Soluzioni di processo mature per la deformazione a trazione e l'increspatura di fogli di alluminio da 0,006 mm in imballaggi compositi flessibili

Astratto

0.006foglio di alluminio da mm (con uno spessore di 0,006 mm) è ampiamente utilizzato come strato barriera centrale negli imballaggi compositi flessibili per alimenti, farmaceutico, e nell'industria elettronica grazie alle sue eccellenti proprietà barriera, prestazioni di schermatura della luce, e caratteristiche di leggerezza. Tuttavia, il suo spessore ultrasottile si traduce in scarse proprietà meccaniche, rendendolo soggetto a difetti di qualità come deformazione a trazione e increspature superficiali durante il processo del composito flessibile, che incidono gravemente sull'aspetto e sulle prestazioni dei prodotti da imballaggio. A partire dalle proprietà del materiale del foglio di alluminio da 0,006 mm, questo articolo analizza in modo approfondito il meccanismo della deformazione a trazione e dell'increspamento durante il processo composito, seleziona sistematicamente le soluzioni di processo industriale mature attualmente applicate nel settore, compresi approcci tecnici come il controllo segmentato della tensione, ottimizzazione collaborativa temperatura-pressione, miglioramento della precisione delle apparecchiature, e pretrattamento dei materiali. In combinazione con casi pratici di applicazione, si verifica l'efficacia delle soluzioni, fornire referenze professionali alle imprese composite flessibili per risolvere tali problemi.

Parole chiave

0.006foglio di alluminio da mm; imballaggio composito flessibile; deformazione a trazione; difetto di grinza; ottimizzazione dei processi

1. Introduzione

L'imballaggio composito flessibile è solitamente composto da più strati di substrati (come le pellicole di plastica, fogli di alluminio, carta, eccetera.) incollati tramite adesivi. Come strato barriera centrale, 0.006Il foglio di alluminio da mm può bloccare efficacemente l'ossigeno, umidità, e luce, prolungando così la durata di conservazione del contenuto. Tuttavia, lo spessore del foglio di alluminio da 0,006 mm è di soli 0,006 mm, con una resistenza alla trazione di circa 120-150MPa ed un allungamento inferiore a 3%, che è molto inferiore a quello dei fogli di alluminio da imballaggio convenzionali (per esempio., 0.01foglio di alluminio spessore mm). Durante il processo composito, la tensione viene applicata nello svolgimento, trasporto, premendo, e fasi di avvolgimento del substrato. Un controllo improprio dei parametri di processo o una precisione insufficiente delle apparecchiature possono facilmente portare a deformazioni a trazione irreversibili o a grinze del foglio di alluminio (come le rughe ondulate, pieghe, rughe delle bolle) a causa di stress locali irregolari. Secondo le statistiche del settore, il tasso di difetto di deformazione a trazione e increspatura nel composito flessibile in foglio di alluminio da 0,006 mm può raggiungere 8%-15%, il che non solo aumenta i costi di produzione ma può anche causare la squalifica dei lotti di prodotti. Perciò, la ricerca e l'applicazione di soluzioni di processo mature è di grande importanza per migliorare la qualità dei prodotti compositi flessibili.

2. Meccanismo di deformazione a trazione e increspatura di un foglio di alluminio da 0,006 mm in composito flessibile

2.1 Sensibilità innata causata dalle proprietà dei materiali

0.006Il foglio di alluminio da mm è un substrato metallico ultrasottile. La sua struttura cristallina forma un elevato grado di orientamento durante il processo di laminazione, con conseguenti differenze significative nelle proprietà meccaniche tra le direzioni trasversale e longitudinale (i.e., anisotropia). La resistenza alla trazione longitudinale è leggermente superiore alla resistenza trasversale, mentre la resistenza alle rughe trasversali è più debole. Allo stesso tempo, la superficie del foglio di alluminio è liscia, portando ad una debole forza di legame interfacciale con l'adesivo. Una pressione locale insufficiente durante il composito può facilmente causare bolle interfacciali, che a loro volta innescano le rughe; una tensione eccessiva può facilmente allungare longitudinalmente il foglio di alluminio, con conseguente ritiro dimensionale irregolare del substrato dopo il composito e formazione di rughe ondulate.

