Soluții mature de proces pentru deformarea la tracțiune și încrețirea foliei de aluminiu de 0,006 mm în ambalaje compozite flexibile

Abstract

0.006mm folie de aluminiu (cu o grosime de 0,006 mm) este utilizat pe scară largă ca strat de barieră de bază în ambalajele compozite flexibile pentru alimente, farmaceutic, și industriile electronice datorită proprietăților sale excelente de barieră, performanță de ecranare a luminii, și caracteristici ușoare. Cu toate acestea, grosimea sa ultra-subțire are ca rezultat proprietăți mecanice slabe, făcându-l predispus la defecte de calitate, cum ar fi deformarea la tracțiune și încrețirea suprafeței în timpul procesului de compozit flexibil, care afectează grav aspectul și performanța produselor de ambalare. Pornind de la proprietățile materialului foliei de aluminiu de 0,006 mm, Această lucrare analizează în profunzime mecanismul deformării la tracțiune și al încrețirii în timpul procesului de compozit, sortează sistematic soluțiile mature de proces industrial aplicate în prezent în industrie, inclusiv abordări tehnice precum controlul segmentat al tensiunii, optimizare colaborativă temperatură-presiune, îmbunătățirea preciziei echipamentelor, și pretratarea materialului. Combinat cu cazuri practice de aplicare, se verifică eficacitatea soluţiilor, furnizarea de referințe profesionale pentru întreprinderile compozite flexibile pentru a rezolva astfel de probleme.

Cuvinte cheie

0.006mm folie de aluminiu; ambalaj flexibil compozit; deformare la tracțiune; defect de încrețire; optimizarea procesului

1. Introducere

Ambalajul compozit flexibil este de obicei compus din mai multe straturi de substraturi (precum foliile de plastic, folii de aluminiu, hârtie, etc.) lipite prin adezivi. Ca strat de barieră de bază, 0.006folia de aluminiu de mm poate bloca eficient oxigenul, umiditate, si lumina, prelungind astfel durata de valabilitate a conținutului. Cu toate acestea, grosimea foliei de aluminiu de 0,006 mm este de numai 0,006 mm, cu o rezistență la tracțiune de aproximativ 120-150MPa și o alungire mai mică de 3%, care este mult mai mic decât cel al foliilor de aluminiu de ambalare convenționale (De ex., 0.01folie de aluminiu grosime mm). În timpul procesului compozit, se aplică tensiune în derulare, transmiterea, presare, și etapele de înfășurare ale substratului. Controlul necorespunzător al parametrilor procesului sau o precizie insuficientă a echipamentului poate duce cu ușurință la deformarea la tracțiune ireversibilă a foliei de aluminiu sau la încrețire. (precum ridurile ondulate, cute, riduri cu bule) din cauza stresului local neuniform. Conform statisticilor din industrie, rata defectelor de deformare la tracțiune și încrețire în compozitul flexibil din folie de aluminiu de 0,006 mm poate ajunge 8%-15%, ceea ce nu numai că mărește costurile de producție, dar poate provoca și descalificarea loturilor de produse. Prin urmare, cercetarea și aplicarea soluțiilor de proces mature este de mare importanță pentru îmbunătățirea calității produselor compozite flexibile.

2. Mecanismul de deformare la tracțiune și încrețire a foliei de aluminiu de 0,006 mm în compozit flexibil

2.1 Sensibilitatea înnăscută cauzată de proprietățile materialelor

0.006folia de aluminiu mm este un substrat metalic ultra-subțire. Structura sa cristalină formează un grad ridicat de orientare în timpul procesului de laminare, rezultând diferenţe semnificative de proprietăţi mecanice între direcţiile transversale şi longitudinale (adică, anizotropie). Rezistența la tracțiune longitudinală este puțin mai mare decât rezistența transversală, în timp ce rezistenţa la riduri transversale este mai slabă. În același timp, suprafața foliei de aluminiu este netedă, conducând la o rezistență slabă a legăturii interfațale cu adezivul. Presiunea locală insuficientă în timpul compozitului poate provoca cu ușurință bule de interfață, care la rândul lor declanșează șifonarea; tensiunea excesivă poate întinde cu ușurință folia de aluminiu longitudinal, rezultând o contracție dimensională neuniformă a substratului după compozit și formând riduri ondulate.

