李玉仙 李敏 徐巧藝
聚氯乙烯（PVC）片材在包裝上的應用十分普遍。這種材料在包裝的美觀性和保護性、包裝成本、生產的普及型和便利性、包裝工藝的自動化程度等各方麵的表現都十分突出。但聚氯乙烯在加工過程中不可避免地要添加增塑劑、防老劑等具有毒性的輔料，後期回收處理時在較高溫度下會慢慢分解出對人體有害的氯化氫氣體。
對現代包裝業來說，包裝環保化、綠色化已成為行業發展的必然趨勢。近年來PVC製品在各個領域的包裝選材中都逐漸被更加環保的材質所取代，食品及日化行業則走在各行業的前列。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）憑借其優良的韌性、高強度、高透明性，以及可回收再生利用、燃燒不產生有害氣體的優異環保性能，受到消費者和生產者的極大青睞。越來越多的快速消費品企業發布可持續宣言，表示將陸續停止使用PVC材料並逐步轉向使用PET材料。牙刷包裝中使用的吸塑罩殼片材的轉換就是很好的實踐。
但PET材料的特殊性給自動包裝生產線帶來了挑戰。與PVC材料相比，PET材料加工溫度高、熔點高、柔韌性好，對於包裝機器的衝切模具要求很高，且衝切模具更換頻率較PVC高，無疑增加了企業生產成本。針對以上問題進行分析，通過PET片材結構優化、吸塑油改良和自動包裝生產線升級改造，最終得到焊接效果合格的包裝成品。
一、材料部分
1.PET片材結構優化
PET雖然已被用於吸塑包裝，但由於是結晶材料，玻璃化轉變溫度高，模塑溫度高，普通聚酯薄膜經過特殊工藝處理隻能得到30%以下的熱收縮率，加工成型困難，抗衝擊性能差，因此需要通過改性、共混等方法改進其加工成型性能，來滿足牙刷吸塑包裝的要求。
APET（非結晶化聚對苯二甲酸乙二醇酯）片材是由使用間苯二甲酸及二甘醇對聚酯進行改性後的樹脂經擠出成型而得。APET是熱塑性環保塑膠產品，廣泛應用於吸塑包裝，其邊料與廢品可回收，所含化學元素同紙張一樣為碳、氫、氧，屬於可降解塑料。APET的耐折性好，比重比一般材質低3.7%，透明度高、強度高、耐低溫，能耐零下幾十攝氏度而不脆裂。與PET相比，APET的低溫韌性（抗衝擊性能和抗撕裂性）和耐熱性得到改善，製品外觀透明度更高。
PETG是以二元醇進行共聚改性所製得的PET共聚物。PETG的硬度、剛度和韌性都比PET均聚物好，低溫下也保持應有的韌性。製品的透明度更高，幾乎可以達到無色。其韌性相對APET較低，熔點比APET低20 ℃，有更好的加工性能和吸塑性能，並且是一種可降解的環保型材料。
結合APET和PETG兩者優良的特性，將PET吸塑片材做成三層複合片材。這種三層複合片材由中間層APET、上下兩層PETG原料按合適比例共擠產生，如圖1所示。PETG更容易被切斷，可以有效提高刀模的壽命。一般在切割APET的情況下，切刀的壽命隻有15萬次，刀具磨損後需要打磨。因為上下切刀的間隙要保持在一定範圍之內，所以切刀一般隻允許打磨5次。而做成三層複合結構後，有效提高了刀模的壽命。另外，可以在中間層增加一定的回收材料來降低成本。
2.吸塑油的影響
吸塑包裝一般是將不規則物體通過使用PVC或PET透明泡罩加以密封防護，再將泡罩與已塗敷吸塑油的紙卡（紙張）通過熱壓黏合在一起，形成完整、規則、透明的包裝形式。目前中國牙刷市場主流的包裝方式均采用真空吸塑包裝，具體結構如圖2所示。
