第五节　成型加工

　　本节介绍复合材料印后加工中常见的成型工艺，主要有复卷检查、分切、压花、制袋等。

　　一、复卷检查

　　复卷检查主要包括复卷前印刷质量的检查和卷取质量的检查两项。

　　1.印刷质量的检查。印刷品印后或多或少会存在印刷质量问题。质量不合格的印刷品是不能进行成型加工的。常见的印刷品表面的印后缺陷，主要有针孔、颜色失真、油墨溅污、黑点、文字模糊、沾污、起皱、漏印、刮伤、错位等。

　　印刷品的检查方法，在没有专用检测设备的情况下，只能根据经验进行目测检查，但目测检查只能在印后或停机时进行，而且劳动强度大，检测精度不高，只能作定性分析。因此，为实现印刷质量的在线检测，应采用先进的专用检测设备。

　　这里介绍的是日本印刷质量检测设备专业生产商FUTEC公司的最新专利产品：PRINT－EC PCD型印刷质量检测系统。

　　该系统利用线性阵列传感器，借助摄像机镜头，记录下运行中的印刷图像，并与存储在计算机内存的标准图像进行比较，如果印刷图像出现疵点，就会被识别出来，同时发出警报并在印刷品上打上标记。检测结果可以通过发出蜂音警报、贴标标记、打印机打印及屏幕显示方式反馈给操作者。

　　系统流程图如图 14-13所示。


图14-13 印刷质量检测系统流程图

　　PRINTEC工作原理图参见图14-14。PRINTEC的检测精度取决于摄像机的纵向和横向分辨率，摄像机的类型和视区大小应根据印刷缺陷的种类及面积大小来选择。


图14-14 PRINTEC工作原理图

1-信号处理单元 2-显示终端 3-摄像单元 4-光源 5-旋转式译码器 6-贴标器

　　2．卷取质量的检查。通常软性包装材料表面并不十分平整。母材卷筒材料沿宽度方向约有1
～5％的厚度误差，而且带有拉伸引起的条纹。在复卷操作的过程中，由于空气被夹带到复卷卷筒材料之间，从而造成松卷和跑偏。上述现象对于表面十分光滑的塑料薄膜材料尤为严重。复卷质量的好坏对后续成型工艺有着很大的影响，常常造成表面皱槽、分切或套裁错位等故障。因此对复卷质量进行检查，排除故障，是十分必要的。

　　复卷质量的检测方法，一般采用目测法，也可以采用仪器检测法。象一些先进的复卷设备上就安装有复卷材料检测装置。检测内容包括材料在卷筒上的卷取质量，如材料是否整洁、端面是否平整、有无刀丝和鼓凸现象等。一旦发现故障，应及时采取措施。

　　为了保证薄膜材料在每个分切的复卷卷筒上所受到的卷取技力适当，防止由于其拉伸条纹和厚度不均而造成各个复卷卷筒直径不等，在大多数情况下，复卷工作采取差动复卷卷芯（滑动卷芯），每个卷筒压辊分别压紧在各复卷卷筒上，从而大大减少发生空气夹带到复卷卷筒上的现象。

　　对于增径比（即复卷卷筒直径与芯轴外径之比）较大和对拉力敏感的产品，则要求保证复卷机拉力恒定，或者保证技力逐渐增大，以此来控制复卷卷筒的紧实度。另外在卷曲速度较高、增径比较大的条件下进行差动卷取时，随着复卷直径的增加，应适当降低复卷卷筒轴的转速。

　　当然，提高复卷工艺的自动化水平，是保证复卷质量的重要途径。例如，复卷拉力大小与复卷直径的关系曲线就可以通过试验确定，借助微机对关系曲线进行检索，随时检验正在加工处理的母材卷筒材料，确认其各项指标是否符合要求，并加以有效的调节和控制，直至达到满意的复卷效果并保持其重现性。

　　二、压花

　　压花就是利用压力的作用在复合材料表面形成某种特殊的花纹。

　　在铝箔／纸或塑料／铝箔等复合材料上形成的任何压花花样，都可产生两种基本的视觉效果，即立体感或具有近似其它某种材料的质地感。如翻盒式香烟盒内的衬箔就有一种类似布纹的质感。将印刷和压花串联使用或单独使用，在颜色和形状搭配的设计方面不受限制。


图14-15 压花装置

1-解卷 2-钢辊 3-纸辊 4-复卷

　　压花工艺常常用连续辊压的形式来完成。压花时，使卷筒式或张页式的复合材料通过由蚀刻钢辊和软的纸基辊组成的辊压装置，带轴的纸辊的位置是固定的，利用钢辊的自重将图案压入纸辊，从而在材料表面形成与蚀刻钢辊相一致的花纹（图14－15）。经蚀刻的钢辊（通常是上辊）带有设计的图案，与蚀刻钢辊相匹配的纸辊为下辊，纸辊是由多层或羊毛卷紧压实，并安装在一个合适的心轴上。

