PA/LDPE複合膜包裝的熱封（fēng）性與熱粘性研究

劉東芳¹   於（yú）佳佳²   陳欣（xīn）²  

(1. 國家包裝產品質量監督檢驗中（zhōng）心，濟南 250102；2. 濟南MD传媒视频機電技術（shù）有限公司，濟南 250031)

　　在食品及醫療器械行業，PA/LDPE複合膜是較為常（cháng）見的包裝用（yòng）薄膜，因為（wéi）PA具有較好的韌（rèn）性及阻隔性，LDPE具有（yǒu）優良的熱封性^[1-2]。但是PA/LDPE複合膜在應用過程中，卻經常出現熱封過度或（huò）其他熱封不（bú）良的（de）現（xiàn）象，甚至在包裝線上出現熱粘性較差的包裝（zhuāng），導致包裝內（nèi）容物變質或（huò）泄露（lù）等質量問題。上述問題大部分是由熱封溫度、熱封時間（jiān）或壓力不合適引起，多數企業不（bú）了解所使用包材的熱封及熱粘性（xìng），甚至不知道（dào）所使用的包材（cái）材質，盲目的選擇熱封溫度等工藝參（cān）數，導致熱封過度等問題^[3-5]。針對上（shàng）述問題，我們選（xuǎn）擇常（cháng）用的PA/LDPE複合膜包裝作為研究對象，試驗（yàn）研究其熱封性及熱粘性最優參數，采（cǎi）用（yòng）相關拉力試驗機進行測試（shì）。通過（guò）固定延（yán）遲時間，測試試樣在不同（tóng）溫度下的熱粘強度，並繪製熱粘曲（qǔ）線，從而得到具有良好熱粘性試樣的最佳密封（fēng）溫度範圍（wéi）。另外，通過固定熱封壓力、持續時間這兩個熱（rè）封參數，在不同熱封溫度下熱封試樣，測試熱（rè）封（fēng）強度，繪製熱封曲線，確定（dìng）PA/LDPE在良好熱封性能下的最佳熱封溫度範圍。上述（shù）研究可為采用LDPE作為熱封層的（de）複合（hé）膜使用企業提供一定的生產參考。

1. 試驗

1.1 試驗（yàn）設（shè）備

　　HTT-L1熱粘（zhān）拉（lā）力試驗儀：濟南MD传媒视频（guāng）機電技術有限公司生（shēng）產，密（mì）封溫度範圍為室溫（wēn） ~ 250 ℃，密封時間及熱粘時間（jiān）均為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（sì）檔可選。適用（yòng）於塑料薄膜、複合膜等包裝材（cái）料的熱（rè）粘性能的測（cè）試。同時也適用（yòng）於膠粘劑、膠（jiāo）粘帶、不幹膠、膠黏複合品、複（fù）合膜、塑料薄膜、紙張等軟（ruǎn）質材料進行剝離、拉斷等項目（mù）的試驗。

　　HST-H3熱封試驗儀：濟南（nán）蘭（lán）光機電技術有限公司生產，熱封溫度範（fàn）圍為室溫 ~ 300 ℃，熱（rè）封時間為（wéi）0.1 s ~ 999.9 s，熱封壓力為0.05 MPa ~ 0.7 MPa，該（gāi）設備基於熱壓封（fēng）口測試方法，可用於測定各種熱封複合膜的熱（rè）封溫度（dù）、熱封時間以及熱封壓力等關鍵參數。

　　XLW(EC)智能電子拉力試驗機：濟南蘭（lán）光機電技術有限公司生產，行程最大為950 mm，試驗速度為50、100、150、200、250、300、500七檔可選，力值量程為0 N ~ 500 N，0 N ~ 50 N兩檔可選（xuǎn）。適用於塑（sù）料薄膜、複（fù）合材料（liào）、軟質包裝材料、塑（sù）料軟（ruǎn）管、膠粘劑（jì）、膠粘帶、金屬箔、隔膜、背板材料、無紡布、橡膠、紙張等產品的拉伸、剝離、變形、撕裂、熱封、粘合、 穿刺力、開啟力、低速解卷力、撥開力等性（xìng）能測試。

1.2 試驗步驟

　　本試驗采用（yòng）常見的PA/LDPE複合膜作為驗證（zhèng）材料（liào），測試其熱粘強度與（yǔ）熱封強度。

　　在驗證材料表麵隨機選取10個位置點，測量其厚度，測量結果見表1。

表1 驗證材料厚度

(1) 熱粘性參數選擇

　　沿驗證材料的縱向方（fāng）向隨機裁製（zhì）寬15 mm，長35 cm的試樣45條。設置儀器的密（mì）封（fēng）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（jiāng）試樣的密封麵向上，夾持在熱粘（zhān）拉力試驗儀上，進行熱粘強（qiáng）度的測試，做5次平行（háng）試（shì）驗。隨後每隔2.5 ℃做一組試驗，直至152.5 ℃熱粘強度明顯下降時為止，每個密封溫（wēn）度均做5次平行試驗。

(2) 熱（rè）封參數選擇（zé）

　　沿材料（liào）的縱向方向隨機（jī）裁（cái）製長15 cm、寬7.5 cm的試樣44片。在熱封試驗儀（yí）上設置持續時間為（wéi）1 s，在熱封（fēng）試驗儀上設置熱封壓力為290 kPa，設（shè）置初始（shǐ）熱封溫度為95 ℃，隨機取出2片試樣疊放，熱封麵相對（duì），熱封刀平（píng）行（háng）於試樣的橫向進行熱封。隨（suí）後每升高5 ℃，按照上述方法對隨機抽取的試樣進行（háng）熱封，直至熱封溫度為200 ℃試樣嚴重變（biàn）形為止。沿試樣的縱向方向，分別（bié）將每個熱封後的試樣裁剪成寬（kuān）15 mm的試樣條5條。

