Soluções de processos maduros para deformação por tração e enrugamento de folha de alumínio de 0,006 mm em embalagens compostas flexíveis

Resumo

0.006folha de alumínio mm (com espessura de 0,006mm) é amplamente utilizado como camada de barreira central em embalagens compostas flexíveis para alimentos, farmacêutico, e indústrias eletrônicas devido às suas excelentes propriedades de barreira, desempenho de proteção contra luz, e características leves. Contudo, sua espessura ultrafina resulta em propriedades mecânicas ruins, tornando-o propenso a defeitos de qualidade, como deformação por tração e enrugamento superficial durante o processo de compósito flexível, que afetam seriamente a aparência e o desempenho dos produtos de embalagem. A partir das propriedades do material da folha de alumínio de 0,006 mm, este artigo analisa profundamente o mecanismo de deformação por tração e enrugamento durante o processo compósito, classifica sistematicamente as soluções maduras de processos industriais atualmente aplicadas na indústria, incluindo abordagens técnicas, como controle de tensão segmentado, otimização colaborativa de temperatura-pressão, melhoria de precisão do equipamento, e pré-tratamento de materiais. Combinado com casos de aplicação práticos, a eficácia das soluções é verificada, fornecendo referências profissionais para empresas compostas flexíveis para resolver tais problemas.

Palavras-chave

0.006folha de alumínio mm; embalagem composta flexível; deformação por tração; defeito enrugado; otimização de processos

1. Introdução

As embalagens compostas flexíveis são geralmente compostas por múltiplas camadas de substratos (como filmes plásticos, folhas de alumínio, papel, etc.) unidos por adesivos. Como a camada de barreira central, 0.006mm folha de alumínio pode bloquear efetivamente o oxigênio, umidade, e luz, prolongando assim a vida útil do conteúdo. Contudo, a espessura da folha de alumínio de 0,006 mm é de apenas 0,006 mm, com uma resistência à tração de aproximadamente 120-150MPa e um alongamento inferior a 3%, que é muito inferior ao das folhas de alumínio para embalagens convencionais (por exemplo., 0.01folha de alumínio com mm de espessura). Durante o processo composto, a tensão é aplicada no desenrolamento, transmitir, pressionando, e estágios de enrolamento do substrato. O controle inadequado dos parâmetros do processo ou a precisão insuficiente do equipamento podem facilmente levar à deformação por tração irreversível da folha de alumínio ou ao enrugamento (como rugas onduladas, vincos, rugas de bolha) devido ao estresse local desigual. De acordo com estatísticas da indústria, a taxa de defeito de deformação por tração e enrugamento em composto flexível de folha de alumínio de 0,006 mm pode atingir 8%-15%, o que não só aumenta os custos de produção, mas também pode causar a desqualificação de lotes de produtos. Portanto, pesquisar e aplicar soluções de processos maduros é de grande importância para melhorar a qualidade de produtos compósitos flexíveis.

2. Mecanismo de deformação por tração e enrugamento de folha de alumínio de 0,006 mm em compósito flexível

2.1 Sensibilidade Inata Causada pelas Propriedades dos Materiais

0.006mm folha de alumínio é um substrato de metal ultrafino. Sua estrutura cristalina forma um alto grau de orientação durante o processo de laminação, resultando em diferenças significativas nas propriedades mecânicas entre as direções transversal e longitudinal (ou seja, anisotropia). A resistência à tração longitudinal é ligeiramente superior à resistência transversal, enquanto a resistência às rugas transversais é mais fraca. Ao mesmo tempo, a superfície da folha de alumínio é lisa, levando a fraca resistência de ligação interfacial com o adesivo. Pressão local insuficiente durante o compósito pode facilmente causar bolhas interfaciais, que por sua vez desencadeiam rugas; tensão excessiva pode esticar facilmente a folha de alumínio longitudinalmente, resultando em encolhimento dimensional desigual do substrato após o compósito e formando rugas onduladas.

2.2 Causas adquiridas de controle inadequado de parâmetros de processo

2.2.1 Desequilíbrio de tensão

Durante o processo composto, se a tensão de desenrolamento, transmitindo tensão, e a tensão do enrolamento não correspondem às propriedades mecânicas da folha de alumínio, problemas podem ocorrer. Por exemplo, tensão excessiva de desenrolamento pode fazer com que a folha de alumínio estique durante o desenrolamento; flutuações na tensão de transporte podem levar a tensões locais desiguais na folha de alumínio, provocando rugas; tensão insuficiente do enrolamento pode resultar em enrolamento irregular, levando a rugas no processamento subsequente; tensão excessiva de enrolamento pode fazer com que a folha de alumínio estique continuamente durante o enrolamento, e a liberação de tensão interna após o resfriamento pode causar enrugamento de rebote.