2.2 Cause acquisite di controllo improprio dei parametri di processo

2.2.1 Squilibrio di tensione

Durante il processo composito, se la tensione di svolgimento, convogliare la tensione, e la tensione di avvolgimento non corrispondono alle proprietà meccaniche del foglio di alluminio, potrebbero verificarsi problemi. Per esempio, un'eccessiva tensione di svolgimento può causare l'allungamento del foglio di alluminio durante lo svolgimento; le fluttuazioni nella tensione di trasporto possono portare a sollecitazioni locali irregolari sul foglio di alluminio, innescando le rughe; una tensione di avvolgimento insufficiente può provocare un avvolgimento irregolare, portando a rughe nella lavorazione successiva; un'eccessiva tensione di avvolgimento può causare un allungamento continuo del foglio di alluminio durante l'avvolgimento, e il rilascio dello stress interno dopo il raffreddamento può causare rughe di rimbalzo.

2.2.2 Scarsa coordinazione tra temperatura e pressione

Una temperatura eccessivamente elevata del composito o una velocità di riscaldamento troppo rapida possono causare la polimerizzazione prematura dell'adesivo, riducendo il grado di adesione tra il foglio di alluminio e il substrato, con conseguente lacuna locale e formazione di rughe a bolle; Una pressione composita insufficiente o una distribuzione non uniforme della pressione del rullo pressore possono impedire una stretta adesione tra il foglio di alluminio e il supporto, lasciando aria nell'interfaccia e causando grinze; una pressione eccessiva può generare sollecitazioni di compressione sul foglio di alluminio, soprattutto su entrambe le estremità del rullo di pressione, portando facilmente alla deformazione a trazione trasversale del foglio di alluminio.

2.2.3 Basso grado di corrispondenza tra velocità del composito e substrato

Una velocità eccessiva del composito aumenta la forza d'inerzia sul foglio di alluminio durante il trasporto. Se la disposizione del rullo guida non è ragionevole, il foglio di alluminio è soggetto a deviazioni, che a sua volta provoca tensioni locali o rughe; allo stesso tempo, la velocità elevata riduce il tempo di livellamento dell'adesivo, rendendo difficile lo scarico delle bolle interfacciali e aumentando il rischio di grinze.

2.3 Impatto oggettivo di una precisione insufficiente dell'attrezzatura

2.3.1 Deviazione del sistema di rulli guida

Se i rulli guida dell'attrezzatura composita presentano errori di parallelismo (superiore a 0,02 mm/m), eccentricità circolare (superiore a 0,01 mm), o eccessiva rugosità superficiale (Ra > 0.2micron), il foglio di alluminio sarà soggetto ad attrito irregolare durante il trasporto, generando ulteriore tensione locale e causando tensione o rughe.

2.3.2 Difetti di precisione del rullo di pressione

Se il rullo di pressione presenta errori della corona (i.e., la differenza di diametro tra la parte centrale ed entrambe le estremità supera 0,03 mm) o durezza superficiale non uniforme (La differenza di durezza Shore supera 5HD), la pressione composita sarà distribuita in modo non uniforme nella direzione trasversale. Una pressione locale eccessiva o insufficiente sul foglio di alluminio causerà deformazioni a trazione e grinze, rispettivamente.

2.3.3 Risposta lenta del sistema di correzione

Se il tempo di risposta del sistema di correzione nelle fasi di svolgimento e avvolgimento supera 0,1 s, oppure la precisione della correzione è inferiore a ±0,5 mm, il foglio di alluminio è soggetto a deviazioni durante il trasporto, con conseguente cattivo allineamento tra il bordo del foglio di alluminio e il substrato, ed è probabile che si formino delle pieghe dopo il composito.

