BOPP 煙膜摩擦系數(shù)對香煙包裝成型的影響研究

項(xiàng)磊 周先進(jìn) 佘世科 武斌 葛少林 李云峰

（1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；2.湛江包裝材料企業(yè)有限公司）

1. 前言

BOPP 薄膜廣泛應(yīng)用于香煙包裝，有“保香公主”的美譽(yù)[1]，這種材料就是煙草行業(yè)常說的透明紙。跟其它煙用輔料相比，BOPP 煙膜（簡稱煙膜，下同）質(zhì)量要關(guān)注很多技術(shù)指標(biāo)，在所有量化煙膜的物性指標(biāo)中，摩擦系數(shù)無疑是一個很關(guān)鍵的指標(biāo)，它直接表征了這種材料在煙機(jī)上的運(yùn)行性。

運(yùn)行性在很大程度上直接對應(yīng)煙膜的摩擦系數(shù)，因此研究摩擦系數(shù)，對煙廠提高生產(chǎn)率，控制產(chǎn)品質(zhì)量是非常關(guān)鍵的一環(huán)[2-5]。

在包裝香煙過程中，隨著工藝溫度的升高，煙膜的摩擦系數(shù)也在升高，煙包在運(yùn)行中和金屬通道接觸的時間比較長，要特別關(guān)注煙膜對金屬的摩擦系數(shù)。通過摩擦系數(shù)指標(biāo)基本上就可以判斷煙膜在煙機(jī)上運(yùn)行的具體效果[6-9]。

從煙廠的角度來看，一般會根據(jù)熱收縮率的不同把小包煙膜分成高收縮、中收縮、微收縮以及普通四大類。厚度上有些微差別，高收縮一般為21 微米，其余均為22 微米[10-13]。本文主要探討摩擦系數(shù)最佳范圍，以便在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)煙包的運(yùn)行要求針對性地調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)。

2. 試驗(yàn)過程

2.1 設(shè)備和材料

摩擦系數(shù)測試儀，型號：THWING-ALBERT MODEL 225-1，產(chǎn)地：美國；

厚度測試儀，型號：MAHR C1216，產(chǎn)地：徳國；

煙機(jī)，ZB45 硬盒硬條包裝機(jī)組（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司），F(xiàn)OCKE FX2 包裝機(jī)組（德國FOCKE 公司）；

美容器，71ASGT1/B 小包煙膜整形裝置（天馳天新機(jī)電技術(shù)有限公司），雙面燙，雙通道雙面美容整形；

高收縮小包煙膜，設(shè)計(jì)厚度21 微米；

中收縮、微收縮和普通小包煙膜，設(shè)計(jì)厚度22 微米。

2.2 工藝參數(shù)

包裝機(jī)速度400 包/分鐘；

輸送帶線速度V=76 m/min=1.27 m/s；

煙膜側(cè)邊熱封溫度145℃；

美容器工作溫度105℃。

煙膜與煙包在包裝機(jī)中經(jīng)過的主要工序有煙包輸送、煙膜傳送、折疊成形、熱封燙、美容整形、煙包輸出等主要6 個小工序，如圖1 所示。

其中煙膜經(jīng)過輸送、切割裝置后成為定長單張包裝單元，包裹在小盒煙包上被送入成型轉(zhuǎn)塔，經(jīng)側(cè)部折疊、熱封后送入通道，完成小盒煙包頂?shù)撞康恼郫B、熱封，并送入美容器整形，至下一流程。

圖1. 包裝機(jī)上透明紙（煙膜）工序示意圖Figure1. Diagram of transparent paper process on packaging machine

