一种无溶剂复合软包装膜袋及其生产工艺.pdf

本发明提供一种高效率、高质量、数字自动化、智能化的无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，对无溶剂复合机涂布系统特性的研究并对其进行优化设计，采用科学地正交实验设计方法进行无溶剂复合实验设计，并说明实验因素与水平的选择原理，分析涂胶量与各影响因素之间的变化规律，实现涂布量的精确控制和找到最佳的生产参数。

1.  一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，生产无溶剂复合软包装膜袋的涂布复合设备具有在线监测与控制系统，在线监测与控制系统由上位机、下位机和通信协议三部分构成，实现涂布量的实时控制、数据检测记录、故障报警记录、自动诊断保护、操作权限限定，其特征在于：包括如下步骤：
(1)建立数学模型：在涂布复合设备的用户界面(GUI)设计平台上，针对涂布系统的涂布特性和涂胶量受多方面因素影响的特点，运用L₂₅(5⁶)型正交设计实验方案进行科学地实验设计，通过涂胶量与速比、计转间隙、主机速度和胶黏剂黏度的变化规律建立数学模型，以转移钢辊与涂布钢辊之间的速比作为控制涂胶量的主因素，计转间隙作为次因素，根据数学模型计算并设定工艺参数；
(2)放卷：在一定的张力控制下，将作为料卷的待复合基材和另一基材平稳展开，以便于进行涂胶和复合操作；
(3)混胶和上胶：在一定的温度下，将双组份粘胶剂按照一定的比例进行均匀混合，再输送到复合机上的储胶部位，或将单组份胶直接输送到复合机的储胶部位；
(4)涂布：将混合好的胶黏剂适量的涂覆在作为料卷的待复合基材上，采用多辊转移方式将待复合基材和另一基材平稳传输；
(5)复合：在适当的均匀压力下，将已涂胶的待复合基材与另一基材进行粘合；
(6)收卷：将粘合的复合膜在张力和收卷压力下进行卷取；
(7)熟化：将复合卷材放置在一定温度的环境中，使胶黏剂通过反应得到期望的复合牢度，通常要持续较长的时间才能基本完成；
(8)成品包装入库。

2.  如权利要求1所述的一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中：根据转移钢辊速比-涂胶量的变化规律为正比例线性的变化规律，建立的数学模型为：
CW(R)＝11.7×R+0.0273；
根据计转间隙-涂胶量的变化规律为正比例二次曲线的变化规律，建立的数学模型为：
CW(d)＝-5.2×7777777777777777777777；
根据不同复合材料要求的涂胶量，将以上两个数学模型可以作为判定速比和计转间隙最佳可调范围的依据。

3.  如权利要求1所述的一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中：主因素数学模型：
CW(R,d)＝-5.3×R-1.7×10^-3×d+1.76×10^-5×d²+0.3×R×d-1.3×10^-3×R×d²；
主因素数学模型作为判断不同速比和计转间隙下所需理论涂胶量的依据，得到无误差影响下的理想涂胶量；
主机速度V与涂胶量ΔCW之间的数学模型：
ΔCW(V)₁＝-1.43×10^-4×V²+0.011×V(V口80m/min)；
ΔCW(V)₂＝-1.325×10^-6×V²+6.45×10^-5×V(V口250m/min)。

4.  如权利要求1所述的一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，其特征在于：储胶部位设置红外线温度传感器，在涂覆胶黏剂的涂覆辊部位设置光学距离传感器，在转移待复合基材的传输辊上设置角速度传感器，各传感器将监测信号反馈至上位机和由在线监测与控制系统直接反馈控制下位机。

5.  如权利要求1所述的一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，其特征在于：涂布复合设备的自我故障诊断与信息系统能够根据正常运行时记录的各传感器信号与各传感器的实时信号进行比较，对故障进行自动诊断。