3. Soluzioni di processo mature

3.1 Tecnologia di controllo della tensione segmentata

Il controllo della tensione è il collegamento principale per risolvere la deformazione a trazione e l'increspatura del foglio di alluminio da 0,006 mm. IL “controllo della tensione a circuito chiuso a tre stadi” schema, che è applicato con maturità nell'industria, può ottenere un controllo preciso dello svolgimento, trasporto, e fasi di avvolgimento:

3.1.1 Tensione di distensione: Controllo della tensione costante a basso stress

Viene adottato un sistema a circuito chiuso composto da un freno magnetico a polvere e un sensore di tensione. Secondo la resistenza alla trazione del foglio di alluminio da 0,006 mm, la tensione di svolgimento è impostata su 1,5-2,5 N/m (la tensione di svolgimento del foglio di alluminio convenzionale è 3-5 N/m). Il rullo ballerino viene utilizzato per compensare in tempo reale le fluttuazioni di tensione causate dalle variazioni del diametro del rullo del foglio di alluminio, garantendo che l'intervallo di fluttuazione della tensione di svolgimento sia ≤±0,3 N/m ed evitando la tensione iniziale del foglio di alluminio durante lo svolgimento.

3.1.2 Trasmettere tensione: Controllo della corrispondenza dinamica

2-3 gruppi di unità di controllo della tensione indipendenti sono installati nella sezione di trasporto della macchina composita. Il rullo guida è azionato da un servomotore per regolare la tensione di trasporto in tempo reale in base alla velocità del composito (solitamente controllato a 30-50 m/min, inferiore alla velocità composita del foglio di alluminio convenzionale di 60-80 m/min). Per esempio, nella sezione di trasporto prima che il foglio di alluminio entri nella fase di pressatura, la tensione è impostata su 2,0-3,0 N/m, leggermente superiore alla tensione di svolgimento, per garantire un trasporto regolare del foglio di alluminio; nella sezione di trasporto dopo la pressatura, la tensione è ridotta a 1,8-2,5 N/m per evitare tensioni continue indotte dallo stress del foglio di alluminio durante il processo di polimerizzazione dell'adesivo.

3.1.3 Tensione di avvolgimento: Controllo del decremento del gradiente

Nella fase iniziale di avvolgimento, la tensione è impostata su 2,5-3,0 N/m per garantire uno stretto legame tra il foglio di alluminio e il substrato; all'aumentare del diametro dell'avvolgimento, viene adottato un algoritmo di decremento del gradiente, per ogni aumento di 100 mm del diametro, la tensione è ridotta di 0,2-0,3 N/m. La tensione di avvolgimento finale è controllata a 1,8-2,2 N/m per evitare la tensione del foglio di alluminio dovuta a un'eccessiva tensione nella fase di avvolgimento successiva e prevenire le pieghe di scorrimento dell'interstrato causate da un avvolgimento lento.

3.2 Processo di ottimizzazione collaborativa temperatura-pressione

Per affrontare le rughe causate dalla temperatura e dalla pressione, il settore maturo “adattamento dinamico della curva temperatura-pressione” lo schema può ottenere un controllo preciso:

3.2.1 Temperatura composita: Riscaldamento segmentato e controllo della temperatura costante

Viene adottato un forno di riscaldamento multisezione per dividere la temperatura del composito in una sezione di preriscaldamento (40-50℃), una sezione di attivazione (60-70℃), e una sezione di stagionatura (70-80℃). La velocità di riscaldamento è controllata a 5-8 ℃/min per evitare una rapida polimerizzazione dell'adesivo a causa di un improvviso aumento della temperatura. Allo stesso tempo, la temperatura della sezione di polimerizzazione viene regolata in base al tipo di adesivo (per esempio., la temperatura di polimerizzazione dell'adesivo poliuretanico è solitamente di 70-80 ℃, e quello dell'adesivo acrilico è 60-70 ℃) per garantire il completo livellamento dell'adesivo, scarico dell'aria interfacciale, e riduzione delle rughe delle bolle.