　　三、分切

　　复合材料的分切包括卷筒的分切和成品的分切。材料复合成型后，往往需要切除废边，并按设计要求将其分切成所要求的尺寸大小，再进行复卷，成为成品。二次加工时，也需要按工艺要求将大卷材料分切复卷成若干小卷，如在印刷过程中，为了提高生产效率，往往采用拼版多排联印的方法，所以需要将材料分切开来。

　　成品的分切，通常是成型加工的最后一道工序，如制袋工艺中封合成型后，按袋的尺寸大小进行切割，最终成为完整的袋制品。

　　分切工具一般采用圆形滚刀或平片刀两种。

　　圆形滚刀，又称旋转型剪切刀，可用于所有卷筒式包装材料。平片刀，又称为平板剃刀式纵切刀，则具有结构简单、切口平整的优点，常用于厚度不大小0.13mm的塑料薄膜。为了能较好地控制纵切过程，特别是裁切宽度较小时，可采用在纵切切口处将卷筒材料包在开槽辊上的方法，以保证生产线对卷筒材料纵切的可靠定位。剪切式纵切同样也可以利用卷绕在下刀辊(即凹槽刀辊)上的方法，这种纵切方法就是所谓的包刀纵切法。在采用剪切式纵切时，如果裁切宽度需要经常调整时，则卷筒材料必须在凹槽刀辊呈切线方向通过，此即所谓的吻触纵切。对复卷机纵切部分的主要要求是裁切宽度调整方便。为了生产线裁切宽度的自动调整，必须设置相应的装置，但因设备投资以及占地方面的原因，这种装置在普通纵切复卷机尚未能得到广泛应用。

　　四、制袋

　　袋通常定义为：由纸、塑料、铝箔或其合材料做成的，其一端或两端封闭，并有一个开口，以便装进被包装产品的一种非刚性容器。

　　1.袋的种类。袋按其结构中所包括的制袋材料的层数分有单层、双层和多层(三层或三层以
上)三种。双层袋也常被称为多层袋。以纸作为基材的多层袋中如果包塑料或铝箔层，其强度和隔气性会大大增加。这三种袋中以多层袋最为通用。

　　袋按用途分有小袋和大袋两种。小袋多为单层袋，主要用于零售商品，尤其是食品的包装。
大袋为多层结构，多用作如水泥、化肥、大米等的运输包装。

　　若按袋的形状分，则最普通的是缝合敞口袋、缝合闭式袋、粘合敞口袋、粘合闭式袋、扁底敞袋等，而其中粘合敞中袋的应用最广泛。

　　2.袋的封合。尚口式多层袋有四种基本封合方法：

　　(1)缝合封合。这是一种通用的封合技术，用棉线、塑料线或棉与塑料的混合线缝合袋的开口端；常用牛皮纸带条包住袋端再行缝合，以增强缝口的强度。

　　(2)粘合封合。采用速干粘合剂封口，先将袋口折叠两次，再涂上粘合剂封合。

　　(3)胶带封合。即以胶带粘贴封口。

　　(4)热压封合。使用一系列弹簧加压的热封合元件，使袋顶端的塑料衬里封合。

　　3.制袋工艺。塑料薄膜袋及塑料复合袋的制袋过程，包括三道主要工序：下料、热封、分切
、其中关键工序是热封。大多数制袋机的制袋作业，往往是热封和分切一次完成。

　　(1)热封原理。热封就是对塑料薄膜进行焊接。焊接方法很多，常用的有手工焊接、高频焊接、热板焊接、脉冲焊接、超声波焊接等。

　　手工焊接是最简单的焊接方法，常用PE、PP单一薄膜的焊接。具体方法是，借助于耐热薄膜(玻璃纸、涤纶薄膜等)先将普通电烙铁刀口部位弯成“L”形，刀口宽度一般为3mm，再将导线接通在调压器上，进行恒温控制。薄膜在封口处留一外边(距离袋底线约3～5mm)，则热封缝的强度会更大些。热封前先在被热封薄膜热封线间覆盖玻璃纸，再用手紧握电烙铁手柄，使热封刀口沿着待热封线不停地移动，将熔融的两个表面焊在一起。

　　高频焊接又称高频热合，是利用电子管自激振荡器所产生的高频电场，使塑料介质分子产生热量，并施以一定压力来达到热合的目的。高频焊接机(热合机)一般包括高频振荡、机械传动和电气控制等部分。

