复合薄膜的各向异性

    所谓“复合薄膜的各向异性”是指以目前常用的各种基材所加工出来的塑/塑、铝/塑、纸/塑、纸/铝/塑复合材料，在纵向与横向方向上所存在的某些物理性质与力学性质的差异。

    这种差异是由于所使用的基材本身在各个方向上就存在性质上的差异，并将这种差异性带到了复合薄膜当中。

    如以PA/PE这种常用的水煮包装复合材料为例，表一是这两种材料的常规检测指标：

    表一：东洋纺公司OPA和LLDPE薄膜的常用物性指标。

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    表一当中的N1100是东洋纺公司的水煮级的聚酰胺薄膜，L6102(AM)是东洋纺公司的水煮级的线性聚乙烯薄膜。表一中列出了这两种基材薄膜的常规检测项目的纵、横向指标。

    从表一中可以发现，N1100的纵、横向热收缩率指标是相同的，L6102（AM）的纵、横向抗张强度指标是相同的，除此之外，其他指标在纵、横方向上都存在一定的差异。

很显然，这两种材料被加工成复合材料后，其各项常规检测指标在纵、横两个方向上都会存在一定的差异，包括抗张强度和热收缩率指标。

剪切应力与剥离强度

    在将基材薄膜加工成各类包装制品的过程中，薄膜要经受多次的牵伸与热处理过程。尤其是在复合加工过程中，第一基材与第二基材的不匹配的张力会在复合薄膜下机时就表现出程度不同的卷曲，这种卷曲现象证明在复合薄膜中存在着剪切应力。另外，实践表明，薄膜不仅在水煮过程中会产生收缩，在熟化过程中也会产生一定程度的热收缩。这种由于受热而产生的收缩现象就会在复合薄膜内部产生内应力，称为热应力。

    由于PA/PE复合薄膜中的两种基材在相同的温度条件下、在纵横两个方向上发生的热收缩的程度是不一样的，所以在纵、横两个方向上的热应力的大小也是不一样的。因而对纵、横向的剥离强度的影响也是不一样的。

    假定上述的PA/PE复合薄膜在水煮条件下，PA层纵、横向均收缩了1%，而PE层在纵向上收缩了0.6%，在横向上收缩了0.8%，即PA/PE复合薄膜在横向上有0.2%的收缩率差异，在纵向上则有0.4%的收缩率差异。这种收缩率的差异就会在复合薄膜层间产生某种程度的剪切应力。

    当我们对复合薄膜进行剥离强度测试时，施加在复合薄膜上的剥离力实际上是复合薄膜内本身存在的由于热收缩率的差异而产生的热应力、复合加工时由于张力不匹配所残存的剪切应力和人为施加的剥离力之和。而手感或拉力试验机所能检测到的只是人为施加的剥离力部分，复合薄膜内本身存在的热应力和剪切应力部分则是检测不到的。

    换句话说，如果胶粘剂是均匀地涂布在载胶膜上，复合单元的温度与压力也是均匀的，基材的质量状况是良好的且经过了正常的熟化过程，那么，复合薄膜上的各处、各个方向上的剥离强度（即粘接强度）都应是相同的。如果在此种情况下发现复合薄膜在纵、横两个方向上的剥离强度有明显差异，只能说明在复合薄膜内部的纵、横两个方向上存在着不同程度的热应力和剪切应力。

内应力与复合薄膜的外观形态

     复合薄膜当中的内应力是复合加工时由于张力不匹配所残存的剪切应力和复合薄膜内由于热收缩率的差异而产生的热应力之和。这是一种客观存在。
http://s5/middle/4bd18957t9faf86ddf444&690&690    图1表示在两层的复合薄膜中，当表层薄膜表现出比内层薄膜有更大的收缩倾向时的状态。

    如果薄膜的受热是均匀的，那么薄膜整体上的收缩也应是均匀的，也就是说，薄膜在各处及各个方向上收缩率应当是成比例的。例如，如表一所示，PE薄膜在纵向上收缩0.6%，在横向上收缩0.8%。

    但在一个有限的长度范围内，复合薄膜的层间的各个点位处的相对位移量则是不一样的。

假定一片复合薄膜的长度和宽度均为一米，在某种受热条件

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下，表层薄膜在纵向上收缩0.6%，在横向上收缩0.8%，而底层薄膜不发生收缩。

