FST-02薄膜熱縮性能測試儀測量結果的比較研究（jiū）

郝文（wén）靜¹，王望舒²，周偉芳¹

（1.濟南MD传媒视频機電技術有限公司，濟南 250031；

2.國家包裝產品質量監（jiān）督檢驗中心(濟南)，濟南250102）

Comparative study of test results of FST-02 Film Thermal Shrinkage Tester

HAO Wen-jing¹, WANG Wang-shu², ZHOU Wei-fang¹

（1.Labthink Instruments Co., Ltd., Jinan 250031;

2.National Supervision and Inspection Center for Packaging Product Quality (Jinan), Jinan 250102)

Abstract: Currently, heatings by oil-bath and oven are majority methods used in domestic for packaging industry to test the shrinkage ratioses of plastic films, but the shrinking force and contracting force is less to be measured. Few enterprises are familiar with the standard of ISO 14616-1997, DIN 53369-1976 and other ones for the plastic shrinkage ratio measurement in the world. The article introduces the common shrinkage testing standards, and focuses on the testing method of shrinking force and contracting force obtained through ISO 14616 and DIN 53369. LDPE, PETG, OPS, POF and BOPP were used in this experiment. The results show that ISO 14616 is available for the measurement of shrinkage properties of polyethylene, ethylene copolymers and their mixtures as well as other heat-shrinkable films.

Key words: shrinkable film; shrinking force; contracting force; shrinkage ratioses; ISO 14616

　　熱收縮膜包裝是目前廣泛使用的一種（zhǒng）包裝形式，具有包裝緊實、透明美觀、適應性強（qiáng）等特點，常用於飲料、日化、煙草、腸類等產品的包裝。熱（rè）收縮膜屬於高分子材料，收縮原理為高（gāo）溫拉伸時，分子鏈段（duàn）在拉伸方（fāng）向上取向，無序卷曲的分子鏈段進行有序排列，當溫度急速降低時，分子鏈段取向結構與內應（yīng）力被“冷凍”，當高聚物再次被加（jiā）熱到拉伸時的溫度時，分子鏈（liàn）段發生解取向，恢複到無序卷曲形態，宏觀上即表（biǎo）現為熱收縮^[1]。收縮力與（yǔ）收（shōu）縮率是（shì）判定收縮性能好壞的主要指標，目前常使用恒溫油浴和烘箱對材料收縮性能進行（háng）測試。

1 檢驗標準

1.1 采用（yòng）恒（héng）溫油浴測試

　　采（cǎi）用恒溫油浴對收縮性能進行測試，具有代（dài）表性的國家標（biāo）準有GB/T 19787-2005《包裝材料 聚烯烴熱收縮薄膜》和GB/T 13519-1992《聚乙烯熱收縮薄膜》。測試方（fāng）法為采用120±2℃的恒溫油浴將試樣加熱一定的時間後取出，冷卻（què）後測量材料橫縱向尺寸的變化，以此計算薄膜收縮率^[2,3]。計算公式如下：

　　式中：S為收縮率（%）；L₀為加熱前試樣的長度（mm）；L為加熱後試樣的長度（mm）。

　　該方法的（de）優點是（shì）油浴溫度控製（zhì）穩（wěn）定，能較好地控製薄膜收縮率檢驗環（huán）境，結果可靠。但是該方法隻能用於檢驗收（shōu）縮率，而無法測試收縮力值。

1.2 采用烘箱（xiāng）測試

　　GB/T 10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜》、GB/T 16958-2008《包裝用雙向拉伸聚酯薄（báo）膜》和GB/T 15267-94《食品（pǐn）包（bāo）裝用聚氯（lǜ）乙烯（xī）硬片、膜》中規定利用烘箱對薄膜的收（shōu）縮（suō）率進行測試。即（jí）將試樣放入（rù）恒溫烘箱中，在一定溫度下加熱一段時間後，取出冷卻，測量試樣橫縱（zòng）向尺寸的變化，計算收縮率^[4,5,6]，公式與采用恒（héng）溫油浴測試的相（xiàng）同。

　　該方法較少用於收縮膜測（cè）試，一般用於測試拉伸型薄膜的收縮率。另外，該方法無法（fǎ）測試收縮力值。

1.3 其他（tā）

1.3.1 DIN 53369-1976標準

　　DIN 53369-1976（以下簡稱DIN 53369）《塑料薄膜檢驗方法 收縮力的測定（dìng）》中采用無行程力學（xué）測試裝置測試（shì）試（shì）樣收縮力，該標準專門用於測定塑（sù）料薄膜的收縮力（lì）值^[7]。此標準中，收縮力值是指在薄膜受熱後所產生的力值，測試時需將試樣夾持在固定夾具間，夾具不得因受到收縮力值（zhí）而產生位（wèi）移，否（fǒu）則將使測試值變小。該標準可測試塑料薄膜（mó）的最大熱收縮力、一定（dìng）溫度下的收縮力、冷卻到室溫後的收縮（suō）力和與時間（jiān）有（yǒu）關的（de）收縮力。其中，冷卻到室溫後的收縮（suō）力即冷縮力，是指從加熱腔中取出試樣後20min的收縮力值。該標準（zhǔn）方法可檢測試樣的收縮力，但未規定收縮率的測試方法。