通過對工序分析，主要有以下幾個關(guān)鍵點(diǎn)對整個過程有較大影響，并與煙膜的摩擦系數(shù)有直接的關(guān)系，具體如下：下紙折疊成型、熱封美容以及輸出環(huán)節(jié)。

a. 下紙輸送、折疊成型：該環(huán)節(jié)考察常溫下23℃煙膜的適機(jī)特性，對應(yīng)包裝完整性指標(biāo)；

b. 熱封燙、美容整形：該環(huán)節(jié)考察高溫下80℃煙膜的適機(jī)特性，對應(yīng)美容定型通過性指標(biāo)；

c. 輸出工序：該環(huán)節(jié)考察35℃煙膜的適機(jī)特性，對應(yīng)煙包在通道的通過順暢性指標(biāo)。

2.3 測試過程及測試方法

試驗(yàn)選定FOCKE FX2 機(jī)型用于高收縮小包的試驗(yàn)，機(jī)速為800 包∕分鐘；其他煙膜選定ZB45 機(jī)型，除開普通小包的機(jī)速為350 包/分鐘，其它類型煙膜統(tǒng)一機(jī)速為400 包∕分鐘，試驗(yàn)時間均為6 小時。

把不同牌號的煙膜上機(jī)運(yùn)行，記錄相同時間段內(nèi)的剔煙次數(shù)、卡包次數(shù)，并根據(jù)生產(chǎn)總量計(jì)算出每個指標(biāo)對應(yīng)的關(guān)鍵工序的剔出率。

如果出現(xiàn)較大的運(yùn)行故障則直接終止該牌號的試驗(yàn)。

對不同牌號的煙膜進(jìn)行厚度測試和摩擦系數(shù)測試，厚度測試標(biāo)準(zhǔn)：DIN53370；摩擦系數(shù)的測試標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D 1894。

3. 結(jié)果與討論

3.1 高收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運(yùn)行性的測試結(jié)果

高收縮小包煙膜必須適應(yīng)較快的包裝速度，400 包∕分鐘屬于行業(yè)均值水平，最快的可以達(dá)到800-1000 包∕分鐘。高收縮煙膜的收縮率一般介于7%-10%，在溫升的狀態(tài)下比較容易發(fā)粘，摩擦系數(shù)會相應(yīng)升高，所以對摩擦系數(shù)的要求比較苛刻。

本次試驗(yàn)的機(jī)速為800 包∕分鐘，具體測試數(shù)據(jù)和上機(jī)情況如表1 所示。

結(jié)果表明：高收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，包裝完整性降低，常溫摩擦系數(shù)不宜超過0.23；中溫摩擦系數(shù)表征通道順暢性，與常溫摩擦系數(shù)呈線性關(guān)系，中溫摩擦系數(shù)大于0.26 影響煙包通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.3，煙包在美容器通過性能明顯下降。

表1 高收縮小包煙膜指標(biāo)測試及實(shí)驗(yàn)情況Tab1 High shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

表2 中收縮小包煙膜指標(biāo)測試及實(shí)驗(yàn)情況Tab2 Medium shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.2 中收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運(yùn)行性的測試結(jié)果

中收縮小包煙膜比較接近高收縮，有些煙膜廠甚至直接把二者合并為一類，收縮率一般介于5%-7%。具體測試數(shù)據(jù)和上機(jī)情況如表2 所示。

結(jié)果表明：中收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)在0.24 時，煙包折疊包裝完整性顯著增高；中溫摩擦系數(shù)也表現(xiàn)為隨常溫摩擦系數(shù)的增大而增大；同高收縮小包煙膜表現(xiàn)一致的是，中溫摩擦系數(shù)在大于0.26 影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)小于0.28 時，煙包在美容器通過性能良好。

3.3 微收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運(yùn)行性的測試結(jié)果

微收縮小包煙膜與高、中收縮的差異比較大，所適用的煙機(jī)速度會慢一點(diǎn)，一般在350～400 包∕分鐘左右。微收縮小包的收縮率一般介于3% - 5%，對運(yùn)行性的影響比較小。單看收縮率這個指標(biāo)，它更接近于普通不收縮小包，但考慮到挺度方面不如高中收縮，所以摩擦系數(shù)也要控制得比較低才行，否則也會出現(xiàn)運(yùn)行性問題。具體測試數(shù)據(jù)和上機(jī)情況如表3 所示。