吸塑油是連接背卡和吸塑罩殼的黏合劑。在更換吸塑泡罩材料時，吸塑油的選擇成為影響焊接效果的關鍵因素。吸塑油的主要成分是樹脂（如聚氨酯類、丙烯酸類等）和添加劑（如抗老化劑、稀釋劑等）。在牙刷背卡印刷完畢之後，可選擇在線或者離線塗布吸塑油。吸塑油的成分、黏性、稀稠度、塗布程度、塗布後背卡放置時間等都會影響牙刷吸塑焊接的效果，需要選擇與PET材料匹配的吸塑油。
3.測試方案的建立
吸塑包裝焊接效果合格的判定方法為：焊接後將吸塑片材與牙刷背卡全部用手撕開，破壞界麵發生在紙纖維層，並且吸塑片材的焊接麵積範圍內附有90%以上的紙纖維；連續焊接不良的長度不得超過1 cm。隻有塑料片附有一定量的紙層纖維，才能滿足在生產、搬運、儲存、運輸、銷售過程中吸塑包裝不會輕易破開，產品到達消費者手中時依舊密封性良好。
通過一係列模擬生產過程和實際運輸過程的測試驗證(如表1)，在牙刷背卡相同的條件(全轉移技術)下，所改良的吸塑油不僅滿足PET複合材料吸塑罩殼的焊接要求，同時對PVC材料的吸塑罩殼也可適用。這可幫助企業在進行物料轉換時減少庫存物料的報廢，節約費用。
二、機器改造升級
選擇優化後的PET複合片材和匹配的吸塑油，針對PET材質特性，對自動包裝機器分別從預熱工位、模切前工位以及模切工位三個方麵進行升級改造。
預熱工位的問題在於PET片材的軟化點在60℃左右，在自動生產線停開機5 s以上，PET片材會從兩邊向內收縮變形，黏附在預熱板上，導致要重新接駁和清廢。解決方案是增加冷風裝置，在停開機時對著片材和預熱板之間吹冷風，確保片材不會收縮變形。
模切前工位的改善是根據PET片材冷卻後更易模切、不傷切刀的原理，在模切前增加冷卻裝置，讓PET快速冷卻並更容易被切斷，有效提高刀模的壽命。
模切工位的改善是對上固定板的材料、密度進行調整並進行調質處理，增加整體的剛性，確保長時間使用不變形，以保證整體平麵度在機構設計要求之內。導柱直徑加大至40 mm，增加導柱的剛性，提升整體的穩定性。改變導柱的上下定位方式，利用導柱的最大外圓定位（上固定板的背麵加工直徑為40 mm的定位孔），確保導柱長時間使用不易變形。改變衝刀固定座的鑄造材料、增加相應的熱處理，同時增加支撐點部位的加強筋，保證其長時間使用不易變形，確保固定座的整體平麵度。
通過對這三個工位的協同改造，可以極大改善產品的焊接效果。
三、結論和展望
通過優化PET片材結構，選擇匹配的吸塑油，對偽。常見的有溫變油墨、光變油墨等防偽油墨，金銀卡紙、鐳射紙、光棒鐳射紙、介子紙以及帶有微縮文字或鐳射圖案的專版紙、貓眼等承印材料，燙金、燙銀、燙全息圖案、冷轉移、冷燙、數字燙金、壓紋、凹凸、凸油、植絨、光油、磨砂、冰點、冰花等表麵整飾工藝，還有噴印可變二維碼、3D印刷等自動包裝機器進行升級改造，解決了PET材料所存在的難吸塑、預加熱易變形、不易被模切的問題，實現了環保PET吸塑泡罩在牙刷包裝上的成功應用（如圖3）。未來牙刷包裝在兼顧美觀實用的同時，必定會更加廣泛深入地應用環保的材料及工藝，如采用去膜化的材料、采用更加環保的油墨及光油等，切實踐行綠色包裝的承諾。
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