CN112356516A - 一种气阀膜材、气阀膜和充气袋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气阀膜材，为多层共挤膜结构，包括第一、二聚烯烃类功能层和中间阻隔层，中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层分别与第一、二聚烯烃类功能层结合，中间阻隔层为尼龙阻隔层和/或乙烯‑乙烯醇共聚物类阻隔层。本发明还保护该气阀膜材制成的气阀膜以及充气袋，该充气袋包括上、下底膜和气阀膜，气阀膜设于上、下底膜中间的开口处，上、下底膜采用含尼龙阻隔层或乙烯‑乙烯醇共聚物类阻隔层的膜材。本发明的产品阻隔性更好，保气性得到显著提升，同时具有高强度、耐穿刺、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于有机包装膜材料及其制品领域，尤其涉及一种气阀膜材及其制品。
背景技术
传统用于缓冲包装物品的方式，是以一塑料片上突设复数个凸起小气囊泡，将这种塑料膜片包覆于物品外周，借由该小气囊泡吸震缓冲作用，以避免物品于运送途中破裂或损坏。但是，该小气囊泡的吸震能力有限，对于较小的冲击勉强可以产生缓冲作用，而对于较大的振动或冲击负荷就无法达到缓冲吸震目的，容易造成物品的破裂损坏。
图1给出了另一种传统气阀的充气袋，该充气袋包括上底膜110和下底膜120，其互相重叠以形成一开口。该充气袋内还包含有一气阀膜，气阀膜包括第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，其互相重叠的固定在上底膜110和下底膜120之间并位于开口处，从而形成四层结构。特别地，第一气阀膜层210重叠地粘合于上底膜110内侧，第二气阀膜层220重叠地粘合于下底膜120内侧。在向充气袋充气时，空气被导引进入第一气阀膜层210和第二气阀膜层220之间形成的一通道。当气袋充满气后，第一气阀膜层210和第二气阀膜层220互相粘合从而密封充气袋的开口。充气袋内的气压作用于第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，从而保证第一气阀膜层210和第二气阀膜层220紧密粘合在一起，以防止空气从气阀处泄露出去。该第一气阀膜层210和第二气阀膜层220组成的气阀为一单向阀，其只允许气体进入充气袋。然而，现有用于充气袋的气阀膜膜材多采用PE(聚乙烯)膜，而底膜则多采用普通的PA(尼龙)膜，由于闭气口处的材料为PE膜，PE气阀膜的透氧率在3000-10000(cm3/m2*24h*23℃.atm.50％RH)，底膜为PE/NYLON/PE，透氧率在50-500(cm3/m2*24h*23℃.atm.50％RH)，基于上底膜110、下底膜120、第一气阀膜层210和第二气阀膜层220的材质原因，制作出来的充气袋在使用一段时间后，特别是在持续受到挤压的时候，空气还是会从通道、膜体等慢慢泄露，导致充气袋的保气效果不能持久，在0.1-0.4MPa压力下，1个月后气体会减少10％～30％。
现有充气袋用于电子工业等运输周期长的出口产品或者产品货架期在3个月以上的产品时，由于PE气阀膜阻气效果不佳，容易造成后期运输产品的损伤，限制充气袋产品的应用范围。例如对冰箱、洗衣机、面板、电子产品、家具等高附加值的重物难以进行推广使用。另外，此类材质的充气袋的制作过程中，废品率高，有漏气的产品也不容易检测出来，给充气袋的品质带来很大的不确定性，容易导致被包装物品的损坏。
传统充气袋的底膜和气阀膜主要通过提高材料的粘度来保证其气密性，而这种方式也导致充气速度缓慢，充气效率低，不能适应高速充气设备；薄膜强度低，抗冲击性能差，使用时容易受环境因素影响，薄膜破裂、漏气，产生废弃物，污染环境，增加成本；生产加工性能差，加工时易出现薄膜起皱、起毛边，不能适应各种制袋设备，产生废品率高。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的至少一个或多个的不足，提供一种气阀膜材、气阀膜和充气袋的全套解决方案。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种气阀膜材，所述气阀膜材为多层共挤膜结构，包括第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层和中间阻隔层，所述中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层(TIE)分别与第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层结合，所述中间阻隔层包括尼龙(PA)阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层。
本发明上述的技术方案采用尼龙(PA)阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层的气阀膜，用于替代现有纯聚乙烯(PE)结构的气阀膜。现有的气阀膜由于厚度很薄，一般不超过50微米，基于工艺条件的限制及简化要求，且本领域人员的常规思维认为气阀膜主要为功能性薄膜，而不是主要依赖其进行保气阻隔(保气阻隔主要依赖于产品的其他部分，例如基材或底膜)，因此很少有提及采用包含尼龙(PA)阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层的气阀膜制品。另外，用于气阀膜的膜材一般要在最外层的聚烯烃类功能层中添加少量POE以增大粘度便于气阀膜实现自粘接，这使得本领域人员普遍认为这样大粘度的聚烯烃类功能层很难与PA层或EVOH层进行粘合牢固，再加上气阀膜材一般都较薄，工艺上很难制备且成本较高，因此现有技术中基本没有采用尼龙(PA)阻隔层和/或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层的多膜层结构应用于气阀膜。而本发明首次提出在气阀膜制品中采用包含尼龙(PA)阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层，这不仅打破了常规的偏见，而且可通过共挤成型工艺制备，结合底膜制作出来的气柱袋等各类保气产品，保气率的提高突破了我们的想象，具有意想不到的阻气效果。
