铝塑复合软管牙膏包装若干问题的分析与探讨

陈玉明陈学康

(天津蓝天集团股份有限公司天津300160)

摘 要: 为适应现有复合片材的发展, 对现有复合软管生产设备进行国产化改进。以及对复合片材的改进, 来解决个别品种牙膏出现的软管内膜分离问题。

关键词: 铝塑复合管 内膜分离设备改进

天津蓝天集团是使用铝塑复合软管最早的厂家之一, 在1983年引进国内第一条瑞士A ISA 公司复合管生产线, 现拥有3条A ISA 公司复合管生产线, 经过多年的技术改造升级, 现可生产较薄铝箔的复合管。

早年生产的铝塑复合管, 使用的复合片材总厚度在320um, 铝箔40um, 现在已降到250um ~ 220um, 铝箔12um。由于整体片材较薄, 使得在牙膏包装过程中出现了一些问题, 这其中有设备的原因, 也有材料的原因。以下分别就这两方面进行分析与探讨。

1 在脂类香精牙膏包装的使用中, 内层与铝箔脱层问题的研究与探讨

铝塑复合软管装入脂类香精牙膏后内膜分层的分析和解决方法。

牙膏用复合材料是由外层聚乙烯( PE ), 粘合剂( EAA)、铝箔、粘合剂( EAA )内层聚乙烯( PE )组成的。其结构如图1所示

图1

复合软管在装入含有脂类香精牙膏后, 后者对复合软管内层PE 膜有渗透现象出现。经过一段时间以后渗透过PE 膜, 导致粘合层溶解, 从而使内层PE 膜与铝箔分离。

经过实验, 将复合软管装入含有脂类香精的牙膏, 放入恒温箱, 耐热( 50℃) 考核20~ 30 天, 剖开牙膏观察, 复合软管内层已出现麻点(渗透现象)。继续考核10~ 20 天, PE 内膜与铝箔就会出现分离现象。室温考核, 30天左右出现麻点, 45~ 65天出现分离。此时将复合管牙膏横着切开, 会发现管体的焊缝搭接处没有分层, 其余部分已分层为环形, 这表明分层现象与管体焊缝无关。

我们对分层的复合软管牙膏进行分析, 与复合材料供应商共同研究, 找出原因并提出解决方案。在经过大量的实验, 确定采用在复合材料NPE 内加一层高阻隔材料) ) ) 乙烯乙二醇共聚物( EVOH ) , 用以防止脂类溶剂浸透, 由此来解决牙膏用复合软管内膜分层问题。其结构如图2所示。

图2

此材料制成的软管装入含有脂类香精的牙膏放入恒温箱耐热( 50℃) )考核90天后, 削开牙膏观察, 软管内膜没有出现分层现象。

实践证明, 使用含有乙烯- 乙烯醇共聚物( EVOH )高阻隔材料的聚乙烯共挤膜的软管具有较好的防止脂类溶剂浸透的作用, 并且还有高度氧气阻隔及气体、香味的保存性能, 是牙膏、食品、医药、化妆品等使用的复合软管较理想的高阻隔材料, 用于全塑复合软管是最佳的选择。

2 大管径复合管牙膏管身开裂问题的分析与探讨

2. 1 厚度的影响

在铝塑复合材料的总厚度降低至250um, 铝箔降至12um 之后, 用A ISA 公司复合管生产线生产出的复合软管, 销售市场终端返馈发现个别牙膏管侧焊缝边缘有开裂现象(这主要反映在Ф28mm 以上的软管)。这在我们做成品牙膏跌落实验时得到证实, 凡是经过充气打压检验时, 在焊缝边缘爆破开裂的软管灌装上牙膏后产生开裂的机率较大。

2. 2 铝塑的复合软管的生产过程分析

2. 2. 1 生产过程及原理

铝塑料复合材料可以简单地模拟为外层是带有印刷层的聚乙烯, 中间层是铝箔, 内层为透明聚乙烯, 在铝箔层的两侧由EAA 粘合剂共挤热熔成铝塑复合材料。

在生产过程中主要从高频发生器及外部振荡电路获得能量, 通过特别的管体焊接高频线圈连续提供电磁场, 在铝箔中感应加热传递到两侧聚乙烯塑料, 在压力下建立起焊接面后成型。如图3所示。

图3

2. 2. 2 复合材料搭接成型管筒

铝塑复合材料在通过专用卷管器搭接成型为管体, 其搭接按尺寸和搭接位置必须保持恒定。如图4所示。

图4

2. 2. 3 感应加热和加压冷却成管体

高频感应通过给铝箔传热到聚乙烯塑料, 铝箔层之间的聚乙烯塑料最热, 使复合材料的内外表面形成热密封, 对塑料内外层的加热必须均匀平衡, 以保证获得优质的侧密封。在产生热量之后, 进行加压挤压冷却后的聚乙烯塑料超出铝箔层之间的区域, 这使溢流将充满复合材料边缘端部的空隙。如图5所示。