2.2.2 Má coordenação entre temperatura e pressão

Temperatura excessivamente alta do compósito ou taxa de aquecimento muito rápida podem causar cura prematura do adesivo, reduzindo o grau de ligação entre a folha de alumínio e o substrato, resultando em lacunas locais e formando rugas de bolha; pressão composta insuficiente ou distribuição desigual de pressão do rolo de pressão pode impedir uma ligação estreita entre a folha de alumínio e o substrato, deixando ar na interface e causando enrugamento; pressão excessiva pode gerar tensão de compressão na folha de alumínio, especialmente em ambas as extremidades do rolo de pressão, levando facilmente à deformação por tração transversal da folha de alumínio.

2.2.3 Baixo grau de correspondência entre a velocidade do composto e o substrato

A velocidade excessivamente rápida do composto aumenta a força inercial na folha de alumínio durante o transporte. Se o layout do rolo guia não for razoável, a folha de alumínio é propensa a desvios, o que por sua vez causa tensão local ou enrugamento; ao mesmo tempo, velocidade rápida reduz o tempo de nivelamento do adesivo, dificultando a descarga de bolhas interfaciais e aumentando o risco de enrugamento.

2.3 Impacto objetivo da precisão insuficiente do equipamento

2.3.1 Desvio do sistema de rolo guia

Se os rolos-guia do equipamento composto apresentarem erros de paralelismo (excedendo 0,02 mm/m), desvio circular (excedendo 0,01 mm), ou rugosidade superficial excessiva (Rá > 0.2μm), a folha de alumínio estará sujeita a fricção desigual durante o transporte, gerando tensão local adicional e causando tensão ou enrugamento.

2.3.2 Defeitos de precisão do rolo de pressão

Se o rolo de pressão apresentar erros de coroa (ou seja, a diferença de diâmetro entre o meio e ambas as extremidades excede 0,03 mm) ou dureza superficial irregular (A diferença de dureza Shore excede 5HD), a pressão composta será distribuída de forma desigual na direção transversal. Pressão local excessiva ou insuficiente na folha de alumínio causará deformação por tração e enrugamento, respectivamente.

2.3.3 Resposta Lenta do Sistema de Correção

Se o tempo de resposta do sistema de correção nas etapas de desenrolamento e enrolamento exceder 0,1s, ou a precisão da correção é inferior a ± 0,5 mm, a folha de alumínio é propensa a desvios durante o transporte, resultando em mau alinhamento entre a borda da folha de alumínio e o substrato, e vincos são prováveis ​​de ocorrer após o compósito.

3. Soluções de processos maduros

3.1 Tecnologia de controle de tensão segmentada

O controle de tensão é o elo principal para resolver a deformação por tração e o enrugamento da folha de alumínio de 0,006 mm. o “controle de tensão em circuito fechado de três estágios” esquema, que é maduromente aplicado na indústria, pode alcançar o controle preciso do desenrolamento, transmitir, e estágios sinuosos:

3.1.1 Descontraindo a tensão: Controle de tensão constante de baixo estresse

É adotado um sistema de circuito fechado composto por um freio de pó magnético e um sensor de tensão. De acordo com a resistência à tração da folha de alumínio de 0,006 mm, a tensão de desenrolamento é definida para 1,5-2,5N/m (a tensão de desenrolamento da folha de alumínio convencional é 3-5N/m). O rolo dançarino é usado para compensar em tempo real as flutuações de tensão causadas por alterações no diâmetro do rolo de folha de alumínio, garantindo que a faixa de flutuação da tensão de desenrolamento seja ≤±0,3N/m e evitando a tensão inicial da folha de alumínio durante o desenrolamento.

3.1.2 Transmitindo Tensão: Controle de correspondência dinâmica

2-3 conjuntos de unidades independentes de controle de tensão são instalados na seção de transporte da máquina composta. O rolo guia é acionado por um servo motor para ajustar a tensão de transporte em tempo real de acordo com a velocidade composta (geralmente controlado a 30-50m/min, menor do que a velocidade composta de folha de alumínio convencional de 60-80m/min). Por exemplo, na seção de transporte antes que a folha de alumínio entre na fase de prensagem, a tensão está definida para 2,0-3,0N/m, ligeiramente superior à tensão de desenrolamento, para garantir o transporte suave da folha de alumínio; na seção de transporte após pressionar, a tensão é reduzida para 1,8-2,5 N/m para evitar tensão contínua induzida por tensão da folha de alumínio durante o processo de cura do adesivo.