上述的气阀膜材，优选的，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层中包含聚乙烯或聚丙烯，但更优选聚乙烯。
上述的气阀膜材，优选的，所述第一聚烯烃类功能层中添加有粘性树脂，优选聚烯烃弹性体(POE)或粘性树脂EVA，以便更好地用于粘接邻近的基材或底膜。
上述的气阀膜材，优选的，所述第一聚烯烃类功能层包括位于外侧的第一聚乙烯外层和靠近粘结树脂层的第一聚乙烯内层，且聚烯烃弹性体添加于第一聚乙烯外层中。
上述的气阀膜材，优选的，所述第二聚烯烃类功能层包括位于外侧的第二聚乙烯外层和靠近粘结树脂层的第二聚乙烯内层。
上述的气阀膜材，优选的，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层的主要成分均为茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)，且第二聚烯烃类功能层中添加有低密度、中密度或高密度聚乙烯。更优选的，所述低密度聚乙烯的密度为0.910-0.93kg/cm3，所述中密度聚乙烯的密度为0.930-0.940kg/cm3，所述高密度聚乙烯的密度在0.940kg/cm3以上(优选0.940-0.970)。
上述的气阀膜材，优选的，所述气阀膜材的总厚度在50微米以下，优选20-41微米。本发明中如无特别声明，一般提及的膜材厚度或膜层厚度均指平均厚度，只有附图中显示的厚度测量值为测试点的实测厚度。宏观薄膜的厚度可以根据国标(GB/T 6672-2001)测量其平均厚度，薄膜内的各组成膜层可在电镜照片中选取N个点(例如不同部位20个点)，然后测出各点的厚度取平均值即可作为膜层厚度。这些测试方式均为本领域人员的常规知识可以掌握和知晓的。
上述的气阀膜材，所述尼龙阻隔层、乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层可以为高含量的一层或多层，但我们的实验表明，更高含量、更多层数的阻隔层并不能带来性价比更优异的产品，优选的，所述尼龙阻隔层在气阀膜材中的层厚比在20％以下，所述乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层在气阀膜材中的层厚比在5％以下。进一步的，所述中间阻隔层包含有且只有一层乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层或尼龙阻隔层；或者包含两层尼龙阻隔层；或者包含两层尼龙阻隔层之间夹杂一乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层的夹层结构。
上述的气阀膜材，优选的，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层在气阀膜材中的层厚比均控制在30％～45％。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种气阀膜，采用本发明上述的气阀膜材制备。
现有技术普遍未提及采用含乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层或尼龙阻隔层的气阀膜材，除了基于技术偏见、成本等原因外，生产工艺的门槛也是一大限制性因素。现有的气阀膜一般为三层PE结构，且厚度较薄，此类气阀膜一般采用流延法或层压法，压合后冷却，将冷却后的膜材料电晕、陶瓷刮刀分切、收卷、熟化，即得气阀膜。由于现有气阀膜均为三层PE结构，因此很少有采用共挤吹膜工艺来制备。然而，本发明中由于采用了PA层或EVOH层的夹芯结构，此类膜材结构如要加工成气阀膜，则需对工艺进行较大改进。共挤膜制备是我们首先尝试的一种气阀膜材的技术路线。如果采用吹膜-淋膜共挤膜制备技术制成如图2所示的膜材，则生产过程损耗大(吹膜工序废品2％～3％，淋膜工序废品4％～6％)，且PA或EVOH共挤膜需要单独吹膜，再通过淋膜层与内外两侧的PE层粘结，这导致工艺流程复杂，效率低，加工成本高，且难以制备厚度在50微米以下的膜材。另一种可选的技术路线是直接吹膜层压而成高阻隔气阀膜材，如图3所示，但该气阀膜材一般含有至少两层的EVOH材料层，吹膜生产中将乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为热封层放置在吹膜内层，通过牵引辊将膜泡两层挤压热封形成一个加厚膜材，此类工艺生产的气阀膜材成本要高出30％～60％，不利于市场推广，且同样难以加工出厚度在50微米以下膜材。
然而，本发明通过打破常规思路并改进现有加工设计方案，使各层材料可在吹膜机中直接一次吹塑成型，制备得到的复合膜材各功能层之间通过粘合树脂层紧密粘合成一整体，且各层之间不易剥离，粘结牢固，能够更好地维持气阀膜材的高阻隔性，且实现全塑复合，可循环回收利用。另外，采用一次吹塑成型方式不仅可以加工出大厚度的高阻隔膜材，而且还可加工出超薄的高阻隔膜材，而采用现有的工艺则主要是制备厚度在60-150微米的膜材，在制备超厚或超薄的膜材均不具备优势。
上述的气阀膜，优选的，所述气阀膜包括相互紧贴的第一气阀膜层和第二气阀膜层，且第一气阀膜层和第二气阀膜层均包括所述气阀膜材，所述第一气阀膜层和第二气阀膜层相互靠近的侧部设置为所述气阀膜材的第一聚烯烃类功能层。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种充气袋，包括上底膜、下底膜和上述本发明的气阀膜，所述气阀膜采用上述本发明的气阀膜材，所述气阀膜设于上底膜和下底膜中间的开口处，所述上底膜、下底膜均采用含尼龙阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层的膜材。
上述本发明充气袋的改进不仅在于采用了本发明的气阀膜材，还同时改进了上底膜和下底膜，相比现有用于底膜的尼龙共挤膜材，具有绿色环保、高阻隔、高强度的特性，使得整个充气袋全部采用可回收的全塑复合片材生产加工制作，在环保生产和循环回收上具有重要意义。
