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包装材料摩擦系数的测试设备及有关影响因素

  • 发布日期:2009-09-27     信息来源:本站      浏览次数:2123
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      近几年软包装行业的发展突飞猛进,同时,随之而来的质量问题也凸显出来,使用单位关于包装膜拉断、打滑、包装生产线断流等的投诉不断增多。许多软包装材料厂,软包装印刷厂因此而造成了巨大损失,其实造成这种现象的根源在于软包装材料的摩擦性能。因此,软包装材料的摩擦性能对生产至关重要,通过对包装材料摩擦系数的测试可以有效地解决上述问题,摩擦系数的大小须由实验测定。 
      摩擦系数测定的设备及方法 
      1.
      测试设备与测试标准 
      测试设备北京兰德梅克科技开发有限公司MC-600包装材料摩擦系数定仪vmcpp25μm,热封面试样; 
      该仪器符合GB/T10006-1988国家检测标准和ISO 82951986《塑料——薄膜和薄片——摩擦系数的测定》检测标准。
       摩擦系数是考察包装薄膜的一项重要指标。因为在包装过程中的摩擦力常常既是动力又是阻力,因而其大小应控制在适当的范围内。在研究摩擦系数时,应特别注意温度对摩擦系数的影响很大,因此不仅要检测包装材料在常温下的摩擦系数,还应考察其在实际使用环境温度下的摩擦系数。
      1,摩擦系数
          摩擦系数是各种材料的基本性质之一。当两个相互接触的物体之间有相对运动或相对运动趋势时,其接触表面上产生的阻碍相对运动的机械作用力就是摩擦力。某种材料的摩擦性能可以通过材料的动静摩擦系数来表征。静摩擦力是两接触表面在相对移动开始时的zui大阻力,其与法向力之比就是静摩擦系数;动摩擦力是两接触表面以一定速度相对移动时的阻力,其与法向力之比就是动摩擦系数。摩擦系数是针对一组摩擦副来讲的,单纯说某种材料的摩擦系数是没有意义的,同时必须指明组成摩擦副的材料的种类,并说明测试条件(环境温湿度、载荷、速度等)以及滑动材料。
      2,添加剂对摩擦系数的影响
          高分子聚合物在软包装行业中获得了广泛的应用,材料表面的摩擦系数是包装机器运行速度以及包装物易开启性的主要影响因素之一,在制作过程中加入添加剂(如爽滑剂和抗粘连剂)是一种调节塑料表面摩擦系数的常见方式。   
         
      爽滑剂按照功能分为内爽滑剂和外爽滑剂两类:内爽滑剂能促进聚合物大分子链或链段相对运动,从而改善物料流动性;外爽滑剂则是与聚合物基团相容性差的极性有机化学品,在聚合物链的布朗运动作用下,这些分子迁移到薄膜表面形成一层油性表面,从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数。通常所有 的润滑剂都兼具有两方面的功能。薄膜常用的润滑剂有.
       (1),蜡类,包括低分子量聚乙烯和低分子量聚丙烯(软化点85~160) 和一般石蜡(软化点55~75)。聚乙烯蜡与聚丙烯相容性差,因此主要起外润滑作用。而低分子量聚丙烯与聚丙烯相容性好,加入后实际上起着加宽分子量分布的作用,改善其流动性。 
       (2),脂肪酸类,zui常用的是硬脂酸,它常以二聚物的形式存在,在聚丙烯中可用作内和外润滑两方面的功能。
       (3),酰胺类,单酰胺类zui常用的是芥酸酰胺,它兼具爽滑剂与脱模剂功能。双酰胺类zui常用的是亚基二硬脂酰胺(EBS),其熔点约为140℃,热稳定性好,用于聚丙烯中主要起外润滑功能。
              抗粘连剂一般是粒径2μm~4μm的固体粉末,加进薄膜表层可以形成许多凸起,使薄膜层与层之间的实际接触面积减少,从而降低粘结力,相互滑动就会比较容易,有利于摩擦系数的降低。
          此外,由于静电吸附力不但会影响薄膜之间的摩擦系数,还会影响材料的多种物理性能,因此抗静电剂也是常用的添加剂的一种。
          3 ,薄膜表面结构对摩擦系数的影响  
             
