Soluciones de proceso maduras para la deformación por tracción y el arrugado de láminas de aluminio de 0,006 mm en envases compuestos flexibles

Abstracto

0.006papel de aluminio mm (con un espesor de 0,006 mm) Se utiliza ampliamente como capa de barrera central en envases compuestos flexibles para alimentos., farmacéutico, y las industrias electrónicas debido a sus excelentes propiedades de barrera., rendimiento de protección contra la luz, y características ligeras. Sin embargo, su espesor ultrafino da como resultado propiedades mecánicas deficientes, haciéndolo propenso a defectos de calidad como deformación por tracción y arrugas en la superficie durante el proceso de compuesto flexible, que afectan seriamente la apariencia y el rendimiento de los productos de embalaje. A partir de las propiedades del material del papel de aluminio de 0,006 mm., Este artículo analiza en profundidad el mecanismo de deformación por tracción y arrugamiento durante el proceso compuesto., clasifica sistemáticamente las soluciones maduras de procesos industriales que se aplican actualmente en la industria, Incluyendo enfoques técnicos como el control de tensión segmentado., optimización colaborativa temperatura-presión, mejora de la precisión del equipo, y pretratamiento de materiales. Combinado con casos de aplicación práctica, Se verifica la eficacia de las soluciones., Proporcionar referencias profesionales para empresas compuestas flexibles para resolver tales problemas..

Palabras clave

0.006papel de aluminio mm; embalaje compuesto flexible; deformación por tracción; defecto de arrugas; optimización de procesos

1. Introducción

Los envases compuestos flexibles suelen estar compuestos por varias capas de sustratos. (como películas plásticas, láminas de aluminio, papel, etc.) unido por adhesivos. Como capa de barrera central, 0.006El papel de aluminio de mm puede bloquear eficazmente el oxígeno., humedad, y ligero, extendiendo así la vida útil del contenido. Sin embargo, el espesor del papel de aluminio de 0,006 mm es de solo 0,006 mm, con una resistencia a la tracción de aproximadamente 120-150 MPa y un alargamiento de menos de 3%, que es mucho más bajo que el de las láminas de aluminio de embalaje convencionales. (p.ej., 0.01papel de aluminio de mm de espesor). Durante el proceso compuesto, Se aplica tensión en el desenrollado., transmitir, prensado, y etapas de bobinado del sustrato. Un control inadecuado de los parámetros del proceso o una precisión insuficiente del equipo pueden provocar fácilmente una deformación por tracción irreversible del papel de aluminio o arrugas. (como arrugas onduladas, arrugas, arrugas de burbuja) debido al estrés local desigual. Según estadísticas del sector, la tasa de defectos de deformación por tracción y arrugas en un compuesto flexible de papel de aluminio de 0,006 mm puede alcanzar 8%-15%, lo que no solo aumenta los costos de producción sino que también puede causar la descalificación de lotes de productos. Por lo tanto, Investigar y aplicar soluciones de procesos maduros es de gran importancia para mejorar la calidad de los productos compuestos flexibles..

2. Mecanismo de deformación por tracción y arrugamiento de lámina de aluminio de 0,006 mm en compuesto flexible

2.1 Sensibilidad innata causada por propiedades materiales

0.006El papel de aluminio de mm es un sustrato metálico ultrafino.. Su estructura cristalina forma un alto grado de orientación durante el proceso de laminación., dando como resultado diferencias significativas en las propiedades mecánicas entre las direcciones transversal y longitudinal (es decir., anisotropía). La resistencia a la tracción longitudinal es ligeramente mayor que la resistencia transversal., mientras que la resistencia a las arrugas transversales es más débil. Al mismo tiempo, la superficie del papel de aluminio es lisa, lo que lleva a una fuerza de unión interfacial débil con el adhesivo. Una presión local insuficiente durante el composite puede causar fácilmente burbujas interfaciales, que a su vez provocan arrugas; una tensión excesiva puede estirar fácilmente el papel de aluminio longitudinalmente, resultando en una contracción dimensional desigual del sustrato después del composite y formando arrugas onduladas.