上述的充气袋，优选的，所述上底膜或下底膜采用可循环利用的高阻隔膜材，所述高阻隔膜材包含第一聚乙烯功能层、第二聚乙烯功能层、乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层，所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层分别与第一聚乙烯功能层、第二聚乙烯功能层结合。
上述的充气袋，优选的，所述第一聚乙烯功能层、乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层和第二聚乙烯功能层之间通过粘合树脂层紧密粘合成一整体，且所述高阻隔膜材包含的各膜层是通过吹膜工艺一次共挤出成型得到。由于各膜层是一次吹塑成型得到，因此层与层之间的复合牢度(15N/15mm以上)可以达到很高。
上述的充气袋，优选的，所述高阻隔膜材在显微电镜下显示的膜层结构中包含有且只有一层乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层，在显微电镜下显示的所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层在高阻隔膜材中的层厚比为5％以下，优选4％以下。
当所述高阻隔膜材的总厚度为100微米左右时，在显微电镜下显示的中间阻隔层在高阻隔膜材中的层厚比为5％以下，优选4％以下。此处所述的层厚比即基本等同于其体积占比，因为当各膜层面积相同时，体积比即体现在厚度比上。在膜层总厚度保持100微米左右的情况下，同时还要将乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层的体积占比做到显著小于现有产品中中间阻隔层的体积占比。现有产品中基于工艺条件及产品要求的限制，一般都会将乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层的体积含量控制在6％～20％，以尽可能提高其阻隔性，但本发明中通过对膜层结构、组分的综合控制，提出将中间阻隔层的体积含量占比不超过5％，这是对常规操作的突破，因为本发明的用意是要显著增加高阻隔膜材中第一聚烯烃功能层、第二聚烯烃功能层的厚度尺寸占比，将EVOH层做到尽可能低，以提高产品的环保等级标准，降低成本，这对于产品后续的循环回收利用及拓展国外市场都具有十分重要的意义。
上述的充气袋，优选的，所述高阻隔膜材的总厚度为30～150微米，所述粘合树脂层为马来酸酐接枝线性聚乙烯，或马来酸酐接枝线性聚乙烯与线性聚乙烯共混物，在显微电镜下显示的单层粘合树脂层在高阻隔膜材中的层厚比为3％～10％。
上述的充气袋，优选的，所述第一聚乙烯功能层和/或第二聚乙烯功能层包括外侧PE层和靠近粘合树脂层的内侧PE层，所述外侧PE层选用茂金属线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的复合。更优选的，在显微电镜下，位于所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层两侧的外侧PE层在高阻隔膜材中的层厚比均为10％～30％；各粘合树脂层在高阻隔膜材中的层厚比均为3％～10％，其余部分均由所述的内侧PE层所占据。所述内侧PE层在显微电镜下显示可以是由PE单层组成或由多层的PE单层复合叠加而成。相比现有技术的膜材，通过降低EVOH的含量并显著提高内侧PE层的含量，可以使片材更加硬挺、挺度提升，还可节约高阻隔膜材的总成本。更优选的，在显微电镜下，所述高阻隔膜材中包含的内侧PE层的单侧厚度占比在10％～30％。通过接近均等化控制乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层两侧的内侧PE层的厚度，能够更好地保证EVOH层发挥作用，防止其接触空气中的水分。
上述的气阀膜材及充气袋中用到的高阻隔膜材，可以在所述膜材中再复合有一层PE印刷膜。
本发明通过对成膜工艺及系统的改进，使得气阀膜材及高阻隔膜材包含的各膜层均可以通过吹膜工艺一次共挤出成型得到，进而大大改善了膜材的微观结构及连接关系，显著提升了膜材的质量。
本发明膜材的制备方法包括进料、加热熔融、共挤出、吹膜冷却定型、牵引、收卷多个步骤，所述吹膜冷却定型阶段为一次吹膜成型得到全部的膜层，且在所述牵引过程中增加进行一厚膜拉伸延展操作。在膜材总厚度较厚或者较薄的情形下，一次吹膜成型，可大大降低成本，提高效率，提高膜材产品的成型质量。更优选的，所述吹膜冷却定型后的膜体经过一人字夹板夹扁后进行牵引，且在牵引过程中通过一厚膜拉伸延展机构进行厚膜拉伸延展操作，所述厚膜拉伸延展机构中设有膜体加热装置和膜体冷却装置，通过反复冷热交替进行厚膜拉伸延展。
上述的制备方法，优选的，经过所述厚膜拉伸延展操作的膜体在输送过程中进行一次二次冷却定型操作，所述二次冷却定型操作通过一风环冷却装置施加在膜体上，且二次冷却定型后的膜体温度控制在30℃～50℃，二次冷却定型操作优选设置在分切操作的上游或下游附近位置。
上述的制备方法，优选的，所述进料过程中，原料粒子在自动称重系统中按设定配方中的配比直接添加到挤出机的料斗内，在运送过程中即完成了材料的配比。
上述的制备方法，优选的，所述吹膜成型步骤中，膜体通过风环冷却定型，膜体的吹胀比为1～3，膜体的牵引比为4～6。
上述的制备方法，优选的，所述二次冷却定型完成的膜体经牵引辊牵引，最终输送至收卷辊处进行收卷，所述牵引辊之后的滚筒内还可设置有对经过二次冷却定型后的膜料进行继续加热的加热辊组或进行继续冷却的冷却辊组，对膜材进行反复加热和冷却以对最终收卷前的瑕疵进行再一次的矫正。
上述的制备方法，优选的，所述二次冷却定型、收卷步骤中两层薄膜分开进行。