　　热板焊接，俗称热工具焊接，是借助加热金属板在压力作用下进行焊接，首先将两层重叠的薄膜放在两块加热（或其中一块加热）的金属板之间，直到表层熔化，然后在压力作用下使熔化的表面迅速粘合在一起，并保持压力至冷却为止。热板焊接法，装置简单、成本低、寿命长、不易损坏，因而应用广泛。


图14-16 超声波焊接

1-磁致伸缩振子 2-指数曲线型振幅放大器 3-底座 4-薄膜 5-封合部

　　脉冲焊接的原理与热板焊接相似。先使焊件在加压之下进行热熔，再冷却释放压力。通常是用一条镍铬带代替金属板作加热元件，使镍铬带通人瞬时电流而加热。

　　超声波焊接所用的超声波频率为20～40kHZ。焊机是由高频振荡器、磁致伸缩振子（将高频电能转换成纵；向振动）和指数曲线型振幅放大器（将纵向振动传给薄膜）组成（图14－16所示）。由振幅放大器传出的超声波振动，使薄膜的叠合面发热而熔融粘合。


图14-17 边封合机械

1-牵引辊 2-热封刀 3-热封辊

　　热封工艺有三大因素：热封温度、热封压力和热封时间。其中热封温度是主要因素，它是选择最佳粘流温度的主要依据。热封必须在粘流温度（或熔点）以上才能进行，同时，热封压力不宜过大，热封时间不宜过长，以免聚合物大分子降解，使封口强度下降，界面密封性劣化。

　　（2）复合薄膜袋生产方法。复合薄膜袋是通过热封一边或多边来进行生产的。而热封方式主要有边封合、底部封合和双封合三种。

　　①边封合。边封会是通过加热的圆棱型热封刀完成的。当圆棱型热封刀压人复合材料并压到软橡胶支撑辊上时，热封刀将两层薄膜切断同时封合。原料中的薄膜在压力和热的联合作用下被熔化见图14－17。

　　边封合是最普通的制袋方法。用这种方式生产的袋是以垂直于机器方向的成品袋的长边（或袋的较深的一侧）经过制袋机，进入机器的复合薄膜或者是领先打好褶，或者是在供料过程中打好褶。边封合适用于高速生产。


图14-18 底封合机构 (仅上端加热)

1-管坯料 2-牵引辊 3-热封杆 4-热封底座 5-切刀 6-
袋裙

　　②底部封合。即只是在袋的底部进行封合。用于制袋的管形复合材料被送入制袋机，在单个袋的底部进行密封，袋与袋之间用刀切开。分切动作与封合动作是分开的。底部封合通常采用平直的热封杆，该热封杆将准备密封的薄膜层压在对面的、覆有聚四氟乙烯的橡胶垫（即热封垫）上进行封合见图14－18，或者在另一热封杆上封合见图14－19，当热封完成后，紧接着用分切刀将袋同原料分离开。除非原料是有纵向密封的管形薄膜，否则这两种底部热封机构生产的袋子仅有一条密封线。但在热封线与分切点之间浪费了少量不能利用的称为“袋裙”的薄膜，从而导致成本增加；对此通常采用充分控制热封过程来弥补。

　　边封合实际上是通过薄膜的熔化来完成的；若薄膜树脂受热过度，热封处冷却后会改变塑性分子的物理结构。而底部封合方法可控制热量和压合时间，也就是控制了对薄膜热封时的加热时间，不会损坏薄膜，也不会改变薄膜的物理性能。此外，由于热封杆有固定的宽度，因而封合在一起的薄膜的总量较大，且薄膜不会熔化或烧焦。


图14-19 底封合机构 (上、下两端加热)

1-管坯料 2-牵引辊 3-热封轩 4-切刀 5-袋裙


图14－20双封合机构（仅上端加热）

1－管坯料 2－牵引辊 3－热封杆 4－切刀 5－袋裙

　　③双封合。双封合方法使用双地面封合机构。这种机构带有加热或不加热的分切刀，定位在两密封头之间见图14－20，其惟一特征是在每一热封周期将热量供给原料的上面和下面，并形成两个完全分离和独立的封合线。

　　像底部封合方法一样，双封合技术能在给定密封周期内供给大量可控制的热量。这就使双封合在密封较厚的薄膜及共挤塑和层合薄膜时很适用。由于制袋机的每一周期中形成两个密封线，所以双密封方法可用于生产两侧面带有密封线的袋，例如边密封袋或某些特殊用途的底部密封袋（如带有提手的零售袋）。许多特殊的应用要求使用双密封封合方法，其中用得最多的是塑料背心袋的生产。

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[时间：2001-03-02  作者：魏瑞玲  来源：《印后原理及工艺》·第十四章　复合薄膜印后加工工艺]