一、問題提出
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圖1 單質(zhì)防靜電聚乙烯薄膜袋
上世紀(jì)90年代末，我國包裝界開發(fā)了單質(zhì)防靜電聚乙烯薄膜袋(圖1)，因其屬極性材料，且雙表面電阻值低(ρs在105Ω~109Ω范圍內(nèi))，難以進(jìn)行電暈處理，表面能低，不能涂覆粘結(jié)劑，因而無法與其它塑料基材復(fù)合成層狀包裝材料。單質(zhì)薄膜的機(jī)械物理性能如水蒸汽滲透率、拉伸強(qiáng)度、斷裂力、耐戳穿等性能不能滿足精密機(jī)械電子產(chǎn)品對包裝材料的使用要求，只可用于對靜電敏感的化工產(chǎn)品等粉劑產(chǎn)品的內(nèi)襯包裝。有的采用擠出復(fù)合即流延復(fù)合工藝制作層狀包裝材料，但缺點(diǎn)是流延成膜性差，與其它基材復(fù)合后剝離強(qiáng)度低，制袋后封口強(qiáng)度不能滿足使用要求。
包裝界急需開發(fā)一種表面能高、能夠與其它基材可靠復(fù)合的防靜電聚乙烯薄膜。
二、工藝變革
我們知道，塑料材料要獲得一定的導(dǎo)電性能，需將導(dǎo)電性物質(zhì)如導(dǎo)電炭黑以一定比例與熱塑性樹脂混合，并添加偶聯(lián)劑、增塑劑、滑爽劑、穩(wěn)定劑、抗氧劑等多種添加劑，經(jīng)混煉、塑化、造粒，制得MFR(熔體流動速率)較高、塑化良好的半導(dǎo)電粒子。經(jīng)充分論證及試驗驗證，采用最新的3層(ABC)共擠吹塑工藝，將半導(dǎo)電粒子和低密度聚乙烯樹脂按一定比例加入A層(熱封層，直接接觸內(nèi)包裝品)，并對C面進(jìn)行高壓電暈處理，制得高表面能防靜電聚乙烯薄膜(C面表面潤濕張力≥38dyn/cm，A面表面電阻率在105Ω~109Ω)。
該項工藝變革主要關(guān)注以下三點(diǎn)：
一是將半導(dǎo)電粒子和聚乙烯(LDPE、LLDPE)樹脂混合均勻，加到三層(ABC)共擠吹膜機(jī)的A層料斗。要摸索加入半導(dǎo)電粒子的臨界量，若加入量高于臨界量，則在進(jìn)行電暈處理時極易產(chǎn)生薄膜被電火花擊穿現(xiàn)象，且增加產(chǎn)品成本;若加入量遠(yuǎn)低于臨界量，則薄膜的電阻率高于1012Ω，近似絕緣，不具備防靜電功能。臨界量根據(jù)混煉時導(dǎo)電炭黑的加入量和A層擠出機(jī)的擠出速度確定。三層(ABC)共擠吹膜機(jī)的B、C層加入聚乙烯(LDPE、LLDPE)混合樹脂。
二是根據(jù)設(shè)備實際情況，適當(dāng)控制A層(熱封層)擠出量。A層擠出量太大，則內(nèi)層薄膜的厚度增加，整體薄膜的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，在進(jìn)行電暈處理時極易產(chǎn)生薄膜被電火花擊穿現(xiàn)象，增加產(chǎn)品成本，且封口強(qiáng)度變差;若A層擠出量太小，則內(nèi)層薄膜的厚度降低。根據(jù)導(dǎo)電碳黑的導(dǎo)電機(jī)理，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成是三維的，導(dǎo)電性能與薄膜的厚度有關(guān)系。內(nèi)層薄膜的厚度太低，無法形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，無防靜電效果。
三是要對薄膜的C層進(jìn)行電暈處理。電暈處理效果與輸入高壓、薄膜厚度、電極間的距離有關(guān)系。因A 層的表面電阻率低，薄膜的體積電阻率低，介電常數(shù)低，耐電壓強(qiáng)度低，則電暈處理時易出現(xiàn)電火花擊穿現(xiàn)象，因而應(yīng)適當(dāng)調(diào)小電極間的距離及電暈處理電壓。但若電暈處理電壓太低，薄膜的表面潤濕張力低，無法與其它基材可靠復(fù)合，或者復(fù)合后材料的剝離強(qiáng)度和熱合強(qiáng)度達(dá)不到要求，從而降低材料的機(jī)械物理性能。
三、產(chǎn)品性能
對制作的高表面能防靜電聚乙烯薄膜(見圖2)作主要性能測試，測試結(jié)果見表1：
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圖2 高表面能防靜電聚乙烯薄膜卷材
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表1 高表面能防靜電聚乙烯薄膜主要性能表
從上表得出結(jié)論，該產(chǎn)品具有防靜電性能，其技術(shù)指標(biāo)滿足GB/T4456—2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》的要求，由于其C層表面能高，可涂覆粘結(jié)劑，與其它塑料基材可復(fù)合成層狀包裝材料(見圖3)。該材料的水蒸汽滲透率、拉伸強(qiáng)度、斷裂力、耐戳穿等機(jī)械物理性能優(yōu)異，可滿足精密機(jī)械電子、軍工產(chǎn)品等對包裝材料的特殊要求。
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圖3 經(jīng)干式復(fù)合成層狀包裝卷材
四、工程應(yīng)用
采用三層共擠(ABC)吹膜技術(shù)制造的高表面能防靜電聚乙烯薄膜，由于其A面的表面電阻率低(ρs在105Ω~109Ω)，具有防靜電積累功能，C面的表面能較高(表面潤濕張力≥38dyn/cm)，可涂覆粘合劑，與聚酯(PET)、尼龍(PA)、金屬箔、高強(qiáng)度纖維布、不織布中的若干種材料經(jīng)干式復(fù)合后，可制得防靜電軟塑層狀包裝材料，制袋成型，對內(nèi)包裝品起到防潮、防霉、防鹽霧、防腐蝕、防銹蝕、防靜電積累、防電磁輻射等多種防護(hù)作用。
該工藝解決了塑料薄膜低表面電阻率和高表面能難以同時實現(xiàn)、防靜電薄膜無法與其它基材粘結(jié)復(fù)合的技術(shù)問題，也解決了原流延工藝難以成膜、粘結(jié)強(qiáng)度低、高溫易炭化、制袋后封口強(qiáng)度低的質(zhì)量問題，堪稱是工藝“小變革”解決了質(zhì)量“大問題”。