2.2 Causas adquiridas del control inadecuado de los parámetros del proceso

2.2.1 Desequilibrio de tensión

Durante el proceso compuesto, si la tensión que se desenrolla, transmitir tensión, y la tensión del bobinado no coinciden con las propiedades mecánicas del papel de aluminio, pueden ocurrir problemas. Por ejemplo, Una tensión excesiva al desenrollarlo puede hacer que el papel de aluminio se estire durante el desenrollado.; Las fluctuaciones en la tensión de transporte pueden provocar tensiones locales desiguales en el papel de aluminio., provocando arrugas; Una tensión de bobinado insuficiente puede provocar un bobinado desigual., lo que provoca arrugas en el procesamiento posterior; Una tensión excesiva en el bobinado puede hacer que el papel de aluminio se estire continuamente durante el bobinado., y la liberación de tensión interna después del enfriamiento puede causar arrugas por rebote.

2.2.2 Mala coordinación entre temperatura y presión

Una temperatura del composite excesivamente alta o una velocidad de calentamiento demasiado rápida pueden provocar un curado prematuro del adhesivo., Reducir el grado de unión entre el papel de aluminio y el sustrato., resultando en espacios locales y formando arrugas de burbujas; Una presión compuesta insuficiente o una distribución desigual de la presión del rodillo de presión pueden impedir una unión estrecha entre el papel de aluminio y el sustrato., dejando aire en la interfaz y provocando arrugas; Una presión excesiva puede generar tensión de compresión en el papel de aluminio., especialmente en ambos extremos del rodillo de presión, lo que lleva fácilmente a la deformación por tracción transversal de la lámina de aluminio.

2.2.3 Bajo grado de coincidencia entre la velocidad del compuesto y el sustrato

Una velocidad compuesta excesivamente rápida aumenta la fuerza de inercia sobre el papel de aluminio durante el transporte.. Si la disposición del rodillo guía no es razonable, el papel de aluminio es propenso a desviarse, lo que a su vez provoca tensión local o arrugas; al mismo tiempo, La velocidad rápida acorta el tiempo de nivelación del adhesivo., dificultando la descarga de burbujas interfaciales y aumentando el riesgo de arrugas.

2.3 Impacto objetivo de la precisión insuficiente del equipo

2.3.1 Desviación del sistema de rodillos guía

Si los rodillos guía del equipo compuesto tienen errores de paralelismo (superior a 0,02 mm/m), descentramiento circular (superior a 0,01 mm), o rugosidad superficial excesiva (Real academia de bellas artes > 0.2μm), El papel de aluminio estará sujeto a una fricción desigual durante el transporte., generando tensión local adicional y causando tensión o arrugas.

2.3.2 Defectos de precisión del rodillo de presión

Si el rodillo de presión tiene errores de corona (es decir., la diferencia de diámetro entre el medio y ambos extremos supera los 0,03 mm) o dureza superficial desigual (La diferencia de dureza Shore supera los 5HD), la presión compuesta se distribuirá de manera desigual en la dirección transversal. Una presión local excesiva o insuficiente sobre el papel de aluminio provocará deformación por tracción y arrugas., respectivamente.

2.3.3 Respuesta lenta del sistema de corrección

Si el tiempo de respuesta del sistema de corrección en las etapas de desenrollado y enrollado supera los 0,1s, o la precisión de la corrección es inferior a ±0,5 mm, El papel de aluminio es propenso a desviarse durante el transporte., lo que resulta en una mala alineación entre el borde del papel de aluminio y el sustrato, y es probable que se produzcan arrugas después del composite..

