Trong quá trình sản xuất bao bì mềm, quy trình tạo thành phẩm cuộn và túi giữ vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện sản phẩm. Đối với bao bì sử dụng màng phức hợp, thông thường sau khi in, các lớp màng thành phần sẽ được ghép thành màng phức hợp với các phương pháp ghép khác nhau ( hoặc được ghép trước khi in nếu in bằng phương pháp in flexo). Sau khi ghép màng, các cuộn màng sẽ được chia cuộn thành các cuộn thành phẩm và giao hàng cho khách hàng nếu khách hàng đóng gói tự động. Trường hợp khác (giao hàng dạng túi), sau khi chia cuộn, các cuộn màng sẽ được chuyển sang các thiết bị định hình và hàn túi thành các dạng túi khác nhau.

1. Các phương pháp ghép màng phức hợp

Màng phức hợp được tạo thành bằng cách:

• Ghép hai hay nhiều lớp màng bằng chất kết dính
• Đùn lên một lớp màng vật liệu một lớp vật liệu khác ở dạng lỏng (nóng chảy), sau khi lớp vật liệu này nguội đi sẽ đông cứng lại.

Có ba phương pháp tráng ghép màng cơ bản thường được ứng dụng trong sản xuất bao bì mềm, trong đó mỗi phương pháp bao gồm các dạng riêng: tráng ghép đùn (bao gồm đùn đơn, đùn trước và sau, đùn kép); ghép khô (gồm ghép có dung môi, ghép không dung môi, ghép kết hợp) và ghép ướt.

1.1. Kỹ thuật và thiết bị ghép ướt

Phương pháp ghép ướt là phương pháp ghép bằng keo, tại thời điểm ghép hai lớp vật liệu với nhau chất kết dính (keo) ở trạng thái lỏng. Đây là phương pháp ghép được sử dụng khá rộng rãi, đặc biệt ứng dụng nhiều nhất khi ghép màng hoặc màng nhôm với giấy.

Keo sử dụng trong phương pháp ghép này là dạng keo polymer nhân tạo phân tán trong nước. Trong quá trình ghép, keo ở trạng thái lỏng sẽ thẩm thấu qua một lớp vật liệu và bay hơi sau đó.

Sơ đồ nguyên lý ghép ướt:

1.2. Kỹ thuật và thiết bị ghép khô

1.2.1. Ghép không dung môi

Là phương pháp ghép bằng keo. Như tên của phương pháp đã chỉ ra, kỹ thuật ghép màng không dung môi không sử dụng các loại keo có gốc dung môi mà sử dụng loại keo 100% rắn, nhờ đó có thể giảm một cách đáng kể việc tiêu thụ năng lượng tiêu tốn cho các công đoạn sấy khô dung môi trong keo, hoặc cho việc thổi và thông gió. Keo được sử dụng là loại keo một hoặc hai thành phần. Loại keo một thành phần được dùng chủ yếu để ghép với giấy.

Để ghép không dung môi, phải có bộ phận tráng keo đặc biệt, trục tráng keo phẳng thay vì trục khắc, keo rắn được làm nóng bởi các trục dàn keo được gia nhiệt. Sức căng bề mặt của màng phải được chú ý đặc biệt. Cần xử lý để màng có độ bám dính, vì độ bám dính ban đầu của keo rất yếu khi chưa khô. Lớp keo được tráng vào khoảng từ: 0.8- 1.5g/m2.

Các ưu điểm của công nghệ ghép màng không dung môi:

• Giảm được tiếng ồn do không có hệ thống thông gió
• Không còn sót dung môi trong lớp màng đã ghép, do đó rất thích hợp cho việc dùng làm bao bì thực phẩm, dược phẩm.
• Không gây ô nhiễm không khí
• Chi phí đầu tư thấp
• Không cần sấy qua nhiệt
• Yêu cầu về mặt bằng ít
• Chi phí sản xuất thấp
• Tốc độ sản xuất cao

Công nghệ ghép màng không dung môi là công nghệ ghép màng tiên tiến hiện nay trong lĩnh vực ghép màng. Các nhà sản xuất và sản xuất bao bì trên thế giới đang chuyển sang phương pháp ghép màng không dung môi này.