2.2 Cauzele dobândite ale controlului necorespunzător al parametrilor de proces

2.2.1 Dezechilibrul tensiunii

În timpul procesului compozit, dacă tensiunea de desfășurare, transmiterea tensiunii, și tensiunea înfășurării nu se potrivesc cu proprietățile mecanice ale foliei de aluminiu, pot apărea probleme. De exemplu, tensiunea excesivă de desfășurare poate face ca folia de aluminiu să se întindă în timpul desfășurării; fluctuațiile tensiunii de transport pot duce la solicitarea locală neuniformă asupra foliei de aluminiu, declanșând încrețirea; tensiunea insuficientă a înfășurării poate duce la înfășurare neuniformă, conducând la riduri în prelucrarea ulterioară; tensiunea excesivă a înfășurării poate face ca folia de aluminiu să se întindă continuu în timpul înfășurării, iar eliberarea tensiunii interne după răcire poate provoca încrețirea rebound.

2.2.2 Coordonare slabă între temperatură și presiune

Temperatura compozitului excesiv sau viteza de încălzire prea mare pot cauza întărirea prematură a adezivului, reducerea gradului de lipire între folia de aluminiu și substrat, rezultând goluri locale și formând riduri cu bule; presiunea compozită insuficientă sau distribuția neuniformă a presiunii a rolei de presiune poate împiedica legarea strânsă între folia de aluminiu și substrat, lăsând aer la interfață și provocând șifonare; presiunea excesivă poate genera stres de compresiune pe folia de aluminiu, mai ales la ambele capete ale rolei de presiune, ducând cu ușurință la deformarea transversală la tracțiune a foliei de aluminiu.

2.2.3 Gradul de potrivire scăzut între viteza compozitului și substrat

Viteza excesiv de rapidă a compozitului crește forța de inerție pe folia de aluminiu în timpul transportului. Dacă dispunerea rolei de ghidare este nerezonabilă, folia de aluminiu este predispusă la abateri, care la rândul său provoacă tensiune locală sau încrețire; în același timp, viteza mare scurtează timpul de nivelare a adezivului, făcând dificilă evacuarea bulelor interfaciale și crescând riscul de încrețire.

2.3 Impactul obiectiv al preciziei insuficiente a echipamentelor

2.3.1 Abaterea sistemului de role de ghidare

Dacă rolele de ghidare ale echipamentului compozit prezintă erori de paralelism (peste 0,02 mm/m), curgere circulară (peste 0,01 mm), sau rugozitate excesivă a suprafeței (Ra > 0.2μm), folia de aluminiu va fi supusă frecării neuniforme în timpul transportului, generând tensiune locală suplimentară și provocând tensiune sau încrețire.

2.3.2 Defecte de precizie ale rolei de presiune

Dacă rola de presiune are erori de coroană (adică, diferența de diametru între mijloc și ambele capete depășește 0,03 mm) sau duritatea suprafeței neuniforme (Diferența de duritate Shore depășește 5HD), presiunea compozită va fi distribuită neuniform pe direcția transversală. Presiunea locală excesivă sau insuficientă asupra foliei de aluminiu va cauza deformare la tracțiune și încrețire, respectiv.

2.3.3 Răspuns lent al sistemului de corecție

Dacă timpul de răspuns al sistemului de corecție în etapele de derulare și înfășurare depășește 0,1s, sau precizia corecției este mai mică de ± 0,5 mm, folia de aluminiu este predispusă la abateri în timpul transportului, rezultând o aliniere slabă între marginea foliei de aluminiu și substrat, iar cutele sunt probabil să apară după compozit.