3. Soluciones de procesos maduros

3.1 Tecnología de control de tensión segmentada

El control de tensión es el vínculo central para resolver la deformación por tracción y las arrugas del papel de aluminio de 0,006 mm.. los “control de tensión de circuito cerrado de tres etapas” esquema, que se aplica con madurez en la industria, Puede lograr un control preciso del desenrollado., transmitir, y etapas sinuosas:

3.1.1 Desenredar la tensión: Control de tensión constante de bajo estrés

Se adopta un sistema de circuito cerrado compuesto por un freno de polvo magnético y un sensor de tensión.. Según la resistencia a la tracción del papel de aluminio de 0,006 mm., la tensión de desenrollado se establece en 1,5-2,5 N/m (La tensión de desenrollado del papel de aluminio convencional es de 3-5 N/m.). El rodillo bailarín se utiliza para compensar en tiempo real las fluctuaciones de tensión causadas por cambios en el diámetro del rollo de papel de aluminio., asegurar que el rango de fluctuación de la tensión de desenrollado sea ≤±0,3N/m y evitar la tensión inicial del papel de aluminio durante el desenrollado.

3.1.2 Transmitir tensión: Control de coincidencia dinámica

2-3 Se instalan conjuntos de unidades de control de tensión independientes en la sección de transporte de la máquina compuesta.. El rodillo guía es accionado por un servomotor para ajustar la tensión de transporte en tiempo real según la velocidad compuesta. (normalmente controlado a 30-50 m/min, Velocidad inferior a la del compuesto de papel de aluminio convencional de 60-80 m/min.). Por ejemplo, en la sección de transporte antes de que el papel de aluminio entre en la etapa de prensado, la tensión se establece en 2,0-3,0 N/m, ligeramente superior a la tensión de desenrollado, para garantizar un transporte suave del papel de aluminio; en la sección de transporte después de presionar, La tensión se reduce a 1,8-2,5 N/m para evitar la tensión continua inducida por la tensión del papel de aluminio durante el proceso de curado del adhesivo..

3.1.3 Tensión del devanado: Control de disminución de gradiente

En la etapa inicial de bobinado., la tensión se establece en 2,5-3,0 N/m para garantizar una unión estrecha entre el papel de aluminio y el sustrato; a medida que aumenta el diámetro del devanado, Se adopta un algoritmo de disminución de gradiente, por cada aumento de 100 mm en el diámetro., la tensión se reduce en 0,2-0,3 N/m. La tensión del bobinado final se controla a 1,8-2,2 N/m para evitar la tensión del papel de aluminio debido a una tensión excesiva en la etapa de bobinado posterior y evitar arrugas deslizantes entre capas causadas por un bobinado suelto..

3.2 Proceso de optimización colaborativa de temperatura-presión

Para abordar las arrugas causadas por la temperatura y la presión., la industria madura “adaptación dinámica de la curva temperatura-presión” El esquema puede lograr un control preciso.:

3.2.1 Temperatura compuesta: Calefacción segmentada y control de temperatura constante

Se adopta un horno de calentamiento de múltiples secciones para dividir la temperatura compuesta en una sección de precalentamiento. (40-50℃), una sección de activación (60-70℃), y una sección de curado (70-80℃). La velocidad de calentamiento se controla a 5-8 ℃/min para evitar el curado rápido del adhesivo debido al aumento repentino de la temperatura.. Al mismo tiempo, la temperatura de la sección de curado se ajusta según el tipo de adhesivo (p.ej., La temperatura de curado del adhesivo de poliuretano suele ser de 70 a 80 ℃., y el del adhesivo acrílico es 60-70 ℃) para asegurar la nivelación completa del adhesivo, descarga de aire interfacial, y reducción de las arrugas de las burbujas..

