基於ISO 14616標準方法的不同熱收縮膜收縮性能的驗證與比較

　　熱收縮（suō）膜包裝是現今較為廣泛應（yīng）用的一種包裝形式，具有包（bāo）裝緊實、透明美觀、貼合度強等優（yōu）點，常用於飲料標簽、瓶裝收束包裝、腸類收縮包裝、日化用品外膜、香煙盒外膜等產品的包裝。在特定高溫環境下將熱收縮膜材料（liào）進行拉伸（shēn），部分分子鏈段在（zài）拉伸方向上定向取向，無序卷曲的分（fèn）子鏈段將（jiāng）會有序排列，待溫度急速降低時，分子鏈段取向結構與內應力被“冷凍（dòng）”，則熱收縮膜即在此溫度下被定型。當熱收縮膜再次被（bèi）加（jiā）熱到上述溫度時，被“冷凍”的分子鏈段發生解取向，恢複（fù）到無序卷曲形態，即為熱收縮^[1]。當進（jìn）一步冷卻時，已熱收縮的（de）薄膜將進一步產生緊致力，即冷縮力。

　　目前，國內絕大多數企業采用烘箱^[2-3]或油浴設備^[4]測試熱收縮膜的收縮性能，國內熱收縮膜產品標（biāo）準中對熱收縮率的檢測方法多為油浴熱收（shōu）縮，美國（guó）熱收縮膜的（de）檢驗標準ASTM D2732^[5]中（zhōng）也是使用的油浴熱收（shōu）縮檢（jiǎn）測（cè）方法。但（dàn）是，不管是油浴熱收縮測試儀，還是將熱收縮膜直接放入烘箱中測試，均隻能檢測熱收縮膜的熱收縮率。而國（guó）際標準化組織發（fā）布的熱（rè）收縮膜檢測標準——ISO 14616^[6]則要求利用空氣（qì）加（jiā）熱原理（即空氣浴）進行薄（báo）膜各種熱收縮性能的測試，包括熱收縮力、冷縮力、收縮率、收縮時間等性能，這有助於對不同材質的熱收縮膜的研發（fā），保證各種材質熱收縮膜性能的穩定性，滿足各種熱收縮膜在各行業的使用需求。

　　本（běn）文利用空氣加熱原理的多工位薄膜（mó）熱縮性能測試儀測試了多種熱收縮膜的收縮力、收縮率等（děng）性能，從而（ér）比較不同（tóng）材質原料生產的收縮膜性能的差異，同時研究ISO14616所規定的測試（shì）方法是否適用（yòng）於測試不同材質的熱收縮膜。

1試驗儀器與方法

1.1試驗儀（yí）器與試樣

(1)測試原理

　　將熱收縮膜分別放置在（zài）帶有位移傳感器或力值傳感器的（de）夾具上，通過測試薄膜在封閉（bì）加熱腔內受熱（rè）後隨時間變化的各收（shōu）縮（suō）性能曲線，從而獲得熱縮（suō）力、冷縮力及最大收縮率結果值。

(2)儀器結構（gòu）

　　FST-02薄膜熱縮性能測試儀可同時測試三組試樣，采用（yòng）PID精確控溫技術提高測試時溫度的可（kě）靠性與穩（wěn）定性（xìng）。高精（jīng）度的位（wèi）移傳感器與力（lì）值傳感器的應用，以及低阻尼位移（yí）測試結（jié）構，可保（bǎo）證樣品測試（shì）的穩定性（xìng）及各熱收縮性能的準確性。該（gāi）測試儀器突破了其他（tā）檢測設備應用範圍的局限性，極大地（dì）滿足國內企業（yè）和質檢機構對可測（cè）試多項熱收縮性能指標（biāo）設備的（de）需求。

圖1FST-02 薄膜熱縮性能（néng）測試（shì）儀

 (3)試樣

　　從國內熱收縮膜生產廠（chǎng）家獲（huò）取了2款PVC標簽膜（PVC-1與PVC-2）、2款PETG熱收縮膜（mó）（PETG-1與PETG-2）、1款OPS熱收縮膜、1款BOPP熱收（shōu）縮膜、1款POF熱收縮膜、1款PE熱收縮膜，從國外（wài）廠家獲取2款PE熱收縮膜（LDPE-1與LDPE-2）。上述薄膜在不同的方向上具有一定的熱收（shōu）縮性（xìng）能。