Sản phẩm ứng dụng phương pháp ghép này là các loại màng ghép trong suốt như sau: PA/PE, BOPP/PP, AL/Paper, PET/Paper…

1.2.2. Ghép có dung môi

Là phương pháp ghép bằng keo. Keo được sử dụng ở đây là keo có chứa dung môi. Keo được tráng lên màng và ngay sau đó được sấy khô, lớp màng có lớp keo được sấy khô sẽ ghép với một lớp màng khác ở bộ phận ghép, sau đó màng được thu lại ở cuộn thu.

Đây là phương pháp ghép thích hợp với nhiều loại vật liệu, cho liên kết chắc chắn, độ bền nhiệt cao, tuy nhiên gặp nhiều vần đề về môi trường do sử dụng keo gốc dung môi ….

1.2.3. Ghép kết hợp

Là phương pháp ghép một lớp vật liệu bằng keo với một lớp vật liệu được đùn thổi từ máy đùn

Thiết bị ghép bao gồm bộ phận xả cuộn, bộ phận tráng keo (keo ở đây là keo gốc dung môi), bộ phận sấy keo, bộ phận đùn thổi, làm lạnh màng và xử lý corona trước khi ghép hai lớp màng với nhau, bộ phận ghép màng, bộ phận thu cuộn màng thành phẩm.

1.3. Kỹ thuật và thiết bị trúng ghép đùn

1.3.1. Ghép đùn

Nhựa dưới dạng hạt được đun nóng chảy và đùn ra từ đầu đùn một dòng nhựa lỏng lên bề mặt một màng vật liệu. Trong quá trình ghép một vật liệu thứ 3 với lớp vật liệu thứ 1, dòng nhựa nóng chảy này đóng vai trò keo dán. Sau đó vật liệu vừa được ghép qua lô cán và làm lạnh, nhựa được dàn mỏng và đông cứng lại, tạo một lớp màng ở giữa, lúc này cả ba lớp vật liệu được ghép vào nhau.

Có nhiều dạng thiết bị ghép đùn: đùn đơn, đùn trước sau, đùn kép.

=> Đùn đơn:

Sản phẩm thu được gồm ba lớp (U1; E1; U2) trong đó El vừa có vai trò là lớp kết dính vừa có vai trò là lớp thành phần.

=> Đùn trước và sau:

Sản phẩm thu được gồm năm lớp (U1; E1; U2; E2; U3) trong đó El; E2 vừa có vai trò là lớp kết dính vừa có vai trò là lớp thành phần.

=> Đùn kép:

Kỹ thuật đùn kép là kỹ thuật tiên tiến đang được phát triển mạnh mẽ trên khắp thế giới. Đây là phương pháp lý tưởng để sản xuất các loại màng nhiều lớp ngay trên máy, kết hợp các tính chất của các loại nhựa khác nhau nhằm tạo ra một loại màng phức hợp cộng hưởng các ưu điểm của các loại nhựa thành phần, điều mà vật liệu đơn không có được. Điều này quan trọng khi có nhiều yêu cầu đặc biệt cần được thỏa mãn, chẳng hạn như hiệu ứng bám dính của màng căng và tính chất ngăn cách cần thiết của màng dùng cho sản xuất bao bì thực phẩm.

Sự khác biệt chủ yếu giữa ghép dán hay đùn trước sau với đùn kép là: khi ghép dán hay đùn trước sau, màng ghép được tạo ra bằng cách ghép dính các lớp màng đã có sẵn và đòi hỏi nhiều công đoạn; trong khi đó ở công nghệ đùn kép, các dòng nhựa được kết hợp với nhau trước khi rời khỏi đầu lò đùn. Nói một cách khác, đùn kép dựa trên khả năng đùn ra hai hay nhiều lớp trong cùng một công đoạn và cùng một thời điểm.

Trong công nghệ đùn kép, vấn đề quan trọng là lựa chọn các vật liệu để kết hợp với nhau và lựa chọn cấu trúc lớp màng ghép phù hợp với yêu cầu của sản phẩm. Việc lựa chọn này phụ thuộc vào các tính chất của sản phẩm được bao gói; phụ thuộc vào khả năng ghép dính (sự tương thích) của các loại nhựa cấu thành và vào giá nguyên liệu.