3.2.2 Presión compuesta: Presión uniforme transversal y compensación dinámica

Un rodillo de presión de corona de alta precisión (error de corona ≤0,02 mm) se utiliza, con su superficie cromada y rectificada con precisión a Ra ≤0,1μm para garantizar una distribución uniforme de la presión. La presión del rodillo de presión se establece en 0,3-0,5 MPa. (la presión compuesta del papel de aluminio convencional es de 0,5-0,8 MPa). Se utiliza un sensor de presión para monitorear en tiempo real la diferencia de presión entre los dos extremos del rodillo de presión.. Cuando la diferencia supera los 0,05 MPa, Los cilindros en ambos extremos se activan automáticamente para compensar la presión y evitar arrugas causadas por una presión transversal desigual..

3.2.3 Emparejamiento colaborativo de temperatura y presión

Se establece un modelo colaborativo de velocidad-temperatura-presión compuesta. Por ejemplo, cuando la velocidad compuesta aumenta a 50 m/min, la temperatura de la sección de curado aumenta sincrónicamente a 80 ℃, y la presión del rodillo de presión se aumenta a 0,5 MPa para garantizar que el adhesivo complete la nivelación y el curado en poco tiempo., evitando tensiones o arrugas causadas por un desajuste de velocidad, temperatura, y presión.

3.3 Mejora y transformación de la precisión de los equipos

3.3.1 Optimización del sistema de rodillos guía

Los rodillos guía de la máquina compuesta se reemplazan por rodillos guía de tubos de acero sin costura de alta precisión., que están rectificados con precisión mediante una amoladora sin centros para garantizar una desviación circular de ≤0,008 mm y un paralelismo de ≤0,01 mm/m. La superficie del rodillo guía está recubierta de cromo duro. (espesor 5-10μm) y pulido espejo para lograr una rugosidad superficial de Ra ≤0,1μm, reduciendo la fricción entre el rodillo guía y el papel de aluminio y evitando la tensión local.

3.3.2 Transformación del sistema de calentamiento de rodillos de presión.

Se utiliza calentamiento por inducción electromagnética en lugar del calentamiento tradicional con aceite., reducir el error de uniformidad de temperatura de la superficie del rodillo de presión a ≤±2℃ (el error del calentamiento de aceite tradicional es ±5 ℃) para garantizar una temperatura transversal constante; al mismo tiempo, Se instala un sensor de temperatura dentro del rodillo de presión para retroalimentar datos de temperatura en tiempo real., y el control preciso de la temperatura se logra a través de un sistema de control PID para evitar la deformación del papel de aluminio causada por el sobrecalentamiento local..

3.3.3 Actualización del sistema correccional

Se utiliza un sistema de corrección visual CCD de alta definición para reemplazar el sistema de corrección fotoeléctrica tradicional., mejorando la precisión de la corrección a ±0,2 mm y acortando el tiempo de respuesta a 0,05 s. Se instalan unidades de corrección dobles en las etapas de desenrollado y enrollado respectivamente para lograr una alineación en tiempo real entre el borde del papel de aluminio y el borde del sustrato., evitando arrugas causadas por la desviación.

3.3.4 Fortalecimiento del Sistema de Detección de Tensión

Sensores de tensión de alta precisión (precisión ±0.1N) Se agregan en posiciones clave en la sección de transporte para recopilar datos de tensión en tiempo real y transmitirlos al sistema de control PLC.. Cuando la fluctuación de tensión excede ±0.3N, El sistema ajusta automáticamente la salida del freno de polvo magnético o del servomotor para realizar un control de tensión en circuito cerrado en tiempo real y reducir la tensión y las arrugas causadas por la fluctuación de tensión..

3.4 Proceso de pretratamiento de materiales

3.4.1 Pretratamiento de superficie de papel de aluminio

Antes del compuesto, La lámina de aluminio de 0,006 mm se somete a un tratamiento de pasivación superficial utilizando una solución de pasivación de cromato. (concentración 20-30g/L) para formar una densa película de pasivación (espesor 50-100 nm) en la superficie del papel de aluminio. Esto no sólo mejora la tensión superficial del papel de aluminio. (de 30mN/m a 45-50mN/m) y mejora la fuerza de unión con el adhesivo pero también mejora la resistencia a la tracción del papel de aluminio y reduce el riesgo de deformación por tracción.; al mismo tiempo, Se utiliza un dispositivo de eliminación de polvo por aspiradora para eliminar el aceite y el polvo del papel de aluminio superficie, evitando las arrugas de las burbujas causadas por impurezas interfaciales.