3.1.3 Tensão de enrolamento: Controle de decremento de gradiente

Na fase inicial de enrolamento, a tensão é ajustada para 2,5-3,0N/m para garantir uma ligação estreita entre a folha de alumínio e o substrato; à medida que o diâmetro do enrolamento aumenta, um algoritmo de decremento de gradiente é adotado - para cada aumento de 100 mm no diâmetro, a tensão é reduzida em 0,2-0,3N/m. A tensão do enrolamento final é controlada em 1,8-2,2 N/m para evitar tensão da folha de alumínio devido à tensão excessiva no estágio de enrolamento posterior e evitar rugas deslizantes entre camadas causadas por enrolamento solto.

3.2 Processo de otimização colaborativa temperatura-pressão

Para resolver o enrugamento causado pela temperatura e pressão, a indústria madura “correspondência dinâmica da curva temperatura-pressão” esquema pode alcançar controle preciso:

3.2.1 Temperatura Composta: Aquecimento segmentado e controle de temperatura constante

Um forno de aquecimento de múltiplas seções é adotado para dividir a temperatura composta em uma seção de pré-aquecimento (40-50℃), uma seção de ativação (60-70℃), e uma seção de cura (70-80℃). A taxa de aquecimento é controlada a 5-8°C/min para evitar a cura rápida do adesivo devido ao aumento repentino de temperatura. Ao mesmo tempo, a temperatura da seção de cura é ajustada de acordo com o tipo de adesivo (por exemplo., a temperatura de cura do adesivo de poliuretano é geralmente 70-80°C, e o do adesivo acrílico é 60-70 ℃) para garantir o nivelamento total do adesivo, descarga de ar interfacial, e redução de rugas de bolha.

3.2.2 Pressão Composta: Pressão Uniforme Transversal e Compensação Dinâmica

Um rolo de pressão de coroa de alta precisão (erro da coroa ≤0,02 mm) é usado, com sua superfície cromada e retificada com precisão para Ra ≤0,1μm para garantir distribuição uniforme de pressão. A pressão do rolo de pressão é definida para 0,3-0,5 MPa (a pressão composta da folha de alumínio convencional é de 0,5-0,8 MPa). Um sensor de pressão é usado para monitorar em tempo real a diferença de pressão entre as duas extremidades do rolo de pressão. Quando a diferença excede 0,05 MPa, os cilindros em ambas as extremidades são ativados automaticamente para compensação de pressão para evitar enrugamento causado por pressão transversal irregular.

3.2.3 Correspondência Colaborativa de Temperatura e Pressão

Um modelo colaborativo de velocidade-temperatura-pressão composta é estabelecido. Por exemplo, quando a velocidade composta é aumentada para 50m/min, a temperatura da seção de cura é aumentada de forma síncrona para 80 ℃, e a pressão do rolo de pressão é aumentada para 0,5 MPa para garantir que o adesivo complete o nivelamento e a cura em um curto espaço de tempo, evitando tensão ou enrugamento causado pela incompatibilidade de velocidade, temperatura, e pressão.

3.3 Melhoria e transformação de precisão de equipamentos

3.3.1 Otimização do sistema de rolos guia

Os rolos-guia da máquina composta são substituídos por rolos-guia de tubo de aço sem costura de alta precisão, que são retificados com precisão por uma retificadora centerless para garantir um desvio circular de ≤0,008 mm e um paralelismo de ≤0,01 mm/m. A superfície do rolo guia é revestida com cromo duro (espessura 5-10μm) e polido espelhado para obter uma rugosidade superficial de Ra ≤0,1 μm, reduzindo o atrito entre o rolo guia e a folha de alumínio e evitando tensão local.

3.3.2 Transformação do sistema de aquecimento de rolos de pressão

O aquecimento por indução eletromagnética é usado em vez do aquecimento tradicional a óleo, reduzindo o erro de uniformidade de temperatura da superfície do rolo de pressão para ≤±2℃ (o erro do aquecimento a óleo tradicional é de ± 5 ℃) para garantir temperatura transversal consistente; ao mesmo tempo, um sensor de temperatura é instalado dentro do rolo de pressão para realimentar dados de temperatura em tempo real, e o controle preciso da temperatura é obtido através de um sistema de controle PID para evitar a deformação da folha de alumínio causada pelo superaquecimento local.

