鐘燕輝，陳勝利，謝力君，王鏡鳘，呂和軍

(1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源 517000；2.河源市美華智能設(shè)備有限公司，廣東 河源 517000；3.歐華包裝設(shè)備(河源)有限公司，廣東 河源 517000)

0 引言

塑料薄膜包裝是現(xiàn)代包裝業(yè)的重要組成部分，尤其在食品、醫(yī)療等領(lǐng)域，其應(yīng)用越來越廣泛[1]。在塑料薄膜的包裝過程中，熱封強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，封邊、封口質(zhì)量直接影響包裝產(chǎn)品的封裝、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等，良好的包裝可以保證包裝物不漏氣、不滲漏和不破裂等[2]。目前，對(duì)于規(guī)模化包裝通常采用自動(dòng)包裝機(jī)進(jìn)行包裝，根據(jù)自動(dòng)化程度可實(shí)現(xiàn)制袋、計(jì)量充填和封口等不同的包裝工藝。影響封口熱封強(qiáng)度的因素主要包括：熱封溫度、熱封壓力和熱封時(shí)間。自動(dòng)化程度不同的設(shè)備，其三大要素的控制略有不同[3]。本文對(duì)全自動(dòng)S-140S高速水平式包裝機(jī)熱封工藝參數(shù)進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化，以期得到較好的包裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并對(duì)其他自動(dòng)包裝設(shè)備參數(shù)設(shè)置具有一定的實(shí)際參考意義。

1 全自動(dòng)高速水平式包裝機(jī)設(shè)備及熱封影響因素

此次試驗(yàn)采用S-140S系列水平式自動(dòng)包裝機(jī)，該自動(dòng)包裝機(jī)適用于熱封性包裝材料(PE膜、多層復(fù)合膜等)，從捆裝薄膜開始，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制袋、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)充填及自動(dòng)封口等工藝。該全自動(dòng)包裝設(shè)備的制袋、封口和充填是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，各系統(tǒng)主要通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)及可編程序控制器(PLC)進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作，S-140S系列水平式自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)備簡圖如圖1所示。

當(dāng)包裝材料選定后，影響熱封強(qiáng)度的因素主要有三個(gè)，分別是熱封溫度、熱封時(shí)間和熱封壓力，其中最為直接的影響因素是熱封溫度。當(dāng)設(shè)置溫度在起封溫度以上時(shí)，隨著溫度的升高，熱封強(qiáng)度會(huì)上升，但其會(huì)有一個(gè)最大值，之后強(qiáng)度趨于平穩(wěn)下降。溫度過低，黏連性不好，熱封強(qiáng)度過低；但溫度過高將造成粘結(jié)處熔融變薄，也會(huì)影響熱封強(qiáng)度。熱封溫度的設(shè)置應(yīng)綜合考慮熱封時(shí)間及熱封壓力等因素[4]。

1-放膜裝置;2-底部沖孔;3-底部成型;4-包裝膜導(dǎo)向;5-底封結(jié)構(gòu); 6-豎封I;7-豎封II; 8-色標(biāo)檢測;9-豎封冷卻; 10-伺服牽袋;11-夾袋;12-異型成型;13-開袋;14-吹氣;15-充填I(lǐng);16-充填I(lǐng)I;17-張緊;18-熱封;19-冷封

熱封時(shí)間是影響熱封強(qiáng)度和生產(chǎn)效率的另一個(gè)重要參數(shù)。熱封時(shí)間過短，粘結(jié)時(shí)間不夠，薄膜粘結(jié)不好，會(huì)造成強(qiáng)度下降；熱封時(shí)間過長，容易使熱封邊緣起皺及過薄，同樣影響熱封強(qiáng)度。合適的熱封時(shí)間與熱封溫度及熱封壓力相對(duì)應(yīng)，可以保證粘結(jié)強(qiáng)度值大，并有較高的生產(chǎn)率[5]。

在熱封過程中，熱封壓力一般由熱封壓條提供。熱封壓力不夠，薄膜粘結(jié)力不緊，強(qiáng)度不高。但熱封壓力過大易造成封邊過薄發(fā)脆，反而造成強(qiáng)度下降。熱封壓力除了和溫度、時(shí)間配合外，還需考慮包裝薄膜的厚度[6，7]。該S-140S系列水平式自動(dòng)包裝機(jī)的熱封壓力主要由凸輪轉(zhuǎn)換到柱形壓力彈簧提供，設(shè)備已調(diào)試為適合較多類型及厚度的最佳壓力。因此，在參數(shù)調(diào)節(jié)過程中，一般只需調(diào)節(jié)熱封溫度和熱封時(shí)間即可。

2 確定最佳熱封工藝參數(shù)的試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)選用食品包裝常用的2種復(fù)合薄膜作為測試材料，分別是：BOPA/LDPE復(fù)合膜以及BOPP/CPP復(fù)合膜。BOPA/LDPE復(fù)合膜平均厚度為65.2 μm，BOPP/CPP復(fù)合膜平均厚度為60.8 μm，均為市售，由食品包裝公司提供。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

采用S-140S水平式自動(dòng)包裝機(jī)，由歐華包裝設(shè)備(河源)有限公司生產(chǎn)；UTM-1432萬能材料試驗(yàn)機(jī)，由承德市金建檢測儀器有限公司生產(chǎn)。

2.3 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

本試驗(yàn)采用中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T2358-1998《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，所有檢測設(shè)備、量具、試驗(yàn)及檢測過程均符合標(biāo)準(zhǔn)[8]。