3.4.2 Pretratamiento del sustrato

Los sustratos plasticos (como películas de PET y PE) compuestos con papel de aluminio se someten a un tratamiento de precalentamiento y deshidratación. antes de relajarse, La humedad superficial del sustrato se elimina a través de un horno de precalentamiento. (temperatura 40-50 ℃) para controlar el contenido de humedad en ≤0,1%, evitando las burbujas generadas por la reacción entre la humedad y el adhesivo; al mismo tiempo, El sustrato se somete a un tratamiento corona para mejorar la tensión superficial. (la tensión superficial del sustrato de PET es ≥50mN/m), asegurando una buena unión con el adhesivo y reduciendo las arrugas causadas por los espacios interfaciales.

3.4.3 Optimización del adhesivo

Se selecciona un adhesivo de poliuretano de dos componentes con baja viscosidad y alta propiedad niveladora., con una viscosidad controlada a 1500-2000mPa・s (25℃) y un tiempo de nivelación de ≥30 segundos para garantizar que el adhesivo pueda llenar completamente la interfaz entre el papel de aluminio y el sustrato y descargar aire durante el proceso compuesto.; al mismo tiempo, se ajusta la cantidad de recubrimiento del adhesivo. Para papel de aluminio de 0,006 mm, la cantidad de recubrimiento se controla a 3-5 g/m² (la cantidad de recubrimiento de papel de aluminio convencional es de 5-8 g/m²) para evitar burbujas interfaciales causadas por una cantidad excesiva de recubrimiento o una fuerza de unión insuficiente causada por una cantidad insuficiente de recubrimiento.

4. Casos de aplicación y verificación del efecto del esquema

4.1 Verificación del efecto de laboratorio

En un ambiente de laboratorio, El esquema de proceso anterior se utilizó para probar el proceso compuesto de papel de aluminio de 0,006 mm y película de PET.. Los parámetros y resultados de la prueba son los siguientes.:

Artículo de prueba	Proceso Tradicional	Proceso optimizado	Tasa de mejora
Tasa de deformación por tracción longitudinal	3.5%-5.0%	0.8%-1.5%	71%-76%
Tasa de defectos de arrugas	12%-15%	1.5%-2.5%	87%-89%
Fuerza de pelado (N/15 mm)	2.0-2.5	3.0-3.5	20%-40%
Tasa de calificación de apariencia	82%-85%	97%-98%	14%-16%

Los resultados de las pruebas muestran que el esquema de proceso optimizado puede reducir significativamente la tasa de deformación por tracción y la tasa de defectos por arrugas del papel de aluminio de 0,006 mm., al mismo tiempo que mejora la resistencia al pelado y la tasa de calificación de apariencia de la película compuesta, Cumplir con los estándares de calidad de la industria. (como GB/T 10004-2020 Películas y bolsas de plástico compuesto para embalaje.).

4.2 Caso de aplicación empresarial

Una empresa de envasado de alimentos produce envases flexibles compuestos de tres capas de lámina de aluminio-PET-PE de 0,006 mm.. Previamente, debido a deformaciones por tracción y problemas de arrugas, la tasa de defectos del producto era tan alta como 14%, resultando en altos costos de producción. Después de adoptar la solución de proceso propuesta en este documento, las medidas de implementación específicas son las siguientes:

1. Actualizar el sistema de control de tensión de la máquina compuesta., Adoptar control de circuito cerrado de tres etapas., Establezca la tensión de desenrollado en 2,0 N/m., la tensión de transporte a 2,5 N/m, y el gradiente de tensión del devanado de 2,8 N/m a 2,0 N/m;