本发明采用的一种加工系统，包括料斗、吹膜机、挤出机、输送装置、厚膜拉伸延展机构、分切装置和收卷装置，所述料斗连接挤出机，多个所述的挤出机连接在所述吹膜机的底部，所述吹膜机顶部输出的膜材通过输送装置连接经过一厚膜拉伸延展机构，经过厚膜拉伸延展机构输出的膜材最终连接至分切装置和收卷装置。所述厚膜拉伸延展机构中设有输送装置的输送通道，且输送通道内设有对膜体进行反复冷热交替的膜体加热装置和膜体冷却装置。而现有的吹膜机加工系统中，未见有采用厚膜拉伸延展机构，而这套装置的配置正是基于一次性吹膜加工厚膜或薄膜需要，保证吹膜冷却成型的中间产品经过进一步的延展处理，防止厚膜产品在一次吹膜过程产生的瑕疵进入到后续步骤，保证厚膜产品的质量。
针对本发明吹膜加工系统的特点，我们提出了在吹膜机顶部的下游增设冷热交替式的膜体拉伸延展机构，这不仅便于集成到现有的加工系统中，而且成本低，便于控制膜体的质量。更优选的，经过所述厚膜拉伸延展机构输出的膜材再通过输送装置连接经过一二次冷却定型装置，最终再连接至收卷装置；所述二次冷却定型装置布置在分切装置上游或下游附近。所述二次冷却定型装置包括施加在膜材上的风环冷却装置。所述二次冷却定型装置还包括设置在风环冷却装置前进行交替冷热处理的加热辊组和冷却辊组，所述加热辊组和冷却辊组布置成对膜材进行水平辊压方式。这主要是考虑在二次冷却定型前如果还遇有膜体质量不达标的情形，可以在定型前进行一次冷热交替辊道加热的弥补，这不仅成本低，方便操作，而且能够进一步提升膜材的稳定性。
上述的加工系统，更优选的，所述挤出机的数量与拟制备的膜材的层数对应一致。所述吹膜机的模头中流道数量的配置与拟制备的膜材的层数一致。更优选的，位于模头内的单个流道的宽度大于该单个流道在风环冷却出料处的开口尺寸。将流道的宽度设计成大于开口尺寸，能增加开口附近出料的挤压力，且使得模头内的介质流动及出料更加顺畅，而基于制备超薄膜材的需要，我们可以自主调整单个流道在风环冷却出料处的开口尺寸以与膜材各层的厚度保持一致。
采用上述的制备方法和加工系统加工出气阀膜材和高阻隔膜材后，再采用现有充气袋的制作加工工艺，将气阀膜和高阻隔膜材热封成型，即可得到本发明的充气袋产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提供了一种可循环利用的高阻隔气阀膜材，相比现有的PE膜材，本发明的阻隔性更好，保气性得到了显著提升。
2.本发明的充气袋，保气时间相比现有充气袋可延长3～20倍，漏气率降低15％～40％，最大承受压力提升10％～50％；本发明的充气袋产品应用范围显著扩大，可替代纸箱、宝丽龙、珍珠棉等应用到各类家电、电子产品的包装，甚至出口类长时间在途产品的包装。
3.本发明的气阀膜材及高阻隔膜材优选是由高阻隔材料、聚乙烯及其他相关粘合材料共挤形成的高性能膜，无需复合金属材料就能达到传统NY与PE膜复合才能具有的高强度、高阻隔、耐穿刺等功能。
4.通过工艺操作进一步控制中间阻隔层的用量并优化其他层的设计可以进一步降低成本，同时达到较好的高阻隔性、较高保气性、保香性。
5.通过工艺操作进一步控制中间阻隔层的数量并优化其他层的设计可以进一步简化膜材生产的工艺步骤和产品厚度，进而进一步降低成本，充气袋后加工效率提升，产品质量提升。
6.通过本发明的膜层结构设计、尤其是内侧PE层含量和层数设计，可以进一步提高膜材的光泽度、力学强度、挺度及耐穿刺性。
7.通过本发明的膜层结构设计、尤其是各层的排列位置及PE印刷膜的位置分布，可使本发明的膜材具有良好的印刷适应性。
8.通过本发明的膜层材料选择、膜层结构设计及参数优化控制，可使本发明的膜材具有更好的耐环境应力开裂性、柔韧性、良好的热封性能，满足制袋多层热封的要求。
9.本发明的产品更加绿色环保，包装膜材可100％回收再利用，有利于节约资源和保护环境。
附图说明
图1为现有充气袋局部切面的膜层结构示意图。
图2为现有淋膜层压复合工艺制备的全塑复合包装材料膜层结构示意图。
图3为现有吹膜层压复合工艺制备的全塑复合包装材料膜层结构示意图，其中PE为聚乙烯层，EVA为乙烯醋酸乙烯酯共聚物层。
图4为本发明充气袋切面的膜层结构示意图。
图5为本发明气阀膜材、高阻隔膜材的结构示意图。
图6为本发明实施例1制备的充气袋产品的断面电镜照片。
图7为本发明实施例2制备的充气袋产品的断面电镜照片。
图8为本发明实施例3制备的充气袋产品的断面电镜照片。
图9为本发明实施例4制备的充气袋产品的断面电镜照片。
图10为本发明夹芯式中间阻隔层的气阀膜材的断面电镜照片。
图11为本发明对比例制备的充气袋产品的断面电镜照片。
图12为本发明气阀膜材(底膜)制备方法的工艺原理示意图。
图13为本发明气阀膜材(底膜)加工系统的结构示意图。
图14为本发明气阀膜材(底膜)加工系统中吹膜机模头的外形图。
图15为本发明气阀膜材(底膜)加工系统的厚膜拉伸延展机构局部放大图。
图例说明：
1、料斗；2、吹膜机；21、模头；22、流道；23、流道开口；3、挤出机；4、输送装置；5、厚膜拉伸延展机构；51、膜体加热装置；52、膜体冷却装置；6、分切装置；61、横向振动机构；62、竖向振动机构；7、收卷装置；8、二次冷却定型装置；
100、底膜；110、上底膜；120、下底膜；200、气阀膜；210、第一气阀膜层；220、第二气阀膜层；300、多膜层结构；310、聚乙烯外层；321、粘合树脂层；322、聚乙烯内层；323、中间阻隔层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
参照图4，一种本发明的单向止逆阀充气袋，包括底膜100，底膜100包括上底膜110和下底膜120，上底膜110和下底膜120之间设有开口；气阀膜200设置于上底膜110和下底膜120之间开口处，气阀膜200包括第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，第一气阀膜层210紧贴上底膜110，第二气阀膜层220紧贴下底膜120，气阀膜200和底膜100均包含如图5所示的多膜层结构300，包括聚乙烯外层310、聚乙烯内层322、粘合树脂层321和中间阻隔层323；多膜层结构300通过共挤吹膜工艺一次性吹膜成型制备得到。其中，位于中间阻隔层323一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第一聚烯烃功能层，位于中间阻隔层323另一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第二聚烯烃功能层。
