PA/LDPE複合膜包裝的熱（rè）封性與熱粘性研究

摘要：PA/LDPE複合膜在熱封（fēng）過程中常（cháng）出現熱封不良（liáng）的質量問題，本研究針對該問題采用多款熱（rè）封及拉力測試（shì）設備（bèi），固定熱封壓力及熱封時間（或稱為密（mì）封時間），結合熱封區域形態（tài）是否良好，選（xuǎn）取可達到最佳熱粘（zhān）強度及熱封強度的熱封溫度（或稱（chēng）為密（mì）封溫度）。由此，為該複合膜或采用LDPE作為熱封層的複合膜使用企業在包裝過程中（zhōng）提供可（kě）參考的依（yī）據。

關鍵詞： PA/LDPE複合膜 ,熱封溫度 ,熱封性 ,熱粘性

劉東芳1 於佳佳2 陳欣2 

(1. 國家包裝產品質量監（jiān）督檢驗（yàn）中心，濟（jì）南 250102；2. 濟南蘭光機電（diàn）技術有限公司，濟南 250031)

在食品（pǐn）及醫療器械行業，PA/LDPE複合膜是較為常見的包裝用薄膜，因為PA具有較（jiào）好的韌（rèn）性及阻隔性，LDPE具有優良的熱封性[1-2]。但是PA/LDPE複 合膜在（zài）應用過程中，卻經常出（chū）現熱封過度或其他熱封不良的（de）現象，甚至在包裝（zhuāng）線上出現熱粘性較差的包裝，導（dǎo）致包裝內（nèi）容物變質或泄露（lù）等（děng）質量問題（tí）。上述問題大部分 是由熱封溫度、熱封時間或壓力不合適引起，多數企業不了解所使用包材的熱封及熱粘性，甚至不知道所（suǒ）使用的包材材質，盲目的選擇熱封（fēng）溫度等工藝參數，導致熱 封過度等問題[3-5]。針對上述問題，我（wǒ）們選擇常用的PA/LDPE複 合膜包裝作為研究對象，試驗研究其熱封性（xìng）及熱粘性最（zuì）優參數，采用（yòng）相關拉力試驗機進行測試。通過固（gù）定延遲（chí）時間，測試（shì）試樣在不同溫度下的（de）熱粘強度（dù），並繪製熱粘 曲線，從而得到具有（yǒu）良好熱粘性試樣的最（zuì）佳密封溫度範圍。另外，通過固定（dìng）熱封壓力、持續時間這兩個熱封參數，在不同熱封溫度下熱封試樣，測試熱封強度，繪製 熱封曲（qǔ）線（xiàn），確定PA/LDPE在良好熱封性能下的（de）最佳熱封溫（wēn）度範圍。上述研究可為采用LDPE作為熱封層的複合膜使用企（qǐ）業提供一定的生產參考。

1. 試驗

1.1 試驗設備

HTT-L1 熱粘拉力試驗機：濟南蘭光機電技術有限公司生產，密封溫度範圍為室溫 ~ 250 ℃，密封時間及熱粘時間均為（wéi）0.1 s ~ 999.9 s，密封壓力為0.05 MPa ~ 0.7 MPa，試驗速度為100、150、200、300、500、hot tack六檔可選，力值量程為0 N ~ 200 N，0 N ~ 30 N，0 N ~ 50 N，0 N ~ 100 N四檔可（kě）選。適用於塑料薄膜、複合膜等（děng）包裝材料的熱粘性（xìng）能的（de）測試。同（tóng）時（shí）也適用於膠粘（zhān）劑（jì）、膠粘帶、不幹膠、膠（jiāo）黏複合品、複合膜、塑料薄膜、紙（zhǐ）張等軟質材料進行剝離、拉斷等項目的試驗。

