CC BY
75
УДК621.791.46.48
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНЫХ Ш ВОВ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК
Е. JI. Колонна. К. В Флях. Д. С. Григорьев
Омский государственный технический университет.п, г. Омск, Россия
Аннотация - Многослойная гибкая полимерная упаковка является основной при упаковке пищевых продуктов. Формирование упаковки осуществляется путем контактно-тепловой сварки. Многослои-Huiit доошаегснза cnei 1кленвлннм разных ни свойствам пили.черны д. ii.itник. Б peivjibiaie низкий межсловной адгезии происходит отсллпвлние пленок в зоне сварного шва, ведущее к разгерметизации упаковки. Выявление пртип. вызывающих этот дефект является актуальной задачей. Использовались многослойныепленкп. полученные на предприятиях Омского региона на оснозе биориентированного полипропилена и полиэтилена: сварка осуществлялась на лабораторной термосзарочной машине HST-Ш. Прочность сварных швоь определялась на испытательной машине ИП-5158 Полненные результаты позволили слелать вывод о зависимости прочности сварньп швов от межслойной адгезии.
Ключевые слова: .многослойные полимерные пленки, сварка полимеров.
I ВЕЕДЕНИЕ
Гибкая полимерная упаковка широко применяется для хранения пищевых продуктов, основная задача упаковки - это сохранение начсстта продуктов опрсдслснногврсмя. Изменение качества может бьпъ выззано воздействием на свойства продуктаатмосфернсго кислорода. влаги, ультрафиолетового облучения. температуры, кроме тего. упаковка должна препятствовать проникновению внешних запахов внутрь упаковки. а также исключить потерю ароматических свойств упакованного продукта. Полимерный материал упаковки должен обеспечивать также и технологические требования, такие как способность формировать прочный сварной шов контактной тепловой сваркой. В одном полимере невозможно сочетать столь разные требования, поэтом}' используются многослойные полимерные материалы (МПМ). получаемые стенкой разных ло свойствам полимеров. Наибольшее распространение получили двухслойные материалы, вершин слой которых обладает барьерными свойствами. на нем же осуществляется печать; второй слой является технологическим и ооеслечивает сварку. Ь качестве такой пары полнмеровчзсто используется биорнентнрованный полипропилен (ВОРР) и полиэтилен низкой плотности (LDPE). при этом печать располагается между слоями полимеров. Doîhtochobchhc дефектов отслаиваяш- пленок в МПМ встрсластся достаточно часто.выяЕнть рель факторов, вызывающих это явление и определить насколько это скажется на прочности сварных швов, является актуальной задачей [1]. [2].
П. Постановка задачи
Особенностью формирования сварных швов упаковочных МПМ является то, что, помимо режимов сваркн технологического стоя, на прочность сварных соединении будет оказывать влияние прочность связи между собой слоев полимеров в МПМ [1], [3].
Целью работы являлась оценка влияния межслойной адгезнн на прочности Т-образных сварных швовМПМ на основе запечатанногобнорнентнрованного полипропитена (ВОРР) и полготилена низкой плотности (ЬБРЕ^ разных партий одного из омских полиграфических предприятий.
Ш. Теория
Факторами, влияющим:! па прочность сварного шва для мопо полимерных пленок, являются температура сварочных губок, время контакта, давление. При использовании многослойных материалов, полученных склеиванием нескольких слоев, к этим факторам добавляютсяннзкая адгезия между слоями полимерных пленок, ко-тораяможет быть вызвана недостаточной степенью обработки поверхности пленок коронным разрядом, или неполным закреплением красочного слоя, находящегося между склеиваемыми пленками возникающим при высокой скорости печати п отклонением в режиме сушки красочного слоя. Материал дляисследсвашм был по лучен путем склеивания на кашировальном агрегате потнуретановым клеем,так называемым «бессольвентным» способом, запечатанной пленки ВОРР и полнэтиленовсй пленки Ы)РЕ. Предприятием быта предоставлены две разные партии материалов, выполненных дляразных заказов. Дополнительно для оценки прочности сварных швов готовой продукции были предоставлены готовые пакеты, сформированные на сварочном агрегате предприятия.
Исследования былипроведены на базе кафедры «Оборудование и технология полиграфического производства» ОмГТУ. Сварка пленки осуществлялась на лабораторной термосварочной машине ШТ-НЗ, определение прочности сварного шва осуществлялось на испытательной машине ИП-5158 с программным обеспечением, с записью процесса разрушения сварного шва н статистической обработкой результатов эксперимента. Стандартная ширина образцов для определения прочности сварных швов составила 15мм, образцы вырезались спе циальным нсжом. входящим в комплект лабораторной термосварочной машины.