6.  如权利要求1～5之任一所述生产工艺制得的无溶剂复合软包装膜袋。

一种无溶剂复合软包装膜袋及其生产工艺
技术领域
本发明涉及塑料软包装的技术领域，特别是涉及一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺。
背景技术
软包装因具有阻隔性能好、重量轻、耐冲击、成本低、方便使用、包装设计选择余地大等优点，极大地延长了商品的保质期，方便流通、促进销售、提高了商品附加值，强有力地推动了食品、日化及医药等行业的进步，是世界经济发展中必不可少的一部分。当前在环境保护浪潮的冲击下，绿色包装是国际环保发展趋势的需要，同时也代表了各国包装的发展潮流。与此相适应，塑料软包装绿色制造就成了重要的发展趋势。在我国循环经济建设的大背景下，开发绿色包装对食品安全的意义重大，对减少社会资源的浪费也具有积极的意义。
随着社会以及国家战略性新兴产业(新材料产业)的发展，对软包装提出了新的要求，其中环保的需求格外的迫切。目前采用的塑料软包装生产工艺都是针对一定的产品和一定的性能，有自身的局限性，同时也普遍存在生产工艺复杂、原材料用量多浪费大、生产周期长、劳动强度大、有机溶剂污染、作业环境差的问题，有待开发符合绿色、安全、环保要求的绿色制造技术，以满足市场对新型、高档复合软包装功能材料的需求。而无溶剂复合膜的研究正好满足国内包装绿色制造的需求。
在无溶剂复合中，均匀的涂层、足够的涂布量尤为重要，涂胶量过大和不足都会引起复合质量问题。如果胶粘剂涂布量不足，复合粘结层的固化不完全，易出复合白点、复合粘接强度差等问题，造成复合膜剥离甚至脱层，耐热性大幅度下降，在热封受热时极易发生分层的质量事故。加上事故发生的滞后性，一旦出现，也很难挽回。如果胶粘剂涂布量过大则完全固化后复合膜过硬，影响后道加工，同时复合膜易于出现桔皮、收卷软皱、通洞等问题，同时增加成品的成本，造成不必要的浪费。
发明内容
本发明经过研究，对无溶剂复合机涂布系统特性的研究并对其进行优化设计，实现涂布量的精确控制和找到最佳的生产参数，具有现实意义，为鉴定复合产品质量和掌握精确的涂布量提供了依据，进而开发出一种高效率、高质量、数字自动化、智能化的无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺。
一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，包括如下步骤：
(1)建立数学模型：在涂布复合设备上用户界面(GUI)设计平台上，针对涂布系统的涂布特性和涂胶量受多方面因素影响的特点，运用L₂₅(5⁶)型正交设计实验方案进行科学地实验设计，通过涂胶量与速比、计转间隙、主机速度和胶黏剂黏度的变化规律建立数学模型，以转移钢辊与涂布钢辊之间的速比作为控制涂胶量的主因素，计转间隙作为次因素，通过用户界面输入数学模型，根据数学模型计算并设定工艺参数；
(2)放卷：在一定的张力控制下，将作为料卷的待复合基材和另一基材平稳展开，以便于进行涂胶和复合操作；
(3)混胶和上胶：在一定的温度下，将双组份粘胶剂按照一定的比例进行均匀混合，再输送到复合机上的储胶部位，或将单组份胶直接输送到复合机的储胶部位；
(4)涂布：将混合好的胶黏剂适量的涂覆在作为料卷的待复合基材上，采用多辊转移方式将待复合基材和另一基材平稳传输；
(5)复合：在适当的均匀压力下，将已涂胶的待复合基材与另一基材进行粘合；
(6)收卷：将粘合的复合膜在张力和收卷压力下进行卷取；
(7)熟化：将复合卷材放置在一定温度的环境中，使胶黏剂通过反应得到期望的复合牢度，通常要持续较长的时间才能基本完成；
(8)成品包装入库。
其中，根据转移钢辊速比-涂胶量的变化规律为正比例线性的变化规律，建立数学模型为：