Yếu tố quyết định chính là sự tương thích của các loại nhựa được sử dụng. Sự tương thích phụ thuộc vào các đặc tính chảy và độ dính của các loại nhựa thành phần được đùn kép. Độ nhớt của nhựa không được quá khác biệt.

Trong bất kì trường hợp nào, một vấn đề luôn luôn cần ghi nhớ là hiệu ứng xoắn của lớp màng nhiều lớp. Hiệu ứng này được định nghĩa như là xu hướng luôn xoắn lại của một màng nhiều lớp. Hiện tượng này có thể được loại bỏ hoặc khắc phục bằng cách chọn cấu trúc đối xứng, hoặc trang bị bộ phận kiểm tra sức căng của màng trên khắp máy đùn. Trong các phương pháp kể trên, đùn kép ngày nay đã trở thành một phương pháp vừa lý tưởng, vừa có hiệu quả kinh tế cao để tạo màng phức hợp. Nó có những ưu thế lớn so với các phương pháp ghép màng khác như sau:

• Nhiều chất dẻo khác nhau có thể kết hợp nhằm tạo ra màng phức hợp có những tính năng mong muốn chỉ trong một quá trình.
• Tạo được màng có độ dày đa dạng, phù hợp cho bất kì mục đích sử dụng nào.
• Việc sử dụng vật liệu được tối ưu hóa nhờ tạo ra các màng có độ dày nhỏ nhưng vẫn đủ các tính chất cần thiết.
• Tạo ra màng đa lớp có độ bám dính cao giữa các lớp.
• Không cần sử dụng keo dán hay dung môi vốn dĩ rất đắt tiền, lại dễ bị sự cố và năng suất thấp.
• Lớp cản chủ yếu sẽ được bảo vệ bằng cách đặt giữa các lớp khác. Màu sắc có được mà không cần phải hy sinh những tính chất bề mặt, bằng cách để cho lớp đã được pha màu nằm lọt giữa những lớp trong suốt khác. Điều này làm tăng độ bóng và độ óng ánh trên bề mặt bao bì.
• Có thể kết hợp các màng có màu khác nhau.
• Có thể tạo ra cả hai mặt có tính hàn tốt chỉ trong một quá trình. Có thể khử được các lỗ kim
• Có thể khử được hoàn toàn hiện tượng màng bị quăn xoắn bằng cách sử dụng các cấu trúc đối xứng mà không cần tăng thêm chi phí.
• Chất lượng sản phẩm tốt hơn nhiều khi xét đến độ trong suốt, độ phẳng, độ bám dính, độ bóng và việc kiểm soát độ dày.
• Các mẫu thừa có thể được tái sinh như là một lớp hỗn hợp. Ngoài việc làm giảm phí tổn, điều này còn giải quyết được các vấn đề môi sinh.

Nó là cách rẻ nhất để kết hợp các tính năng cần thiết của nhiều loại chất dẻo khác nhau trên một màng phức hợp.

1.4. So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp ghép màng

Phương pháp ghép màng	Ưu điểm	Nhược điểm
Ghép đùn	-Tốc độ tráng phủ cao (lượng sản phẩm lớn) -Chi phí thấp đối với yêu cầu bám dính cao -Không cần lựa chọn nền -Chiều dày tùy ý.	-Chi phí ban đầu cao -Tốn kém nhựa khi khởi động và đổi nhựa -Khó gia công và kiểm tra chất lượng -Độ chịu nhiệt thấp.
Ghép khô	-Hao hụt ít (hao hụt ít đối với sản lượng lớn) -Không cần lựa chọn nền -Tính năng tốt – chất lượng cao -Tính chịu nhiệt cao (trừ LDPE).	-Lượng dung môi thừa  -Nguy cơ cháy nổ  -Khó ổn định keo ghép  -Chiều dày của lớp nền đòi hỏi sự đồng đều cao.
Ghép ướt	-Tốc độ máy cao (số lượng sản phẩm lớn) -Chi phí keo thấp -Thao tác dễ dàng an toàn	-Hệ thống sấy đắt tiền -Nền phải xốp -Ít đặc sắc về chất lượng.

