基于熱封合參數(shù)的食品包裝袋封口熱封合強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)研究

高 雪，張希棟，孫明達(dá)

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

真空包裝的食品在存放過(guò)程中，包裝袋封口強(qiáng)度的降低容易引起包裝袋密封性變差；特別是在流通過(guò)程中封口熱合強(qiáng)度的降低易使包裝袋封口處開(kāi)裂導(dǎo)致包裝袋破損，影響食品的質(zhì)量和降低包裝食品的保質(zhì)期。因此，有必要研究影響食品包裝袋封口熱合強(qiáng)度的條件因素，為食品包裝提供試驗(yàn)依據(jù)[1-3]。在食品真空包裝中，在設(shè)置的熱封合電壓、熱封合時(shí)間參數(shù)作用下，包裝袋封口處的材料逐漸熔化，在一定的壓力作用下融合為一體的過(guò)程。熱封合時(shí)間、熱封合電壓設(shè)置不合理將直接影響包裝袋的封口熱合強(qiáng)度[4-5]，本文主要通過(guò)設(shè)計(jì)食品包裝袋封口熱合強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)，研究包裝袋熱封合封口參數(shù)如熱封合時(shí)間、熱封合電壓對(duì)包裝袋封口強(qiáng)度的影響，為合理設(shè)置包裝袋熱封合封口工藝參數(shù)提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 封口熱封合強(qiáng)度測(cè)試指標(biāo)

試驗(yàn)主要研究食品包裝袋封口熱封合工藝參數(shù)熱封合電壓、熱封合時(shí)間對(duì)封口熱合強(qiáng)度的影響[6-7]。通過(guò)設(shè)置熱封合電壓和熱封合時(shí)間的數(shù)值使包裝袋封口處的材料經(jīng)過(guò)電加熱后融合，獲得封口后的包裝袋試樣[8-9]；參照標(biāo)準(zhǔn)QB/T2358-98《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，分別測(cè)試不同熱封合參數(shù)條件下的包裝袋封口試樣，分析出熱封合參數(shù)變化對(duì)包裝袋封口熱合強(qiáng)度的影響[10]。在標(biāo)準(zhǔn)QB/T2358-98《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法》中，熱合強(qiáng)度指標(biāo)表示為F/15mm，F(xiàn)為試樣斷裂時(shí)的負(fù)荷，單位N。對(duì)封口試樣進(jìn)行實(shí)際拉伸過(guò)程中，將出現(xiàn)斷裂和撕裂的情況，分別為：

(1)包裝袋熱封合封口的邊緣處斷裂。

(2)包裝袋試樣封口的外側(cè)斷裂。

(3)包裝袋封口處撕裂。

而標(biāo)準(zhǔn)QB/T2358-98給出的熱合強(qiáng)度指標(biāo)不能完整的體現(xiàn)和衡量試樣拉伸過(guò)程中將出現(xiàn)的上述3種情況。因此對(duì)上述3種情況建立3種拉伸強(qiáng)度指標(biāo)為：

(1)

(2)

(3)

式中：σhs-1為試樣在封口處拉斷時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度值；F1為試樣在封口處拉斷時(shí)測(cè)得的負(fù)荷(單位：N)；σhs-2為試樣在封口的外側(cè)拉斷時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度值；F2為試樣在封口外側(cè)拉斷時(shí)測(cè)得的負(fù)荷(單位：N)；σhs-3為試樣在封口處撕裂時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度值；F3為試樣在封口處撕裂時(shí)測(cè)得的負(fù)荷(單位：N)；b為試樣寬度(單位：mm)；t為試樣厚度(單位：mm)。

因此，在熱封合電壓、熱封合時(shí)間參數(shù)條件下選擇的包裝袋封口熱封合強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)為集合(σhs-1,σhs-2,σhs-3)中的一個(gè)元素。

2 封口熱封合強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)操作流程

基于熱封合參數(shù)的包裝袋封口強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括包裝袋封口操作、包裝袋封口強(qiáng)度檢測(cè)兩部分，具體試驗(yàn)操作流程如圖1所示。包裝袋封口操作主要應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的平板真空包裝機(jī)，試樣采用復(fù)合尼龍包裝袋。通過(guò)設(shè)定熱封合電壓和熱封合時(shí)間參數(shù)對(duì)包裝袋開(kāi)口處加熱和施加預(yù)壓力，使復(fù)合尼龍包裝袋開(kāi)口處的材料熱熔并融合，完成包裝袋的封口過(guò)程。包裝袋封口強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的拉力試驗(yàn)機(jī)。通過(guò)對(duì)包裝袋封口試樣進(jìn)行拉伸操作，測(cè)試出試樣拉伸直至斷裂過(guò)程的負(fù)荷-拉伸變形曲線，得到試樣拉斷時(shí)的強(qiáng)度值即封口抗拉強(qiáng)度；最后測(cè)出不同熱封合時(shí)間和熱封合電壓條件下的包裝袋封口熱封合強(qiáng)度值。

圖1 包裝袋封口強(qiáng)度測(cè)試流程圖

2.2 試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定

(1)封口熱封合參數(shù)設(shè)定

試驗(yàn)用的真空包裝機(jī)能夠提供24、30、36V三種熱封合電壓，可在0～50 s范圍內(nèi)選擇熱封合保持時(shí)間。在進(jìn)行封口操作時(shí)分別選擇不同的熱封合電壓值，再對(duì)每種熱封合電壓值設(shè)置不同的熱封合保持時(shí)間進(jìn)行包裝袋封口操作，以獲得不同的包裝袋封口熱封合強(qiáng)度。

