アルミニウムとプラスチックの複合材料でヒートシール性能を達成する方法: ガイド

アルミニウム箔は複合材料にバリア特性をもたらしますが、それ自体でヒートシールを形成する能力はありません。その機能は常にフォイルの表面に適用されるものから得られ、メーカーはそれを適用するために 3 つの異なる技術のいずれかを利用します。単一の連続パスで、溶融したPE層を箔上に直接押出コーティングする。または、熱と圧力が加えられたときにのみ活性化するホットメルト接着剤でホイルをコーティングします。各ルートでヒートシール可能な複合材料が生産されますが、関連する機器、コスト構造、故障モードが大きく異なるため、間違ったものを選んだことが後で判明します。多くの場合、初期検査に合格したシールが出荷または設置サイクルのどこかで故障することがよくあります。この記事では、3 つのアプローチの違いと、それぞれがフレキシブル パッケージング、HVAC ダクト、およびケーブルまたはパイプの断熱材のどこに適合するかについて説明します。

方法 1: 既成の PE、EMAA、または エヴァ フィルムをラミネートする

ドライラミネーションでは、すでに押し出され、独自のロールとして巻かれているフィルムに箔を接着します。接着剤が 1 つのウェブに塗布され、2 つのウェブがニップ ローラーの下で一緒に運ばれ、アセンブリは硬化段階を経てからスリットされて巻き戻されます。シーラント層は、独自の分子配向を持った独立したフィルムとして機能し始めるため、フォイル上に直接塗布した層よりも屈曲亀裂やピンホールに対して耐性が優れる傾向があります。

このルートで選択されたフィルムが、その後の複合作品のパフォーマンスの多くを決定します。

• LDPE/LLDPE – 最低コスト、適切なシール強度、汎用パッケージのデフォルトの選択肢。
• EVA – 繰り返しの曲げによく耐えますが、低温では柔らかくなるため、使用中にあまり熱がかからない用途に適しています。
• EMAA – そのイオン基は箔表面の酸化アルミニウム層に強力に結合し、化学的攻撃に耐え、乱暴な取り扱いにも耐えるシールを与えます。このため、シールの破損が許容されない医薬品またはその他の技術用ラミネートによく選ばれます。

フィルムと接着タイ層はフォイルとは別の材料であるため、ラミネート加工はコンバーターに樹脂化学の最も幅広い選択肢を提供します。プロジェクトでシーラントが必要な場合、押出ラインを稼働させることができない場合、多くの場合、シーラントをラミネート加工することが唯一の現実的な方法です。

フレキシブルパウチ用アルミポリエチレンラミネートフィルム この柔軟な AL/PE ラミネートは、ホイルのバリア性と PE のヒートシール性を兼ね備えており、液体および柔らかい製品のパウチに最適です。吊り下げ式パッケージにより、輸送中の表面が滑らかになります。 製品を見る→

方法 2: PE 層を箔上に直接押出コーティングする

押出コーティングでは、別個のフィルムを完全に省略します。溶融した PE 樹脂はフラット ダイに押し込まれ、移動するフォイル ウェブ上に直接キャストされ、そこで冷却されてインラインで固化します。接着剤のタイ層やあらかじめ用意されたフィルムを調達する必要がないため、プロセスが省略され、通常は平方メートルあたりのコストが下がります。これは、シーラントが極端な条件に耐える必要がない、大量の標準グレードのパッケージングにとって大きな利点です。

トレードオフは、この方法で適用される PE は、インフレーションまたはキャストフィルムのように延伸または配向されていないため、繰り返し折り畳むと屈曲亀裂が発生しやすくなる可能性があることです。溶融したPEはラミネート用接着剤ほど容易には未処理のフォイルに接着しないため、通常、ダイの前にフォイルをコロナまたは火炎処理して十分に湿らせる必要があります。 PET/AL/PE などの多層構造は、多くの場合この方法で構築され、PE 側が直接押出コーティングされ、シーリング ステップ自体での破れに対する補強として PET 層が追加されます。

PET/アルミニウム/PE トリプレックスバリアフィルム 強度を高める PET、完全なバリアを実現するアルミニウム、信頼性の高いヒートシールを実現する PE の 3 層ラミネート。カスタマイズ可能な厚さと幅は、要求の厳しい産業用途や断熱用途に適しています。 製品を見る→

方法 3: ホットメルト接着剤で箔をコーティングする

3 番目の方法では、連続フィルムをまったく作成しません。ホットメルト接着剤 (多くの場合、EMAA ベースまたは変性ポリオレフィン) をコーティングとして、用途に応じたコート重量で塗布します。接着剤は熱と圧力によって軟化点を超えたときにのみ活性化するため、コーティングされたフォイルは在庫に保管され、後で別のステップで必要に応じてシールできます。

この方法は、フォイルを別のフォイルやプラスチックのシート以外のもの、つまり発泡体、金属、または平らなフィルムではうまく適合しない凹凸のある基材に接着する必要がある場合に使用されます。パイプの絶縁ジャケットやケーブルのラッピングはその最も明白な例です。粘着コーティングにより、主に箔と箔のシール用に設計されたラミネートフィルムでは不可能な方法で、アルミニウム複合材料が曲面やテクスチャーのある表面をグリップします。

アルミニウム/PET/EMAA 強粘着三相フィルム このトリプレックスは、フォイルバリア、PET 強度、発泡体、金属、ポリマーに対する EMAA の優れた接着力を統合しています。パイプの絶縁、ケーブルのラッピング、梱包構造に適しています。 製品を見る→

