崔衛(wèi)鑫 王克儉

（北京化工大學機電工程學院）

1. 引言

塑料包裝薄膜是由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或其他樹脂制成，主要用于包裝以及作覆膜層。

目前，塑料包裝及塑料包裝產(chǎn)品在市場上所占的份額越來越大，特別是復(fù)合塑料軟包裝，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，這些產(chǎn)品都給人們生活帶來了極大的便利。而力學性能包括拉伸、抗沖擊、耐撕裂、剝離強度、熱合強度等是保障包裝物品在裝卸、運輸、保管、供應(yīng)和銷售的整個流通過程中順利進行的最基本性能。因此對其力學性能的檢測顯得尤為重要。

2. 塑料包裝薄膜的力學性能特點

塑料包裝薄膜的力學性能主要包括拉伸強度、耐沖擊性能、熱封強度、耐撕裂性能、剝離強度等。普通包裝薄膜的性能主要取決于塑料的品種。常用的包裝塑料薄膜有：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、玻璃紙、尼龍、聚酯及聚碳酸酯等。由于各種塑料薄膜的性能不同，因而應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的不同包裝要求，合理選擇塑料包裝薄膜。

聚氯乙烯熱薄膜的收縮率強、易處理，堅韌抗沖，抗撕裂性能好。低密度聚乙烯薄膜伸長率大，抗沖擊性與耐低溫性較優(yōu)。聚丙烯薄膜由于拉伸分子定向，所以力學強度較高，堅韌耐磨，但是熱封性差，一般用做復(fù)合薄膜的外層薄膜。玻璃紙的透明性好、硬度高，但撕裂強度差、熱封性差。尼龍薄膜較堅韌，具有良好抗撕裂性及較高的拉伸強度，并且還具有較好的耐熱性和耐磨性，因此適于包裝硬性物品。

聚酯薄膜力學性能優(yōu)良，硬度及韌性高，耐撕裂、耐高溫和低溫，因此常用做蒸煮包裝的外層材料。表1為常用單一薄膜的力學性能比較。

表1 單一薄膜力學性能比較

3. 力學性能檢測

3.1 標準

塑料包裝薄膜的力學性能是最重要、最基本的性能之一[1]。包裝薄膜在使用前必須對其力學性能進行嚴格的檢測，以防止因力學性能不足而導致包裝破損與泄漏。塑料包裝薄膜的力學性能測定通常參考國家標準中規(guī)定的方法進行，塑料包裝薄膜的拉伸性能、剝離性能、沖擊性能、熱封性能以及撕裂性能的測試標準參見表2。

表2 塑料包裝薄膜的力學性能測試標準

3.2 力學性能檢測方法

3.2.1 拉伸性能檢測

拉伸性能是塑料包裝薄膜的重要力學性能，它能夠直觀反映薄膜的使用性能。該性能通常作為包裝材料的出廠檢驗指標以及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗指標。

在拉伸性能測試中，一般需要將試樣制成啞鈴形或長條形，通過萬能拉伸試驗機的夾具夾持試樣兩端，以一定速度（如表3所示）進行拉伸，直至載荷達到最大值。對于不同拉伸強度的塑料包裝薄膜應(yīng)選擇適當摩擦力的夾持端面，以確保夾持過程中夾持面不會對塑料包裝薄膜造成破壞。同時，測試應(yīng)符合GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的測定第3部分：薄塑和薄片的試驗條件》。該標準適合于各種材料制成的塑料薄膜。

表3 推薦實驗速度 單位：mm/min

賴桂珍等[2]結(jié)合影響拉伸性能測試結(jié)果的因素，對測試結(jié)果的不確定度做了評析，使檢測結(jié)果更具可信性。

3.2.2 沖擊性能測試

塑料薄膜耐沖擊性能是薄膜重要的力學性能之一[3]，其沖擊強度值高低直接影響到薄膜承受外界撞擊的能力。如果薄膜用于包裝食品及藥品，還影響到包裝物保質(zhì)期。在測試沖擊性能時主要采用抗擺錘沖擊法和自由落鏢法。

抗擺錘沖擊法是將試樣放在擺錘沖擊試驗機（如圖1所示）規(guī)定的位置上，使具有一定高度的半球沖擊薄膜，以薄膜破壞時單位面積所吸收的沖擊能量表示沖擊強度。在性能測試時，測試的試樣需要在溫度為23±2℃、濕度為45%-55%的環(huán)境中處理至少4小時并且均勻裁取。測試方法應(yīng)符合GB/T 8809-2015《塑料薄膜抗擺錘沖擊試驗方法》，并且該標準適合各種塑料薄膜的抗擺錘沖擊試驗。

圖1 擺錘沖擊試驗機[3]

自由落鏢法是將試樣放在落鏢沖擊試驗儀指定的位置上，在給定的自由落鏢沖擊下，測定使塑料薄膜試樣破損的沖擊質(zhì)量。對于試驗試樣的選取應(yīng)無氣泡、折痕及其它明顯的缺陷，數(shù)量不少于30個。測試中應(yīng)遵循GB/T 9639.1-2008《塑料薄膜和薄片抗沖擊性能試驗方法自由落鏢法》，該標準適用于塑料薄膜和厚度小于 1 mm的薄片。謝新藝等[4]對測試標準GB/T 9639.1-2008進行了改進，提高了測量結(jié)果的準確性，更精確的表征塑料薄膜的抗沖擊性能。