2. Hàn dán

2.1. Đặc điểm chung

Hàn dán là phương pháp tạo mối liên kết chắc chắn giữa các lớp vật liệu thành phần, ở đó ranh giới giữa các bề mặt vật liệu liên kết hoàn toàn biến mất, thay vào đó là một lớp chuyển tiếp.

Lớp chuyển tiếp trong việc hàn dán polymer dạng thẳng và phân nhánh được tạo ra từ kết quả của sự khuếch tán phân tử các vật liệu khi chúng tiếp xúc với nhau (lúc này, các lớp vật liệu đang ở trạng thái nóng chảy); hoặc từ kết quả các phản ứng liên kết hóa học xảy ra giữa các mắt xích phân tử của các bề mặt liên kết.

Việc hàn dán tạo ra từ kết quả của sự khuếch tán phân tử có thể chia làm hai dạng: hàn dán nóng (bằng cách gia nhiệt) và hàn dán với sự trợ giúp của các chất hòa tan.

=> Điều kiện cần thiết để có thể hàn dán nóng được là:

• Nhiệt độ lớp vật liệu hàn dán phải cao hơn nhiệt độ chảy (dẻo) của polymer có cấu trúc vô định hình hoặc cao hơn nhiệt độ hoá lỏng của polymer có cấu trúc thủy tinh thể và nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy của polymer.
• Áp lực ép: nhờ áp lực ép khi hàn, các bề mặt tiếp xúc xích lại gần nhau hơn, tạo điều kiện cho việc hình thành mối liên kết giữa các phân tử bề mặt tiếp xúc. Lúc này các polymer đang ở thể lỏng nên việc khuếch tán qua lại giữa các lớp hàn dán phụ thuộc vào khả năng chảy (độ nhớt) của chúng. Vật liệu có độ nhớt cao khả năng khuếch tán thấp thì cần lực ép cao, vật liệu có độ nhớt thấp khả nặng khuếch tán cao thì cần lực ép nhỏ. Lực ép ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của mối hàn.

Khi hàn dán hai bề mặt vật liệu của hai loại polymer khác nhau, mối hàn dán chỉ hình thành một cách chắc chắn khi hai loại polymer này có độ nhớt tương đương nhau. Nếu hai polymer có độ nhớt khác nhau loại polymer có độ nhớt cao sẽ không khuếch tán vào polymer có độ nhớt thấp hơn.

Việc ép phải được tiến hành trong một khoảng thời gian thì mối hàn mới hình thành một cách bền vững.

2.2. Khả năng hàn dán của các loại polymer

Dựa vào khả năng hàn dán polymer có thể được chia làm ba nhóm:

• Nhóm một: nhóm có khả năng hàn dán tốt. Ở nhóm này, năng lượng cần thiết để hóa lỏng chúng không cao hơn 150KJ/mol, nhiệt độ chảy (dẻo) của chúng ở trong khoảng 50 độ C hoặc hơn một ít, độ nhớt của polymer khi ở thể lỏng nằm trong khoảng 100-100 000 Pa.s, ví dụ polyolefin.
• Nhóm hai: nhóm các dạng polymer có khả năng hàn dán, tuy nhiên khi hàn dán phải lựa chọn phương pháp và thiết bị hàn dán thích hợp. Ở nhóm này năng lượng cần thiết để hóa lỏng chúng cao, độ nhớt của polymer khi ở thể lỏng nằm trong khoảng hơn 100 000 Pa.s, khoảng cách giữa nhiệt độ hóa lỏng và nhiệt độ phân hủy nhỏ nên gây khó khăn trong việc hàn dán.Ví dụ: PVC, PE định hướng hai chiều, PP, PA.
• Nhóm ba: nhóm không hàn dán được. Ở nhóm này năng lượng cần thiết để hóa lỏng chúng rất cao, độ nhớt của polymer khi ở thể lỏng nằm trong khoảng hơn 10¹¹ đến 10¹² Pa.s

Nhiệt độ hóa lỏng của một số polymer thông dụng

Loại màng	Nhiệt độ hóa lỏng (°C)
PE mật độ thấp	110
PE mật độ cao	140
PP	170
PVC	180
PA	225-260
PET (Polyester)	280

2.3. Các phương pháp hàn dán

2.3.1. Hàn nóng có bộ phận gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu

Phương pháp này là phương pháp sử dụng các thanh ép được gia nhiệt để ép hai lớp vật liệu cần hàn dán vào nhau, có thể cả hai thanh ép đều được gia nhiệt hoặc chỉ một thanh ép được gia nhiệt.