方法に関係なく構造と表面品質が重要

3 つのルートのいずれを使用する場合でも、ホイル自体は平らでピンホールや折り目がない必要があります。ホイルに弱い部分があると、シーラントがどのようにしてそこに到達したとしても、シールが損なわれてしまいます。方法によって異なるのは、どこに弱点が現れる傾向があるかということです。積層構造には独特の接着層があり、接着層が不足したり不均一に広がったりする可能性があります。押出コーティングされた構造は、金型の直前に箔がどの程度適切に処理されたかによって決まります。ホットメルトコーティングは通常、完全なフィルムよりも薄く均一ではないため、コーティング重量の厳密な制御に依存します。顕微鏡でサンプルの断面を観察すると、通常、層がどのように接触するかだけで、3 つのプロセスのうちどのプロセスで特定のロールが製造されたかがわかります。

各メソッドの一般的なプロセスパラメータ

3 つの方法は、異なる温度と速度で実行されます。これは、既製フィルムの接着、溶融樹脂のキャスティング、接着剤コーティングの活性化など、異なる問題を解決するためです。以下の範囲は開始点です。実際の設定は樹脂グレード、フォイルゲージ、ライン構成に大きく依存するため、最終的な数値を確定するには、依然として生産装置での試運転が必要です。

押出コーティングは、PE がダイから均等に流れるように完全に溶融する必要があるため、最も高温になります。一方、ホットメルト コーティングは、この段階の目標は接着剤を塗布することだけであり、まだ何もシールすることではないため、温度は低くなります。ラミネート加工は、フィルムがすでに形成されているため、3 つの中で最も低く設定されています。ここでの熱は、2 つの固体ウェブ間の接着剤を活性化しているだけです。

生産に関する実際的な考慮事項

これら 3 つの方法のいずれかが実際に大規模に適用できるかどうかは、いくつかの要因によって決まります。

1. 清潔さ – ホイル上の油、ほこり、または残留水分により、1 つのプロセスだけでなく 3 つのプロセスすべてで濡れが妨げられます。
2. 表面処理 – コロナまたはプラズマ処理は、多くの場合、押出コーティングに不可欠であり、限界ラミネートの接着を助けることができますが、機械的に接着するように設計されたホットメルトコーティングの場合はそれほど重要ではありません。
3. ストレージ – ラミネートロールはかなり安定していますが、ホットメルトコーティングされたロールは、温かいまま積み重ねたり、高温すぎる場所に保管したりすると、互いに固まってしまう可能性があります。
4. テスト – 剥離試験はラミネートおよび押出コーティングに機能します。ホットメルトコーティングの場合、コーティング重量の検証は剥離結果と同じくらい重要です。

3 つの方法すべてに共通する経験則として、複合材料は継ぎ目で破損する前にフィルムまたは発泡基材の中で破損する必要があります。接着ラインできれいに剥がれる場合は、その特定のプロセスの何か (接着剤の枯渇、溶融温度、またはコートの重量) を調整する必要があります。

各メソッドに特有の欠陥

• デラミネーション（積層法） – 通常は、接着剤が不足している接着剤か、硬化段階の実行が速すぎるか冷たすぎることが考えられます。
• オレンジの皮またはウェットアウト不良 (押出コーティング) – 溶融温度が低すぎるか、ダイギャップまたはエアギャップがライン速度に対して正しく設定されていません。
• コールドスポットまたはギャップ（ホットメルトコーティング） – コート重量が薄すぎるか、アプリケーターロールが不均一で、ホイル上に裸のパッチが残っています。
• ピンホール (3 つすべて) – ほとんどの場合、シーラントの塗布自体ではなく、フォイルのしわや損傷が原因です。

最終用途に適した方法の選択

特定の樹脂の化学的性質を必要とするポーチやテクニカルラミネートの場合、特に EMAA の耐薬品性が重要な場合、フィルムラミネートは通常、追加コストの価値があります。平方メートルあたりの価格が決定要因となる大量の標準的なパッケージングやダクトのフェーシングの場合、押出コーティングされた PE に勝るものはありません。そして、別の平らなシートではなく、フォーム、金属、または不規則な表面に接着する必要があるあらゆるもの（パイプの断熱ジャケットやケーブルのラッピングが最も明確なケースです）の場合、ホットメルト接着剤コーティングが実際にその作業のために構築された方法です。新しい用途を評価する購入者は、通常、最初に方法を選択して最終用途が適合することを期待するよりも、複合材料をどのように接着する必要があるかということから始めて、次にその方法に遡って検討する方が良いでしょう。

結論

アルミニウムとプラスチックの複合材料をヒートシール可能にする「正しい」方法は 1 つではありません。3 つの方法があり、それぞれが異なる問題を解決します。別の PE、EMAA、または EVA フィルムをラミネートすると、最も幅広い樹脂の選択肢が得られ、屈曲に対する最高の耐性が得られます。押出コーティングは、その柔軟性の一部と引き換えに、標準的なパッケージングでの低コストと高速スループットを実現します。ホットメルト接着剤コーティングは、アルミニウム複合材料を発泡体、金属、および平坦なフィルムでは処理できないその他の基材に接着する能力と引き換えに、ホイルとホイルのシールという概念を完全に放棄します。たまたま利用可能なラインに適合するだけでなく、実際の接合要件に方法を適合させることにより、シールの弱点ではなく完成品の最も強力な部分が保たれます。