3.3.3 Atualização do Sistema de Correção

Um sistema de correção visual CCD de alta definição é usado para substituir o tradicional sistema de correção fotoelétrica, melhorando a precisão da correção para ± 0,2 mm e reduzindo o tempo de resposta para 0,05 s. Unidades de correção dupla são instaladas nos estágios de desenrolamento e enrolamento, respectivamente, para realizar o alinhamento em tempo real entre a borda da folha de alumínio e a borda do substrato, evitando vincos causados ​​por desvio.

3.3.4 Fortalecimento do Sistema de Detecção de Tensão

Sensores de tensão de alta precisão (precisão ±0,1N) são adicionados em posições-chave na seção de transporte para coletar dados de tensão em tempo real e transmiti-los ao sistema de controle PLC. Quando a flutuação de tensão excede ±0,3N, o sistema ajusta automaticamente a saída do freio de pó magnético ou servo motor para realizar o controle de tensão em circuito fechado em tempo real e reduzir a tensão e enrugamento causado pela flutuação de tensão.

3.4 Processo de pré-tratamento de materiais

3.4.1 Pré-tratamento de superfície de folha de alumínio

Antes do composto, a folha de alumínio de 0,006 mm é submetida a tratamento de passivação de superfície usando uma solução de passivação de cromato (concentração 20-30g/L) para formar um filme de passivação denso (espessura 50-100nm) na superfície da folha de alumínio. Isto não só melhora a tensão superficial da folha de alumínio (de 30mN/m a 45-50mN/m) e aumenta a resistência da ligação com o adesivo, mas também melhora a resistência à tração da folha de alumínio e reduz o risco de deformação por tração; ao mesmo tempo, um dispositivo de remoção de poeira a vácuo é usado para remover óleo e poeira do folha de alumínio superfície, evitando o enrugamento da bolha causado por impurezas interfaciais.

3.4.2 Pré-tratamento de substrato

Os substratos plásticos (como filmes PET e PE) compostos com folha de alumínio são submetidos a tratamento de pré-aquecimento e desidratação. Antes de relaxar, a umidade superficial do substrato é removida através de um forno de pré-aquecimento (temperatura 40-50℃) para controlar o teor de umidade em ≤0,1%, evitando bolhas geradas pela reação entre a umidade e o adesivo; ao mesmo tempo, o substrato é submetido a tratamento corona para melhorar a tensão superficial (a tensão superficial do substrato PET é ≥50mN/m), garantindo uma boa adesão ao adesivo e reduzindo o enrugamento causado por lacunas interfaciais.

3.4.3 Otimização adesiva

Um adesivo de poliuretano de dois componentes com baixa viscosidade e alta propriedade de nivelamento é selecionado, com viscosidade controlada em 1500-2000mPa・s (25℃) e um tempo de nivelamento de ≥30s para garantir que o adesivo possa preencher totalmente a interface entre a folha de alumínio e o substrato e descarregar o ar durante o processo compósito; ao mesmo tempo, a quantidade de revestimento do adesivo é ajustada. Para folha de alumínio de 0,006 mm, a quantidade de revestimento é controlada em 3-5g/m² (a quantidade de revestimento da folha de alumínio convencional é de 5-8g/m²) para evitar bolhas interfaciais causadas por quantidade excessiva de revestimento ou força de ligação insuficiente causada por quantidade insuficiente de revestimento.

4. Verificação do efeito do esquema e casos de aplicação

4.1 Verificação de efeito laboratorial

Em um ambiente de laboratório, o esquema de processo acima foi usado para testar o processo composto de folha de alumínio de 0,006 mm e filme PET. Os parâmetros e resultados do teste são os seguintes:

Item de teste	Processo Tradicional	Processo Otimizado	Taxa de melhoria
Taxa de deformação por tração longitudinal	3.5%-5.0%	0.8%-1.5%	71%-76%
Taxa de defeitos de enrugamento	12%-15%	1.5%-2.5%	87%-89%
Força de casca (N/15mm)	2.0-2.5	3.0-3.5	20%-40%
Taxa de qualificação de aparência	82%-85%	97%-98%	14%-16%

Os resultados do teste mostram que o esquema de processo otimizado pode reduzir significativamente a taxa de deformação por tração e a taxa de defeitos de enrugamento da folha de alumínio de 0,006 mm., ao mesmo tempo que melhora a resistência ao descascamento e a taxa de qualificação da aparência do filme composto, atendendo aos padrões de qualidade da indústria (como GB/T 10004-2020 Filmes e sacos plásticos compostos para embalagens).