Thời gian hàn tỷ lệ nghịch với mức độ thay đổi nhiệt độ của vật liệu α.

Mức độ thay đổi nhiệt độ của vật liệu a phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt – nhiệt dung (c); mật độ (ρ) và độ dẫn nhiệt của vật liệu (λ):

α: mức độ thay đổi nhiệt độ m² /s (định nghĩa là số m² thay đổi 1 độ trong thời gian một giây)

λ: độ dẫn nhiệt của vật liệu W/(m.K)

C: khả năng hấp thụ nhiệt- nhiệt dung J/kg.K ( nhiệt lượng cần hấp thụ để 1 kg vật liệu thay đổi 1 độ)

ρ: mật độ kg/m³

Vì vậy:

• Khi độ dẫn nhiệt của vật liệu càng cao thì độ thay đổi nhiệt độ lớn dẫn đến thời gian hàn nhanh
• Khi độ dẫn nhiệt của vật liệu càng nhỏ thì độ thay đổi nhiệt độ nhỏ dẫn đến thời gian hàn chậm.
• Khi nhiệt dung của vật liệu lớn thì độ thay đổi nhiệt độ nhỏ dẫn đến thời gian hàn chậm.
• Khi nhiệt dung của vật liệu càng nhỏ thì độ thay đổi nhiệt độ lớn dẫn đến thời gian hàn nhanh.
• Khi mật độ của vật liệu lớn thì độ thay đổi nhiệt độ nhỏ dẫn đến thời gian hàn chậm.
• Khi mật độ của vật liệu càng nhỏ thì độ thay đổi nhiệt độ lớn dẫn đến thời gian hàn nhanh.

Độ dày của vật liệu cũng ảnh hưởng rất lớn đến thời gian hàn nhiệt: độ dày càng lớn thời gian hàn và nhiệt độ của thanh ép phải càng cao.

Thời gian hàn (tốc độ hàn) phụ thuộc vào nhiệt độ bộ phận ép, độ dày vật liệu và tính chất truyền nhiệt của vật liệu.

Tính chất dẫn nhiệt và khả năng hấp thụ nhiệt của một số polymer:

Hàn nóng có bộ phận gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vật liệu có thể tiến hành theo hai cách hàn liên tục và hàn theo nhịp máy.

=>Hàn liên tục: công cụ hàn luôn tiếp xúc với màng ở mọi thời điềm. Tùy theo cấu trúc của bộ phận hàn có thể có hai dạng: dạng dùng trục ép, dạng dùng các băng thép.

• Hàn dùng trục ép: Hai dao hàn dạng trục sẽ được gia nhiệt, quay liên tục ngược chiều nhau, màng cần ép được dẫn vào giữa hai trục dao hàn. Một trong hai trục sẽ ép xuống vật liệu cần hàn và tạo nên áp lực ép cần thiết cho mối hàn. Độ rộng mối hàn sẽ phụ thuộc vào độ rộng làm việc của trục dao hàn. Bề mặt phần hàn có thể để láng hoặc tạo hình tuỳ ý.
• Hàn dùng băng thép: Hàn bằng dây băng cho phép làm lạnh mối hàn trước khi bỏ lực ép. Sơ đồ nguyên lý hàn với băng thép ở hình 5.23. Vùng hàn dán được đặt giữa hai dây băng kim loại 2 chuyển động chạy theo hai trục quay. Vật liệu 1 cần hàn sẽ đi vào giữa. Công đoạn hàn sẽ được thực hiện tại các cặp hàn nhiệt 3 và đồng thời cũng tạo một lực ép cần thiết lên dây băng kim loại. Sau đó, giữa các mỏ cặp 4 sẽ diễn ra sự làm nguội và ép cho mối hàn được phẳng hơn.