HST-H3 熱封試驗儀：濟南蘭光機電技（jì）術有限公司生產，熱（rè）封溫度範圍為室溫 ~ 300 ℃，熱封時間為0.1 s ~ 999.9 s，熱封壓力為（wéi）0.05 MPa ~ 0.7 MPa，該設備基於（yú）熱壓封口測試方法，可用於測定各種（zhǒng）熱封複合膜的熱封溫度、熱封時間以及熱封壓力（lì）等關鍵參（cān）數。

XLW(EC) 智能電子拉力試驗機：濟南蘭光機電技術有限（xiàn）公司（sī）生產，行程最大為950 mm，試驗速度為50、100、150、200、250、300、500七（qī）檔可選，力值量程為0 N ~ 500 N，0 N ~ 50 N兩檔可選（xuǎn）。適用於塑料薄膜、複合（hé）材料、軟質包裝（zhuāng）材（cái）料、塑料軟管、膠（jiāo）粘劑（jì）、膠粘帶、金（jīn）屬箔、隔膜、背板材料、無紡布、橡膠、紙張等產品的拉伸、剝（bāo）離、變形、撕（sī）裂、熱封、粘合、穿刺力、開啟力、低（dī）速解卷力、撥開力等（děng）性能測（cè）試。

1.2 試驗步驟

本試驗采用常見（jiàn）的PA/LDPE複合膜作為驗證材料，測（cè）試其熱粘強度與熱（rè）封強度。

在驗證材料表麵隨機選取10個位置點，測量其厚度，測量（liàng）結果見表1。

(1) 熱粘性參數（shù）選擇

沿（yán）驗證材料（liào）的縱向方向隨機（jī）裁製寬15 mm，長35 cm的試樣45條。設置（zhì）儀器的密封持續時間為1 s，設置儀器的密封壓力為29 N/cm2，設置儀器的延遲（chí）時間為100 ms，夾具的分離速度設置為1500 mm/min(儀器設備固定值)。設置起始密封溫度為125 ℃，將試樣（yàng）的密封麵向上，夾持在熱粘拉力試驗儀上，進行熱粘強度（dù）的測試，做5次平行試驗。隨後每隔（gé）2.5 ℃做一組試驗，直至152.5 ℃熱粘（zhān）強（qiáng）度明顯下降時為（wéi）止，每個密封溫度均做（zuò）5次平行試驗。

(2) 熱封參數選擇

沿材料的縱向方向隨機裁製長15 cm、寬7.5 cm的試樣44片。在熱封試驗儀上設置持續時間為（wéi）1 s，在熱封試驗（yàn）儀上設置熱封壓力為290 kPa，設置初始熱封溫度為95 ℃，隨機取出2片（piàn）試樣疊放，熱封麵相對，熱（rè）封刀平行於試樣（yàng）的橫向進行熱封（fēng）。隨後每升高5 ℃，按照上述方法對隨（suí）機抽取的試樣進行熱封，直至熱封溫度為200 ℃試樣嚴重變（biàn）形（xíng）為止。沿（yán）試樣（yàng）的縱向方向，分別（bié）將每個熱封後的試樣裁剪成寬15 mm的試（shì）樣條5條。

將試樣（yàng）條放在(23±2) ℃，相對濕度(50±5) %條件下調節至（zhì）少24 h後，分別測試每個溫度下試樣條的熱封強度，拉力（lì）試（shì）驗機的夾（jiá）具初（chū）始間距設（shè）置為5 cm，移動速（sù）度設置為300 mm/min。

2. 結果與（yǔ）討論

2.1 最佳熱粘強度下熱封參數（shù）的選（xuǎn）擇

各溫度下的試驗結果如表2所示。

表2 不同溫度下試（shì）樣的熱粘強度

圖1 熱粘曲線圖

上述表2及圖1中的數據（jù）顯示，在125 ℃ ~ 138.5 ℃溫度範圍內（nèi），熱粘強度隨著密封溫度的增加而（ér）增加，溫度超（chāo）過138.5 ℃後，繼續（xù）增加密封溫度，熱粘強度降低。為了確保試樣具有足夠（gòu）的熱粘強度，試樣的密封溫度應控製（zhì）在（zài）135 ℃ ~ 140 ℃之間。