4.2 Caso de aplicação empresarial

Uma empresa de embalagens de alimentos produz embalagens flexíveis compostas de três camadas de folha de alumínio de 0,006 mm - PET-PE. Anteriormente, devido à deformação por tração e problemas de enrugamento, a taxa de defeito do produto foi tão alta quanto 14%, resultando em altos custos de produção. Depois de adotar a solução de processo proposta neste artigo, as medidas específicas de implementação são as seguintes:

1. Atualize o sistema de controle de tensão da máquina composta, adotar controle de circuito fechado de três estágios, defina a tensão de desenrolamento para 2,0N/m, a tensão de transporte para 2,5N/m, e o gradiente de tensão do enrolamento de 2,8N/m a 2,0N/m;

2. Transforme o sistema de aquecimento do rolo de pressão, adotar aquecimento por indução eletromagnética, controlar o erro de uniformidade de temperatura em ± 1,5 ℃, definir a pressão do rolo de pressão para 0,4 MPa, e a precisão de compensação da diferença de pressão para ± 0,03 MPa;

3. Conduza o tratamento de passivação de cromato em folha de alumínio de 0,006 mm, e realizar a desidratação de pré-aquecimento (temperatura 45℃) e tratamento corona no substrato PET;

4. Selecione um adesivo de poliuretano de baixa viscosidade com uma quantidade de revestimento de 4g/m².

Após a implementação, a taxa de defeitos enrugados dos produtos da empresa diminuiu para 2.1%, a taxa de deformação por tração foi controlada dentro 1.2%, e a taxa de qualificação de aparência aumentou para 97.5%. A perda mensal de resíduos foi reduzida em aproximadamente 300,000 yuan, e a eficiência da produção aumentou em 15%, alcançar benefícios económicos significativos.

5. Tendências de Desenvolvimento do Processo

Com a melhoria contínua dos requisitos de qualidade do produto na indústria de compósitos flexíveis, o desenvolvimento da tecnologia composta de folha de alumínio de 0,006 mm mostrará as seguintes tendências:

5.1 Controle Inteligente

Introduzir um sistema de inspeção visual de IA para identificar em tempo real a deformação por tração e defeitos de enrugamento da folha de alumínio, e ajustar automaticamente os parâmetros do processo, como tensão, temperatura, e pressão para realizar a produção inteligente em circuito fechado de “feedback de regulamentação de inspeção” e melhorar ainda mais a estabilidade do processo.

5.2 Aplicação de Novos Materiais

Desenvolva folha de alumínio de 0,006 mm com alta resistência à tração (por exemplo., adição de elementos de liga vestigiais, como Mg e Mn, para aumentar a resistência à tração para mais de 180MPa) para reduzir o risco de tensão da fonte de materiais; ao mesmo tempo, desenvolver adesivos sem solventes para reduzir substâncias voláteis durante o processo de cura do adesivo, evite bolhas interfaciais, e melhorar a qualidade do composto.

5.3 Integração de Equipamentos

Desenvolver “enrolamento de inspeção de pré-tratamento composto” equipamento integrado para reduzir os elos de rotatividade da folha de alumínio durante o transporte, minimizar o impacto de fatores externos na folha de alumínio, e melhorar ainda mais a precisão composta.

6. Conclusão

Os problemas de deformação por tração e enrugamento da folha de alumínio de 0,006 mm no processo de compósito flexível estão enraizados na incompatibilidade entre as propriedades do material ultrafino, parâmetros de processo, e precisão do equipamento. As atuais soluções maduras de processos industriais podem efetivamente resolver esses problemas através de abordagens técnicas, como controle de tensão em circuito fechado de três estágios, otimização colaborativa de temperatura-pressão, melhoria de precisão do equipamento, e pré-tratamento de materiais, melhorando significativamente a qualidade e a taxa de qualificação de produtos compostos. Tanto os testes de laboratório quanto os casos de aplicação empresarial mostram que o processo otimizado pode reduzir a taxa de defeitos de enrugamento para menos de 3% e controlar a taxa de deformação por tração dentro 1.5%, atendendo aos requisitos de produção da indústria. No futuro, com o desenvolvimento de tecnologia inteligente e novos materiais, o processo composto de folha de alumínio de 0,006 mm avançará para um processo mais eficiente, estável, e direção ecologicamente correta, fornecendo suporte para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de embalagens flexíveis.