2. Transformar el sistema de calentamiento del rodillo de presión., adoptar calentamiento por inducción electromagnética, controlar el error de uniformidad de temperatura a ±1,5 ℃, Ajuste la presión del rodillo de presión a 0,4 MPa., y la precisión de compensación de diferencia de presión a ±0.03MPa;

3. Realice un tratamiento de pasivación con cromato en papel de aluminio de 0,006 mm., y realizar deshidratación por precalentamiento (temperatura 45 ℃) y tratamiento corona sobre el sustrato de PET;

4. Seleccione un adhesivo de poliuretano de baja viscosidad con una cantidad de recubrimiento de 4 g/m²..

Después de la implementación, La tasa de defectos por arrugas de los productos de la empresa disminuyó a 2.1%, La tasa de deformación por tracción se controló dentro de 1.2%, y la tasa de calificación de apariencia aumentó a 97.5%. La pérdida mensual de residuos se redujo en aproximadamente 300,000 yuan, y la eficiencia de producción aumentó en 15%, logrando importantes beneficios económicos.

5. Tendencias de desarrollo del proceso

Con la mejora continua de los requisitos de calidad del producto en la industria de compuestos flexibles., El desarrollo de la tecnología compuesta de lámina de aluminio de 0,006 mm mostrará las siguientes tendencias.:

5.1 Control inteligente

Introducir un sistema de inspección visual de IA para identificar en tiempo real la deformación por tracción y los defectos de arrugas del papel de aluminio., y ajustar automáticamente los parámetros del proceso como la tensión, temperatura, y presión para realizar una producción inteligente de circuito cerrado de “inspección-regulación-retroalimentación” y mejorar aún más la estabilidad del proceso.

5.2 Aplicación de nuevos materiales

Desarrollar papel de aluminio de 0,006 mm con alta resistencia a la tracción (p.ej., Agregar elementos traza de aleación como Mg y Mn para aumentar la resistencia a la tracción a más de 180 MPa.) para reducir el riesgo de tensión desde la fuente de materiales; al mismo tiempo, Desarrollar adhesivos sin disolventes para reducir las sustancias volátiles durante el proceso de curado del adhesivo., evitar burbujas interfaciales, y mejorar la calidad compuesta.

5.3 Integración de equipos

Desarrollar “pretratamiento-compuesto-inspección-bobinado” Equipo integrado para reducir los eslabones de rotación del papel de aluminio durante el transporte., Minimizar el impacto de factores externos en el papel de aluminio., y mejorar aún más la precisión compuesta.

6. Conclusión

Los problemas de deformación por tracción y arrugas del papel de aluminio de 0,006 mm en el proceso de compuesto flexible tienen su origen en la falta de coincidencia entre las propiedades del material ultrafino., parámetros del proceso, y precisión del equipo. Las soluciones actuales de procesos industriales maduros pueden resolver eficazmente estos problemas a través de enfoques técnicos como el control de tensión de circuito cerrado de tres etapas., optimización colaborativa temperatura-presión, mejora de la precisión del equipo, y pretratamiento de materiales, mejorar significativamente la calidad y la tasa de calificación de los productos compuestos. Tanto las pruebas de laboratorio como los casos de aplicaciones empresariales muestran que el proceso optimizado puede reducir la tasa de defectos por arrugas a menos de 3% y controlar la tasa de deformación por tracción dentro 1.5%, Cumplir con los requisitos de producción de la industria.. En el futuro, con el desarrollo de tecnología inteligente y nuevos materiales, El proceso compuesto de papel de aluminio de 0,006 mm avanzará hacia un proceso más eficiente., estable, y dirección respetuosa con el medio ambiente, Brindar apoyo para el desarrollo de alta calidad de la industria del embalaje flexible..