熱收縮（suō）薄膜收縮力的探討與（yǔ）研究

濟南MD传媒视频機電技術有限公司

　　熱收縮薄膜的收縮原理為高分子的記憶效應，即將薄膜（mó）在玻璃化溫度T_g以上、熔點T_m以下的溫度條件下拉伸時（shí），無序（xù）卷曲的分子鏈段在拉伸方向上取向，進行有序排列，此時（shí）再將溫度急速驟降，分子鏈段取向結構與內應力被（bèi）“冷凍”。當高聚物再次加熱到被拉伸時的溫度時，分子鏈段發（fā）生解取向，恢複到無序卷曲形態，宏觀上即表現（xiàn）為熱收（shōu）縮（suō）。

　　大多包（bāo）材企業對熱縮性能的研究測試都集中於熱收縮率的測試，卻往往忽視了收縮力的測試。目前（qián），國內也鮮有對薄膜收縮（suō）力的研究文獻。實際上，熱收縮率影響熱縮膜包裝的貼合度，而收縮力的大小則影響包裝的（de）緊實性。當使用收（shōu）縮膜緊束物品時，收（shōu）縮力越小，對物品的（de）捆紮力越小，物（wù）品越容易散落；而收縮力過大（dà）則容（róng）易使（shǐ）被包裝物品變形，影響包裝形（xíng）象。因此，在測試（shì）薄膜（mó）熱縮性能時，不應忽略收縮力。

　　筆者根據ISO 14616《塑料 聚（jù）乙烯、乙烯共（gòng）聚物及其（qí）混合物（wù）的熱（rè）收縮薄膜.收縮應力的測（cè）定》，采用濟南MD传媒视频機電技術有限公司的FST-02薄膜熱縮性（xìng）能（néng）測（cè）試（shì）儀對LDPE、PETG和OPS三（sān）種熱收縮膜的收縮力進行測試，旨在對薄膜收縮力的研究起到拋（pāo）磚引玉的作用（yòng）。

1 試驗

1.1 試驗材料選（xuǎn）擇

　　收縮性能由高分子材料中的非結晶區貢獻。當結晶度增大時，高聚物的收縮（suō）性能下降，所以結晶度（dù）高的高聚物不適宜用來生產收縮（suō）膜。本次試驗選擇三種類型的收縮膜，分別（bié）是部分結晶的LDPE、非結晶的OPS和結晶材料PET改性後的PETG。其中，PETG取兩種不同改性配方的試樣，分別（bié）編號為PETG1和PETG2。

1.2 試驗儀器

　　選擇濟南MD传媒视频機電技術有（yǒu）限公司的FST-02薄（báo）膜熱縮性能測試儀測試收縮（suō）力，該儀（yí）器不僅可（kě）精確測量在加熱（rè）過程中出現的（de）最大熱縮力、熱縮（suō）後冷卻至室溫的冷縮力，還可以讀取最大熱縮（suō）力的出現（xiàn）時間。

1.3試驗與結（jié）果

　　選擇平整均勻的試樣，將試樣裁為寬15mm、長150mm（收縮方向）的（de）長條，平整地裝（zhuāng）夾在試樣夾持裝置上。注（zhù）意不得通過試樣對力值傳感器施加外力。通（tōng）過試驗找到符合（hé）ISO 14616要求的溫度，使（shǐ）試樣在加熱時於15~30S間出現最大熱縮力，本文（wén）將（jiāng）該溫度稱為熱縮溫度。

　　利用FST-02對薄膜收縮力的測試中，根據牛頓（dùn）第三定律，儀器將試樣的收縮力轉換為拉伸力（lì），通過測試因試樣收縮而帶來的（de）拉伸（shēn）力即可測定試樣內部的收縮力。結果（guǒ）如圖1、圖2、圖3和圖4所示（shì）。

圖1 LDPE收縮力測試結果

圖（tú）2 OPS收縮力測試結果（guǒ）

圖3 PETG1收縮力測試（shì）結果

圖4 PETG2收（shōu）縮力測試結果

　　結（jié）果表明，薄膜（mó）不僅（jǐn）在熱縮溫度加熱時收縮，而且在從試驗腔出來後的降溫過程中也會出現收縮。薄膜（mó）的收縮力（lì）包括熱縮力與冷縮力兩（liǎng）個階段。

2 分析與討論

2.1 熱縮溫度（dù）與材料的關係

　　熱縮性能與溫度密切相關，隻有達到（dào）了拉伸取向的溫度，熱縮膜的收縮性（xìng）能才能充分表現。根據自由體積理論，無論是（shì）液體還是固體，從微觀上來看，高（gāo）聚合物內部並不是一（yī）個實體，其（qí）體積是由兩部分（fèn）組成的，一部分體積由分子占據，另一部分體積（jī）為分子之間的空隙，稱為自由體積或自由空間。自由空間（jiān）為（wéi）分子鏈段提供活動的空間。

　　對於非（fēi）結晶型的OPS來說，玻璃化溫度Tg是聚合物分子鏈段（duàn）開始運動的溫度。在玻璃化溫度以下時，自由（yóu）空間（jiān）的大小不足（zú）以讓分子鏈段自由（yóu）運動，分子鏈保持一定的穩定性。試驗時，試樣從標準環境進入已加（jiā）熱（rè）至熱縮溫（wēn）度的試驗腔中，溫度快速升高，分子鏈內積（jī）聚的能量越來越多，當達到玻璃化溫度後，自由空（kōng）間的體積（jī）也開始增加，此時大多數分子（zǐ）鏈段完成解取向，出現最大熱縮力。