3. Soluții de proces matur

3.1 Tehnologie segmentată de control al tensiunii

Controlul tensiunii este veriga centrală pentru a rezolva deformarea la tracțiune și încrețirea foliei de aluminiu de 0,006 mm. The “controlul tensiunii în buclă închisă în trei trepte” sistem, care se aplică matur în industrie, poate realiza un control precis al derulării, transmiterea, şi etape de înfăşurare:

3.1.1 Tensiune de desfacere: Control constant al tensiunii la stres scăzut

Se adoptă un sistem cu buclă închisă compus dintr-o frână cu pulbere magnetică și un senzor de tensiune. Conform rezistenței la tracțiune a foliei de aluminiu de 0,006 mm, tensiunea de derulare este setată la 1,5-2,5 N/m (tensiunea de desfășurare a foliei de aluminiu convenționale este de 3-5N/m). Rola de dansator este folosită pentru a compensa în timp real fluctuațiile de tensiune cauzate de modificările diametrului rolei de folie de aluminiu, asigurându-se că intervalul de fluctuație a tensiunii de desfășurare este ≤±0,3N/m și evitând tensiunea inițială a foliei de aluminiu în timpul desfășurării.

3.1.2 Transmiterea tensiunii: Control dinamic de potrivire

2-3 seturi de unități independente de control al tensiunii sunt instalate în secțiunea de transport a mașinii compozite. Rola de ghidare este antrenată de un servomotor pentru a regla tensiunea de transport în timp real în funcție de viteza compozită (de obicei controlat la 30-50m/min, mai mică decât viteza convențională a compozitului din folie de aluminiu de 60-80m/min). De exemplu, în secțiunea de transport înainte ca folia de aluminiu să intre în etapa de presare, tensiunea este setată la 2,0-3,0 N/m, puțin mai mare decât tensiunea de desfășurare, pentru a asigura transportul lin al foliei de aluminiu; in sectiunea de transport dupa presare, tensiunea este redusă la 1,8-2,5 N/m pentru a evita tensiunea continuă indusă de stres a foliei de aluminiu în timpul procesului de întărire a adezivului.

3.1.3 Tensiune de înfășurare: Controlul scăderii gradientului

În stadiul inițial de înfășurare, tensiunea este setată la 2,5-3,0 N/m pentru a asigura o legătură strânsă între folia de aluminiu și substrat; pe măsură ce diametrul înfăşurării creşte, se adoptă un algoritm de scădere a gradientului — pentru fiecare creștere cu 100 mm a diametrului, tensiunea se reduce cu 0,2-0,3N/m. Tensiunea finală a înfășurării este controlată la 1,8-2,2 N/m pentru a evita tensiunea foliei de aluminiu din cauza tensiunii excesive în etapa ulterioară de înfășurare și pentru a preveni ridurile de alunecare dintre straturile cauzate de înfășurarea liberă..

3.2 Proces de optimizare în colaborare temperatură-presiune

Pentru a aborda încrețirea cauzată de temperatură și presiune, industria-matură “potrivirea dinamică a curbei temperatură-presiune” schema poate realiza un control precis:

3.2.1 Temperatura compozită: Încălzire segmentată și control constant al temperaturii

Se adoptă un cuptor de încălzire cu mai multe secțiuni pentru a împărți temperatura compozită într-o secțiune de preîncălzire (40-50℃), o secțiune de activare (60-70℃), și o secție de întărire (70-80℃). Viteza de încălzire este controlată la 5-8℃/min pentru a evita întărirea rapidă a adezivului din cauza creșterii bruște a temperaturii. În același timp, temperatura secțiunii de întărire este reglată în funcție de tipul de adeziv (De ex., temperatura de întărire a adezivului poliuretanic este de obicei 70-80℃, iar cel al adezivului acrilic este de 60-70℃) pentru a asigura nivelarea completă a adezivului, evacuarea aerului interfacial, și reducerea ridurilor cu bule.

