,同時,隨之而來的質(zhì)量問題也凸顯出來,使用單位關于包裝膜拉斷、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生產(chǎn)至關重要,通過對包裝材料摩擦系數(shù)的測試可以有效地解決上述問題,摩擦系數(shù)的大小須由實驗測定。 
摩擦系數(shù)測定的設備及方法 
1.
測試設備與測試標準 
測試設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)定儀vmcpp25μm,熱封面試樣; 
該儀器符合GB/T10006-1988國家檢測標準和ISO 82951986《塑料——薄膜和薄片——摩擦系數(shù)的測定》檢測標準。
 摩擦系數(shù)是考察包裝薄膜的一項重要指標。因為在包裝過程中的摩擦力常常既是動力又是阻力,因而其大小應控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。在研究摩擦系數(shù)時,應特別注意溫度對摩擦系數(shù)的影響很大,因此不僅要檢測包裝材料在常溫下的摩擦系數(shù),還應考察其在實際使用環(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。當兩個相互接觸的物體之間有相對運動或相對運動趨勢時,其接觸表面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的機械作用力就是摩擦力。某種材料的摩擦性能可以通過材料的動靜摩擦系數(shù)來表征。靜摩擦力是兩接觸表面在相對移動開始時的zui大阻力,其與法向力之比就是靜摩擦系數(shù);動摩擦力是兩接觸表面以一定速度相對移動時的阻力,其與法向力之比就是動摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)是針對一組摩擦副來講的,單純說某種材料的摩擦系數(shù)是沒有意義的,同時必須指明組成摩擦副的材料的種類,并說明測試條件(環(huán)境溫濕度、載荷、速度等)以及滑動材料。
2,添加劑對摩擦系數(shù)的影響
    高分子聚合物在軟包裝行業(yè)中獲得了廣泛的應用,材料表面的摩擦系數(shù)是包裝機器運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)爽滑劑能促進聚合物大分子鏈或鏈段相對運動,從而改善物料流動性;外爽滑劑則是與聚合物基團相容性差的極性有機化學品,在聚合物鏈的布朗運動作用下,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 的潤滑劑都兼具有兩方面的功能。薄膜常用的潤滑劑有.
 (1),蠟類,包括低分子量聚乙烯和低分子量聚丙烯(軟化點85~160) 和一般石蠟(軟化點55~75)。聚乙烯蠟與聚丙烯相容性差,因此主要起外潤滑作用。而低分子量聚丙烯與聚丙烯相容性好,加入后實際上起著加寬分子量分布的作用,改善其流動性。 
 (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),其熔點約為140℃,熱穩(wěn)定性好,用于聚丙烯中主要起外潤滑功能。
        抗粘連劑一般是粒徑2μm~4μm的固體粉末,加進薄膜表層可以形成許多凸起,使薄膜層與層之間的實際接觸面積減少,從而降低粘結力,相互滑動就會比較容易,有利于摩擦系數(shù)的降低。
    此外,由于靜電吸附力不但會影響薄膜之間的摩擦系數(shù),還會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 ,薄膜表面結構對摩擦系數(shù)的影響  
       
薄膜表面結構也會影響摩擦系數(shù),表面太平滑會導致薄膜表面之間太貼服,相互滑動的有效表面增大,滑動就會特別困難。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,相互滑動就會較容易,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規(guī)物結晶度低,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 ,抗粘連劑對摩擦系數(shù)的影響 
   塑料薄膜表面光滑,相互滑動比較困難。抗粘連劑一般是粒徑2-4um的固體粉末,加進薄膜表層可以形成許多凸起,使薄膜層與層之間的實際接觸面積減少,從而降低粘結力相互滑動就會較容易,有利于摩擦系數(shù)的降低。
  抗粘連劑的種類對薄膜摩擦系數(shù)有較大影響,抗粘連劑的種類分無機物和有機物兩大類,無機物的品種以二氧化硅為主,有機物的品種是隨著雙向拉伸聚丙烯薄膜的發(fā)展而發(fā)展起來的較新的品種,例如脂肪酸酰胺就是有機物的一種,其表面柔軟,薄膜表面摩擦系數(shù)比無機物的品種低。
  5, 高溫使用條件對摩擦系數(shù)的影響  
  
薄膜在實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,這是因為常用的潤滑劑已接近其熔點而變得粘結,測試時施加的力波動很大,呈現(xiàn)一種間歇性滑動或粘結效果。
       為了驗證溫度變化對摩擦系數(shù)值的影響,選擇了幾組有一定代表性的材料 PC 膜、鋁箔復合膜在不同溫度下測定它們的摩擦系數(shù)。以下是其中 2 組試驗的詳細試驗信息及結果:
                                                                                                       表 1. PC 膜摩擦試驗數(shù)據(jù)表
試驗溫度
靜摩擦系數(shù) mean 1
動摩擦系數(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
                                                 1 :試驗數(shù)據(jù)為多組試驗平均值。
                                                         2
:粘滑現(xiàn)象。

2. 鋁箔復合膜摩擦試驗數(shù)據(jù)表
試驗溫度
靜摩擦系數(shù) mean 1
動摩擦系數(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
                                                  1 :試驗數(shù)據(jù)為多組試驗平均值。
                                                          2
:粘滑現(xiàn)象。

                                  試驗數(shù)據(jù)隨溫度升高的走勢如圖 1 所示。

       
從圖 1 可以看出試驗溫度的升高明顯影響了材料的摩擦系數(shù),但對于不同的試樣,溫度的影響效果不同;而且對于同一試樣,隨溫度的上升,動摩擦系數(shù)的變化趨勢很可能也不同于靜摩擦系數(shù)。例如對于 PC 膜,靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長趨勢比較穩(wěn)定,但動摩擦系數(shù)的變化趨勢的波動就很大,不過動摩擦系數(shù)的整體趨勢也是增長的。對于鋁箔復合膜,摩擦系數(shù)的增長趨勢就不如 PC 膜,而且其動摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定。需要說明的一點是,在進行 74以上的摩擦試驗時,試驗過程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象,即滑動現(xiàn)象是不平穩(wěn)的、間歇性的。
      
為了減輕這種間歇性滑動-粘結現(xiàn)象,需要使用另一種*不同的耐高溫潤滑劑--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。

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