โซลูชันทางวิศวกรรมที่มีอุปสรรคสูง: การวิเคราะห์คุณสมบัติของสิ่งกีดขวางและโครงสร้างคอมโพสิตของวัสดุฟิล์ม PET

I. ฟังก์ชันกั้นในการใช้งานที่สำคัญ

วัสดุแผ่นฟิล์ม PET (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต) เป็นรากฐานในภาค B2B จำนวนมาก รวมถึงการพิมพ์ระดับไฮเอนด์ ฉนวนอิเล็กทรอนิกส์ และบรรจุภัณฑ์แบบอ่อน ความแข็งแรงทางกลโดยธรรมชาติ ความเสถียรทางความร้อน และความใส ทำให้เป็นตัวเลือกอันดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานที่ต้องการอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน เช่น อาหารและบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์ ประสิทธิภาพการกั้นที่แท้จริงต่อก๊าซ (อัตราการส่งผ่านของออกซิเจน OTR) และไอน้ำ (อัตราการส่งผ่านไอน้ำ, WVTR) เป็นพารามิเตอร์คุณภาพที่สำคัญที่สุดเพียงตัวเดียว วิศวกรจะต้องเข้าใจอย่างแม่นยำถึงวิธีการระบุและปรับปรุงฟังก์ชันกั้นของวัสดุนี้

Anhui Hengbo New Material Co., Ltd. ซึ่งเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ที่เชี่ยวชาญด้านวัสดุแผ่นฟิล์ม PET ฟิล์ม PET และฟิล์มป้องกัน ตอบสนองความต้องการนี้ด้วยการนำเสนอโซลูชันที่ปรับแต่งตามความต้องการของลูกค้าโดยเฉพาะ ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และดำเนินงานภายใต้มาตรฐานสากล ISO9001 เรามุ่งเน้นไปที่ความเข้มงวดทางเทคนิค เพื่อให้มั่นใจว่าฟิล์มของเราตรงตามข้อกำหนดเฉพาะที่ต้องการในการใช้งาน ตั้งแต่การป้องกันการปลอมแปลงด้วยเลเซอร์ ไปจนถึงฟิล์ม PET ที่มีอุปสรรคสูงสำหรับบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์

ครั้งที่สอง คุณสมบัติการกั้นที่แท้จริงของ PET: ความหนาและการซึมผ่าน

คุณสมบัติการกั้นของวัสดุฟิล์ม PET แบบชั้นเดียวนั้นควบคุมโดยอัตราที่โมเลกุลของก๊าซหรือไอสามารถแพร่กระจายผ่านโครงสร้างที่หนาแน่นของพอลิเมอร์ที่มีแกนสองแกน โดยพื้นฐานแล้ว PET มีค่า OTR และ WVTR ปานกลาง ซึ่งเหนือกว่าโพลิโอเลฟินส์ เช่น โพลีเอทิลีนหรือโพลิโพรพิลีน แต่ด้อยกว่าโพลีเมอร์ที่มีอุปสรรคสูงอย่างแท้จริง

ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาของฟิล์ม (L) และอัตราการส่งผ่าน (T) ส่วนใหญ่จะผกผันและเป็นเส้นตรง: T เป็นสัดส่วนกับ $1/L$ การเพิ่มความหนาเป็นสองเท่าจะช่วยลดค่า OTR และ WVTR ลงครึ่งหนึ่งโดยประมาณ โดยสมมติว่าความหนาแน่นและการวางแนวของฟิล์มคงที่ ดังนั้นการควบคุมผลกระทบของความหนาของฟิล์ม PET ต่ออัตราการส่งผ่านออกซิเจนและ WVTR จึงเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดสำหรับการปรับสิ่งกีดขวางพื้นฐาน

A. ความหนาของฟิล์ม PET ส่งผลต่ออัตราการส่งผ่านออกซิเจนและ WVTR

แม้ว่าความสัมพันธ์นี้จะถือเป็นพื้นฐานการออกแบบ แต่สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าประโยชน์ของการเพิ่มความหนาที่ราบสูงเนื่องจากปัจจัยอื่นๆ (เช่น รูเข็มหรือข้อบกพร่องที่พื้นผิว)