3.2.2 Presiune compozită: Presiune uniformă transversală și compensare dinamică

O rolă de presiune a coroanei de înaltă precizie (eroare de coroană ≤0,02 mm) este folosit, cu suprafața sa cromată și șlefuită cu precizie la Ra ≤0,1μm pentru a asigura o distribuție uniformă a presiunii. Presiunea rolei de presiune este setată la 0,3-0,5 MPa (presiunea compozită a foliei de aluminiu convenționale este de 0,5-0,8 MPa). Un senzor de presiune este utilizat pentru a monitoriza în timp real diferența de presiune dintre cele două capete ale rolei de presiune. Când diferența depășește 0,05 MPa, cilindrii de la ambele capete sunt activați automat pentru compensarea presiunii pentru a evita șifonarea cauzată de presiunea transversală neuniformă.

3.2.3 Potrivirea în colaborare a temperaturii și presiunii

Se stabilește un model de colaborare de compozit viteză-temperatura-presiune. De exemplu, când viteza compozitului este mărită la 50m/min, temperatura secțiunii de întărire este crescută sincron la 80℃, iar presiunea rolei de presiune este crescută la 0,5 MPa pentru a se asigura că adezivul finalizează nivelarea și întărirea într-un timp scurt, evitând tensiunea sau încrețirea cauzate de nepotrivirea vitezei, temperatură, si presiune.

3.3 Îmbunătățirea și transformarea preciziei echipamentelor

3.3.1 Optimizarea sistemului de role de ghidare

Rolele de ghidare ale mașinii compozite sunt înlocuite cu role de ghidare pentru țevi de oțel fără sudură de înaltă precizie, care sunt șlefuite cu precizie de o polizor fără centre pentru a asigura o curgere circulară de ≤0,008 mm și un paralelism de ≤0,01 mm/m. Suprafața rolei de ghidare este acoperită cu crom dur (grosime 5-10μm) și lustruit în oglindă pentru a obține o rugozitate a suprafeței de Ra ≤0,1μm, reducerea frecării dintre rola de ghidare și folia de aluminiu și evitarea tensiunii locale.

3.3.2 Transformarea sistemului de încălzire cu role de presiune

În locul încălzirii tradiționale cu ulei se folosește încălzirea prin inducție electromagnetică, reducerea erorii de uniformitate a temperaturii suprafeței rolei de presiune la ≤±2℃ (eroarea încălzirii tradiționale cu ulei este de ±5℃) pentru a asigura o temperatură transversală consistentă; în același timp, un senzor de temperatură este instalat în interiorul rolei de presiune pentru a furniza date de temperatură în timp real, și controlul precis al temperaturii este realizat printr-un sistem de control PID pentru a evita deformarea foliei de aluminiu cauzată de supraîncălzirea locală.

3.3.3 Actualizarea sistemului de corecție

Un sistem de corecție vizuală CCD de înaltă definiție este utilizat pentru a înlocui sistemul tradițional de corecție fotoelectrică, îmbunătățirea preciziei corecției la ± 0,2 mm și scurtarea timpului de răspuns la 0,05 s. Unitățile de corecție duble sunt instalate în fazele de desfășurare și respectiv de înfășurare pentru a realiza alinierea în timp real între marginea foliei de aluminiu și marginea substratului, evitând cutele cauzate de abatere.

3.3.4 Consolidarea sistemului de detectare a tensiunii

Senzori de tensiune de înaltă precizie (precizie ±0,1N) sunt adăugate în pozițiile cheie din secțiunea de transport pentru a colecta în timp real datele de tensiune și a le transmite către sistemul de control PLC. Când fluctuația tensiunii depășește ±0,3N, sistemul ajustează automat puterea frânei cu pulbere magnetică sau a servomotorului pentru a realiza un control în timp real al tensiunii în buclă închisă și pentru a reduce tensiunea și încrețirea cauzate de fluctuația tensiunii.

