摩擦系數(shù)是塑料薄膜的基本物性之一。當(dāng)兩個相互接觸的物體之間有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢時(shí)，其接觸表面產(chǎn)生的阻礙相對運(yùn)動的機(jī)械作用力就是摩擦力。塑料薄膜的摩擦性能可以通過材料的動、靜摩擦系數(shù)來表征。靜摩擦力是兩接觸表面相對移動開始時(shí)的最大阻力，其與法向力之比就是靜摩擦系數(shù)；動摩擦力是兩接觸表面以一定速度相對移動時(shí)的阻力，其與法向力之比就是動摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)是衡量包裝材料滑動特性的指標(biāo)，薄膜材料表面爽滑并具有適當(dāng)?shù)哪Σ料禂?shù)對于薄膜在印刷、復(fù)合、制袋及包裝運(yùn)輸來說非常重要。
塑料薄膜在不同地域、環(huán)境、在不同包裝材料組合中使用對摩擦系數(shù)的要求會產(chǎn)生差異，故而軟包裝企業(yè)需要不同摩擦系數(shù)的薄膜，而薄膜企業(yè)也需要根據(jù)企業(yè)的不同需求，生產(chǎn)摩擦系數(shù)不同的薄膜。
一、塑料薄膜的表面摩擦系數(shù)、粗糙度和爽滑性
塑料薄膜的表面摩擦系數(shù)、粗糙度和爽滑性，此三項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系是相輔相承的。
薄膜滑爽性的好壞可以用摩擦系數(shù)大小來進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)滑爽性，動（靜）摩擦系數(shù)都具有重要的參考價(jià)值。動（靜）摩擦系數(shù)一般都具有相同的變化趨勢，滑爽性有所改善時(shí)，動（靜）摩擦系數(shù)都會有所變化。另外，為了更加接近下游客戶的使用需求，可以模擬在不同溫（濕）度及不同條件下的變化檢測摩擦系數(shù)。
1、塑料薄膜表面的摩擦系數(shù)
在生產(chǎn)中，薄膜的摩擦系數(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。一方面它和薄膜抗粘連性能一起成為塑料薄膜開口性的量化評定指標(biāo)，另一方面又可作為自動包裝機(jī)運(yùn)行速度、張力調(diào)節(jié)、薄膜運(yùn)行中磨損的參考數(shù)據(jù)之一。 在印刷、復(fù)合、制袋、包裝運(yùn)輸?shù)倪^程中，薄膜表面摩擦系數(shù)與其表面的粗糙度成直線關(guān)系。在一定條件下，表面粗糙度越大，摩擦系數(shù)越小。也就是說，降低薄膜表面的摩擦系數(shù)對印刷、復(fù)合、鍍鋁有利，可以增加它們與塑料薄膜之間的結(jié)合面，提高它們之間的粘合力。摩擦系數(shù)的大小是通過添加劑量進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
2、塑料薄膜的表面粗糙度?
表面粗糙度是薄膜表面所具有的在較小間距上的微小峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評價(jià)。適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔欣谟湍∷?、?fù)合和真空鍍鋁。當(dāng)然，粗糙度過大則可能會造成油墨、膠液或鋁分子不能填滿薄膜表面凹陷穴位，形成空隙而影響兩者之間的附著力，嚴(yán)重時(shí)會使油墨、膠液或鍍鋁層與薄膜脫離分層，印刷時(shí)小網(wǎng)點(diǎn)丟失。