　　將試樣條放在(23±2) ℃，相（xiàng）對濕度(50±5) %條件下調節（jiē）至少24 h後，分別測試每個溫度下試樣條（tiáo）的熱封強度，拉力試驗機的夾具初始間距設置為5 cm，移動速度設置為300 mm/min。

2. 結果與討論

2.1 最佳熱粘強度下熱封（fēng）參數（shù）的（de）選擇（zé）

　　各溫度下的試驗結果如表2所示。

表2 不同溫度下試樣的熱粘強度

　　根據表2中數據，繪製試樣的熱粘曲線如圖1所示。

圖1 熱粘曲線圖

　　上述表2及圖1中的數據顯示，在125 ℃ ~ 138.5 ℃溫度範圍內，熱粘強度隨著密（mì）封溫（wēn）度的增加而增（zēng）加，溫（wēn）度超過138.5 ℃後，繼（jì）續增加密封溫度，熱（rè）粘強度降（jiàng）低。為（wéi）了確保試樣具有足夠的熱粘強度，試樣的密封溫度應控製在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粘強度存在一定（dìng）偏（piān）差（chà），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（yú）132.5 ℃時，發生粘合劑破壞，密封區完全（quán）剝開，密封（fēng）溫度為135 ℃ ~ 142.5 ℃時，發生分層破壞，密封區完全剝開，密封（fēng）溫度145 ℃ ~ 147.5 ℃時，發生分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（shēng）內聚性破壞，密封區未完全剝開。因此，為了防止熱態密（mì）封區在（zài）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（fàn）圍（wéi）為135 ℃ ~ 145 ℃。

2.2 最佳熱封強度（dù）下熱封參（cān）數的選擇

　　從熱（rè）封後熱（rè）封區形態可（kě）以看出，隨著（zhe）熱封（fēng）溫度的升高，試樣熱封（fēng）區的平整（zhěng）性逐漸變差，到155 ℃時熱封邊出現（xiàn）明顯變形，200 ℃時熱封邊皺縮變形嚴重。因此，從包裝的美觀角（jiǎo）度（dù）出發，熱封溫（wēn）度應控（kòng）製在155 ℃以下。

　　測試熱封強度（dù）後，隨（suí）著熱封溫度的增加，熱封區的破壞形式（shì）由熱封界麵完全剝開逐漸（jiàn）演變為熱封（fēng）界麵部分剝開、試樣拉伸後遠離（lí）熱封處斷裂、試樣拉伸後熱封根部斷裂。當破壞形式為熱封根部斷裂時，在包裝（zhuāng）的儲存、運輸過程中，熱封口（kǒu）處易發生破袋，由一係列試驗現（xiàn）象可知，材料的熱封（fēng）溫（wēn）度（dù）應控（kòng）製在200 ℃以下（xià）。

　　試驗（yàn）測得不同溫（wēn）度（dù）下試樣的熱封強度數據如表3中所示。

表3  不（bú）同溫度（dù）下的熱封強度

根據表3中數據繪製熱封曲線如圖2所示。

圖2 熱封曲線圖

　　分析表3和圖2中的試驗數據可知，熱封溫度在95 ℃ ~ 135 ℃範圍內時，隨著熱封溫度的升高，試樣的熱封強度呈上升趨勢，當熱封溫度超過135 ℃時，隨著熱封溫度的升高，熱封強度變化幅度較小，出現波動。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（zhì）在135 ℃以（yǐ）上。

　　另外（wài），同一溫度下試樣的熱封強度（dù）存（cún）在一定偏差，但仍處於規定範圍內，試樣厚度的波動是（shì）造成熱封（fēng）強度存在（zài）偏差的原因之一。綜合上述分析（xī）可知，驗證材料PA/LDPE的最佳熱封溫度範圍為135 ℃ ~ 150 ℃。

3. 結論

　　為獲得PA/LDPE良好的熱粘強度和熱封強度（dù），在（zài）熱封（fēng）設備穩定的情況下（xià），熱封試驗儀（yí）上設置持續時間為1 s，熱封壓力為290 kPa（即（jí）29 N/cm²），經過係列試驗選擇（zé）出最佳的熱封範圍為135 ~ 145 ℃。較低或（huò）較高的熱封溫度會引起熱粘強度或熱（rè）封強度數值異常，熱封區開（kāi）口或根部斷裂（liè），導致包裝破裂。從上述試驗（yàn）數據及現（xiàn）象可知，該研究（jiū）可得到穩定而連續的試驗（yàn）結果（guǒ），試驗數據（jù）可靠，重複性好，可真實反映試樣的熱粘性能和熱封性能。

參考文獻

[1] 王東升, 郭永健, 母（mǔ）軍. PET/PE複合材（cái）料最佳熱封（fēng）工藝參（cān）數研究[J]. 包裝工程, 2012, 33(19): 72-74.

[2] 黃川華. 聚乙烯薄膜熱封性能研究[J]. 塑料包裝, 2008, 18(4): 46-49.

[3] 趙漫漫, 盧立新. 熱封溫度對PET/Al/PE包裝膜熱封性能的影響[J]. 合成樹脂及塑料, 2008, 25(1): 57-61.

[4] 唐建光. 熱封（fēng）質量分析和製袋工藝條件[J]. 包裝世界, 2003, (2): 47-50.

[5] 申素華（huá）. 複合膜熱封（fēng）強（qiáng）度的（de）因素分（fèn）析[J]. 印刷技術, 2002, 7(2): 46-47.