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工藝小變革解決防靜電包裝質量大問題
時間:2014-07-29   來源: 包裝前沿   閱讀:10139次

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?  近年來,隨著高新技術的日新月異,生產設備的自動化、高效率、電子器件的高度集成,使得微電子產品的生產、運輸、使用、儲存環境日益復雜,對防靜電包裝材料的通用化、系列化、??榛⒄固岢雋嗽嚼叢蕉嗟囊?。特別是精密機械電子產品日趨小巧、靈敏、智能化,不僅要求包裝材料防潮、防霉、防鹽霧、防腐蝕、防銹蝕,還要防靜電積累、防電磁輻射??⒍喙δ?、一體化防靜電包裝材料被我國包裝界推上重要議事日程。

  一、問題提出

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  圖1 單質防靜電聚乙烯薄膜

  上世紀90年代末,我國包裝界開發了單質防靜電聚乙烯薄膜袋(圖1),因其屬極性材料,且雙表面電阻值低(ρs在105Ω~109Ω范圍內),難以進行電暈處理,表面能低,不能涂覆粘結劑,因而無法與其它塑料基材復合成層狀包裝材料。單質薄膜的機械物理性能如水蒸汽滲透率、拉伸強度、斷裂力、耐戳穿等性能不能滿足精密機械電子產品對包裝材料的使用要求,只可用于對靜電敏感的化工產品等粉劑產品的內襯包裝。有的采用擠出復合即流延復合工藝制作層狀包裝材料,但缺點是流延成膜性差,與其它基材復合后剝離強度低,制袋后封口強度不能滿足使用要求。

  包裝界急需開發一種表面能高、能夠與其它基材可靠復合的防靜電聚乙烯薄膜。

  二、工藝變革

  我們知道,塑料材料要獲得一定的導電性能,需將導電性物質如導電炭黑以一定比例與熱塑性樹脂混合,并添加偶聯劑、增塑劑、滑爽劑、穩定劑、抗氧劑等多種添加劑,經混煉、塑化、造粒,制得MFR(熔體流動速率)較高、塑化良好的半導電粒子。經充分論證及試驗驗證,采用最新的3層(ABC)共擠吹塑工藝,將半導電粒子和低密度聚乙烯樹脂按一定比例加入A層(熱封層,直接接觸內包裝品),并對C面進行高壓電暈處理,制得高表面能防靜電聚乙烯薄膜(C面表面潤濕張力≥38dyn/cm,A面表面電阻率在105Ω~109Ω)。

  該項工藝變革主要關注以下三點:

  一是將半導電粒子和聚乙烯(LDPE、LLDPE)樹脂混合均勻,加到三層(ABC)共擠吹膜機的A層料斗。要摸索加入半導電粒子的臨界量,若加入量高于臨界量,則在進行電暈處理時極易產生薄膜被電火花擊穿現象,且增加產品成本;若加入量遠低于臨界量,則薄膜的電阻率高于1012Ω,近似絕緣,不具備防靜電功能。臨界量根據混煉時導電炭黑的加入量和A層擠出機的擠出速度確定。三層(ABC)共擠吹膜機的B、C層加入聚乙烯(LDPE、LLDPE)混合樹脂。

  二是根據設備實際情況,適當控制A層(熱封層)擠出量。A層擠出量太大,則內層薄膜的厚度增加,整體薄膜的導電性能增強,在進行電暈處理時極易產生薄膜被電火花擊穿現象,增加產品成本,且封口強度變差;若A層擠出量太小,則內層薄膜的厚度降低。根據導電碳黑的導電機理,導電網絡的形成是三維的,導電性能與薄膜的厚度有關系。內層薄膜的厚度太低,無法形成導電網絡,無防靜電效果。

  三是要對薄膜的C層進行電暈處理。電暈處理效果與輸入高壓、薄膜厚度、電極間的距離有關系。因A 層的表面電阻率低,薄膜的體積電阻率低,介電常數低,耐電壓強度低,則電暈處理時易出現電火花擊穿現象,因而應適當調小電極間的距離及電暈處理電壓。但若電暈處理電壓太低,薄膜的表面潤濕張力低,無法與其它基材可靠復合,或者復合后材料的剝離強度和熱合強度達不到要求,從而降低材料的機械物理性能。

  三、產品性能

  對制作的高表面能防靜電聚乙烯薄膜(見圖2)作主要性能測試,測試結果見表1:

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  圖2 高表面能防靜電聚乙烯薄膜卷材

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  表1 高表面能防靜電聚乙烯薄膜主要性能表

  從上表得出結論,該產品具有防靜電性能,其技術指標滿足GB/T4456—2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》的要求,由于其C層表面能高,可涂覆粘結劑,與其它塑料基材可復合成層狀包裝材料(見圖3)。該材料的水蒸汽滲透率、拉伸強度、斷裂力、耐戳穿等機械物理性能優異,可滿足精密機械電子、軍工產品等對包裝材料的特殊要求。

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  圖3 經干式復合成層狀包裝卷材

  四、工程應用

  采用三層共擠(ABC)吹膜技術制造的高表面能防靜電聚乙烯薄膜,由于其A面的表面電阻率低(ρs在105Ω~109Ω),具有防靜電積累功能,C面的表面能較高(表面潤濕張力≥38dyn/cm),可涂覆粘合劑,與聚酯(PET)、尼龍(PA)、金屬箔、高強度纖維布、不織布中的若干種材料經干式復合后,可制得防靜電軟塑層狀包裝材料,制袋成型,對內包裝品起到防潮、防霉、防鹽霧、防腐蝕、防銹蝕、防靜電積累、防電磁輻射等多種防護作用。

  該工藝解決了塑料薄膜低表面電阻率和高表面能難以同時實現、防靜電薄膜無法與其它基材粘結復合的技術問題,也解決了原流延工藝難以成膜、粘結強度低、高溫易炭化、制袋后封口強度低的質量問題,堪稱是工藝“小變革”解決了質量“大問題”。

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