3.2.2 Pressione composita: Pressione uniforme trasversale e compensazione dinamica

Un rullo pressore a corona ad alta precisione (errore della corona ≤ 0,02 mm) viene utilizzato, con la superficie cromata e rettificata di precisione fino a Ra ≤0,1μm per garantire una distribuzione uniforme della pressione. La pressione del rullo pressore è impostata su 0,3-0,5 MPa (la pressione composita del foglio di alluminio convenzionale è 0,5-0,8 MPa). Un sensore di pressione viene utilizzato per monitorare in tempo reale la differenza di pressione tra le due estremità del rullo di pressione. Quando la differenza supera 0,05 MPa, i cilindri su entrambe le estremità vengono attivati ​​automaticamente per la compensazione della pressione per evitare pieghe causate da una pressione trasversale irregolare.

3.2.3 Corrispondenza collaborativa di temperatura e pressione

Viene stabilito un modello collaborativo di velocità-temperatura-pressione composito. Per esempio, quando la velocità composita viene aumentata a 50 m/min, la temperatura della sezione di polimerizzazione viene aumentata in modo sincrono a 80 ℃, e la pressione del rullo pressore viene aumentata a 0,5 MPa per garantire che l'adesivo completi il ​​livellamento e l'indurimento in breve tempo, evitando tensioni o grinze causate da un disadattamento della velocità, temperatura, e pressione.

3.3 Miglioramento e trasformazione della precisione delle apparecchiature

3.3.1 Ottimizzazione del sistema di rulli guida

I rulli guida della macchina composita vengono sostituiti con rulli guida tubi in acciaio senza saldatura ad alta precisione, che sono rettificati di precisione da una rettificatrice senza centri per garantire una concentricità circolare di ≤0,008 mm e un parallelismo di ≤0,01 mm/m. La superficie del rullo guida è rivestita in cromo duro (spessore 5-10μm) e lucidato a specchio per ottenere una rugosità superficiale di Ra ≤0,1μm, riducendo l'attrito tra il rullo guida e il foglio di alluminio ed evitando tensioni locali.

3.3.2 Trasformazione del sistema di riscaldamento dei rulli pressori

Il riscaldamento a induzione elettromagnetica viene utilizzato al posto del tradizionale riscaldamento a olio, riducendo l'errore di uniformità della temperatura della superficie del rullo di pressione a ≤±2℃ (l'errore del tradizionale riscaldamento a olio è di ±5 ℃) per garantire una temperatura trasversale costante; allo stesso tempo, all'interno del rullo di pressione è installato un sensore di temperatura per fornire i dati di temperatura in tempo reale, e un controllo preciso della temperatura viene ottenuto attraverso un sistema di controllo PID per evitare la deformazione del foglio di alluminio causata dal surriscaldamento locale.

3.3.3 Aggiornamento del sistema di correzione

Un sistema di correzione visiva CCD ad alta definizione viene utilizzato per sostituire il tradizionale sistema di correzione fotoelettrica, migliorando la precisione di correzione a ±0,2 mm e riducendo il tempo di risposta a 0,05 s. Doppie unità di correzione sono installate rispettivamente nelle fasi di svolgimento e avvolgimento per realizzare l'allineamento in tempo reale tra il bordo del foglio di alluminio e il bordo del substrato, evitando pieghe causate dalla deviazione.

3.3.4 Rafforzamento del sistema di rilevamento della tensione

Sensori di tensione ad alta precisione (precisione ±0,1N) vengono aggiunti in posizioni chiave nella sezione di trasporto per raccogliere in tempo reale i dati sulla tensione e trasmetterli al sistema di controllo PLC. Quando la fluttuazione della tensione supera ±0,3N, il sistema regola automaticamente l'uscita del freno a polvere magnetica o del servomotore per realizzare un controllo a circuito chiuso in tempo reale della tensione e ridurre la tensione e le pieghe causate dalla fluttuazione della tensione.