一般塑料薄膜的表面非常光滑，光滑的表面在薄膜收卷時(shí)會產(chǎn)生粘連，無法正常收卷，也不容易放卷。同時(shí)，光滑的薄膜表面對油墨印刷、復(fù)合和真空鍍鋁也非常不利，因?yàn)楣饣谋砻鏁蟠蠼档陀湍?、膠粘劑與薄膜之間的附著力，包括油墨、膠粘劑與鋁箔和薄膜之間的附著力。為了使薄膜表面具有一定的粗糙度（除電暈處理外），以增加與其它物質(zhì)的黏結(jié)力，通常采用在薄膜樹脂中添加某種抗粘連劑的方法，在成膜過程中的薄膜表面形成一定的粗糙度。薄膜表面粗糙度的大小與添加劑(抗粘連劑)的種類、數(shù)量，添加劑的粒徑與形狀、添加劑的分散性、表面處理等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)不同類型薄膜和用途而選用不同的添加劑。隨著薄膜中添加劑含量的增加，薄膜的摩擦系數(shù)μs下降，表面粗糙度增大，塑料薄膜表面粗糙度一般控制在Ra=0.08~0.16較為適合。
?3、塑料薄膜的爽滑性
爽滑性主要受添加劑種類和含量等影響，同時(shí)也受電暈處理的影響。另外，薄膜使用環(huán)境、下游客戶使用工藝條件、生產(chǎn)環(huán)境也會對爽滑性造成影響。薄膜的爽滑性對薄膜生產(chǎn)過程和下游客戶的使用過程的順利進(jìn)行都很重要。這就要求薄膜生產(chǎn)過程要對滑爽性進(jìn)行控制，以便能夠提供適當(dāng)?shù)幕?，同時(shí)又不會由于添加劑的析出對下游客戶的使用造成其他影響。
爽滑劑又被稱作潤滑劑。潤滑劑分為內(nèi)潤滑和外潤滑兩類。在加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時(shí)，酰胺類的爽滑劑通常會被加在熱封層當(dāng)中，在加工BOPP薄膜時(shí)，爽滑劑通常會被加在芯層當(dāng)中。這些潤滑劑的分子會遷移至薄膜的表面（“外遷”）形成一層油性表面，起到改善薄膜表面性能的潤滑作用，降低摩擦系數(shù)。添加量應(yīng)根據(jù)薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數(shù)值而定。一般在BOPET和BOPA薄膜的加工過程中并不需要使用酰胺類的爽滑劑。
二、摩擦系數(shù)對薄膜凹版印刷的影響
1、印刷中一般要求有較小的內(nèi)層摩擦系數(shù)和合適的外層摩擦系數(shù)
外層摩擦系數(shù)太大，會引起印刷過程中阻力過大，引起材料拉伸變形影響印刷效果，若太小可能又會引起拖動機(jī)構(gòu)打滑，造成糾偏系統(tǒng)不準(zhǔn)，印刷牢度降低，還會影響包裝速度。另外，在印刷工藝中，油墨的細(xì)度值低，顏料顆粒粗，這樣印刷過程中摩擦系數(shù)變大，印版的耐印率就低，印刷時(shí)還容易產(chǎn)生糊版、積墨以及傳墨不均等情況。
以尼龍薄膜為例：常溫下一般要求BOPA薄膜表面（非處理面）的動摩擦系數(shù)在0.25~0.35之間（非/非動國標(biāo)為≤0.6）。而四川、重慶等濕度較高地區(qū)，或在高溫高濕氣侯季節(jié)，BOPA薄膜表面（非處理面）的摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.25。否則很容易出現(xiàn)膜面粘連狀態(tài)。為適應(yīng)成品袋快速打碼要求，BOPA薄膜推出高爽滑和超爽滑產(chǎn)品，以適應(yīng)市埸需求。尼龍膜為吸潮性大的薄膜，一般在正常使用環(huán)境下，20分鐘內(nèi)膜就會吸濕達(dá)到飽和狀態(tài)，而薄膜吸濕飽和后其摩擦系數(shù)變化不大。
表1 不同濕度條件下BOPA薄膜非/非的摩擦系數(shù)的變化情況
由于原標(biāo)準(zhǔn)制定已有十年之久，而這十年間正是國內(nèi)尼龍膜生產(chǎn)及其使用快速發(fā)展的十年，許多物性指標(biāo)已不適應(yīng)目前市場和產(chǎn)品發(fā)展需求，因此應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)和產(chǎn)品需求設(shè)定各自的摩擦系數(shù)值。
2、在高溫高濕使用條件下，考慮摩擦系數(shù)的影響
高溫高濕環(huán)境下，應(yīng)特別注意提高油墨與基材的結(jié)合牢度和提高印刷速度。
