軟塑包裝材料熱封強度與熱粘強度的對比分析

摘要：熱封強度與熱粘強度是評價軟塑包裝熱封部位密封效果的兩個指標，本文以PE單層膜為試驗樣品，利用i-Thermotek 2400熱封與熱粘性能測試儀分別對樣品的熱封強度與熱粘強度進行測試，并對試驗結(jié)果進行比對分析。結(jié)果顯示，在相同的熱封參數(shù)下，樣品的熱粘強度明顯低于熱封強度，而兩者的測試值隨熱封溫度的升高均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。

關(guān)鍵詞：熱封強度、熱粘強度、軟塑包裝、熱封參數(shù)、密封效果

軟塑包裝材料是包裝領(lǐng)域的主力軍之一，大多通過熱封工藝對所包裝的產(chǎn)品進行密封包裝，因此，熱封部位的密封效果如何直接影響包裝整體的密封性能。反映軟塑包裝材料熱封部位密封強度大小的檢測指標主要為熱封強度與熱粘強度，前者指的是熱封部位在熱封冷卻后的兩部分熱封層間的結(jié)合牢度，后者則測試的是熱封部位冷卻前的熱封層間結(jié)合牢度。國內(nèi)對熱封強度的測試及研究均較早，發(fā)布的相關(guān)測試標準也較早，如已作廢的ZBY28004-1986《塑料薄膜包裝袋熱合強度測定方法》及現(xiàn)行QB/T 2358-1998《塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法》等，而對熱粘強度的研究及測試相對較晚，目前有關(guān)的測試標準主要為YY/T1433-2016《醫(yī)療器械軟件包裝材料熱態(tài)密封強度(熱粘強度)試驗方法》。本文分別通過對熱封強度與熱粘強度的測試，對比分析這兩類指標試驗方法及測試結(jié)果的異同。

1、試驗設(shè)備及樣品

i-Thermotek2400熱封與熱粘性能測試儀：濟南蘭光機電技術(shù)有限公司研發(fā)生產(chǎn)，適用于各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、鍍鋁膜、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料的熱封強度、熱粘強度等熱封性能與熱粘性能的測試。熱封性能及熱粘性能的控制范圍均為室溫~250℃，控溫分辨率均為±0.1℃，熱封性能的控溫精度為±2℃，熱粘性能的控溫精度為±1℃；熱封壓力的控制范圍均為0.05 MPa ~ 0.7 MPa；熱封時間設(shè)置范圍均為≤ 99.9 s；強度測試的負荷范圍為0 ~ 50 N，精度為1級，分辨率為0.1 N；熱封強度測試的試驗速度為200 mm/min、250 mm/min、300 mm/min；上、下熱封頭可獨立控溫；手動及腳踏兩種試驗啟動模式以及防燙傷設(shè)計，保證用戶使用方便與安全。

PE薄膜：市購，厚度為40μm。

2、試驗過程

2.1 熱封強度測試

(1) 沿材料的縱向方向隨機裁制長30 cm、寬6 cm的試樣8片。

(2) 在設(shè)備的控制軟件上設(shè)置熱封時間1 s，熱封壓力290 KPa，熱封溫度100℃，取出2片試樣疊放，將兩邊的熱封面相對，按試樣寬度與熱封刀平行的方向進行熱封。將熱封溫度依次升至110℃、115℃、120℃，按照上述方法分別將對應(yīng)熱封溫度下的剩余試樣兩兩熱封。沿試樣的縱向方向，分別將每個熱封后的試樣裁剪成寬15 mm的試樣各3條。

(3) 取一條試樣裝夾在設(shè)備的兩個夾具中，設(shè)置試驗速度為300 mm/min，啟動試驗，測試結(jié)束后將其他試樣條分別裝夾在設(shè)備上，依次進行熱封強度的測試。

2.2 熱粘強度測試

(1) 沿材料的縱向方向隨機裁制寬15 mm，長35 cm的試樣12條。

(2) 設(shè)置延遲時間為100 ms，夾具速度1200 cm/min，熱封時間1 s，熱封壓力290 KPa，熱封溫度100℃。再將試樣夾持在熱封與熱粘性能測試儀上，啟動試驗，設(shè)備在將試樣熱封后，達到設(shè)定的延遲時間后，即按照設(shè)定的速度測試其熱粘強度，另取2條試樣進行平行試驗。隨后將熱封溫度依次升至110℃、115℃、120℃，按照上述方法，每一溫度下均測試3條試樣的熱粘強度。

3、結(jié)果與討論

綜合分析，整個試驗過程中熱封強度與熱粘強度測試過程基本相同，均是對試樣進行熱封，然后拉扯破壞熱封后試樣的熱封部位。不同之處在于熱封后測試強度的時間，熱粘強度需要在熱封部位還未冷卻至室溫內(nèi)的幾秒（甚至1秒）時間內(nèi)完成測試，測試時間點的不同對熱粘強度測試值的影響較大。而熱封強度則是在熱封部位冷卻后測試，測試值不受測試所選擇的時間點的影響。因此，熱粘強度試驗須熱封—測試一氣呵成，中間不能人為操作、干預(yù)或中斷，否則很難控制測試時間，而熱封強度試驗的熱封與測試兩操作之間是可以中斷的。本次試驗通過對延遲時間、夾具速度的界定，確保各試樣熱粘強度測試時間點保持一致。

文中所測試試樣在不同熱封溫度下熱封強度與熱粘強度的測試結(jié)果見表1。

表1 試樣熱封強度與熱粘強度測試結(jié)果

從試驗結(jié)果來看，在同種試驗條件下，試樣的熱粘強度明顯低于其熱封強度，即試樣熱封部位冷卻前的結(jié)合牢度低于冷卻后的結(jié)合牢度，這與未冷卻前熱封層材料的分子尚未被固定，更容易發(fā)生形變有關(guān)。因此，在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)重視對包裝材料熱粘強度的測試，特別是熱封制袋后立即進行灌裝的生產(chǎn)模式，以防止因包裝的熱粘強度低而導(dǎo)致熱封邊在灌裝產(chǎn)品沖擊作用下而破損，影響包裝的密封性能，甚至發(fā)生破袋。

四種不同熱封溫度下的測試結(jié)果顯示，100℃時試樣的熱封強度與熱粘強度均最低，115℃時熱封強度與熱粘強度均最高，120℃時強度降低，且試樣發(fā)生皺縮，這說明兩種測試指標值隨熱封溫度的升高，呈現(xiàn)出相同的先增加后降低的趨勢。根據(jù)熱封強度與熱粘強度的測試值及試樣表面的平整情況綜合判斷，對本次測試的40 μm PE薄膜樣品來說，最佳熱封溫度范圍為110℃ ~ 115℃。

4、結(jié)語

熱封強度與熱粘強度是關(guān)系到軟塑包裝封口處是否漏氣、破袋的重要指標，從本文對40 μm PE膜樣品該兩項指標的對比測試來看，兩者的基本試驗過程、測試結(jié)果隨熱封溫度變化的趨勢相同，而熱封強度與熱粘強度測試時間不同，且在同一熱封參數(shù)下，熱粘強度明顯低于熱封強度。