3.4 Processo di pretrattamento dei materiali

3.4.1 Pretrattamento superficiale del foglio di alluminio

Prima del composito, il foglio di alluminio da 0,006 mm è sottoposto a trattamento di passivazione superficiale utilizzando una soluzione di passivazione cromata (concentrazione 20-30 g/l) formare un denso film di passivazione (spessore 50-100 nm) sulla superficie del foglio di alluminio. Ciò non solo migliora la tensione superficiale del foglio di alluminio (da 30mN/m a 45-50mN/m) e migliora la forza di adesione con l'adesivo ma migliora anche la resistenza alla trazione del foglio di alluminio e riduce il rischio di deformazione a trazione; allo stesso tempo, un dispositivo di aspirazione della polvere viene utilizzato per rimuovere olio e polvere dal foglio di alluminio superficie, evitando la formazione di bolle causate dalle impurità interfacciali.

3.4.2 Pretrattamento del substrato

I substrati plastici (come film in PET e PE) composti con un foglio di alluminio sono sottoposti a trattamento di preriscaldamento e disidratazione. Prima di rilassarsi, l'umidità superficiale del supporto viene eliminata attraverso un forno di preriscaldamento (temperatura 40-50 ℃) per controllare il contenuto di umidità a ≤0,1%, evitando bolle generate dalla reazione tra umidità e adesivo; allo stesso tempo, il substrato è sottoposto a trattamento corona per migliorare la tensione superficiale (la tensione superficiale del substrato in PET è ≥ 50 mN/m), garantendo un buon legame con l'adesivo e riducendo le rughe causate dagli spazi interfacciali.

3.4.3 Ottimizzazione dell'adesivo

Viene selezionato un adesivo poliuretanico bicomponente a bassa viscosità e con proprietà altamente livellanti, con una viscosità controllata a 1500-2000mPa・s (25℃) e un tempo di livellamento ≥ 30 s per garantire che l'adesivo possa riempire completamente l'interfaccia tra il foglio di alluminio e il substrato e scaricare l'aria durante il processo composito; allo stesso tempo, la quantità di rivestimento dell'adesivo viene regolata. Per foglio di alluminio da 0,006 mm, la quantità di rivestimento è controllata a 3-5 g/m² (la quantità di rivestimento del foglio di alluminio convenzionale è di 5-8 g/m²) per evitare bolle interfacciali causate da una quantità eccessiva di rivestimento o da un'insufficiente forza di adesione causata da una quantità di rivestimento insufficiente.

4. Verifica dell'Effetto dello Schema e Casi Applicativi

4.1 Verifica degli effetti di laboratorio

In un ambiente di laboratorio, lo schema di processo sopra riportato è stato utilizzato per testare il processo composito di foglio di alluminio da 0,006 mm e pellicola di PET. I parametri e i risultati del test sono i seguenti:

Articolo di prova	Processo tradizionale	Processo ottimizzato	Tasso di miglioramento
Tasso di deformazione a trazione longitudinale	3.5%-5.0%	0.8%-1.5%	71%-76%
Tasso di difetti dovuti alle rughe	12%-15%	1.5%-2.5%	87%-89%
Forza della pelatura (N/15mm)	2.0-2.5	3.0-3.5	20%-40%
Tasso di qualificazione dell'aspetto	82%-85%	97%-98%	14%-16%

I risultati del test mostrano che lo schema di processo ottimizzato può ridurre significativamente il tasso di deformazione a trazione e il tasso di difetti di increspatura del foglio di alluminio da 0,006 mm, migliorando al tempo stesso la resistenza alla pelatura e il tasso di qualificazione dell'aspetto del film composito, rispettando gli standard di qualità del settore (come GB/T 10004-2020 Film compositi in plastica e sacchetti per imballaggio).

4.2 Caso di applicazione aziendale

Un'impresa di imballaggio alimentare produce imballaggi flessibili compositi a tre strati di foglio di alluminio-PET-PE da 0,006 mm. Precedentemente, a causa di deformazioni da trazione e problemi di grinze, il tasso di difetti del prodotto era pari a 14%, con conseguenti costi di produzione elevati. Dopo aver adottato la soluzione di processo proposta in questo documento, le misure specifiche di attuazione sono le seguenti:

1. Aggiorna il sistema di controllo della tensione della macchina composita, adottare un controllo a circuito chiuso a tre stadi, impostare la tensione di svolgimento su 2,0 N/m, la tensione di trasporto a 2,5 N/m, e il gradiente di tensione dell'avvolgimento da 2,8 N/m a 2,0 N/m;