一般在使用中，機(jī)臺金屬部件大都是在40℃左右的高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。而溫度的提高對摩擦系數(shù)影響卻很大，因?yàn)楦邷貤l件下高分子材料大分子熱運(yùn)動能力加強(qiáng)，活動速度加快，分子間隙變大，表面性能發(fā)生變化會使薄膜摩擦系數(shù)隨之變化。一般來講，隨著環(huán)境溫度的升高，材料表面的摩擦系數(shù)會有一定的變化，但變化的大小因材料對溫度的敏感程度和所加助劑種類及多少有較大差異。如在印刷前不僅要測量BOPA膜在常溫下的摩擦系數(shù)，還應(yīng)檢測實(shí)際使用環(huán)境溫濕度下的摩擦系數(shù)變化。BOPA薄膜本身分子排列間隙比其他薄膜大，測量在使用溫度條件下的摩擦系數(shù)變化對穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量是非常有益的。
三、摩擦系數(shù)對復(fù)合、熟化的影響
1、對薄膜收卷張力和質(zhì)量的影響
塑料薄膜在實(shí)際使用中有做印刷層、復(fù)合中間夾層, 也有做為熱封層的PE和CPP。但在復(fù)合中，由于各層材料摩擦系數(shù)的變化也會影響復(fù)合剝離牢度，其中爽滑劑的種類、含量對摩擦系數(shù)影響最大。
PP、PE的爽滑劑大多都是無機(jī)高分子材料(如胺類)，與樹脂相溶性不好，通常從30℃開始，常用的爽滑劑已接近其熔點(diǎn)而變得粘結(jié)，薄膜的摩擦系數(shù)便急劇上升，測試時(shí)施加的力波動變化很大，呈現(xiàn)一種間歇性滑動或粘結(jié)效果。
復(fù)合收卷后，復(fù)合薄膜層間的壓力及距離還與構(gòu)成復(fù)合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設(shè)計(jì)、墨層的厚度有著密切的關(guān)系。墨層越厚，則收卷后該部位的硬度就越大，則意味著該處的復(fù)合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小，從膜中“外遷”出來的滑爽劑“遷移”到另一薄膜中去的機(jī)率就會更大、數(shù)量就會越多。其結(jié)果就是上述墨層厚的區(qū)域所對應(yīng)的熱封層表面的摩擦系數(shù)明顯大于墨層薄或無油墨的區(qū)域所對應(yīng)的熱封層表面的摩擦系數(shù)。
此外，若復(fù)合膜摩擦系數(shù)太小，收卷時(shí)復(fù)合膜內(nèi)表層和外表層的摩擦力很小，當(dāng)卷徑越來越大時(shí)，摩擦力就不能支撐膜收卷端面整齊，形成竄卷，不能進(jìn)入下道工序生產(chǎn)。有時(shí)還會產(chǎn)生散卷而使收卷失敗。若收卷時(shí)，摩擦系數(shù)太大，則又會帶來其他質(zhì)量問題，如嚴(yán)重皺折、斷膜等。
2、熟化后摩擦系數(shù)下降
有軟包裝企業(yè)反映：原本要求熱封層薄膜的非處理面的摩擦系數(shù)應(yīng)在0.1~0.2間，進(jìn)廠薄膜的摩擦系數(shù)的實(shí)測結(jié)果可能會大于0.3。若將該種薄膜放入熟化室一段時(shí)間后，摩擦系數(shù)就能降到0.1~0.2。這就是已加入薄膜中的爽滑劑需要一定的溫度與時(shí)間才能完成“外遷”，從而破壞了復(fù)合層牢度。故而企業(yè)應(yīng)特別注意高溫蒸煮袋產(chǎn)品和熱封層超60um以上產(chǎn)品復(fù)合剝離牢度的變化。
3、摩擦系數(shù)對自動包裝、制袋的影響