CW(R)＝11.7×R+0.0273；
其中，根据计转间隙-涂胶量的变化规律为正比例二次曲线的变化规律，建立的数学模型为：
CW(d)＝-5.2×7777777777777777777777；
根据不同复合材料要求的涂胶量，将以上两个数学模型可以作为判定速比和计转间隙最佳可调范围的依据；
主因素数学模型：
CW(R,d)＝-5.3×R-1.7×10^-3×d+1.76×10^-5×d²+0.3×R×d-1.3×10^-3×R×d²；
主因素数学模型作为判断不同速比和计转间隙下所需理论涂胶量的依据，得到无误差影响下的理想涂胶量；
主机速度V与涂胶量ΔCW之间的数学模型：
ΔCW(V)₁＝-1.43×10^-4×V²+0.011×V(V口80m/min)；
ΔCW(V)₂＝-1.325×10^-6×V²+6.45×10^-5×V(V口250m/min)。
所述的涂布复合设备具有在线监测与控制系统，在线监测与控制系统由上位机、下位机和通信协议三部分构成，实现涂布量的实时控制、数据检测记录、故障报警记录、自动诊断保护、操作权限限定等功能，在储胶部位设置红外线温度传感器，在涂覆胶黏剂的涂覆辊部位设置光学距离传感器，在转移待复合基材的传输辊上设置角速度传感器，各传感器将监测信号反馈至上位机和由在线监测与控制系统直接反馈控制下位机。
同时涂布复合设备的自我故障诊断与信息系统能够根据正常运行时记录的各传感器信号与各传感器的实时信号进行比较，对故障进行自动诊断。
本发明的有益效果是：
①对无溶剂复合机涂布系统的特性进行研究，分析涂布系统的结构特点和涂布特性，阐明结构设计和涂布转移原理，指出影响涂胶量的各个因素。
②针对影响涂胶量的各个因素，采用科学地正交实验设计方法进行无溶剂复合实验设计，并说明实验因素与水平的选择原理，分析涂胶量与各影响因素之间的变化规律。
③根据涂胶量与各个因素的变化规律，对各影响因素下的涂胶量测试数据进行拟合优化，建立出涂布量与各影响因素之间的数学模型，确定出最优生产方案。
④具有创建数学模型的用户界面(GUI)设计平台，提高人机交流，更精确把握涂胶量。
⑤在线监测与控制系统。为实现涂布量的实时控制、数据检测记录、故障报警记录、自动诊断保护、操作权限限定等功能，在线监控系统应由上位机、下位机和通信协议三部分构成。采用先进的在线测控技术对生产线各关键环节和参数进行实时监测和直接反馈控制,从而提高产品的质量，降低废品率，克服涂后产品质量检验方法和准确性上的不足。
⑥故障自动诊断与维护技术。目前主要依靠机长的实际现场经验和主观感觉对设备的运行状态和故障进行评估和判断，对机长的要求专业知识和现场经验要求比较高，而且耗时又准确率不能得到保证，因此，通过增加复合设备的自我故障诊断与信息系统对故障进行自动诊断，可减少了反复试验、停机检修、开机调试交替进行的麻烦。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1
一种无溶剂复合软包装膜袋的生产工艺，包括如下步骤：
(1)建立数学模型：在涂布复合设备上用户界面(GUI)设计平台上，针对涂布系统的涂布特性和涂胶量受多方面因素影响的特点，运用L₂₅(5⁶)型正交设计实验方案进行科学地实验设计，通过涂胶量与速比、计转间隙、主机速度和胶黏剂黏度的变化规律建立数学模型，以转移钢辊与涂布钢辊之间的速比作为控制涂胶量的主因素，计转间隙作为次因素，通过用户界面输入数学模型，根据数学模型计算并设定工艺参数；
其中，根据转移钢辊速比-涂胶量的变化规律为正比例线性的变化规律，建立数学模型为：
CW(R)＝11.7×R+0.0273；
其中，根据计转间隙-涂胶量的变化规律为正比例二次曲线的变化规律，建立的数学模型为：
CW(d)＝-5.2×7777777777777777777777；