3.2.3 抗撕裂性能測試

抗撕裂性能是指通過萬能拉伸試驗機對標準試樣施加拉伸負荷，使試樣在直角口處撕裂，測定試樣的撕裂力[5]。測試塑料薄膜的撕裂性能一般采用3種方法，分別為褲形撕裂法、直角撕裂法和埃萊門多夫法。

褲型撕裂法是在試樣長軸方向上切縫至 1/2處所形成的兩“褲腿”上（如圖2所示）經(jīng)受拉伸試驗，測試沿長軸方向上撕裂試樣所需的平均力。試樣中央切口長度為 75±1 mm。試樣裁切的邊緣應(yīng)光滑無缺口。對于某些材料耐撕裂性可能隨膜面的方向而變化的情況，需要制備兩組試樣。測試中應(yīng)遵循 GB/T16578-1996 《塑料薄膜和薄片耐撕裂性能試驗方法 褲型撕裂法》，其適用于厚度在1 mm以下的軟質(zhì)薄膜或片材。

圖2 褲形撕裂法試樣[5]

直角撕裂法是指對標準試樣施加拉伸負荷，使試樣在直角口處撕裂，測定試樣的撕裂力。該法試樣（圖3所示）的直角口處應(yīng)無裂縫及傷痕，且試樣不少于5個。在受到拉伸試驗機的量程限制下應(yīng)采用疊合試樣組進行試驗，此時試驗組應(yīng)不少于3組，每組5片。但應(yīng)注意單片試樣和疊合試樣組不能比較。此外，疊合試樣組并不適用于泡沫片。直角撕裂法應(yīng)遵循QB/T1130-1991《塑料直角撕裂性能試驗方法》，其適用于薄膜、薄片及其他相似的塑料材料。

圖3 直角撕裂法試樣

埃萊門多夫法是根據(jù)擺錘撕裂具有規(guī)定切口的試樣所消耗的能量來計算試樣的耐撕裂性。該法的試樣在其長度方向邊的切口應(yīng)至中心點并光滑無刻痕。埃萊門多夫法應(yīng)遵循GB/T11999 -1989《塑料薄膜和薄片耐撕裂性能試驗方法-埃萊門多夫法》，其適用于軟塑料薄膜、復(fù)合薄膜、薄片，不適用于聚氯乙烯、尼龍等較硬的塑料材料。

陳美珍[6]對塑料薄膜直角撕裂強度測量結(jié)果影響較大的因素進行了分析，確定了擴展不確定度，使測量結(jié)果更加可信。

3.2.4 剝離強度測試

剝離強度又稱為復(fù)合強度或復(fù)合牢度[7]，主要考察復(fù)合膜層與層之間的粘合強度。如果粘合強度過低，由其生產(chǎn)的包裝材料則極易在使用過程中產(chǎn)生泄露等問題。所以在選用包裝材料前測試復(fù)合層的剝離力很重要。

剝離強度主要通過運用萬能拉伸試驗機試驗過程中的拉力值變化和位移變化，來計算出試樣的剝離強度性能指標。試樣在橫、縱方向上裁取試樣各5條且表面應(yīng)光滑無刻痕。測試方法應(yīng)遵循 GB/T8808-1988《軟質(zhì)復(fù)合塑料材料剝離試驗方法》，其適用于各種塑料材料的復(fù)合薄膜。

樊軒虎等[8]利用電子萬能拉力試驗機對雙面鋁塑復(fù)合帶剝離強度的影響因素進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)塑料薄膜的變形對剝離強度的測試結(jié)果影響較大。

3.2.5 熱合強度測試

塑料包裝薄膜常常采用熱合的方法將被包裝物封裝在內(nèi)[9]。因此，是否達到良好的密封與熱封的質(zhì)量有很大關(guān)聯(lián)。在產(chǎn)品的保存和運輸過程中，若熱封強度太低，會導致熱封處裂開、泄漏等問題。因此我們需要通過試驗來確定薄膜適宜的熱封合條件，滿足生產(chǎn)工藝的需要。

圖4 取樣位置[9]

熱合強度測試是將條形試樣的兩端夾在萬能拉伸試驗機兩個夾具上，進行拉伸，破壞試樣封合部位的最大力值，就是熱封的力值，結(jié)果以單位長度的試樣所用的力值來表示，即熱封強度。測試中對于試樣的選取，應(yīng)分別在塑料薄膜包裝袋的側(cè)面、背面、底部和頂部，與熱合部位成垂直的方向上任取試樣（如圖4所示）。測試應(yīng)遵循QB/T2358-1998《塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法》。該標準適用于各種塑料薄膜包裝袋的熱合強度測定。

馮利軍[10]從微觀角度分析了影響熱合強度的因素，模擬建立了影響因素與熱合強度間的關(guān)系式，最終取得最佳的熱合條件。

4. 結(jié)論

塑料薄膜的力學性能是最基本的性能，也最能直接影響塑料包裝的效果。因此，為了滿足日益增長的塑料包裝需求，必須不斷提高加工技術(shù)，不斷完善性能測試標準，利用新型材料改性使塑料包裝薄膜的力學性能更加完善。此外，也可以看出對塑料包裝薄膜力學性能的研究分析將會受到越來越多的重視。