1.2 試驗步驟

　　用FST-02薄膜熱縮性能測試（shì）儀分別測試在（zài）不同設置溫度下上述所（suǒ）有樣品的熱收縮性能（néng），每個樣品在不同設置溫（wēn）度下（xià）平行測試6次，記錄最佳設（shè）置溫（wēn）度下薄膜在15~30秒之內出現的最大熱縮力、冷縮力、熱收縮率、最大（dà）熱縮力出現時間等參數，計算熱縮力、冷縮力與熱收縮率的（de）平均值（zhí）。最佳設（shè）置溫度即可實現熱收縮膜在15~30秒（miǎo）內出現最大收縮率的溫度。

2結果與討論

2.1冷縮力與熱縮力之間的關係

表（biǎo）1  各種熱收縮膜最佳設置溫度下熱收縮性能測試結果

注：MD為機器加工方向，即薄膜的縱向（xiàng）；TD為垂直加工方向，即薄膜的橫向；最大（dà）熱縮（suō）力出現時間一欄（lán）列出的是平行測試的六（liù）組樣品所出現的時間範圍。

　　由（yóu）表1所示，PE熱收縮（suō）膜（國產PE膜及不同厚度的國外LDPE熱縮膜的（de）驗證數據）的冷（lěng）縮力明顯大於熱縮力，如ISO14616標準方（fāng）法中（zhōng）所提及的試驗現象一致（zhì）。另外，OPS熱收縮膜的冷縮力（lì）同樣明顯高於熱縮力。

　　而（ér）PVC-1、PVC-2、PETG-2熱收（shōu）縮膜的冷縮（suō）力僅略大於熱縮力。除此以外，PETG-1、BOPP、POF這四種熱收縮膜的冷縮力明顯低於熱（rè）縮力。所以，不同的熱收縮膜的冷縮力（lì）與熱縮力的關係並不相同，沒有固定的（de）趨勢，這點在DIN53369-1976標準中（zhōng）也有所提及。通（tōng）過試驗證明（míng）了ISO14616標準中所（suǒ）提及的“冷縮力遠大於熱縮（suō）力，可（kě）加速熱收縮膜（mó）緊縮過程（chéng）”這一現（xiàn）象並不適用於所有熱（rè）收縮膜（mó）材料，主要是針對以聚乙烯為（wéi）原料的熱（rè）收縮膜而言的。這（zhè）種現象可能與熱收縮膜材質的晶體結構、熔融溫度與玻璃態轉化溫度等自（zì）身性能以及（jí）生產（chǎn）過程中拉伸定型（xíng）工藝、控製溫度、冷卻（què）工藝等環節有關。

2.2熱收縮膜的測試方向

　　由表1中的測試數據可以看出國產PE、POF熱收縮膜（mó）以（yǐ）及國外不同厚度（dù）的LDPE熱收縮膜的測試過程（chéng）可以發現，PE熱收縮膜、烯烴類POF共擠（jǐ）熱收縮膜均為（wéi）縱向收（shōu）縮（MD），而其他（tā）非乙烯烴類熱收縮膜均為橫向收縮（suō）（TD）。初步分析原因，應該與材料的結晶方向及加工（gōng）定型方向有關。

　　所以，ISO14616 標準中有關“收縮力和冷縮力的測定（dìng）”中提及的“因易於取得縱向試樣的測試曲線，所以建議試（shì）驗先從縱向試樣的測試開始。”僅是（shì）針對PE熱收縮膜（mó）、烯烴類POF共擠熱收縮膜而言。對於其他材（cái）質（zhì）的熱收縮（suō）膜在測試過程中，因易於取得橫向試（shì）樣（yàng）的測試曲線，所以建（jiàn）議試驗應先（xiān）從橫向（xiàng）試樣的測試開始。

2.3 不同測試（shì）儀之間的（de）穩定（dìng）性比較

表2 不同熱收縮膜（mó）在不同設備間（jiān）的測試結果比（bǐ）較（jiào）

　　抽取PETG-2、國產PE、BOPP三種熱收縮膜在2台不同的FST-02薄（báo）膜熱縮性能測試儀（yí）上分別測試，測試結果如表2所示，可以看出對於采用相同加熱空氣原理的檢測設備測試的（de）同種熱收縮膜的熱縮力、冷（lěng）縮力、熱收縮率這三項特征性能參數的數值基本相同，最大熱縮力出現時間因設備不同而略（luè）有（yǒu）差別，但仍保持在15~30秒內（nèi）出現最大熱縮（suō）力（lì）。