B. มาตรฐานการวัด WVTR และ OTR สำหรับฟิล์ม PET

เพื่อรับประกันประสิทธิภาพ ธุรกรรม B2B อาศัยโปรโตคอลการทดสอบที่ได้มาตรฐาน โดยทั่วไป OTR จะวัดโดยใช้มาตรฐาน เช่น ASTM D3985 (เซ็นเซอร์คูลอมเมตริก) ในขณะที่ WVTR วัดโดยใช้ ASTM F1249 (เซ็นเซอร์อินฟราเรด) หรือ ISO 15106-2 เกณฑ์วิธีเหล่านี้ระบุการทดสอบในสภาวะที่มีการควบคุม (เช่น 23 องศาเซลเซียส และความชื้นสัมพัทธ์ 0 หรือ 90 เปอร์เซ็นต์) เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลทางเทคนิคของซัพพลายเออร์ต่างๆ สามารถเทียบเคียงได้

III. การเพิ่มประสิทธิภาพแผงกั้นคอมโพสิต: การเคลือบโลหะและออกไซด์

เมื่อวัสดุแผ่นฟิล์ม PET แบบชั้นเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการสิ่งกีดขวางระดับสูงได้ (เช่น OTR ที่น้อยกว่าหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร / ตารางเมตร / วัน) โครงสร้างของวัสดุจะต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยใช้เทคนิคคอมโพสิต

กลไกการเพิ่มประสิทธิภาพการกั้นฟิล์ม PET เคลือบโลหะเกี่ยวข้องกับการสะสมสุญญากาศของชั้นบาง ๆ ของอลูมิเนียม (โดยทั่วไปคือ 300 ถึง 500 อังสตรอม) ลงบนพื้นผิวฟิล์ม ชั้นที่หนาแน่นและไม่มีรูพรุนนี้จะปิดกั้นเส้นทางการซึมผ่านทางกายภาพ โดยลด OTR ลง 50 ถึง 100 เท่าและ WVTR อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ฟิล์ม PET มีสิ่งกีดขวางสูงสำหรับบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์หรืออาหารขบเคี้ยว

อีกทางหนึ่ง การเคลือบออกไซด์ (เช่น ซิลิคอนออกไซด์หรืออลูมิเนียมออกไซด์) มีสิ่งกีดขวางสูงที่โปร่งใส ชั้นเซรามิกเหล่านี้ถูกสะสมผ่านการสะสมไอที่เสริมด้วยพลาสมา โดยให้ค่า OTR เทียบได้กับการเคลือบโลหะโดยยังคงรักษาความชัดเจน ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับการแสดงเนื้อหาผลิตภัณฑ์

A. Metallized PET (MPET) กับ PET เคลือบออกไซด์ใส

ทั้งสองวิธีปรับปรุงสิ่งกีดขวางเหนือ PET ธรรมดาได้อย่างมาก แต่ทางเลือกขึ้นอยู่กับความต้องการด้านความสวยงามและการใช้งาน

IV. ประสิทธิภาพเปรียบเทียบ: คอมโพสิต PET เทียบกับวัสดุที่มีอุปสรรคสูงโดยเฉพาะ

จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเปรียบเทียบ PET ที่ได้รับการปรับปรุงกับฟิล์มที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อกั้นสูงสุด โดยเฉพาะโพลีไวนิลิดีนคลอไรด์และเอทิลีนไวนิลแอลกอฮอล์ (EVOH) ตัวเลือกทางเทคนิคมักจะขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่าง PET กับ EVOH ที่ระดับความชื้นจำเพาะ

EVOH เสนอหนึ่งในค่า OTR ที่ต่ำที่สุดที่มีอยู่ ซึ่งมักจะน้อยกว่า 0.01 ลูกบาศก์เซนติเมตร / ตารางเมตร / วัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของมันมีความไวต่อความชื้นสูง: ที่ความชื้นสูง (ความชื้นสัมพัทธ์มากกว่าเจ็ดสิบเปอร์เซ็นต์) คุณสมบัติกั้นของ EVOH จะลดลงอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม แม้ว่าแผงกั้นของกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพแผงกั้นฟิล์ม PET เคลือบโลหะจะต่ำกว่า EVOH ที่ความชื้นสัมพัทธ์เป็นศูนย์เปอร์เซ็นต์ แต่ประสิทธิภาพของกลไกนั้นส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบจากความชื้น ทำให้เป็นตัวเลือกที่มีความเสถียรมากขึ้นสำหรับการใช้งานในเขตร้อนหรือมีความชื้นสูง

A. การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวาง

V. โซลูชั่นที่ออกแบบเฉพาะสำหรับบรรจุภัณฑ์กั้น

ข้อมูลจำเพาะที่มีประสิทธิภาพของวัสดุฟิล์ม PET สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงนั้นจำเป็นต้องมีความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับความหนาของฟิล์ม PET ที่ส่งผลต่ออัตราการส่งผ่านของออกซิเจน ศักยภาพของกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพของกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพของกั้นฟิล์ม PET ที่เป็นโลหะ และการเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่าง PET กับ EVOH ตามบริบท ด้วยการยึดมั่นในมาตรฐานการตรวจวัด WVTR และ OTR ที่เข้มงวดสำหรับฟิล์ม PET ผู้ผลิตสามารถให้ความมั่นใจที่จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมอาหาร การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์ Anhui Hengbo New Material Co., Ltd. ทุ่มเทในการเป็นพันธมิตรกับลูกค้าในการพัฒนาฟิล์ม PET ที่มีอุปสรรคสูงตามสั่งและประสิทธิภาพสูงสำหรับบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์และการใช้งานเฉพาะด้านอื่นๆ เพื่อให้มั่นใจว่าโครงสร้างฟิล์มที่เลือกนั้นจะสร้างสมดุลระหว่างต้นทุน ความสามารถในการแปรรูป และความสมบูรณ์ของอุปสรรคที่สำคัญได้อย่างสมบูรณ์แบบ

วี. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: ความหนาของวัสดุฟิล์ม PET ที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจะช่วยลด OTR ลงครึ่งหนึ่งเสมอไปหรือไม่

• ตอบ: ตามทฤษฎีแล้ว ใช่ เนื่องจากความสัมพันธ์เชิงเส้นผกผัน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การลดลงอาจน้อยกว่าครึ่งหนึ่งเล็กน้อย เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวหรือรูเข็ม ที่ไม่ขึ้นอยู่กับความหนา อาจกลายเป็นปัจจัยจำกัดสำหรับการส่งก๊าซ ความหนาของฟิล์ม PET ส่งผลต่ออัตราการส่งผ่านออกซิเจนจะแข็งแกร่งที่สุดในช่วงความหนาระดับกลาง

คำถามที่ 2: อะไรคือข้อได้เปรียบหลักของกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพการกั้นฟิล์ม PET เคลือบโลหะมากกว่าการใช้ PET แบบหนา

• ตอบ: การทำให้เป็นโลหะช่วยเพิ่มคุณสมบัติการกั้นได้มากขึ้นแบบทวีคูณ (มักจะปรับปรุงห้าสิบเท่าถึงหนึ่งร้อยเท่า) โดยเพิ่มความหนาหรือน้ำหนักของฟิล์มให้น้อยที่สุด นี่เป็นสิ่งสำคัญในการลดการใช้วัสดุ ต้นทุน และเพิ่มฟิล์ม PET ที่มีอุปสรรคสูงให้สูงสุดเพื่อประสิทธิภาพบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์

คำถามที่ 3: เหตุใดการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวาง PET กับ EVOH จึงมักถูกวิเคราะห์ที่ระดับความชื้นต่างกัน

• ตอบ: EVOH เป็นสารที่ชอบน้ำสูง ประสิทธิภาพ OTR จะลดลงอย่างมากเมื่อความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น PET (และเวอร์ชันปรับปรุง เช่น MPET) มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ทำให้ประสิทธิภาพของแผงกั้นมีความเสถียรไม่ว่าความชื้นจะเป็นอย่างไร นี่เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับผู้ซื้อ B2B ในการใช้งานที่มีความชื้นสูง

คำถามที่ 4: มาตรฐานการวัด WVTR และ OTR สำหรับฟิล์ม PET ใดที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลมากที่สุด

• ตอบ: มาตรฐานทางเทคนิคที่ยอมรับกันมากที่สุดคือ ASTM F1249 สำหรับ WVTR และ ASTM D3985 สำหรับ OTR สิ่งเหล่านี้มีเงื่อนไขและวิธีการที่สอดคล้องกันที่จำเป็นสำหรับการเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์ระหว่างซัพพลายเออร์และภูมิภาคต่างๆ

คำถามที่ 5: เมื่อใดที่วิศวกรควรระบุ PET ที่เคลือบด้วยซิลิคอนออกไซด์แบบโปร่งใส แทนที่จะเป็น MPET แบบทึบแสง

• ตอบ: PET เคลือบออกไซด์โปร่งใสถูกกำหนดไว้เมื่อฟิล์ม PET ที่มีอุปสรรคสูงสำหรับบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์หรือผลิตภัณฑ์อาหาร ต้องการให้มองเห็นเนื้อหาได้ในขณะที่ยังคงต้องการระดับ OTR ที่ต่ำกว่าหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร / ตารางเมตร / วัน MPET จะถูกเลือกเมื่อไม่ต้องการความโปร่งใส เนื่องจากโดยทั่วไปจะให้ประสิทธิภาพของแผงกั้นที่ดีกว่าเล็กน้อยและมีเสถียรภาพมากกว่าด้วยต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า