Г/. Результаты экспериментов
Интервалы режимов сварки были выбраны исходя из свойств Ц)РЕ. скорости работы промышленной сварочной машины, возможности регулнроысн давления, они составили температурный шггервал 107 125"С, вре мя контакта 0,8-1,2с, давление 103 кПа.Влияние каждэго из факгорэв нсследовалэсь при неизменных остальных режимах. На рис. 1. приведена зависимость прочности сварного шва от температуры в продольномн поперечном направлении первой партии двухслойного полимерного материала ВОРР/РЕ.
fm, н
20 -i
18 16 14 12 10
8
t*c
IOS 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120
Рис. 1. Зависимость прочности сварного шва от температуры в продольном н поперечном направлениях при давлении 103 кПа, время контакта 1с: 1 - поперечное направление, 2 - продольное направление
Как видно из полученных данных, прочность сварного шва в этой партии материала с повышением темпера-турымало отличается в приведенном интервале температур как в поперечном, так н в продольном направленн-
ях(16-18.3Н). Испытания показали, что в процессе разрушения сварного шва начиная с темперагу-ры110°Спроисходит отслаивание полиэтиленового стоя от пленки ВОРРсначала б зоне сварки, а затем от всей поверхности ВОРР. пленки и далее происходит деформация полиэтиленовой пленки как единого целого с образованием «шенкн» вптотъ дс разрушения полиэтилена Характер записи диаграммы «усилие - перемещение» при определении прочности сварного шва подтверждает это. т. к. ширина сварного шва 10мм а растяжение полиэтилена с деформированием «шейки» происходит до 50 мм (рис. 2) [4].
п^мщма (ум]
Рнс. 2. Диаграмма «Усклис - перемещение» при расслаивании сварного шва материале ВОРР РЕ 1 и парпш с отсланва:шем пленок МПМ
Как сыло аса:аио выше. дефект расслаивания каптированных пленок может быть солзап с парушешшмл в процессе закрепления краски при флексогрсфскоп печати, слабой активацией корошллм разрядом поверхности полимера. Последнее может стать причиной недостаточной адгезнн клея и краски к поверхностям полимерных пленок. Для выяснения. какой из двух фзкторое является определяющим .были получены сзарные швы пс незапечатанной поверхности двухслойного материала ВОРР/ П)РЕ из угон парпш. При разрушении сварных швов не наблюдалось отслаивания пелнмерных пленок друг от друга. Прочности швов в обоих направлениях стала больше 20 и 23Н соответственно. Таким образом, степень короннровання поверхности пленок нормальная и основной причиной дефекта являются нарушения в процессе закрепления краски.
Испытания второй парпш двухслсйногс материала ВОРР ЬБРЕ показало, чло отслаивания пленок в процессе разрушения сварного шва не происходил, прочность швов выше в обоих налравленнях (ркс. 3). характер разрушения смешанный: расслаивание по сварному ову и разрыв самого МПМ в околоооенои зоне. Последнее говорит о 100% относительной прочности сворных швов, чло подтверждается характером запнеи диаграммы «Усилие перемещение» (рнс. 4).
£ис. 5. Зависимость прочности сварного шва от температуры в продольном направлении материала 2-е партии: 1 - время сварки 2 - время сварки 1с; 3 - время :варки 12 с
22 ¿и
13 1В
14 12 1]
8
3
2
0 1 2 3 4 5 6 7
05 1,5 2,5 3,5 ¿,5 55 6,5
Рис. 4. Диаграмма «Усилие - перемещение» при расслаивании сварного шва материала ВОРР/РЕ 2-й партии
V. ОБС УЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные результаты показывают, что всварных швах из многослойных полимерных материалов адгеш-онная связь между технологическим слоем, обеспечивающим сварку, н основной полимерной пленной, оказывает большое влияние на процесс разрушению прочность Т-образного сварного шва. Низкая межслонная адгезия в первой парпш двухслойного полимерного упаковочного материала ВОРР/ Ц)РЕ привела к снижению прочности сварных швов на 28%.
vi. выводы и заключение
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- прочностьТ-обрлзных сварных швов в многослойных пленочных полимерных материалах зависит от адгезионной прочности между' слоями полимеров;
- в представленных материалах ВОРР/ ЬОРЕ снижение прочности сварных соединенннпрн низком межс-лойном взаимодействии составило 25%:
- установлено, что в первой парши двухслойного полимерного упаковочного материала ВОРР/ ГИРЕ снижение прочности Т-образного сварного шва вызвано плохим закреплением красочного слоя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зажнвихина Н. А. Исследование технологии сварки многослойных соэкструзнонных упаковочных пленочных материалов Л Полиграфия: технология. оборудование, материалы: материалы науч.-практ. конф. с Междунар. участием, посвящ. 45-летню полиграф, образования в Снбнрн.Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. С. 66-75.
2. Эажкннхкна Н. А.. Копцева К Н. Исследование режимов сварки модифицированных полимерных пленок для упаковки молочных продуктов // Полиграфия: технология, оборудование, материалы: материалы науч.-практ. конф. с Междунар участием: Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012.С. 23-27.
3. Мацюк Л. И. Некоторые вопросы прочности сварных соединений полимерных пленок // Сварка полимерных материалов: сб. ст. М.: МДНТП. 2004. С. 207.
4. Григорьев Д. С.. Максимова Я. В.. Флях К. В., Колонна Е. Л.Оценка сварных соединений двухслойных полимерных упаковочных пленок // Техника н технология нефтегазового производства: материалы б-н Междунар. научн.-техн. конф. Омск, 25-30 апреля 2016г. Омск: Изд-во Ом!ТУ, 2016.СЛИ—196.