本实施例中的气阀膜200采用如下表1所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约30微米(因膜材加工等局限，膜材不同部位厚度也少许偏差)。
表1：本实施例的气阀膜膜层结构参数表
本实施例中的上底膜110和下底膜120均采用如下表2所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约50微米。
表2：本实施例的底膜膜层结构参数表
本实施例中，作为中间阻隔层的PA具有强度高、透气率低、保气性能好等优点，相对聚乙烯外层310和聚乙烯内层322可以更好地隔绝空气，防止气体渗透。采用本实施例的气阀膜结合底膜100制作出来的充气袋保气产品，保气率高，阻气效果好。在充气后，在一定压力下，气体减少1％～6％，从而延长了充气袋产品对气体的储存时间，使商品在储存及运输过程中的防护等级明显提升。
在本发明的一些其他实施例中，聚乙烯外层310和聚乙烯内层322也可采用聚丙烯替代，然而，本实施例的气阀膜材中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中添加有聚烯烃弹性体(POE)，在第二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中则添加有低密度聚乙烯(LDPE)，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，而且便于后期气阀膜与底膜的自粘合，且可以控制成本。
在本发明的一些其他实施例中，中间阻隔层323可以选用至少一层的PA6、PA66、或PA6和PA66的共混物，PA6和PA66耐燃、耐磨、耐热，抗张强度高，电绝缘性好，作为芯层材料保气性能好，较为可靠。
在本实施例中，底膜均采用高阻隔膜材，其中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一、二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中均添加有低密度聚乙烯(LDPE)，中间阻隔层323可以选用至少一层的PA6、PA66、或PA6和PA66的共混物，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，便于加工和降低成本，还可对气体呈现出较强的阻断作用，可进一步提高底膜的保气性能。
本实施例的充气袋产品的断面电镜照片如图6所示，经测试其至少具有如下效果：相比以下对比例的充气袋，本实施例的气阀膜材的氧气透过率低，本实施例的充气袋的保气时间可达到60天，延长3倍以上，最大承受压力提升20％(承压力测试可参照GB/T4857.4-2008)。
保气时间测试方法：袋子充气(压力：0.01-0.2MPa)，置于平板下施加一定压力(10-100kg)，观察压力随时间的变化，当变化压力值降到初始压力的80％，此时记录的时间为保气时间。
实施例2：
参照图4，一种本发明的单向止逆阀充气袋，包括底膜100，底膜100包括上底膜110和下底膜120，上底膜110和下底膜120之间设有开口；气阀膜200设置于上底膜110和下底膜120之间开口处，气阀膜200包括第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，第一气阀膜层210紧贴上底膜110，第二气阀膜层220紧贴下底膜120，气阀膜200和底膜100均包含如图5所示的多膜层结构300，包括聚乙烯外层310、聚乙烯内层322、粘合树脂层321和中间阻隔层323；多膜层结构300通过共挤吹膜工艺一次性吹膜成型制备得到。其中，位于中间阻隔层323一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第一聚烯烃功能层，位于中间阻隔层323另一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第二聚烯烃功能层。
本实施例中的气阀膜200采用如下表3所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约30微米。
表3：本实施例的气阀膜膜层结构参数表
本实施例中的上底膜110和下底膜120均采用如下表4所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约36微米。
表4：本实施例的底膜膜层结构参数表
本实施例的气阀膜材中，作为中间阻隔层的PA具有强度高、透气率低、保气性能好等优点，相对聚乙烯外层310和聚乙烯内层322可以更好地隔绝空气，防止气体渗透。采用本实施例的气阀膜结合底膜100制作出来的充气袋保气产品，保气率高，阻气效果好。在充气后，在一定压力下，气体减少1％～6％，从而延长了充气袋产品对气体的储存时间，使商品在储存及运输过程中的防护等级明显提升。
在本发明的一些其他实施例中，聚乙烯外层310和聚乙烯内层322也可采用聚丙烯替代，然而，本实施例的气阀膜材中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中添加有聚烯烃弹性体(POE)，在第二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中则添加有低密度聚乙烯(LDPE)，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，而且便于后期气阀膜与底膜的自粘合，且可以控制成本。
在本发明气阀膜材的一些其他实施例中，中间阻隔层323可以选用至少一层的PA6、PA66、或PA6和PA66的共混物，PA6和PA66耐燃、耐磨、耐热，抗张强度高，电绝缘性好，作为芯层材料保气性能好，较为可靠。