結(jié)果表明：在試驗(yàn)中，出現(xiàn)了多個煙膜適機(jī)性能差的情況，這可能與該類型包裝膜的配方設(shè)計(jì)有關(guān)；低收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體也呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)大于0.20 時，煙包折疊包裝完整性顯著降低，摩擦系數(shù)達(dá)到0.22 時，剔除率明顯提升至 0.05%；中溫摩擦系數(shù)在大于0.26 時影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.30 時，煙包在美容器通過性降低。

表3 微收縮小包煙膜指標(biāo)測試及實(shí)驗(yàn)情況Tab3 Micro-shrinkage pouch cigarette film testing and experimental situation

表4 普通不收縮小包煙膜指標(biāo)測試及實(shí)驗(yàn)情況Tab4 Ordinary non-shrinkage pouch cigarette filmtesting and experimental situation

3.4 普通不收縮小包煙膜摩擦系數(shù)與運(yùn)行性的測試結(jié)果

普通不收縮小包煙膜是一個傳統(tǒng)品種，屬于比較低端的產(chǎn)品。煙機(jī)運(yùn)行速度一般為300-400包∕分鐘，收縮率一般不大于4%，所以對摩擦系數(shù)的要求會低一些。

本次試驗(yàn)是直接在ZB45 機(jī)型上降速至350包∕分鐘進(jìn)行考察，具體測試數(shù)據(jù)和上機(jī)情況如表4 所示。

普通不收縮小包煙膜的摩擦系數(shù)隨溫度的升高整體也呈現(xiàn)增大的趨勢；常溫摩擦系數(shù)升高小包剔除率增加，摩擦系數(shù)大于0.23 時，煙包折疊包裝完整性顯著降低，摩擦系數(shù)在0.18~0.21 時，包裝性能良好；中溫摩擦系數(shù)在大于0.30 時影響通道輸送效率；高溫摩擦系數(shù)決定了煙包在美容器通過的順暢性，高溫摩擦系數(shù)大于0.24 時，煙包在美容器通過性明顯降低，多次出現(xiàn)卡包無法通過現(xiàn)象。

4. 結(jié)論

經(jīng)研究，上機(jī)運(yùn)行順暢的收縮小包煙膜（含高、中、微收縮）的摩擦系數(shù)建議控制范圍：

1）常溫摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.22；

2）35℃的摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.26；

3）80℃對金屬的摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.24。

普通不收縮小包煙膜因?yàn)檫\(yùn)行速度較低，再加上其它物性的干擾很小，所以摩擦系數(shù)的要求可以適當(dāng)放松。

具體指標(biāo)建議如下：

1）常溫摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.24；

2）35℃的摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.28；

3）80℃對金屬的摩擦系數(shù)應(yīng)小于0.24。

研究表明，摩擦系數(shù)這個物性指標(biāo)，無法表征化學(xué)結(jié)構(gòu)方面的差異[14-15]，但是存在不同供方的包裝膜在配方上（主要是添加劑作用）有較大差異，有時兩種材料的透明紙摩擦系數(shù)一致，但上機(jī)性能卻有明顯差異。

甚至是摩擦系數(shù)稍高的材料運(yùn)行起來還好于稍低的材料。該上機(jī)表現(xiàn)情況就與BOPP 煙膜中添加劑的類型和化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。

有些材料的各項(xiàng)摩擦系數(shù)是統(tǒng)一的，比如某個材料低溫摩擦小，高溫摩擦也小，對金屬的摩擦更小，減輕了優(yōu)選煙膜的難度。但同時也有一些材料的各項(xiàng)摩擦系數(shù)隨溫度變化規(guī)律并不統(tǒng)一，只是某一項(xiàng)比較突出，這就要求仔細(xì)甄別，區(qū)別使用。