3.4 Procesul de pretratare a materialelor

3.4.1 Pretratarea suprafeței foliei de aluminiu

Înainte de compozit, folia de aluminiu de 0,006 mm este supusă unui tratament de pasivare a suprafeței folosind o soluție de pasivare cu cromat (concentratie 20-30g/L) pentru a forma un film dens de pasivare (grosime 50-100nm) pe suprafața foliei de aluminiu. Acest lucru nu numai că îmbunătățește tensiunea superficială a foliei de aluminiu (de la 30mN/m la 45-50mN/m) și îmbunătățește rezistența de aderență cu adeziv, dar îmbunătățește și rezistența la tracțiune a foliei de aluminiu și reduce riscul de deformare la tracțiune; în același timp, un dispozitiv de îndepărtare a prafului cu vid este utilizat pentru a îndepărta uleiul și praful din folie de aluminiu suprafaţă, evitând încrețirea bulelor cauzate de impuritățile interfațale.

3.4.2 Pretratarea substratului

Substraturile din plastic (precum foliile PET și PE) compuse cu folie de aluminiu sunt supuse tratamentului de preîncălzire și deshidratare. Înainte de a se relaxa, umiditatea de suprafață a substratului este îndepărtată printr-un cuptor de preîncălzire (temperatura 40-50℃) pentru a controla conținutul de umiditate la ≤0,1%, evitând bulele generate de reacția dintre umiditate și adeziv; în același timp, substratul este supus unui tratament corona pentru a îmbunătăți tensiunea superficială (tensiunea superficială a substratului PET este ≥50mN/m), asigurând o bună aderență cu adezivul și reducerea încrețirii cauzate de golurile interfaciale.

3.4.3 Optimizarea adezivilor

Este selectat un adeziv poliuretanic bicomponent cu vâscozitate scăzută și proprietăți de nivelare ridicată, cu o vâscozitate controlată la 1500-2000 mPa·s (25℃) și un timp de nivelare de ≥30s pentru a se asigura că adezivul poate umple complet interfața dintre folia de aluminiu și substrat și poate evacua aer în timpul procesului de compozit; în același timp, cantitatea de acoperire a adezivului este ajustată. Pentru folie de aluminiu de 0,006 mm, cantitatea de acoperire este controlată la 3-5 g/m² (cantitatea de acoperire a foliei de aluminiu convenționale este de 5-8 g/m²) pentru a evita bulele de interfață cauzate de cantitatea excesivă de acoperire sau rezistența insuficientă a lipirii cauzată de cantitatea insuficientă de acoperire.

4. Verificarea efectului schemei și cazurile de aplicare

4.1 Verificarea efectului de laborator

Într-un mediu de laborator, schema de proces de mai sus a fost folosită pentru a testa procesul compozit de folie de aluminiu de 0,006 mm și folie PET. Parametrii testului și rezultatele sunt după cum urmează:

Element de testare	Proces tradițional	Proces optimizat	Rata de îmbunătățire
Rata de deformare la tracțiune longitudinală	3.5%-5.0%	0.8%-1.5%	71%-76%
Rata defectelor de încrețire	12%-15%	1.5%-2.5%	87%-89%
Puterea peelului (N/15mm)	2.0-2.5	3.0-3.5	20%-40%
Rata de calificare a aspectului	82%-85%	97%-98%	14%-16%

Rezultatele testului arată că schema de proces optimizată poate reduce semnificativ rata deformarii la tracțiune și rata defectelor de încrețire a foliei de aluminiu de 0,006 mm., îmbunătățind în același timp rezistența la exfoliere și rata de calificare a aspectului filmului compozit, respectarea standardelor de calitate din industrie (cum ar fi GB/T 10004-2020 Filme compozite din plastic și pungi pentru ambalare).

4.2 Caz de aplicație pentru întreprinderi

O întreprindere de ambalare alimentară produce ambalaje flexibile compozite cu trei straturi din folie de aluminiu de 0,006 mm-PET-PE. Anterior, din cauza deformarii la tractiune si a problemelor de sifonare, rata defectelor produsului a fost la fel de mare ca 14%, rezultând costuri mari de producţie. După adoptarea soluţiei de proces propusă în această lucrare, măsurile specifice de implementare sunt următoarele:

1. Actualizați sistemul de control al tensiunii al mașinii compozite, adoptați controlul în buclă închisă în trei trepte, setați tensiunea de derulare la 2,0 N/m, tensiunea de transport la 2,5 N/m, iar gradientul de tensiune a înfășurării de la 2,8 N/m la 2,0 N/m;