1.3.2 ISO 14616-1997標準

　　ISO 14616-1997（以（yǐ）下簡稱（chēng）ISO 14616）《塑料（liào） 聚乙烯、乙烯共聚物（wù）及其混合物的熱收縮薄膜.收縮應力的測定（dìng）》規（guī）定了試樣的（de）熱縮力、冷縮力、熱縮應力、冷縮應力（lì）與收縮率的測試方法^[8]。對收縮力的測試采用無行程力學測試裝置，測試原理（lǐ）與DIN 53369一致。該標準中對冷縮力的定義與（yǔ）DIN 53369不同（tóng），指的是試樣從加熱（rè）腔中取出後冷卻過程中出現的最（zuì）大收縮力。

　　ISO 14616采用位移法測試薄膜的收縮率，即采用高精度位移（yí）傳感器，精確測量（liàng）因塑料薄膜收（shōu）縮而使夾具產生的位移量。收縮率（lǜ）計算公式為：

　　該標（biāo）準是現（xiàn）階段唯一同時規（guī）定收縮力與（yǔ）收縮率測試方（fāng）法的標準（zhǔn）。

2 試驗

　　目前（qián），我（wǒ）國國家標準中沒有與（yǔ）ISO 14616類似的檢驗方法，該方法在實（shí）際中應用（yòng）也不是很廣泛，但隨著收縮膜技術的發（fā）展，對此類薄膜收縮性能的測試要（yào）求將越來越全麵與嚴格，該方（fāng）法必（bì）將得到更廣泛的發展（zhǎn）與應用。然而，ISO 14616主要針（zhēn）對聚乙烯、乙烯共聚物及其（qí）混合物而製定，其標（biāo）準（zhǔn）曲線（xiàn）也具（jù）有一定的針對性，不能作為評判其他薄膜收縮率特性的標準。

　　本文采用ISO 14616中所述方法，對常（cháng）見收縮（suō）膜收縮力與收縮率（lǜ）進行檢驗，驗證該方法對其他常見薄膜熱收縮性能測試的可（kě）行性。

2.1 試驗（yàn）材料

　　低密度聚乙烯LDPE、非結晶型共聚酯PETG、單向拉伸聚苯乙烯OPS、多層共擠（jǐ）聚烯烴POF和雙向（xiàng）拉伸聚丙烯BOPP。

2.2 試驗（yàn）儀器

　　本次試驗采用濟南MD传媒视频機（jī）電技術有限公司（sī）的FST-02薄膜熱縮性能測試儀，可用於檢（jiǎn）測薄膜的熱縮力、熱縮應力、冷縮力、冷縮應（yīng）力、收縮（suō）率等熱縮性能。

2.3 試驗方法與結果

　　測試前先將試樣在（zài）標準環境（23℃ 50%RH）中調節24h，然後將試樣裁為15mm寬（kuān），120~150mm長的試樣條。將試樣一端固定在夾具上，另一端固定在力值傳感器（收（shōu）縮率工位（wèi）固（gù）定住（zhù）位移（yí）傳感器（qì）上），通過試樣夾持裝置（zhì）將試樣送入已（yǐ）預熱到試驗溫度的試驗腔（qiāng）中進行測試（shì）。儀器自動檢測試樣（yàng）的熱縮（suō）力、冷縮（suō）力、收縮率等性能，並計算熱縮應力與（yǔ）冷縮應力。

2.3.1 熱縮力與（yǔ）冷縮力的關係

　　在標準要求的溫度下，測試試樣的熱縮力、冷縮力與收縮率。根據ISO 14616要求，在該試驗溫度下，最大（dà）熱縮力（lì）值應出現在15～30S之間。LDPE、OPS、POF和BOPP材（cái）料分別檢測六組，每種材料的試驗結果平均值見（jiàn）表1：

表1 試樣熱縮性（xìng）能測試結果（ISO 14616）

Tab.1 Results for shrinkage property(ISO 14616)

　　比較各材料的（de）熱縮力與冷縮力（如圖1），可（kě）以發現（xiàn）LDPE的冷（lěng）縮力明顯大於其熱縮力，其試驗結果與ISO 14616標準中所示的聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物收縮力典型曲線（xiàn）（如圖2）一致；PETG、POF和BOPP的熱縮力（lì）大於（yú）冷縮力（lì），而OPS的冷縮力稍大於熱縮力。這表（biǎo）明材料的冷縮力（lì）與熱縮力（lì）的大小（xiǎo）關係與材（cái）料類型密切（qiē）相關。在DIN 53369中也明確說明“不同的薄膜，冷縮力與熱縮（suō）力之間的關係是不同的”。因此（cǐ），在評判薄膜收縮力值特征時，應結合材料自身的（de）熱縮性能特征，綜（zōng）合考慮（lǜ）熱縮力與（yǔ）冷縮力兩個方麵的因素。