在本实施例中，底膜均采用高阻隔膜材，其中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一、二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中均添加有低密度聚乙烯(LDPE)，中间阻隔层323则选用EVOH作为主成分，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，便于加工和降低成本，还可对气体呈现出更强的阻断作用，可进一步提高底膜的保气性能。采用常规复合膜材料剥离强度测试时(例如GB/T 8808-1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》等常规测试方法)不能在第一聚烯烃类功能层、EVOH中间阻隔层、第二聚烯烃类功能层各层之间进行有效剥离，第一聚烯烃类功能层与乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层之间、以及乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层与第二聚烯烃类功能层之间的复合牢度均大于15N/15mm。该高阻隔膜材在显微电镜下显示的膜层结构中包含有且只有一层EVOH中间阻隔层，该中间阻隔层中的乙烯含量在38wt％。
本实施例的充气袋产品的断面电镜照片如图7所示，经测试至少具有如下效果：相比以下对比例的充气袋，本实施例的充气袋的保气时间可达到120天，最大承受压力提升30％。
实施例3：
参照图4，一种本发明的单向止逆阀充气袋，包括底膜100，底膜100包括上底膜110和下底膜120，上底膜110和下底膜120之间设有开口；气阀膜200设置于上底膜110和下底膜120之间开口处，气阀膜200包括第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，第一气阀膜层210紧贴上底膜110，第二气阀膜层220紧贴下底膜120，气阀膜200和底膜100均包含如图5所示的多膜层结构300，包括聚乙烯外层310、聚乙烯内层322、粘合树脂层321和中间阻隔层323；多膜层结构300通过共挤吹膜工艺一次性吹膜成型制备得到。其中，位于中间阻隔层323一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第一聚烯烃功能层，位于中间阻隔层323另一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第二聚烯烃功能层。
本实施例中的气阀膜200采用如下表5所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约40微米。
表5：本实施例的气阀膜膜层结构参数表
本实施例中的上底膜110和下底膜120均采用如下表6所示的多膜层结构300，膜层平均厚度约75微米。
表6：本实施例的底膜膜层结构参数表
本实施例的气阀膜材中，作为中间阻隔层的EVOH具有强度高、透气率低、保气性能好等优点，相对聚乙烯外层310和聚乙烯内层322可以更好地隔绝空气，防止气体渗透。采用本实施例的气阀膜结合底膜100制作出来的充气袋保气产品，保气率高，阻气效果好。在充气后，在一定压力下，气体减少3％～6％，从而延长了充气袋产品对气体的储存时间，使商品在储存及运输过程中的防护等级明显提升。
在本发明的一些其他实施例中，聚乙烯外层310和聚乙烯内层322也可采用聚丙烯替代，然而，本实施例的气阀膜材中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中添加有聚烯烃弹性体(POE)，在第二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中则添加有低密度聚乙烯(LDPE)，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，而且便于后期气阀膜与底膜的自粘合，且可以控制成本。
在本实施例中，底膜均采用高阻隔膜材，其中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一、二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中均添加有低密度聚乙烯(LDPE)，中间阻隔层323则选用PA作为主成分，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，便于加工和降低成本，还可对气体呈现出更强的阻断作用，可进一步提高底膜的保气性能。中间阻隔层323可以选用至少一层的PA6、PA66、或PA6和PA66的共混物，PA6和PA66耐燃、耐磨、耐热，抗张强度高，电绝缘性好，作为芯层材料保气性能好，较为可靠。
本实施例的充气袋产品的断面电镜照片如图8所示，经测试至少具有如下效果：相比以下对比例的充气袋，本实施例的充气袋的保气时间可达到120天，延长3倍以上，最大承受压力提升30％。
实施例4：
参照图4，一种本发明的单向止逆阀充气袋，包括底膜100，底膜100包括上底膜110和下底膜120，上底膜110和下底膜120之间设有开口；气阀膜200设置于上底膜110和下底膜120之间开口处，气阀膜200包括第一气阀膜层210和第二气阀膜层220，第一气阀膜层210紧贴上底膜110，第二气阀膜层220紧贴下底膜120，气阀膜200和底膜100均包含如图5所示的多膜层结构300，包括聚乙烯外层310、聚乙烯内层322、粘合树脂层321和中间阻隔层323；多膜层结构300通过共挤吹膜工艺一次性吹膜成型制备得到。其中，位于中间阻隔层323一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第一聚烯烃功能层，位于中间阻隔层323另一侧的聚乙烯外层310和聚乙烯内层322组成第二聚烯烃功能层。
本实施例中的气阀膜200采用如下表7所示的多膜层结构300，气阀膜材平均厚度约40微米。
表7：本实施例的气阀膜膜层结构参数表
本实施例中的上底膜110和下底膜120均采用如下表8所示的多膜层结构300，膜材平均厚度约36微米。
表8：本实施例的底膜膜层结构参数表