2. Transformați sistemul de încălzire cu role de presiune, adoptă încălzirea prin inducție electromagnetică, controlați eroarea de uniformitate a temperaturii la ±1,5℃, setați presiunea rolei de presiune la 0,4 MPa, iar precizia de compensare a diferenței de presiune la ± 0,03 MPa;

3. Efectuați tratamentul de pasivare cu cromat pe folie de aluminiu de 0,006 mm, și efectuați deshidratarea prin preîncălzire (temperatura 45℃) și tratament corona pe substratul PET;

4. Selectați un adeziv poliuretanic cu vâscozitate scăzută, cu o cantitate de acoperire de 4 g/m².

După implementare, rata defectelor de încrețire a produselor întreprinderii a scăzut la 2.1%, rata de deformare la tracțiune a fost controlată în interior 1.2%, iar rata de calificare a aspectului a crescut la 97.5%. Pierderea lunară de deșeuri a fost redusă cu aproximativ 300,000 yuan, iar randamentul productiei a crescut cu 15%, obţinerea unor beneficii economice semnificative.

5. Tendințe de dezvoltare a procesului

Odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de calitate a produselor în industria compozitelor flexibile, dezvoltarea tehnologiei compozite cu folie de aluminiu de 0,006 mm va arăta următoarele tendințe:

5.1 Control inteligent

Introduceți un sistem de inspecție vizuală AI pentru a identifica în timp real deformarea la tracțiune și defectele de încrețire ale foliei de aluminiu, și ajustează automat parametrii procesului, cum ar fi tensiunea, temperatură, și presiune pentru a realiza producția inteligentă în buclă închisă a “inspecție-reglementare-feedback” și îmbunătățirea în continuare a stabilității procesului.

5.2 Aplicarea de noi materiale

Dezvoltați folie de aluminiu de 0,006 mm cu rezistență ridicată la tracțiune (De ex., adăugarea de oligoelemente de aliaj, cum ar fi Mg și Mn, pentru a crește rezistența la tracțiune la mai mult de 180MPa) pentru a reduce riscul de tensiune de la sursa materialelor; în același timp, dezvolta adezivi fără solvenți pentru a reduce substanțele volatile în timpul procesului de întărire a adezivului, evitați bulele de interfață, și îmbunătățirea calității compozitelor.

5.3 Integrarea echipamentelor

Dezvolta “pretratare-compozit-inspecţie-înfăşurare” echipament integrat pentru reducerea legăturilor de rotație ale foliei de aluminiu în timpul transportului, minimizați impactul factorilor externi asupra foliei de aluminiu, și îmbunătățiți în continuare precizia compozitelor.

6. Concluzie

Problemele de deformare la tracțiune și încrețire ale foliei de aluminiu de 0,006 mm în procesul de compozit flexibil sunt înrădăcinate în nepotrivirea dintre proprietățile sale de material ultra-subțire, parametrii procesului, și precizia echipamentului. Soluțiile actuale de proces industrial matur pot rezolva în mod eficient astfel de probleme prin abordări tehnice, cum ar fi controlul tensiunii în buclă închisă în trei etape, optimizare colaborativă temperatură-presiune, îmbunătățirea preciziei echipamentelor, și pretratarea materialului, îmbunătățirea semnificativă a calității și a ratei de calificare a produselor compozite. Atât testele de laborator, cât și cazurile de aplicații pentru întreprinderi arată că procesul optimizat poate reduce rata defectelor de încrețire la mai puțin de 3% și controlați viteza de deformare la tracțiune în interior 1.5%, satisfacerea cerintelor de productie ale industriei. În viitor, odată cu dezvoltarea tehnologiei inteligente și a noilor materiale, procesul de compozit cu folie de aluminiu de 0,006 mm se va îndrepta către un proces mai eficient, stabil, și direcție prietenoasă cu mediul, oferind sprijin pentru dezvoltarea de înaltă calitate a industriei ambalajelor flexibile.