=> Hàn theo nhịp máy: các dao hàn chỉ tiếp xúc ( ép xuống) vật liệu tại một số thời điểm theo chu kỳ.

Để nhận được một mối hàn cần phải qua các bước sau: chuyền vật liệu vào dưới thanh ép (dao hàn), ép các thanh ép ( dao hàn) lên vật liệu, truyền nhiệt, ép trong một khoảng thời gian, làm lạnh, nâng các thanh ép lên, đẩy phần vật liệu đã được hàn dán ra ngoài.

Chế độ ép tham khảo dành cho màng PE và PP:

2.3.2. Hàn bằng sóng cao tần

Đây là hình thức hàn dán polymer trong một trường điện sóng cao tần, điện môi tiếp xúc trực tiếp với bề mặt vật liệu và kết quả là năng lượng điện sẽ chuyển thành năng lượng nhiệt ngay chính trong vật liệu làm cho vật liệu chảy ra và mối hàn được hình thành.

Điều kiện để có thể hàn dán bằng sóng cao tần là trong phân tử polymer có các nhánh lưỡng cực và có khả năng phân cực dưới tác dụng của các trường điện bên ngoài.

Khả năng có thể hàn dán được bằng sóng cao tần thể hiện bằng đại lượng tiêu hao điện môi k. Việc hàn dán chỉ thực hiện với các polymer có chỉ số này lớn hơn 0.01 như PVC, PVA, PA, etylcellulose.

2.3.3. Hàn bằng sóng siêu âm

Hàn dán bằng sóng siêu âm được xây dựng trên việc làm nóng vùng tiếp xúc của các màng polymer đến điểm nóng chảy (mềm) bằng cách chuyển năng lượng dao động sóng siêu âm (tần số 16-50KHz) thành năng lượng nhiệt.

2.4. Các loại dao hàn sử dụng trong công nghệ sản xuất bao bì mềm

Một số cách phân loại dao hàn thường được sử dụng trong công nghệ làm bao bì mềm: theo vật liệu làm dao và theo hình dáng

2.4.1. Phân loại theo vật liệu

Dao hàn bằng sắt:

Dao hàn bằng nhôm:

Dao hàn bằng đồng:

Dao hàn bằng thép hợp kim (dao hàn seal một bên):

2.4.2. Phân loại theo ứng dụng

Dao hàn thẳng:

• Là loại dao hàn thường được làm bằng kim loại, được nung nóng bởi thanh nhiệt. Dao hàn tiếp xúc với màng làm cho màng nóng lên, chảy dính vào nhau tạo thành mối hàn.
• Dao hàn được gắn vào thanh nhiệt nhờ các bu-long. Vì vậy, tuỳ theo yêu cầu của túi có thể chọn đường hàn thích hợp.
• Thông thường, để tránh sự phân bố nhiệt lượng không đều trên dao dễ gây ra xấu đường hàn, người ta có thể lót trên bề mặt dao hàn một tấm vải lưới chịu nhiệt hoặc lớp băng keo chịu nhiệt.

Dao hàn định hình

• Dao hàn túi đứng dạng cong và dạng thẳng. Ngoài ra các dạng dao hàn đặc biệt có thể làm theo yêu cầu của khách hàng.

——————

Tài liệu tham khảo: “Giáo trình thiết kế và sản xuất bao bì”, NXB Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, Nhóm tác giả: Nguyễn Thị Lại Giang – Trần Thanh Hà

——————-

Về Công ty TNHH Nhân Gia Hào, chúng tôi tự hào là một trong những đơn vị uy tín và tin cậy trong lĩnh vực sản xuất và cung cấp các loại bao bì, vật tư đóng gói chất lượng cao, đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng từ các ngành công nghiệp khác nhau. Với hơn 10 năm kinh nghiệm, chúng tôi đã xây dựng được niềm tin và uy tín từ khách hàng.

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

CÔNG TY TNHH NHÂN GIA HÀO

 Hotline: 0329 797979 hoặc 0274.396.9672

 Website: Nhangiahao.vn

 Địa chỉ xưởng: Số 17/20, Khu phố Bình Phước A, P. Bình Chuẩn, TP. Thuận An, T. Bình Dương.