图5

2. 3 管体侧焊缝的质量

这取决于以下相关的许多因素。

2. 3. 1 复合材料

所用的复合材料其长度为连续卷成盘, 一般不超过1000 米, 直径不大于600mm。宽度依据所生产的管子直径来确定。A ISA 公司复合管生产线还要求复合材料的内外层滑度有差别, 一定要内层磨擦小数小于外层磨擦系数。这样所传动的管筒才能有效控制速度, 生产出图案完整的复合软管。内外层滑度范围见表1。

表1

复合材料	动磨擦系数FK
片材外侧	0.4~0.6
片材内侧	0.3~0.5

 

2.3.2 复合软管搭接尺寸

标准的搭接尺寸为1.5mm, 其变动量为±0.2mm。

影响搭接尺寸的因素主要有:

①复合材料宽度

在直径保持恒定时, 增加复合材料宽度将增加相应的搭接尺寸。

当复合材料通过圈管成型器时, 有轻微的拉伸趋势。当其长度增加时, 其宽度相应减少, 应调节修边的切刀位置, 用增大宽度来进行补偿。

②焊接线圈位置

焊接线圈的高度和角度均影响搭接尺寸。

线圈偏上或增加角度= 搭接减少

线圈偏下或减少角度= 搭接增大

焊接线圈常有一定角度, 和通过其下方的复合材料相接触时, 可使复合材料离开时在复合材料的上方留有一空间。这就保证了热的复合材料不会粘及接线圈的底部。

当复合材料在焊接线圈下通过时, 管子有被打开的趋势并减少搭接。调节线圈的角度有助于补偿这一点。

角度太小= 粘合在线圈上

角度太大= 搭接开裂.

③高频能量水平

必须设置高频能量稳定的输出功率, 以保证正确的温度, 不要改变能量水平来修正搭接尺寸。由于较高速地生产, 要求较高的能量水平, 而搭接尺寸将变得较小。可减少焊接线圈的角度来补偿这一点。

能量越大= 搭接减小.

④焊接轴的位置

复合片材在成型部分的焊接轴一段内, 将对搭接尺寸稍有影响。向下移动焊接轴支撑将减少搭接尺寸, 应将焊接轴正确地固定在衬套里对中, 以便让复合材料自由地通过, 增加轴的稳定, 减小震动。焊接轴应平行于驱动带。如果轴的自由端太低或太高, 将对搭接尺寸稍有影响。

如果焊接轴的支撑低得太多, 将引起材料起皱, 焊接开裂, 应将焊接轴正确地平行于驱动带。上下调节驱动带可解决这一问题。

轴端低= 搭接尺寸增加

轴端高= 搭接尺寸减少

2. 3. 3 软管侧缝焊接温度

在焊接线圈下产生的热量, 使复合材料通过加热区时, 其温度升高, 将复合材料边缘粘接在一起。此时的最高温度受到复合材料熔化和与线门粘结的限制。

由操作人员来设置高频能量水平, 并按生产情况、速度、复合材料、水温温度加以改变, 设置能量以达到所需求的温度。

为保证侧缝焊接的质量, 保证焊接温度的稳定性是很重要的。如果温度太低, 则需要较大的压力, 以迫使材料流动, 形成一个冷焊。如果温度太高, 则塑料材料将从复合材料的侧面回缩, 这将暴露铝箔。由于复合材料已冷却且加压, 已难以再行复盖。如果温度很低, 则在焊接线圈下已无热密封, 搭接将开口。如果仍然很高, 则复合材料和焊接线圈或焊接轴粘结。

对应于每一生产条件, 应建立温度指示, 给出最高和最低的限值。一般说来, 每种复合材料有一个可接受的密封范围, 并随其结构而改变。对PE 基的复合材料, 其表面的典型温度值为90~ 100℃ 。

一旦获得稳定的温度指示, 采用一定的温度范围(即: 85. 90. 95. 700. 1. 05)制成样本管体。对侧缝质量进行分析将有助干建立一个可接受温度的窗口。对每种管径所生产的管长均应反复分析。