由於PA/LDPE材料厚度及剝離強度的不均勻性，導致試樣在同樣的密封溫度下熱（rè）粘強度存在一定偏差，但該偏差仍處於規（guī）定範圍內。從試驗現象發現，當試樣的密封溫度低於132.5 ℃時，發生粘合劑破壞（huài），密封區完全剝（bāo）開，密封溫度為135 ℃ ~ 142.5 ℃時，發生分層（céng）破壞，密封區完全剝開，密（mì）封溫度145 ℃ ~ 147.5 ℃時，發生分（fèn）層破壞和部分內聚性破壞，密封區完全分開，密封溫度150 ℃ ~ 152.5 ℃時，發生內聚性破壞，密封區未（wèi）完全剝開。因此，為了防（fáng）止熱態密封區在包裝過程中發生破壞，材料的密封溫度應大於132.5 ℃。綜合上述分析可知，驗證材料PA/LDPE的最佳密封溫度範圍為135 ℃ ~ 145 ℃。

2.2 最佳熱封強度下熱封參數的選擇

從熱封後熱封區形態可以看出，隨著熱封溫度的升高，試樣熱封區的平整（zhěng）性逐漸變差（chà），到155 ℃時熱封邊（biān）出現明顯（xiǎn）變形，200 ℃時熱封邊皺縮變形嚴重。因此，從包裝的美觀角度出發，熱封溫度應控製在155 ℃以下。

測 試熱封強度後，隨著（zhe）熱封溫度的增加，熱封區的（de）破壞形式由熱封界麵完全剝開逐漸演變為熱封界麵部分剝開、試樣拉伸後遠離熱封處斷裂、試樣拉伸後熱封根部（bù）斷 裂。當破壞形式為熱封根部斷裂時，在包（bāo）裝的儲（chǔ）存、運輸過程中，熱封口處易（yì）發生破袋（dài），由一係列試驗現（xiàn）象可知，材料的熱（rè）封溫度應控製在200 ℃以下。

試驗測得不同溫度下試（shì）樣（yàng）的熱封強度數據如表3中所示。

圖2 熱封曲線圖

分析表3和（hé）圖2中的試驗數據可知，熱封溫度在95 ℃ ~ 135 ℃範圍內時（shí），隨著熱封（fēng）溫度的升高，試樣的熱封強度呈（chéng）上升趨勢，當熱封溫度（dù）超過135 ℃時（shí），隨著（zhe）熱封溫度的升高，熱封（fēng）強度變化幅度較（jiào）小，出現波動（dòng）。因此，為了保證材料具有足夠的熱封強度，應將熱封溫度控製在135 ℃以上。

另外，同一溫度下試樣的熱封強度存（cún）在一定偏差，但（dàn）仍（réng）處於規定（dìng）範圍內，試樣厚（hòu）度的波動是造（zào）成熱封強度存在偏差的原因（yīn）之一。綜合上述分析可知，驗證材料（liào）PA/LDPE的最佳熱（rè）封溫度範（fàn）圍為135 ℃ ~ 150 ℃。

3. 結論

為獲得（dé）PA/LDPE良好的熱粘強（qiáng）度和熱封強度，在熱封設備（bèi）穩定的情況下，熱封試驗儀上設置持續時（shí）間（jiān）為1 s，熱封壓力為290 kPa（即29 N/cm2），經過係列試驗選擇出最佳（jiā）的熱封範圍為135 ~ 145 ℃。較低或較高的熱封溫度會引起熱粘強度或熱封強度數值異常，熱封區開口或根部斷（duàn）裂，導致包裝破裂。從上述（shù）試驗數據及現象可知，該研究（jiū）可（kě）得（dé）到穩定而連續的試驗（yàn）結果，試驗數據（jù）可靠（kào），重複性好（hǎo），可真（zhēn）實反（fǎn）映（yìng）試（shì）樣（yàng）的熱粘性（xìng）能和熱封性（xìng）能。

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