　　對於部分結晶的（de）材料LDPE、PETG來說，雖然收（shōu）縮性能（néng）主要是由非晶區提（tí）供的，但（dàn）由於受到晶格的束縛，非晶（jīng）區的分（fèn）子鏈段無法在玻璃化溫度（dù）時解取向。所以，對於部分結晶的（de）熱收縮膜，必須加熱到熔點（diǎn）附近，待晶（jīng）格被（bèi）破壞（huài）後，非晶區分子鏈段方可順（shùn）利（lì）解取向。因此，此類材料在高於玻璃化溫度的熔點附近才能出現最大熱縮力。

　　因此，非結晶型熱縮膜的熱縮溫度與玻璃化溫度有關，而部分（fèn）結晶的熱縮膜的熱縮（suō）溫度則與其熔點相關聯，並（bìng）且材料的結（jié）晶度越大，這種關聯（lián）性越明顯。

2.2 熱縮力與時間的關係

　　達（dá）到最大熱縮力後，理論上分子鏈段應恢複到平衡態。但在試驗中（zhōng），因試樣的兩端被夾具固定，阻止了試樣的回縮，相當於（yú）對試樣進行了拉伸，因此，在取向帶來的內應力消失的同時，試樣內也積聚了拉伸應（yīng）力。在試驗溫（wēn）度（dù）和拉伸（shēn）應力的（de）作用下，分子結構要達到平衡態需要一定的（de）鬆弛時間。應力鬆弛是高聚物的（de）普遍特性，具（jù）有時（shí）溫等效性（xìng），即對於同（tóng）一個鬆（sōng）弛過程（chéng），既可以在低溫下較長時（shí）間觀察到（dào），也可以在高溫下較（jiào）短時間內觀察出來。升高溫度或延（yán）長觀察時間對於聚合物的分子運動是等效的（de），對（duì）於（yú）觀察同一個鬆弛過程也是等效的。因（yīn）此，在加熱時，試樣的鬆弛過程縮短。

　　試樣的（de）應（yīng）力鬆弛是一個試樣（yàng）分子結構內部運動以達到平衡態的一個過程，在鬆弛過程中，試樣的拉伸應力減弱，熱縮力減小。因此，試驗中（zhōng）熱縮力達到（dào）最大（dà）值後，試樣（yàng）開始明顯表現出應力鬆弛，隨著時間的推移，力值逐漸減小，曲線呈現拋物線特征。

2.3 生產工藝對熱縮力的影響

　　試（shì）驗中選擇兩種改（gǎi）性配（pèi）方的（de）PETG測試熱縮性能。從結果中可以看出，改性配方的不（bú）同對PETG的熱縮性能影響明顯，甚至影響到了熱縮力與冷縮力的大小關係，詳（xiáng）見（jiàn）圖3、圖4。在實（shí）際（jì）生產中，生產工藝及配（pèi）方直（zhí）接影（yǐng）響高聚物分子（zǐ）結構，比如交聯點密度增加，會使高聚物的自由體積減小，使玻璃化溫度上升（shēng）；增塑劑的使用則會降低分子鏈的柔性，使玻璃化溫度降（jiàng）低；通過引入柔性鏈段和不對稱結構，可改變高聚物（wù）的結晶性能，進而影響薄膜的收縮（suō）力與收縮率。

3 結論

　　1）薄膜熱縮性能包括收縮力與收縮率（lǜ）兩個方麵，其中，收縮力（lì）中（zhōng）的熱縮力與冷縮力是不同的，不可一（yī）概而論。目前，熱收縮膜的收（shōu）縮力主（zhǔ）要采取定（dìng）性的方法（fǎ）來評判優劣，說服（fú）力（lì）較差（chà）。今後，應發（fā）展定量測定收縮力（lì）的方（fāng）式，並進一步研究其收縮機理，特別是冷縮力的研究，以指導生產實際。

　　2）在熱縮溫度下，熱縮力值隨時間的變化為拋物線，試樣在分子鏈段解取向後，熱縮（suō）力達到最大值。從加熱腔出來，溫度降低，試樣冷縮（suō），出現（xiàn）冷縮力峰（fēng）值，冷（lěng）縮力與熱縮力的大小關係是因材料（liào）而異（yì）的，並且改性分子的加入也會影響熱縮力與冷縮力之間的大小關係。

　　3）非結晶型材料的熱（rè）縮溫（wēn）度與玻璃化溫度有關（guān），部分結晶（jīng）型材料的（de）熱縮溫度與熔（róng）點密切相關（guān），遠大於玻璃化（huà）溫度，而若要使用結晶型高聚物生產收縮膜，則需對高聚物進行改性，降低其結（jié）晶度。材料生產工（gōng）藝對熱縮性（xìng）能有（yǒu）直接影響。輔助（zhù）劑的加入及工（gōng）藝的不同（tóng）會（huì）對材料的結晶度或者（zhě）玻璃化溫度產生影響，並且，儀器的加熱方（fāng）式（shì）與設備硬件特（tè）性會影（yǐng）響到試驗溫度（dù），因此（cǐ），熱縮溫度並不能直接與高聚物的玻璃化溫（wēn）度（dù）或者熔點直接劃等（děng）號。

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