2. Trasformare il sistema di riscaldamento del rullo pressore, adottare il riscaldamento a induzione elettromagnetica, controllare l'errore di uniformità della temperatura a ±1,5℃, impostare la pressione del rullo di pressione su 0,4 MPa, e la precisione di compensazione della differenza di pressione a ±0,03 MPa;

3. Effettuare il trattamento di passivazione cromata su un foglio di alluminio da 0,006 mm, ed eseguire il preriscaldamento della disidratazione (temperatura 45 ℃) e trattamento corona sul substrato PET;

4. Selezionare un adesivo poliuretanico a bassa viscosità con una quantità di rivestimento di 4 g/m².

Dopo l'implementazione, il tasso di difettosità dei prodotti dell’impresa è sceso a 2.1%, il tasso di deformazione a trazione era controllato all'interno 1.2%, e il tasso di qualificazione dell'aspetto è aumentato a 97.5%. La perdita mensile di rifiuti è stata ridotta di circa 300,000 yuan, e l'efficienza produttiva è aumentata di 15%, ottenere notevoli benefici economici.

5. Tendenze di sviluppo del processo

Con il continuo miglioramento dei requisiti di qualità dei prodotti nel settore dei compositi flessibili, lo sviluppo della tecnologia composita del foglio di alluminio da 0,006 mm mostrerà le seguenti tendenze:

5.1 Controllo intelligente

Introdurre un sistema di ispezione visiva basato sull'intelligenza artificiale per identificare in tempo reale la deformazione a trazione e i difetti di increspatura del foglio di alluminio, e regolare automaticamente i parametri di processo come la tensione, temperatura, e la pressione per realizzare una produzione intelligente a circuito chiuso “ispezione-regolamentazione-feedback” e migliorare ulteriormente la stabilità del processo.

5.2 Applicazione di nuovi materiali

Sviluppa un foglio di alluminio da 0,006 mm con elevata resistenza alla trazione (per esempio., aggiunta di elementi di lega in tracce come Mg e Mn per aumentare la resistenza alla trazione a oltre 180 MPa) per ridurre il rischio di tensione dalla fonte dei materiali; allo stesso tempo, sviluppare adesivi privi di solventi per ridurre le sostanze volatili durante il processo di polimerizzazione dell'adesivo, evitare bolle interfacciali, e migliorare la qualità del composito.

5.3 Integrazione delle apparecchiature

Sviluppare “pretrattamento-composito-ispezione-avvolgimento” attrezzatura integrata per ridurre i collegamenti di turnover del foglio di alluminio durante il trasporto, ridurre al minimo l'impatto di fattori esterni sul foglio di alluminio, e migliorare ulteriormente la precisione del composito.

6. Conclusione

I problemi di deformazione a trazione e di increspamento del foglio di alluminio da 0,006 mm nel processo composito flessibile sono radicati nella mancata corrispondenza tra le proprietà del materiale ultrasottile, parametri di processo, e precisione delle attrezzature. Le attuali soluzioni di processi industriali maturi possono risolvere efficacemente tali problemi attraverso approcci tecnici come il controllo della tensione a circuito chiuso a tre stadi, ottimizzazione collaborativa temperatura-pressione, miglioramento della precisione delle apparecchiature, e pretrattamento dei materiali, migliorare significativamente la qualità e il tasso di qualificazione dei prodotti compositi. Sia i test di laboratorio che i casi applicativi aziendali mostrano che il processo ottimizzato può ridurre il tasso di difetti dovuti alle grinze a un livello inferiore 3% e controllare il tasso di deformazione a trazione all'interno 1.5%, soddisfare le esigenze produttive del settore. In futuro, con lo sviluppo di tecnologie intelligenti e nuovi materiali, il processo composito del foglio di alluminio da 0,006 mm si sposterà verso un processo più efficiente, stabile, e una direzione rispettosa dell'ambiente, fornire supporto per lo sviluppo di alta qualità del settore degli imballaggi flessibili.