在實(shí)際包裝過程中，摩擦力常常既是拖動力又是阻力，因此必須有效地控制摩擦系數(shù)的大小，使它在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。如果摩擦系數(shù)過大，如復(fù)合膜摩擦系數(shù)(動)超過0.3（與鋼材接觸面），那么卷筒膜在一些寬幅較大的制袋或自動包裝機(jī)臺上會出現(xiàn)拉不動的情況，制袋產(chǎn)品的摩擦系數(shù)（處理面）如果超過0.25，規(guī)格較小的袋子就容易出現(xiàn)開口不良的現(xiàn)象。摩擦系數(shù)也不是越小越好，如自動包裝用卷筒膜，內(nèi)層薄膜摩擦系數(shù)過小時(shí)，有可能引起制袋成品疊料不穩(wěn)定而產(chǎn)生錯邊混亂，外層摩擦系數(shù)太小可能又會引起拖動機(jī)構(gòu)打滑造成電眼跟蹤和切斷定位不準(zhǔn)。
薄膜制品熱封層的表面摩擦系數(shù)是復(fù)合軟包裝非常關(guān)注的一項(xiàng)指標(biāo)。不同用途的包裝材料對摩擦系數(shù)有不同的要求。終端企業(yè)對卷筒膜包材熱封層的表面摩擦系數(shù)也提出越來越嚴(yán)格的要求。
目前，在自動包裝機(jī)、制袋機(jī)使用中，隨著設(shè)備的不斷更新，生產(chǎn)速度不斷提高。自動包裝材料的表面摩擦系數(shù)(動)的驗(yàn)收指標(biāo)基本上都在0.15左右（膜與鋼板的摩擦系數(shù)值）。在復(fù)合材料的加工過程中，熱封層的表面摩擦系數(shù)會隨著氣候及工藝條件的不同而表現(xiàn)出某種程度的變化。如BOPA膜非處理面的摩擦系數(shù),在快速打碼（制袋）時(shí)（250個/min以上）要求要小一些(約0.18~0.22)。
一些特殊工藝要求或有針對性產(chǎn)品，對于要求特別低的摩擦系數(shù)，則應(yīng)慎重對待。將膜與金屬的摩擦系數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，還應(yīng)考慮薄膜在使用中的吸潮性，如尼龍膜、玻璃紙?jiān)谖焙?未達(dá)飽和狀態(tài))的摩擦系數(shù)肯定更高。摩擦系數(shù)太小，會發(fā)生走料不穩(wěn)、牽動打滑、錯位，制袋裁切出血或成品規(guī)格長短不一等現(xiàn)象。摩擦系數(shù)太大，膜與機(jī)摩擦力加大，材料拖動困難，會引起走料拉不動，使材料拉伸變形或拉斷，同樣不能生產(chǎn)。
一般越厚的薄膜加入的添加劑越多，出現(xiàn)脫層的現(xiàn)象越嚴(yán)重。特別是60um厚度以上的PE膜，生產(chǎn)中加入的添加劑量多, 出現(xiàn)脫層的機(jī)會也增大, 這是因?yàn)樵谕鹊谋砻娣e下，隨著薄膜厚度的增加，其內(nèi)部所含添加劑的量也相應(yīng)增加。添加劑含量超過一定量后，就會影響到復(fù)合膜的牢度。所以生產(chǎn)水煮、蒸煮產(chǎn)品時(shí)要特別注意熱封層材料所含添加劑量的多少，一般選擇少加或不加添加劑的薄膜。
此外，像PET、BOPA薄膜添加劑量太多也會使膜表面的粗糙度增加,也會形成顆粒狀麻點(diǎn)而影響表面光澤度和印刷效果。特別是用二氧化硅為抗粘結(jié)劑更會產(chǎn)生此類現(xiàn)象, 同時(shí)還會使膜的霧度加大, 因此要提高膜的透明度就必須盡量減少二氧化硅的含量，內(nèi)層材料的防粘劑和滑爽劑的添加量以及薄膜的挺度、平滑度、光潔度等因素都會影響復(fù)合膜摩擦系數(shù)。一般情況下，復(fù)合膜摩擦系數(shù)不隱定與所添加滑爽劑的類型、添加量、遷移量、遷移方向、貯存使用的溫濕度等有關(guān)。
圖1? 不同含量添加劑及摩擦系數(shù)和霧度趨勢
四、摩擦系數(shù)變化對質(zhì)量影響的實(shí)例分析
1、PA//PE，復(fù)合膜剝離強(qiáng)度差
有的軟包裝企業(yè)在復(fù)合PA//PE后，發(fā)現(xiàn)剝離強(qiáng)度較差，將其剝開后，在PE膜上可看到一層白色的“霜”樣物質(zhì)，且可用手將其擦除。將該復(fù)合薄膜重新放入熟化室或80℃的電熱箱中一段時(shí)間，取出后馬上進(jìn)行剝離強(qiáng)度的檢查，則剝離強(qiáng)度值會有明顯提高，而且PE膜上也看不到原有的白色“霜”樣物質(zhì)；但將該復(fù)合薄膜在室溫條件下放置二天后，其剝離強(qiáng)度又會隨著時(shí)間的延長而逐漸降低。