　　不同設備之（zhī）間（特（tè）別是今後會出現不同廠家生產的薄膜熱縮性測試儀）因為（wéi）加熱元件（jiàn）的原（yuán）理或型號不同，即使設（shè）備（bèi）的設置溫度相同，也可能會導致測試腔內試（shì）樣周（zhōu）圍的溫度略有不同，但是在一定的溫度區間內小（xiǎo）幅度的溫差並不會（huì）導（dǎo）致試樣的熱縮力、冷（lěng）縮（suō）力、熱收縮（suō）率這幾項薄膜特征性能參數發生改變，這（zhè）與（yǔ）熱（rè）收縮膜材質晶體結構（gòu）以及熔融溫度有關，同時也與拉伸、定型（xíng）溫度以及冷卻時間有關^[7-8]。

2.4 設置溫度與最（zuì）大熱縮力測試時間的影（yǐng）響（xiǎng）

　　為了驗證最大熱縮力所出現的時間範圍與所設（shè）置的溫度對收縮膜的（de）熱收縮率等性能的影響（xiǎng），挑選國外LDPE-2、國內PETG-2以及OPS三種典型熱收縮膜進行驗證。不同設置溫度下最大熱縮力出（chū）現時間、熱收縮率及收縮力值可見表3。

表3 各種材質熱收縮膜不同設置溫度下各性能指標數據結果（guǒ）

　　表3中的數（shù）據顯示，對於出現在15~30秒範（fàn）圍內的熱縮率及最大熱縮力（lì）值均為對（duì）應熱收縮膜較為穩定的熱縮參數數值，可參見圖1至（zhì）圖3中有（yǒu）關PETG-2及OPS的熱縮（suō）力、冷（lěng）縮力及熱收（shōu）縮率隨溫（wēn）度的變化曲線，可發現熱縮力（lì）及（jí）冷縮力（lì）力值並（bìng）不隨設置溫度的變化有（yǒu）明顯波（bō）動，而15~30秒出現的熱收縮（suō）率（lǜ）在熱收縮率曲線中基本位於拐點位置附（fù）近。

　　由表（biǎo）3中的數據可以看（kàn）出，LDPE熱收縮膜（mó）在選定的最佳參考溫度（220°C）±10°C範圍內，最大熱縮力均出現（xiàn）在15~30秒。其他種類的熱收縮膜在（zài）選定（dìng）的最佳參考溫度（PETG-2為（wéi）110°C，OPS為105°C）±5°C範圍內，最大熱縮力均出現在15~30秒。

　　通過第6條及第7條綜合得出，ISO14616規定的15 ~ 30秒的最大熱縮力出艙時間同（tóng）樣（yàng）適用於其他材（cái）料。所以（yǐ），建議在設置（zhì）參考溫度進行測試時，可以針對不同熱收縮膜材料（liào）設置±5°C ~ ±10°C的參考範圍。

圖2 PETG、OPS不同溫度下的熱縮（suō）力

圖3 PETG、OPS不同溫（wēn）度（dù）下的冷縮力

圖4PETG、OPS不同溫（wēn）度（dù）下的收縮率

3結論

　　上述（shù）研究按照ISO14616的（de）測試方法驗證了不同材質熱收縮膜的冷縮力與熱縮（suō）力之間的趨勢（shì）並不相同，對於以聚乙烯為原料的熱收縮膜而言，冷縮力大於熱縮力（lì），其他材（cái）質則無明確規律。熱收（shōu）縮膜的測試方（fāng）向則根據不（bú）同材質及加工工藝而定，同時收縮膜（mó）在采用不同檢測設備測（cè）試時，不會（huì）因為（wéi）設備差異而導致（zhì）收（shōu）縮性能的變化。另外，ISO14616標準中提及的15~30秒內獲取的最大熱縮力及熱縮率的方法同樣適用於非聚烯烴類的其他材質（zhì）的熱收縮膜。因此，ISO14616中所規定的試驗儀器（qì）及試樣方（fāng）法（fǎ）基本適用於其（qí）他材質的熱收縮膜，其（qí）中僅試樣測試方向、溫度設置範圍試驗條件需根據熱收縮膜的（de）材質及加工工藝等條（tiáo）件進行不同的（de）調整（zhěng）。

參（cān）考文（wén）獻

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