有了正确的温度说明也就有了制成良好侧缝的潜在能力, 对搭接、压力和复合材料均应有了一个正确的值。

2. 3. 4 软管侧缝焊接的压缩比

复合材料经过圈管搭接, 高频热封后, 由冷却加压轮进行加压之后, 在焊接边缘处形成一个压缩热封面。

用0~ 25mm的千分尺测量剪开的复合管的厚度A 和B 以及焊缝厚度C, 如图6所示。然后按式1计算焊缝压缩比。一般压缩比应控制在5% ~ 30%。

图6

压缩率=  *100%( 1)

我们解决复合软管牙膏管身开裂的问题, 只对复合软管的管身进行分析, 这里就不对复合软管的管肩进行分析了。下面重点对管身开裂问题进行分析和解决方法的探讨。

3 分析与探讨

3. 1 分析

在生产实践中, 我们对使用薄片材影响管身侧焊缝的质量进行分析, 发现以下几个现象是开裂的主要原因:

①因高频焊接头的线圈底面导磁缝隙在2.5mm, 焊接轴的聚磁条较宽4mm。焊接轴外层是聚四氟乙烯材料, 使高频的穿透能力较深, 影响焊缝能量集中, 焊缝边缘存在外加热现象发生。

又因高频线圈是为40mm 铝箔设计的, 线圈面积较大, 对薄片材使用热量高, 不易控制温度。

②按侧缝焊的搭接宽度1.5mm 生产的软管存在铝箔搭接边缘受损现象, 主要是抗压能力下降。.

③高频焊接头和压力轮与焊接轴存在角度过大问题, 造成铝箔直线形状受损, 用放大镜从管内侧可看出痕迹。.

④在侧缝焊接时, 规定压缩比在10~ 15左右, 因此边缘内部白线宽度(白线为焊接时挤出的树脂)为0.5mm。.

⑤焊接指示温度设定在95 ~ 98℃ , 以保持压缩比和边缘内部白线宽度。

针对以上分析原因, 我们做出如下调整(修正) :

①我们购买了A ISA 公司的适应薄片材生产的新型高频焊接线圈和与之配套的焊接轴节, 外层用黄铜作为屏蔽外套。聚磁条在2mm。高频能量集中了, 消除了焊接边缘外加热现象。

②将高频焊接头和压力轮与焊接轴调整平行状态。用微型水平仪在高频焊接头下方的焊接轴平面调正, 前后、左右水平, 以保证焊接时, 平滑平稳, 铝薄不受损伤。

③把侧缝焊的搭接宽度改为2 ~ 2.5mm, 增加抗压强度。

④修改压缩比为5%, 边缘内部的白线为0.2mm。

⑤焊接指示温度在85~ 95℃之间, 保证以上压缩比和边缘内部白线尺寸。

按以上调整内容生产的复合软管, 经爆破强度检验, 冲入0.2MPa的压缩空气, 保持30秒不破裂。在调高压力后直到使管身爆破, 没有使铝箔受伤而在焊缝边缘爆开现象。灌装牙膏后, 做跌落实验时, 没有焊缝边缘开裂现象发生, 使生产出的牙膏进入市场可让消费者安全使用。

3. 2 探讨和建议

鉴于铝塑复合管使用片材中的铝箔厚度越来越薄, 建议更换电子管高频焊接电源, 使用晶体管高频电源。

其原因是目前国内使用的在2002年前进口A ISA 复合管生产线全部是电子管高频电源, 功率较高, 约在6KW (每分钟80支)和12KW (每分钟200 支), 焊接频率较低约在250KHZ, 是为铝箔40um 复合材料焊接设计的。由于频率低电压高(内部高压6000V, 输出电压550V ) , 穿透能力较深, 不适应薄铝箔复合材料。需要改用较复杂的管身焊接轴和高频焊接线圈来保证对薄铝箔复合管的焊接质量要求, 在加热铝箔和塑料的同时也使焊接轴被加热, 不得不用大量低温冷却水降低焊接轴的温度。该电源还存在能源损耗过多, 产生高频辐射现象。所使用的高频槽路电缆寿命短, 更换费用较高。

晶体管高频电源, 设计使用频率在500 ~ 600KHZ, 电压只有60V 是安全电压, 最大功率不超过1KW, 由于设计频率较高, 适用于浅表层焊接技术, 对于焊接12um 以下薄铝箔的复合材料是非常好的选择, 并且对焊接轴要求一般, 使用常温冷却水即可, 基本上没有能源损耗和辐射现象。晶体管高频电源采用的是MOS 管和晶体管组成的软开关技术, 其电源体积小, 效率高, 节约电能, 与电子管高频电源相比价格较低是购买进口一套高频线圈和焊接轴节的价格, 如果拥有3~ 5套模具改造费用是可观的。晶体管高频电源对今后使用铝塑和全塑复合管有着很大的发展空间, 应给予充分重视。

 

来源：口腔护理用品工业