    那么，在图2所示的复合薄膜的中心O点处，两层薄
膜间的相对位移倾向为0；在A点和B点处，两层薄膜间的相对位移倾向为0.4毫米；在C点和D点处，两层薄膜间的相对位移倾向为0.2毫米；在H点和I点处，两层薄膜间的相对位移倾向为0.3毫米；在J点和K点处，两层薄膜间的相对位移倾向为0.15毫米；即：两层薄膜间的相对位移量是从中心部位开始向外逐步增加的。

    这种相对位移量就代表了复合薄膜中各点位的剪切应力的大小及其方向。显然，相对位移量越大，意味着该点位处的内应力(剪切应力及热应力之和)也越大。

 http://s15/middle/4bd18957t9faf872e68de&690&690    一、当复合薄膜的层间的粘接力显著小于薄膜间的内
应力时，可观察到某一层薄膜的外形尺寸明显小于另一层薄膜的情形，如图3所示。

此种情形常见于胶水层严重不干同时复合薄膜间内应力过大的情况下。

    二、当复合薄膜的层间的粘接力略小于薄膜间的内应力时

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，可观察到复合薄膜在边缘处发生局部分层，而在未发生分层的部位仍保有较大的剥离强度的情形，如图4所示。

此类情形常见于：

    1、 经过热处理的水煮包装袋；

    2、 经过热处理的蒸煮包装袋；

    3、 三层镀铝复合膜的热封边处的印刷膜与镀铝膜间；

     1、 复合薄膜刚下机时；

     2、 复合薄膜经过熟化以后；

     3、 完成制袋工序并存放一段时间后；

     4、 经过热处理的水煮包装袋；

     5、 经过热处理的蒸煮包装袋；

    四、当复合薄膜在纵向及横向上的内应力有明显差别时，其纵、横向的剥离强度检测值就会表现出明显的差异。

    例如：一客户加工的纸/EXPE/AL/ad/PE结构的包装膜，其横向的剥离强度值为大于3N/15mm，其纵向的剥离强度值为0.4～0.5 N/15mm。

    经过对PE膜进行水煮处理，其纵向的热收缩率为大于5%，其横向的热收缩率为 – 1%，即膨胀1%。显然，纵向的内应力大于横向的内应力。

     五、复合薄膜经过熟化或存放一段时间后或经过热处理后所发生的剥离强度衰减现象的原因，一是助剂的析出，另一个原因就是热应力的作用。

如何消除（减少）复合薄膜的内应力？

    如前文所述，复合薄膜的内应力源自于复合薄膜内本身存在的由于热收缩率的差异而产生的热应力、复合加工时由于张力不匹配所残存的剪切应力。因此，消除复合薄膜的内应力就必须从这两方面入手。

     1、在进行复合加工时，要求复合工对下机产品逐卷进行卷曲性的检查，并根据检查结果随时调整烘干箱张力和第二放卷张力，以便使大多数的下机产品保持无卷曲的状态；

     2、要求薄膜制造厂（PET、PA、OPP、CPE、CPP等）提供热收缩率尽可能小的基材薄膜并随时组织进厂检验；

     3、根据产品需要，从库存的薄膜中尽量选用热收缩率相接近的薄膜；

     4、将基材薄膜放入熟化室中，使其事先受热收缩，以减少其复合加工后的热收缩率；

     5、要求使用蒸煮袋的食品加工企业正确地使用蒸煮锅，合理地选用杀菌温度并正确地控制蒸煮锅内的反压，不使复合薄膜承受过高的温度和张力。

    上述的手段只能是部分地减少复合薄膜中的内应力，不可能将内应力完全消除，因为没有一家薄膜制造厂能够加工出在受热条件下完全不收缩的基材薄膜。

    使用无溶剂干法复合机的企业，由于无溶剂胶粘剂的初粘力较低，所以操作工会非常认真地控制第一基材和第二基材的张力，尽量使刚下机的复合薄膜保持平整的状态。这样就至少消除了复合加工时由于张力不匹配所残存的剪切应力。

    而使用溶剂型干法复合机的企业，通常都会将产生隧道现象的原因“归罪于”胶粘剂厂，而“主动地”将消除复合加工时由于张力不匹配所残存的剪切应力的机会放弃掉了。

    复合薄膜的剥离强度是软包装企业和下游企业都非常关心的技术指标，而影响这一指标稳定性的因素有很多，复合薄膜的各向异性（包括热收缩率）只是其中之一，但却是长期被忽略的一个重要因素。

    希望有更多的人重视这一因素，并将其应用到生产实践当中去。