      薄膜表面结构也会影响摩擦系数,表面太平滑会导致薄膜表面之间太贴服,相互滑动的有效表面增大,滑动就会特别困难。而如果薄膜表面有一定粗糙度,表面贴近后相互之间有一定空隙,相互滑动就会较容易,所以有一定粗糙感薄膜表面摩擦系数较低。  
         
      表层使用不同原料生产可以获得不同摩擦系数性能的薄膜。表层使用聚丙烯均聚物,由于均聚物结晶度高生产的薄膜刚性高而且薄膜表面硬度好,所以薄膜摩擦系数较低。有些薄膜为了要求可以热封合,必须在表层使用共聚物以获得热封性能,由于共聚物含有一定量的无规物结晶度低,生产的薄膜较软并且薄膜表面较粘,所以薄膜摩擦系数较高。
         4 ,抗粘连剂对摩擦系数的影响 
         塑料薄膜表面光滑,相互滑动比较困难。抗粘连剂一般是粒径2-4um的固体粉末,加进薄膜表层可以形成许多凸起,使薄膜层与层之间的实际接触面积减少,从而降低粘结力相互滑动就会较容易,有利于摩擦系数的降低。
        抗粘连剂的种类对薄膜摩擦系数有较大影响,抗粘连剂的种类分无机物和有机物两大类,无机物的品种以二氧化硅为主,有机物的品种是随着双向拉伸聚丙烯薄膜的发展而发展起来的较新的品种,例如脂肪酸酰胺就是有机物的一种,其表面柔软,薄膜表面摩擦系数比无机物的品种低。
        5, 高温使用条件对摩擦系数的影响  
        
      薄膜在实际使用中温度条件可能不一样:例如在热带气候条件下,又或者是卷烟包装机热封杆的高温条件等。通常从30℃开始,薄膜的摩擦系数便急剧上升,这是因为常用的润滑剂已接近其熔点而变得粘结,测试时施加的力波动很大,呈现一种间歇性滑动或粘结效果。
             为了验证温度变化对摩擦系数值的影响,选择了几组有一定代表性的材料 PC 膜、铝箔复合膜在不同温度下测定它们的摩擦系数。以下是其中 2 组试验的详细试验信息及结果:
                                                                                                             表 1. PC 膜摩擦试验数据表
      试验温度
      静摩擦系数 mean 1
      动摩擦系数 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 :试验数据为多组试验平均值。
                                                               2
      :粘滑现象。

      2. 铝箔复合膜摩擦试验数据表
      试验温度
      静摩擦系数 mean 1
      动摩擦系数 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 :试验数据为多组试验平均值。
                                                                2
      :粘滑现象。

                                        试验数据随温度升高的走势如图 1 所示。

             
      从图 1 可以看出试验温度的升高明显影响了材料的摩擦系数,但对于不同的试样,温度的影响效果不同;而且对于同一试样,随温度的上升,动摩擦系数的变化趋势很可能也不同于静摩擦系数。例如对于 PC 膜,静摩擦系数随温度升高的增长趋势比较稳定,但动摩擦系数的变化趋势的波动就很大,不过动摩擦系数的整体趋势也是增长的。对于铝箔复合膜,摩擦系数的增长趋势就不如 PC 膜,而且其动摩擦系数随温度的上升基本保持稳定。需要说明的一点是,在进行 74以上的摩擦试验时,试验过程中出现了明显的粘滑现象,即滑动现象是不平稳的、间歇性的。
            
      为了减轻这种间歇性滑动-粘结现象,需要使用另一种完全不同的耐高温润滑剂--硅酮,它由于是高分子量聚合物而具备独特的特性,即使在较高温度下摩擦系数仍然保持较低。

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