Один из тех элементов упаковки, на которые редко обращают внимание, если они работают нормально, — это упаковочная плёнка. Как правило, утечка или нарушение герметичности возникают из-за несовместимости плёнки, контейнера и условий запайки. Независимо от того, являетесь ли вы производителем или потребителем пищевой упаковки, знание того, как формируется прочность шва, и умение выбрать подходящую упаковочную плёнку для конкретного продукта — это разница между качественной упаковкой и претензией, которая обойдётся вам в значительные финансовые потери. В этом руководстве всё изложено просто и понятно: здесь подробно рассматриваются практические параметры, имеющие непосредственное значение.
Что происходит на самом деле при термозапайке
Процесс термозапайки — это не просто плавление двух поверхностей. Термозапайка представляет собой контролируемый процесс, при котором слой термосвариваемого материала плёнки нагревается выше температуры размягчения, но ниже температуры плавления или деградации, затем прижимается к подходящей поверхности и охлаждается под давлением. В результате на границе раздела происходит молекулярное переплетение.
Три параметра, управляющих этим процессом, — это температура, давление и время выдержки. Все три параметра взаимосвязаны. Иногда снижение температуры можно компенсировать увеличением времени выдержки, однако лишь в определённых пределах. При недостаточном нагреве герметика полимерные цепи не будут взаимно диффундировать, в результате чего шов получится слабым или неправильно отслаиваемым. Избыточный нагрев, напротив, может вызвать чрезмерное растекание герметика, утончение герметика по краю шва, деградацию герметика, хрупкость швов и протечки.
Сам слой герметика обычно представляет собой полимер с более низкой температурой плавления (например, полиэтилен, этилен-винилацетат или иономер), который совместно экструдируется или ламинируется на структурный слой, обеспечивающий прочность, жёсткость и барьерные свойства. Структурный слой не обеспечивает герметичность — он лишь её поддерживает. Перепутать эти слои — плохая идея, поскольку такая конструкция будет работать неудовлетворительно.
Прочность шва — это не одно число
Прочность герметизации часто указывается в виде среднего значения в граммах на 25 мм или ньютонах на 15 мм, однако для различных применений требуются разные режимы разрушения. Крышка для готового блюда должна быть легко снимаемой и отделяться без расслаивания или разрыва. Пакет для переноски жидкостей должен выдерживать давление разрыва. Для лотка свежих продуктов необходима герметизация, которая сохраняет свою целостность при штабелировании, но при этом открывается без вырывания волокон.
На практике используются три измерения. Во-первых, прочность отслаивания — это сила, необходимая для разделения герметизированного соединения под заданным углом. Во-вторых, прочность на разрыв — это внутреннее давление, которое герметизация способна выдержать. В-третьих, «горячая адгезия» — прочность герметизации в нагретом состоянии — имеет важное значение при вертикальной упаковке методом формирования-заполнения-герметизации, когда герметизация испытывается до её охлаждения. Проблемы с горячей адгезией могут возникнуть даже на высокоскоростных упаковочных линиях, несмотря на то, что конечная прочность отслаивания плёнки является удовлетворительной.
Соответствие плёнки материалу контейнера
Большинство отказов уплотнений связаны с вопросами совместимости. Эффективный герметик для лотков из полиэтилена не будет работать на лотках из полиэтилентерефталата, полипропилена или картонной основы. Правило простое: подобное герметизируется подобным, либо герметик должен быть специально разработан для адгезии к конкретному материалу.
Обычно слой герметика из полиэтилена обеспечивает хорошее и равномерное уплотнение для лотков из полиэтилена. Для предотвращения деформации контейнеров из полипропилена требуется герметик, плавящийся при более низкой температуре по сравнению с температурой плавления самого контейнера. Иономерные герметики часто применяются для лотков из PET и аморфного PET благодаря их высокой адгезионной способности и удобству отслаивания. С картонной основой и формованной целлюлозой герметизация представляет большую сложность. Плёночный материал должен прочно соединяться с пористой, волокнистой поверхностью, а качество покрытия или дисперсии на картоне определяет, удастся ли вообще достичь герметичного соединения.