本实施例的气阀膜材中，作为中间阻隔层的EVOH具有强度高、透气率低、保气性能好等优点，相对聚乙烯外层310和聚乙烯内层322可以更好地隔绝空气，防止气体渗透。采用本实施例的气阀膜结合底膜100制作出来的充气袋保气产品，保气率高，阻气效果好。在充气后，在一定压力下，气体减少3％～6％，从而延长了充气袋产品对气体的储存时间，使商品在储存及运输过程中的防护等级明显提升。
在本发明的一些其他实施例中，聚乙烯外层310和聚乙烯内层322也可采用聚丙烯替代，然而，本实施例的气阀膜材中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中添加有聚烯烃弹性体(POE)，在第二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中则添加有低密度聚乙烯(LDPE)，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，而且便于后期气阀膜与底膜的自粘合，且可以控制成本。
在本实施例中，底膜均采用高阻隔膜材，其中聚乙烯外层310和聚乙烯内层322的主要基材均为MLLDPE茂金属聚乙烯，但在第一、二聚烯烃类功能层的聚乙烯外层310中均添加有低密度聚乙烯(LDPE)，中间阻隔层323则选用EVOH作为主成分，这样的膜层结构设计不仅保气性能好，便于加工和降低成本，还可对气体呈现出更强的阻断作用，可进一步提高底膜的保气性能。
本实施例的充气袋产品的断面电镜照片如图9所示，经测试至少具有如下效果：相比以下对比例的充气袋，本实施例的充气袋的保气时间可达到360天，最大承受压力提升30％。
此外，在本发明其他的实施例中，本发明气阀膜材的中间阻隔层还可加工成“包含两层尼龙阻隔层之间夹杂一乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层”的夹层结构(参见图10)。
对比例：
采用上述实施例1的充气袋结构，但选用的气阀膜材质和底膜材质如下表9所示，膜材平均厚度约为36微米。
表9：对比例的气阀膜膜层结构参数表
本实施例中的上底膜和下底膜均采用如下表10所示的多膜层结构300，膜材平均厚度约为50微米。
表10：对比例的底膜膜层结构参数表
本对比例的充气袋产品的断面电镜照片如图11所示，经测试具有如下效果：本对比例的充气袋的保气时间可达到30天。
以上实施例和对比例中的膜材的性能对比测试数据如下表11所示：
表11：各实施例中高阻隔膜材性能参数对比实验表
如图12所示，本实施例的膜材的制备方法，包括进料、加热熔融、共挤出、吹膜冷却定型、牵引、收卷多个步骤，具体操作如下：
S1：将上述实施例多膜层结构300中各层的原料粒子分别由各自的储罐输送至各挤出机的料斗处；在输送过程中，原料粒子经过自动称重系统，原料粒子在自动称重系统中按配方中的配比添加到各挤出机的料斗内，在输送过程中即完成了材料的配比，实现计量精确化，减少了加工过程中的称重过程。
S2：本实施例中料斗为七个，分别用于存放每一层的原料粒子，其他实施例中根据膜层结构的不同还可以为9-11个不等，还可增设部分料斗用于存放功能助剂；原料粒子分别存放于不同料斗中，方便运送，也方便调整各组分的配比，适用于不同材料配比的情况，使整个加工装置更为灵活；料斗上料后，各原料粒子在挤出机中经加热、熔融、分配、共挤出、风环冷却定型，得到一次成型的膜体。
S3：膜体通过风环冷却定型时，膜体的吹胀比一般为1～3，膜体的牵引比为4～6，使膜料达到预设的厚度。
S4：风环冷却定型后的膜体经过人字夹板夹扁后通过牵引形成两层薄膜，一同进入一厚膜拉伸延展机构进行厚膜拉伸延展操作，厚膜拉伸延展机构中设有膜体加热装置和膜体冷却装置，通过反复冷热交替进行厚膜拉伸延展。
S5：经厚膜拉伸延展操作后的膜体在输送过程中可进行二次冷却定型操作(但该操作不是必须的)，二次冷却定型操作可以通过一风环冷却装置施加在膜体上，也可通过多组水平设置的加热辊组和冷却辊组，用于使膜料更为平整，性能更为均匀；且二次冷却定型后的膜体温度控制在30℃～50℃。膜材在滚筒中移动以使材料更加平整，性能更加均匀，每种成分的物理功能发挥到极致。
S6：二次冷却定型完成的膜体经过牵引辊牵引、后加工处理和冷却，输送至收卷辊处进行收卷。具体地，牵引辊之后的滚筒内还可根据需要设置加热辊组和冷却辊组，加热辊组和冷却辊组交替设置，对膜材进行反复加热和冷却，使滚筒可对经过二次冷却定型后的膜料进行继续加热或冷却，使材料的硬度提高，延展性能更好；后加工处理为电晕和切边，薄膜经过后加工处理后，两层薄膜分别进行冷却定型收卷。
本实施例的制备方法实现了高阻隔膜材材料一次直接成型，可以进行牙膏管等包装管材的制作，工艺上化繁为简，成本降低。高强度材料工艺的特性使材料在制管领域具有管材厚度均匀、管身圆滑、阻隔性好、加工效率高、材料成本低、硬挺度较高等优势。
如图13所示的用于制备可循环利用的高阻隔膜材的加工系统，包括料斗1、吹膜机2、多个挤出机3、输送装置4、厚膜拉伸延展机构5、分切装置6和收卷装置7，料斗1连接挤出机3，多个挤出机3连接在吹膜机2的底部，多个挤出机3的数量与拟制备的高阻隔膜材的层数对应一致，吹膜机2顶部输出的膜材通过输送装置4连接经过厚膜拉伸延展机构5，经过厚膜拉伸延展机构5输出的膜材最终连接至分切装置6和收卷装置7。
图15为本实施例厚膜拉伸延展机构5的局部放大图，由图15可见，厚膜拉伸延展机构5内设有容纳输送装置4的输送通道，且输送通道内设有对膜体进行冷热交替处理的膜体加热装置51和膜体冷却装置52。厚膜拉伸延展机构5布置在吹膜机2的出料处附近(本实施例中布置在吹膜机2的顶部)，且膜体加热装置51和膜体冷却装置52交替设置有多组。
如图13所示，经过厚膜拉伸延展机构5输出的膜材再通过输送装置4可选择性地连接经过一二次冷却定型装置8，二次冷却定型装置8与分切装置6和收卷装置7连接。该二次冷却定型装置包括施加在膜材上的风环冷却装置，还包括设置在风环冷却装置前进行交替冷热处理的加热辊组和冷却辊组，加热辊组和冷却辊组布置成对膜材进行水平辊压方式。
如图14所示，吹膜机2的模头21中流道22数量的配置与拟制备的膜材的层数一致，且位于模头21内的单个流道22的宽度大于该单个流道22在风环冷却出料处的流道开口23的尺寸。在风环冷却出料处的流道开口23的尺寸则与膜层各层的厚度保持一致，以制备得到相应层厚比的多膜层结构。
