食品飲料塑料容器收縮膜熱縮性能測(cè)試新方法

于佳佳+陳欣+范珺

收縮膜作為一種使用范圍較廣的包裝材料，廣泛應(yīng)用于灌裝飲料、啤酒、乳制品、肉制品等產(chǎn)品的包裝及標(biāo)簽，具有透明、外觀精美、防潮、防塵等特點(diǎn)，常見(jiàn)的收縮膜包括POF、PE、OPS、PET、PVC、PVDC等。收縮薄膜的熱縮性能可視作薄膜中的分子鏈?zhǔn)軣岚l(fā)生解取向，恢復(fù)到未拉伸前的能力，即在薄膜的生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)其處于高彈態(tài)下時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制拉伸，使分子鏈取向；當(dāng)薄膜再次受熱時(shí)，分子鏈解取向，恢復(fù)到未拉伸的狀態(tài)，使薄膜收縮。收縮膜的熱縮性能決定了其對(duì)包裝內(nèi)容物的緊密貼合性，因此加強(qiáng)對(duì)收縮膜熱縮性能的研究及監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)專門針對(duì)薄膜收縮性能檢測(cè)的方法標(biāo)準(zhǔn)主要為GB/T 12027-2004《塑料 薄膜和薄片加熱尺寸變化率試驗(yàn)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)所使用的方法為烘箱加熱法。另外，有些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所涉及產(chǎn)品收縮性能的測(cè)試方法做出了要求，如GB/T 10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（PP）薄膜》、GB/ T 13519-2016《包裝用聚乙烯熱收縮薄膜》等，前者要求使用烘箱加熱法，后者要求使用油浴加熱法。無(wú)論哪種方法都僅能用于測(cè)試收縮膜的收縮率，對(duì)于收縮過(guò)程中產(chǎn)生的力值則無(wú)從考究，而收縮力值的大小是影響收縮膜包裝是否緊致、是否會(huì)引起產(chǎn)品擠壓變形的重要因素。為了探究收縮膜的收縮率及收縮力情況，本文按照ISO 14616《塑料聚乙烯 乙烯共聚物及其混合物熱收縮膜 收縮性能的測(cè)試》中規(guī)定的方法，對(duì)收縮膜的收縮率、熱縮力、冷縮力進(jìn)行測(cè)試。

1 試驗(yàn)原理

本次試驗(yàn)采用空氣加熱原理進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)設(shè)備加熱腔內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將試樣放入加熱腔中進(jìn)行收縮試驗(yàn)，收縮過(guò)程中產(chǎn)生的尺寸及力值變化分別由位移傳感器與力值傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)力值降低到設(shè)定值后，試樣出腔，繼續(xù)監(jiān)測(cè)試樣的尺寸及力值變化。收縮率為試驗(yàn)前后試樣長(zhǎng)度的減小值與試驗(yàn)前試樣長(zhǎng)度比值的百分?jǐn)?shù)，試樣加熱過(guò)程中產(chǎn)生的力值即為熱縮力，試樣出腔冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的力值即為冷縮力。

2 試驗(yàn)設(shè)備與樣品

本文采用的試驗(yàn)設(shè)備為L(zhǎng)abthink蘭光公司自主研制的FST-02薄膜熱縮性能測(cè)試儀。該設(shè)備擁有高精度力值傳感器和位移傳感器，可精確定量測(cè)定塑料薄膜在熱收縮過(guò)程中的熱縮力、冷縮力以及收縮率等性能。試驗(yàn)所用樣品為雙向拉伸聚苯乙烯OPS收縮膜，鑒于其良好的使用性能及環(huán)保性，該材料作為一種新型的收縮標(biāo)簽正逐步替代傳統(tǒng)的PVC標(biāo)簽。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 裁樣

沿OPS樣品橫向裁取10條寬為15.0mm的試樣，長(zhǎng)度應(yīng)保證夾具間有100mm的有效長(zhǎng)度。用專用制樣器在每條試樣表面形成兩個(gè)圓孔，便于試樣的裝夾。每2條試樣為一組，分別用于測(cè)試試樣的收縮率與收縮力。

3.2 裝樣

取任意3組試樣，分別裝夾到設(shè)備的3組夾具上，每組夾具均包括分別配置了力值傳感器、位移傳感器的兩個(gè)試樣夾具。裝夾的試樣應(yīng)完全平直，且力值傳感器應(yīng)不受力。

3.3測(cè)試過(guò)程

設(shè)置試驗(yàn)溫度、結(jié)束溫度等試驗(yàn)參數(shù)，點(diǎn)擊“開(kāi)始試驗(yàn)”選項(xiàng)，試驗(yàn)開(kāi)始。當(dāng)設(shè)備加熱腔內(nèi)的溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度后，試樣自動(dòng)進(jìn)腔，試驗(yàn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，試樣受熱收縮并產(chǎn)生熱縮力，當(dāng)力值下降到最大熱縮力的15%～30%時(shí)，試樣自動(dòng)出腔，此后產(chǎn)生的力值為冷縮力。設(shè)備自動(dòng)記錄并實(shí)時(shí)顯示試樣進(jìn)腔到試驗(yàn)結(jié)束過(guò)程中的熱縮力、冷縮力、收縮率。試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)備顯示每組試樣的收縮率、最大熱縮力、最大冷縮力。將其余兩組試樣裝夾到設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試。

4 試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)測(cè)試的是OPS收縮膜樣品在110℃、120℃下的收縮性能，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從OPS收縮膜樣品在兩種溫度條件下測(cè)得的收縮性能來(lái)看，120℃時(shí)樣品的收縮率略高于110℃，而兩種溫度下的最大熱縮力與最大冷縮力均相差無(wú)幾，即收縮力隨溫度的變化不大；所測(cè)試的OPS樣品的最大冷縮力明顯大于最大熱縮力，說(shuō)明該收縮膜在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的緊縮力更大；5組樣品測(cè)試結(jié)果的偏差值均較小，重復(fù)性好。

5 收縮膜熱縮性能的影響因素

收縮膜所包裝的產(chǎn)品種類多、形狀各異，要求其具有不同的收縮性能。不同收縮薄膜的收縮性能并不相同，即便同一種類薄膜在不同的加工工藝和溫度下的收縮性能也有所差異，因此影響因素的探究與分析對(duì)于收縮膜的實(shí)際應(yīng)用具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

對(duì)于同一原材料而言，加工工藝和參數(shù)的調(diào)整將會(huì)獲得不同熱縮性能的成品膜。例如，機(jī)器運(yùn)行牽伸比的增加，膜所承受的拉伸變形越大，分子鏈恢復(fù)原有形態(tài)的趨勢(shì)就越大，其收縮率呈上升趨勢(shì)。基于同樣原理，模具吹脹比增大后，膜的縱向收縮率逐漸下降，橫向收縮率逐漸上升。另外，擠出工藝溫度升高和膜泡冷卻時(shí)間縮短，都有利于膜收縮率的上升。對(duì)于不同材質(zhì)的收縮膜而言，一般膜的結(jié)晶度越高，分子排列越緊密、密度越高，收縮率越大?？v向拉伸程度的差異也會(huì)影響不同材質(zhì)收縮膜的熱縮性能。

6 總結(jié)

本文描述的收縮膜熱縮性能測(cè)試新方法，與傳統(tǒng)的僅能測(cè)試收縮率的油浴法、烘箱加熱法相比，該方法可以更全面地反映收縮膜的熱縮性能，能夠更好地應(yīng)用于收縮膜的性能研究及質(zhì)量監(jiān)控。