Другие факторы совместимости включают загрязнение. Наличие смазки, влаги, крошек или порошка в зоне уплотнения ослабляет герметичность. Плёнки с более толстым слоем герметика и более высоким показателем текучести расплава могут выдерживать некоторое загрязнение; однако ни одна плёночная герметизация не является надёжной при наличии слоя масла. Именно поэтому в сфере общественного питания перед герметизацией часто выполняется этап протирки или продувки.
Толщина, структура и барьерные требования
Другим важным фактором является структура плёнки, которая влияет на прочность герметизации. Тонкий слой герметика обеспечивает быструю герметизацию, но может быть выдавлен под высоким давлением. Более толстый слой герметика предоставляет больший объём материала для диффузии с другими материалами и обладает повышенной устойчивостью к загрязнениям, однако требует больше тепла для активации. Коэкструдированные плёнки, содержащие отдельный слой герметика, промежуточный слой и барьерный слой, обеспечивают максимальный контроль, но требуют узких окон герметизации.
Ситуацию осложняют требования к барьерным свойствам. Когда пленка должна исключать проникновение кислорода или влаги, барьерный слой, как правило, отделяют от герметизирующего слоя, чтобы он не повреждался в процессе герметизации. Пленки с алюминиевой фольгой или металлизированными слоями обеспечивают хорошую герметизацию, однако шов должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить расслоение между барьерным и герметизирующим слоями. В таких структурах разрушение шва не всегда является точкой отказа; чаще всего отказ возникает в зоне соединения между слоями.
Испытания и устранение неполадок на практике
Практическая программа определения прочности шва начинается с герметизации серии образцов при различных температурах при постоянном давлении и времени выдержки с последующим измерением силы отслаивания. Полученная кривая обычно сначала возрастает до плато, а затем снижается. Целевой рабочий диапазон может не совпадать с самой верхней точкой плато — на самом деле это центральная часть плато, поскольку так обеспечивается допуск на обычные колебания параметров.
Если уплотнение не работает, это даёт подсказку о месте его отказа. Низкая прочность и чистое отслаивание указывают на недостаточный нагрев или загрязнённую зону уплотнения. Если уплотнение разрушается с разрывом основы, значит, оно перегрето или используется несовместимый герметик. Разделение уплотнения между слоями плёнки указывает на дефект сополимеризации или клея. Утечка уплотнения при низких температурах может быть вызвана недостаточным давлением или слишком коротким временем охлаждения.
Xiamen Xiefa Packing Co., Ltd. сотрудничает с клиентами в розничной торговле, сфере общественного питания, промышленности и гостиничного бизнеса для создания индивидуальных плёнок для термоуплотнения под различные лотки, стаканы, пакеты и контейнеры. Компания обладает более чем 50 патентами на конструкции изделий, собственной мастерской по изготовлению пресс-форм и более чем 2000 собственных артикулов (SKU), что позволяет поддерживать разработку печати, конструкции, материалов и аксессуаров, а также дизайн и даже предоставлять бесплатные образцы для оценки. Прочность уплотнения — это системное свойство, поэтому наилучшие результаты достигаются при совместном тестировании плёнки и контейнера в производственной линии.
Заключение
Термосвариваемая плёнка — это не товар, выбор которого определяется исключительно ценой. Прочность шва зависит от взаимодействия температуры, давления, времени выдержки, химического состава свариваемого слоя, подложки и загрязнений. Зная, какие факторы влияют на процесс, покупатели и пользователи упаковки могут выбирать плёнки, обеспечивающие надёжное запечатывание, надёжное вскрытие и барьерные свойства на всём протяжении логистической цепочки. Наилучший подход заключается в рассмотрении плёнки и контейнера как единой упаковочной системы: для определения рабочего диапазона температур сварки используются реальные измерения, а при возникновении проблем анализируется характер разрушения.