Claims (20)
1.一种气阀膜材，其特征在于，所述气阀膜材为多层共挤膜结构，包括第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层和中间阻隔层，所述中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层(TIE)分别与第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层结合，所述中间阻隔层包括尼龙(PA)阻隔层和/或乙烯-乙烯醇共聚物类(EVOH)阻隔层。
2.根据权利要求1所述的气阀膜材，其特征在于，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层中包含聚乙烯或聚丙烯，优选聚乙烯。
3.根据权利要求2所述的气阀膜材，其特征在于，所述第一聚烯烃类功能层中添加有粘性树脂，优选聚烯烃弹性体(POE)或粘性树脂EVA。
4.根据权利要求3所述的气阀膜材，其特征在于，所述第一聚烯烃类功能层包括位于外侧的第一聚乙烯外层和靠近粘结树脂层的第一聚乙烯内层，且聚烯烃弹性体添加于第一聚乙烯外层中。
5.根据权利要求2所述的气阀膜材，其特征在于，所述第二聚烯烃类功能层包括位于外侧的第二聚乙烯外层和靠近粘结树脂层的第二聚乙烯内层。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的气阀膜材，其特征在于，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层的主要成分均为茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)，且第二聚烯烃类功能层中添加有低密度、中密度或高密度聚乙烯。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的气阀膜材，其特征在于，所述气阀膜材的总厚度在50微米以下，优选20-41微米。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的气阀膜材，其特征在于，所述尼龙阻隔层在气阀膜材中的层厚比在20％以下，所述乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层在气阀膜材中的层厚比在5％以下。
9.根据权利要求8所述的气阀膜材，其特征在于，所述中间阻隔层包含有且只有一层乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层或尼龙阻隔层；或者包含两层尼龙阻隔层；或者包含两层尼龙阻隔层之间夹杂一乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层的夹层结构。
10.根据权利要求8所述的气阀膜材，其特征在于，所述第一聚烯烃类功能层、第二聚烯烃类功能层在气阀膜材中的层厚比均控制在30％～45％。
11.一种气阀膜，其特征在于，采用权利要求1～10中任一项所述的气阀膜材。
12.根据权利要求11所述的气阀膜，其特征在于，所述气阀膜包括相互紧贴的第一气阀膜层和第二气阀膜层，且第一气阀膜层和第二气阀膜层均包括所述气阀膜材，所述第一气阀膜层和第二气阀膜层相互靠近的侧部设置为所述气阀膜材的第一聚烯烃类功能层。
13.一种充气袋，其特征在于，包括上底膜、下底膜和权利要求11或12所述的气阀膜，所述气阀膜设于上底膜和下底膜中间的开口处，所述上底膜、下底膜采用含尼龙阻隔层或乙烯-乙烯醇共聚物类阻隔层的膜材。
14.根据权利要求13所述的充气袋，其特征在于，所述上底膜或下底膜采用可循环利用的高阻隔膜材，所述高阻隔膜材包含第一聚乙烯功能层、第二聚乙烯功能层、乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层，所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层分别与第一聚乙烯功能层、第二聚乙烯功能层结合。
15.根据权利要求14所述的充气袋，其特征在于，所述第一聚乙烯功能层、乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层和第二聚乙烯功能层之间通过粘合树脂层紧密粘合成一整体，且所述高阻隔膜材包含的各膜层是通过吹膜工艺一次共挤出成型得到。
16.根据权利要求14～15中任一项所述的充气袋，其特征在于，所述高阻隔膜材在显微电镜下显示的膜层结构中包含有且只有一层乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层，在显微电镜下显示的所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层在高阻隔膜材中的层厚比为5％以下，优选4％以下。
17.根据权利要求14～15中任一项所述的充气袋，其特征在于，所述高阻隔膜材的总厚度为30～150微米，所述粘合树脂层为马来酸酐接枝线性聚乙烯，或马来酸酐接枝线性聚乙烯与线性聚乙烯共混物，在显微电镜下显示的单层粘合树脂层在高阻隔膜材中的层厚比为3％～10％。
18.根据权利要求14～15中任一项所述的充气袋，其特征在于，所述第一聚乙烯功能层和/或第二聚乙烯功能层包括外侧PE层和靠近粘合树脂层的内侧PE层，所述外侧PE层选用茂金属线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的复合。
19.根据权利要求18所述的充气袋，其特征在于，在显微电镜下，位于所述乙烯-乙烯醇共聚物类中间阻隔层两侧的外侧PE层在高阻隔膜材中的层厚比均为10％～30％；各粘合树脂层在高阻隔膜材中的层厚比均为3％～10％，其余部分均由所述的内侧PE层所占据。
20.根据权利要求19所述的充气袋，其特征在于，在显微电镜下，所述高阻隔膜材中包含的内侧PE层的单侧厚度占比在10％～30％。
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