這是因?yàn)橐欢螘r(shí)間后，PE膜滑爽劑會逐漸遷移至PE膜的表面，形成一層很薄的致密層，這層致密層阻隔了粘合劑與PE膜表面的結(jié)合，在PA膜//膠粘劑與PE界面層之間導(dǎo)致粘合劑無法與PE分子接觸，造成復(fù)合初粘力明顯降低。即使隨著固化時(shí)間加長，復(fù)合強(qiáng)度始終很低。這個問題表明對于有特殊要求必須使用高滑爽劑的PE膜，一般情況下不宜放置時(shí)間太久。如果由于某種原因造成了PE膜的超期使用，在復(fù)合前最好小試或?qū)E膜置于60~70℃的溫度下8h以上，此時(shí)的滑爽劑將部分失效，再去復(fù)合，會減少復(fù)合強(qiáng)度低的問題。
2、爽滑劑膜間轉(zhuǎn)移對復(fù)合牢度的影響
PA膜的內(nèi)表面是通過粘合劑的作用與PE膜的復(fù)合面粘接在一起的，PA膜的外表面則是在收卷張力的作用下與PE膜的熱封面緊緊地“靠”在一起。
因此，遷移到熱封層表面的爽滑劑就可能向PA薄膜表面及其內(nèi)部發(fā)生遷移。遷移到PE膜復(fù)合面的爽滑劑一方面會導(dǎo)致剝離強(qiáng)度的下降，另一方面會導(dǎo)致PE膜熱封面有效爽滑劑數(shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致熱封面摩擦系數(shù)上升；遷移到PA薄膜表面及其內(nèi)部的爽滑劑一方面會導(dǎo)致PE膜熱封面上有效爽滑劑數(shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致PE膜熱封面的摩擦系數(shù)上升，另一方面會使得PA薄膜外表面的摩擦系數(shù)下降。
3、摩擦系數(shù)在無溶劑復(fù)合中對BOPA膜的影響
不同的無溶劑粘合劑的種類和成分各不相同，復(fù)合膜的摩擦系數(shù)也有較大區(qū)別。在進(jìn)行無溶劑復(fù)合時(shí)，需要根據(jù)摩擦系數(shù)的具體要求，選擇合適的無溶劑粘合劑。
上膠量的增大不但會引起摩擦系數(shù)增大，也容易產(chǎn)生其他不利影響：復(fù)合膜復(fù)合之后其摩擦系數(shù)會上升大約0.1~0.2，主要由于粘合劑吸收爽滑劑及生產(chǎn)中磨損或消耗掉一部分爽滑劑。因此，在生產(chǎn)中，上膠量的控制也是非常重要的，每平方米增加一克上膠量，摩擦系數(shù)大約上升0.025。
上膠量也不能過小，無溶劑復(fù)合如果上膠量小，易造成膠水涂布不均、白點(diǎn)、強(qiáng)度偏低等質(zhì)量問題，特別是白色油墨處，易出現(xiàn)白點(diǎn)、氣泡問題。
無溶劑復(fù)合粘合劑種類不同，其成分也不同。隨著熟化溫度的提高，摩擦系數(shù)上升的程度也不同。比如主流的聚酯為主的成分和聚醚為主的成分是主要影響摩擦系數(shù)的原因，在其他條件一致的情況下，熟化溫度提高，復(fù)合膜的摩擦系數(shù)有明顯差別，這是因?yàn)?，一方面，隨著溫度提高，粘合劑吸附爽滑劑的反應(yīng)更快，使爽滑劑部分失去作用；另一方面，一些低熔點(diǎn)的爽滑劑在溫度提高時(shí)出現(xiàn)粘連，自身失去作用。同樣，熟化時(shí)間延長，摩擦系數(shù)隨著提高。在無溶劑復(fù)合中，一般推薦熟化溫度不超過40℃。一般來說，PE膜的摩擦系數(shù)規(guī)定大約為：對于制袋產(chǎn)品摩擦系數(shù)要求：0.1~0.15；對于卷筒半成品摩擦系數(shù)要求：0.2左右。因此，原料薄膜如PE、CPP等摩擦系數(shù)的大小直接影響復(fù)合膜的摩擦系數(shù)，只能從源頭上控制，才能保證最終產(chǎn)品有合適的摩擦系數(shù)。這樣，在無溶劑復(fù)合中，對于含有BOPA//PE、BOPET//CPP組合的產(chǎn)品復(fù)合后才有質(zhì)量保障。
