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软塑包装材料热封强度与热粘强度的对比分析
点击次数：9092 发布时间：2018-3-28
摘要：热封强度与热粘强度是评价软塑包装热封部位密封效果的两个指标，本文以PE单层膜为试验样品，利用i-Thermotek 2400热封与热粘性能测试仪分别对样品的热封强度与热粘强度进行测试，并对试验结果进行比对分析。结果显示，在相同的热封参数下，样品的热粘强度明显低于热封强度，而两者的测试值随热封温度的升高均呈现出先增加后降低的趋势。
关键词：热封强度、热粘强度、软塑包装、热封参数、密封效果
软塑包装材料是包装领域的主力军之一，大多通过热封工艺对所包装的产品进行密封包装，因此，热封部位的密封效果如何直接影响包装整体的密封性能。反映软塑包装材料热封部位密封强度大小的检测指标主要为热封强度与热粘强度，前者指的是热封部位在热封冷却后的两部分热封层间的结合牢度，后者则测试的是热封部位冷却前的热封层间结合牢度。国内对热封强度的测试及研究均较早，发布的相关测试标准也较早，如已作废的ZBY28004-1986《塑料薄膜包装袋热合强度测定方法》及现行QB/T 2358-1998《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》等，而对热粘强度的研究及测试相对较晚，目前有关的测试标准主要为YY/T1433-2016《医疗器械软件包装材料热态密封强度(热粘强度)试验方法》。本文分别通过对热封强度与热粘强度的测试，对比分析这两类指标试验方法及测试结果的异同。
1、试验设备及样品
i-Thermotek2400热封与热粘性能测试仪：济南兰光机电技术有限公司研发生产，适用于各种塑料薄膜、纸塑复合膜、镀铝膜、铝箔复合膜等膜状材料的热封强度、热粘强度等热封性能与热粘性能的测试。热封性能及热粘性能的控制范围均为室温~250℃，控温分辨率均为±0.1℃，热封性能的控温精度为±2℃，热粘性能的控温精度为±1℃；热封压力的控制范围均为0.05 MPa ~ 0.7 MPa；热封时间设置范围均为≤ 99.9 s；强度测试的负荷范围为0 ~ 50 N，精度为1级，分辨率为0.1 N；热封强度测试的试验速度为200 mm/min、250 mm/min、300 mm/min；上、下热封头可独立控温；手动及脚踏两种试验启动模式以及防烫伤设计，保证用户使用方便与安全。
PE薄膜：市购，厚度为40μm。
2、试验过程
2.1 热封强度测试
(1) 沿材料的纵向方向随机裁制长30 cm、宽6 cm的试样8片。
(2) 在设备的控制软件上设置热封时间1 s，热封压力290 KPa，热封温度100℃，取出2片试样叠放，将两边的热封面相对，按试样宽度与热封刀平行的方向进行热封。将热封温度依次升至110℃、115℃、120℃，按照上述方法分别将对应热封温度下的剩余试样两两热封。沿试样的纵向方向，分别将每个热封后的试样裁剪成宽15 mm的试样各3条。
(3) 取一条试样装夹在设备的两个夹具中，设置试验速度为300 mm/min，启动试验，测试结束后将其他试样条分别装夹在设备上，依次进行热封强度的测试。
2.2 热粘强度测试
(1) 沿材料的纵向方向随机裁制宽15 mm，长35 cm的试样12条。
(2) 设置延迟时间为100 ms，夹具速度1200 cm/min，热封时间1 s，热封压力290 KPa，热封温度100℃。再将试样夹持在热封与热粘性能测试仪上，启动试验，设备在将试样热封后，达到设定的延迟时间后，即按照设定的速度测试其热粘强度，另取2条试样进行平行试验。随后将热封温度依次升至110℃、115℃、120℃，按照上述方法，每一温度下均测试3条试样的热粘强度。
3、结果与讨论
综合分析，整个试验过程中热封强度与热粘强度测试过程基本相同，均是对试样进行热封，然后拉扯破坏热封后试样的热封部位。不同之处在于热封后测试强度的时间，热粘强度需要在热封部位还未冷却至室温内的几秒（甚至1秒）时间内完成测试，测试时间点的不同对热粘强度测试值的影响较大。而热封强度则是在热封部位冷却后测试，测试值不受测试所选择的时间点的影响。因此，热粘强度试验须热封—测试一气呵成，中间不能人为操作、干预或中断，否则很难控制测试时间，而热封强度试验的热封与测试两操作之间是可以中断的。本次试验通过对延迟时间、夹具速度的界定，确保各试样热粘强度测试时间点保持一致。
文中所测试试样在不同热封温度下热封强度与热粘强度的测试结果见表1。
表1 试样热封强度与热粘强度测试结果
| 测试 次数 | 热封强度(N/15mm) | 热粘强度(N/15mm) | ||||||
| 100℃ | 110℃ | 115℃ | 120℃ | 100℃ | 110℃ | 115℃ | 120℃ | |
| 1 | 1.31 | 10.19 | 16.31 | 12.01 | 0.05 | 0.52 | 1.76 | 0.19 |
| 2 | 1.22 | 11.14 | 17.07 | 11.83 | 0.03 | 0.57 | 1.81 | 0.16 |
| 3 | 1.27 | 10.83 | 17.18 | 11.19 | 0.02 | 0.49 | 1.83 | 0.21 |
| 平均值 | 1.27 | 10.72 | 16.85 | 11.68 | 0.03 | 0.53 | 1.80 | 0.19 |
从试验结果来看，在同种试验条件下，试样的热粘强度明显低于其热封强度，即试样热封部位冷却前的结合牢度低于冷却后的结合牢度，这与未冷却前热封层材料的分子尚未被固定，更容易发生形变有关。因此，在实际生产过程中应重视对包装材料热粘强度的测试，特别是热封制袋后立即进行灌装的生产模式，以防止因包装的热粘强度低而导致热封边在灌装产品冲击作用下而破损，影响包装的密封性能，甚至发生破袋。
四种不同热封温度下的测试结果显示，100℃时试样的热封强度与热粘强度均zui低，115℃时热封强度与热粘强度均zui高，120℃时强度降低，且试样发生皱缩，这说明两种测试指标值随热封温度的升高，呈现出相同的先增加后降低的趋势。根据热封强度与热粘强度的测试值及试样表面的平整情况综合判断，对本次测试的40 μm PE薄膜样品来说，zui合适热封温度范围为110℃ ~ 115℃。
4、结语
热封强度与热粘强度是关系到软塑包装封口处是否漏气、破袋的重要指标，从本文对40 μm PE膜样品该两项指标的对比测试来看，两者的基本试验过程、测试结果随热封温度变化的趋势相同，而热封强度与热粘强度测试时间不同，且在同一热封参数下，热粘强度明显低于热封强度。