(2)封口熱封合強(qiáng)度測(cè)試參數(shù)設(shè)定

測(cè)試包裝袋封口熱封合強(qiáng)度使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的拉力試驗(yàn)機(jī)。在拉力試驗(yàn)機(jī)的操作軟件中編輯出測(cè)試試驗(yàn)編號(hào)，用于對(duì)每次測(cè)試的封口熱封合強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分類(lèi)分析。在操作軟件中輸入試樣的寬度和厚度數(shù)值，為了保證每個(gè)包裝袋的取樣數(shù)量能夠達(dá)到10個(gè)以上和便于計(jì)算試樣的截面積，取樣時(shí)的試樣寬度為15mm；試樣厚度用可變壓力厚度計(jì)測(cè)得的平均值為0.092mm。在操作軟件中編輯測(cè)試方法，由于試樣容易拉斷，拉伸速度設(shè)定為50±5mm/min。

3 封口熱封合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

測(cè)量出熱封合電壓為24、30、36V，熱封合間為5～50s時(shí)試樣斷裂情況包括封口邊緣處斷裂、封口的外側(cè)和封口處撕裂，見(jiàn)表1～表3。

表1 熱封合電壓24V 熱封合時(shí)間5～50s包裝袋試樣斷裂類(lèi)型

表2 熱封合電壓30V 熱封合時(shí)間5～50s包裝袋試樣斷裂類(lèi)型

表3熱封合電壓36V熱封合時(shí)間5～50s包裝袋試樣斷裂類(lèi)型

Lab.3 Types of package samples pulling off under heat-sealing voltage 36V and heat-sealing time 5～50s

斷裂類(lèi)型5101520253035404550封口處撕裂√√×××××---封口邊緣處斷裂××××√√√---封口外側(cè)斷裂××√√×××---

在表1～表3中，“√”表示在熱封合電壓和熱封合時(shí)間作用下發(fā)生的斷裂類(lèi)型，“×”表示在熱封合電壓和熱封合時(shí)間作用未發(fā)生的斷裂類(lèi)型，“-”表示在熱封合電壓和熱封合時(shí)間作用下包裝袋樣發(fā)生燒蝕現(xiàn)象，試樣失效。

測(cè)量出熱封合電壓為24V、30V、36V，熱封合間為5～50s時(shí)試樣熱封合強(qiáng)度值，如圖2～圖4所示。

圖2 熱封合電壓24V熱封合時(shí)間5～50s試樣熱封合強(qiáng)度

圖3 熱封合電壓30V熱封合時(shí)間5～50s試樣熱封合強(qiáng)度

圖4 熱封合電壓36V熱封合時(shí)間5～50s試樣熱封合強(qiáng)度

3.2 結(jié)果分析

依據(jù)表2-表4，分析在不同熱封合電壓和熱封合時(shí)間作用下包裝袋試樣斷裂特點(diǎn)如下：

(1)熱封合電壓為24V，熱封合時(shí)間為5～15s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時(shí)間為20～45s，包裝袋試樣在封口外側(cè)斷裂。

(2)熱封合電壓為30V，熱封合時(shí)間為5～10s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時(shí)間為15～40s，包裝袋試樣在封口外側(cè)斷裂；熱封合時(shí)間為45～50s，包裝袋試樣在封口邊緣處斷裂。

(3)熱封合電壓為36V，熱封合時(shí)間為5～10s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時(shí)間為15～20s，包裝袋試樣在封口外側(cè)斷裂；熱封合時(shí)間為25～35s，包裝袋試樣在封口邊緣處斷裂；熱封合時(shí)間為40～50s，包裝袋試樣封口處燒蝕，試樣失效。

依據(jù)圖2-圖4，分析在不同熱封合電壓和熱封合時(shí)間作用下包裝袋試樣熱封合強(qiáng)度變化如下：

(1)熱封合電壓為24V，熱封合時(shí)間為20s，包裝袋試樣封口熱封合強(qiáng)度值最大，為32.09N/mm；熱封合時(shí)間超過(guò)20s，熱封合強(qiáng)度值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(2)熱封合電壓為30V，熱封合時(shí)間為15s，包裝袋試樣封口熱封合強(qiáng)度值最大，為32.01N/mm；熱封合時(shí)間超過(guò)15s，熱封合強(qiáng)度值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(3)熱封合電壓為36V，熱封合時(shí)間為25s，包裝袋試樣封口熱封合強(qiáng)度值最大，為33.02N/mm；熱封合時(shí)間超過(guò)15s，熱封合強(qiáng)度值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

分析上述試驗(yàn)結(jié)果，改變熱封合電壓參數(shù)和熱封合時(shí)間參數(shù)，食品包裝袋試樣拉伸時(shí)存在封口處撕裂、封口處斷裂和封口外側(cè)斷裂3種斷裂形式。為保證試樣在封口外側(cè)斷裂情況下能夠具有較高的熱封合強(qiáng)度值，合理設(shè)置熱封合電壓參數(shù)和熱封合時(shí)間參數(shù)包括：

(1)熱封合電壓參數(shù)為24V，熱封合時(shí)間參數(shù)設(shè)置為20～25s，

(2)熱封合電壓參數(shù)為30V，熱封合時(shí)間參數(shù)設(shè)置為15～20s，

(3)熱封合電壓參數(shù)為36V，熱封合時(shí)間參數(shù)設(shè)置為15～20s。

因此通過(guò)合理地設(shè)定熱封合時(shí)間參數(shù)和熱封合電壓參數(shù)，能夠保證食品包裝袋試樣封口具有較高的熱封合強(qiáng)度。

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