圖1 熱縮力（lì）與冷縮力比較

Fig.1 Comparison of shrinking force and contracting force

圖2 收縮力與收縮率的（de）測定——收縮現象的典型動力學實（shí）例（ISO 14616）

Fig.2 Measurement of the forces and of the shrinkage ratio-Example of typical kinetics of the phenomena (ISO 14616)

　　FST-02薄膜熱縮性能測試儀采用空氣加熱（rè）試樣，因加熱方式不同，其收縮率結果不能與采用恒溫（wēn）油浴測試的收縮率結果等同（tóng）比較。但（dàn）采用該方法可有效比（bǐ）對（duì）不同材料間的收縮率，為材料加工與選擇提供指導與（yǔ）依據。

2.3.2 ISO 14616與DIN 53369冷（lěng）縮性能測試方法比較

　　在上述（shù）標準（zhǔn）介紹中提到DIN 53369與ISO 14616所指的冷縮（suō）力有所（suǒ）不同，分別為平衡20min後的冷縮力（lì）值與最大的冷縮力（lì）值。本次試驗（yàn）選擇60μm的LDPE與PETG，比較最大冷縮力與20min後的冷縮性能之間的關係。

表2 ISO14616與DIN 53369冷縮性能比較

Tab.2 Comparison of contracting force of ISO 14616 and DIN 53369

　　從（cóng）試驗結果中可以看出，用FST-02正常試驗模式測試出的收縮率與在室溫平衡20min後的收縮率相同。分析原（yuán）因為，在材（cái）料進（jìn）入試驗腔加熱時，材料分子鏈段解取向（xiàng），試樣收縮。在（zài）熱縮期間，鏈段已快速恢複至自然卷曲形態，進入（rù）無序化的熱（rè）運動平衡（héng）態，故試樣在出（chū）加（jiā）熱腔後（hòu），其收縮率已（yǐ）穩定。

　　對於冷縮力，在試樣從加熱腔中退出後，冷縮力會有一個急速的增大過程，在達到最大（dà）值後，會有小幅的下降。如按照DIN 53369測試冷縮力，其結果會（huì）比ISO 14616的冷（lěng）縮（suō）力測試值偏小。因此（cǐ），這（zhè）兩個標準方法的冷縮力試驗結（jié）果之間不具可比性（xìng）。在實際應用中，可根據材料的實際（jì）應（yīng）用場合選擇測試方（fāng）法，如冷縮力的最大值對產品包裝有較大影響，則選（xuǎn）擇ISO 14616所示方法進行檢驗，反之，如薄膜（mó）冷縮後的常態收緊力值較（jiào）為重要，則可選擇DIN 53369。

3 結語

　　ISO 14616雖然是針對聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物材料提（tí）出的收縮性能測試方法，但其收縮力（lì）測試原理與DIN 53369相同，而且收縮率測試結果穩定可靠，具有實用性和參考性。試驗表明，對其他常用收縮膜的收縮性能測（cè）試也完全可以借鑒該（gāi）方法。並且，通過ISO14616可以測試熱收縮膜（mó）在試驗溫度下的收縮力與收縮率隨時間變化的情況，有效指導包裝生產參數設置，控製（zhì）產品包裝質量（liàng）。

　　另外需要明確的一點是，由於（yú）加熱方式（shì）不同，采用恒溫油浴、烘箱（xiāng）測（cè）試收縮率與位移法對於收縮率的測試結果之間不具備（bèi）可比較性。不同材料間（jiān）收縮性能的比較需基於同一標準。

參考文獻

[1] 趙德堅（jiān） 董訊. 幾種常見熱收縮膜收縮（suō）性（xìng）能研究[J].包裝工程，2010，31(9):57-59, 76.

ZHAO De-jian,DONG Xun. Research on Shrinkage Property of Several Common Thermal Shrinking Films[J].Packagin Engineering,2010,31(9):57-59,76.

[2] GB/T 19787-2005 包裝材料 聚烯烴熱收縮薄（báo）膜[S].

GB/T 19787-2005 Heat-shrinkable polyolefine films for packaging materials[S].

[3] GB/T 13519-1992 聚乙烯（xī）熱收縮薄膜[S].

GB/T 13519-1992 Heat shrinkable polyethylene film[S].

[4] GB/T 10003-2008 普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜[S].

GB/T 10003-2008 Biaxiality oriented Polypropylene plain film[S].

[5] GB/T 16958-2008 包（bāo）裝用雙向拉伸聚酯薄膜[S].

GB/T 16958-2008 Biauxially oriented polyester film for package[S].

[6] GB/T 15267-94 食品包裝（zhuāng）用聚氯乙烯硬片、膜[S].

GB/T 15267-94 Rigid polyvinyl chloride sheet and film for foodstuff packing[S].

[7] DIN 53369-1976 Testing of plastic films; determination of the shrinking stress[S].

[8] ISO 14616-1997 Plastics-Heat shrinkable films of polyethylene, ethylene copolymers and their mixtures-Determination of shrinkage stress and contraction stress[S].