根据不同复合材料要求的涂胶量，将以上两个数学模型可以作为判定速比和计转间隙最佳可调范围的依据，塑/塑复合材料要求的涂胶量范围在(1.2-1.8)g/m²之间，计转间隙设定为90μm时，转移钢辊与涂布钢辊的速比可调范围为(10％-16％)，当转移钢辊与涂布钢辊的速比设定为10％时，计转间隙可调范围为(90-100)μm；
主因素数学模型：
CW(R,d)＝-5.3×R-1.7×10^-3×d+1.76×10^-5×d²+0.3×R×d-1.3×10^-3×R×d²；
主因素数学模型作为判断不同速比和计转间隙下所需理论涂胶量的依据，得到无误差影响下的理想涂胶量；
主机速度V与涂胶量ΔCW之间的数学模型：
ΔCW(V)₁＝-1.43×10^-4×V²+0.011×V(V口80m/min)；
ΔCW(V)₂＝-1.325×10^-6×V²+6.45×10^-5×V(V口250m/min)。
当主机速度V以小于80m/min的低速和大于250m/min的高速运行时，涂胶量减小的趋势比较明显，涂胶量与速度之间呈现反比例二次曲线的变化关系；当主机速度V在(80-250)m/min范围内运行时，涂胶量平稳，几乎不随主机速度发生变化。为减小主机速度对涂胶量造成较大的误差影响，主机速度V不宜在低速(小于80m/min)运行；当主机速度V在高速(大于250m/min)运行时，应考虑将速比参数调大一些；当主机速度V在(80-250)m/min范围内运行时，可以达到较好的涂布效果。
另外，根据胶黏剂黏度η与涂胶量ΔCW之间的统计数据还可以建立线性关系的数学模型，使得在实际生产中，精确把握所用胶黏剂的黏度变化情况。
(2)放卷：在一定的张力控制下，将作为料卷的待复合基材和另一基材平稳展开，以便于进行涂胶和复合操作；
(3)混胶和上胶：在一定的温度下，将双组份粘胶剂按照一定的比例进行均匀混合，再输送到复合机上的储胶部位，或将单组份胶直接输送到复合机的储胶部位；
(4)涂布：将混合好的胶黏剂适量的涂覆在作为料卷的待复合基材上，采用多辊转移方式将待复合基材和另一基材平稳传输；
(5)复合：在适当的均匀压力下，将已涂胶的待复合基材与另一基材进行粘合；
(6)收卷：将粘合的复合膜在张力和收卷压力下进行卷取；
(7)熟化：将复合卷材放置在一定温度的环境中，使胶黏剂通过反应得到期望的复合牢度，通常要持续较长的时间才能基本完成；
(8)成品包装入库。
所述的涂布复合设备具有在线监测与控制系统，在线监测与控制系统由上位机、下位机和通信协议三部分构成，实现涂布量的实时控制、数据检测记录、故障报警记录、自动诊断保护、操作权限限定等功能，在储胶部位设置红外线温度传感器，在涂覆胶黏剂的涂覆辊部位设置光学距离传感器，在转移待复合基材的传输辊上设置角速度传感器，各传感器将监测信号反馈至上位机和由在线监测与控制系统直接反馈控制下位机。
同时涂布复合设备的自我故障诊断与信息系统能够根据正常运行时记录的各传感器信号与各传感器的实时信号进行比较，对故障进行自动诊断。
本发明的无溶剂复合胶黏剂与干式复合溶剂型胶黏剂和水性胶黏剂相比较而言的，单从单价上来看，无溶剂复合胶黏剂的成本确实要比其他两种胶黏剂略高一些，但无溶剂复合的涂胶量很小，不及干式复合涂胶量的一半，能节省不少成本。
本申请的无溶剂复合胶黏剂与干式复合胶黏剂的用胶指标比较详见表1。
表1

从表1可以看出，无溶剂复合工艺的综合涂胶成本为3.0～6.0分/m²，干式复合工艺中溶剂型胶黏剂的综合涂胶成本为6.0～11.9分/m²，水性胶黏剂的综合涂胶成本为8.6～10.8分/m²。显然，无溶剂复合工艺的涂胶成本比干式复合工艺中溶剂型胶黏剂的涂胶成本节约大概50％，比干式复合水性胶黏剂的涂胶成本节约45％～65％。当然，复合产品产量越大，带来的成本节约就越多。