2.4 試驗(yàn)過程

(1) 按照GB/T 6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度測定 機(jī)械測量法》的要求測量待測薄膜的厚度，試樣邊長≤300 mm，測定薄膜10個(gè)點(diǎn)，分別計(jì)算兩種薄膜的厚度平均值[9]。

(2) 將包裝薄膜安裝在放膜裝置處，并調(diào)試好各聯(lián)動(dòng)配合動(dòng)作。在恒定熱封時(shí)間下，BOPA/LDPE復(fù)合膜從110 ℃開始，每隔5 ℃調(diào)節(jié)不同熱封溫度進(jìn)行熱封，一直到150 ℃，每個(gè)溫度下取樣10個(gè)。BOPP/CPP復(fù)合膜從140 ℃開始，每隔5 ℃調(diào)節(jié)不同熱封溫度進(jìn)行熱封，一直到190 ℃，同樣每個(gè)溫度下取樣10個(gè)。在萬能試驗(yàn)機(jī)檢測取樣的熱封強(qiáng)度，記錄平均值。

(3) BOPA/LDPE復(fù)合膜和BOPP/CPP復(fù)合膜在以上熱封溫度區(qū)間，每隔0.2 s進(jìn)行熱封時(shí)間調(diào)節(jié)，從0.2 s～0.8 s進(jìn)行變化，分別在每個(gè)溫度下熱封取樣10個(gè)，最后在萬能試驗(yàn)機(jī)檢測取樣的熱封強(qiáng)度，記錄平均值。

3 結(jié)果與討論

3.1 熱封參數(shù)對(duì)BOPA/LDPE復(fù)合膜熱封強(qiáng)度的影響

圖2為在不同的熱封時(shí)間下，BOPA/LDPE復(fù)合膜隨著熱封溫度變化的熱封強(qiáng)度曲線。從圖2可以看出:在較低溫度115 ℃下，因熱封溫度沒有達(dá)到復(fù)合膜的熔融溫度，分子鏈運(yùn)動(dòng)弱，即使在較長的熱封時(shí)間，其膜也不能較好地熔接，熱封強(qiáng)度都較小；隨著溫度的升高，當(dāng)熱封溫度達(dá)到120 ℃以上時(shí)，熱封強(qiáng)度急劇上升，熱封時(shí)間越長，其上升得越快；在熱封時(shí)間為0.6 s、熱封溫度為140 ℃時(shí)，熱封強(qiáng)度達(dá)到最大值71.8 N/15 mm；當(dāng)熱封時(shí)間為0.8 s時(shí)，因時(shí)間過長導(dǎo)致熱封區(qū)出現(xiàn)褶皺和變薄現(xiàn)象，反而導(dǎo)致熱封強(qiáng)度下降[10]；溫度繼續(xù)提高，熱封強(qiáng)度都呈緩慢下降趨勢，且壓制時(shí)間越長，下降越明顯，這是由于高溫下熱封時(shí)間過長導(dǎo)致熱封邊變薄所致。所以BOPA/LDPE復(fù)合膜熱封溫度控制在135 ℃～140 ℃、熱封時(shí)間為0.6 s 較合適。

圖2 不同熱封時(shí)間下熱封溫度對(duì)BOPA/LDPE復(fù)合膜熱封強(qiáng)度影響

3.2 熱封參數(shù)對(duì)BOPP/CPP復(fù)合膜熱封強(qiáng)度的影響

圖3為在不同的熱封時(shí)間下，BOPP/CPP復(fù)合膜隨著熱封溫度變化的熱封強(qiáng)度曲線。從圖3可以看出：在較低溫度下，隨著熱封時(shí)間的增長，其熱封強(qiáng)度升高并不明顯，這是由于溫度過低，未能使復(fù)合膜熔融黏結(jié)在一起，延長熱封時(shí)間并不能使復(fù)合膜分子鏈交纏地更多；隨著溫度的上升，熱封強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，延長熱封時(shí)間，熱封強(qiáng)度也增大，在熱封溫度為180 ℃、熱封時(shí)間為0.4 s 時(shí)達(dá)到最大值52.9 N/15 mm；熱封時(shí)間0.8 s的壓制導(dǎo)致薄膜起皺明顯，反而導(dǎo)致熱封強(qiáng)度下降；當(dāng)熱封溫度超過185 ℃后，熱封強(qiáng)度呈下降趨勢，且隨熱封時(shí)間的增長，熱封強(qiáng)度下降尤其明顯，這是由于熱封溫度過高、熱封時(shí)間過長，導(dǎo)致薄膜封邊壓制過薄，從而導(dǎo)致熱封強(qiáng)度下降。但通過觀察復(fù)合膜的熱封形態(tài)發(fā)現(xiàn)，熱封溫度在175 ℃以后開始出現(xiàn)褶皺收縮等變形情況，影響外觀和使用，所以BOPP/CPP復(fù)合膜熱封溫度控制在165 ℃～170 ℃、熱封時(shí)間為0.4 s較合適。

圖3 不同熱封時(shí)間下熱封溫度對(duì)BOPP/CPP復(fù)合膜熱封強(qiáng)度影響

4 結(jié)論

復(fù)合薄膜的包裝質(zhì)量和復(fù)合膜的種類、包裝過程的工藝參數(shù)等都有直接的關(guān)系，熱封性能好的包裝可以保證包裝品良好的存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用等。當(dāng)包裝材料確定以后，熱封工藝參數(shù)將直接決定包裝質(zhì)量的好壞。通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

(1) 當(dāng)熱封壓力恒定，在一定的熱封時(shí)間下，隨著熱封溫度的提高，熱封強(qiáng)度會(huì)逐漸提高。在熱封溫度低于復(fù)合膜的黏流溫度以下，熱封強(qiáng)度提高非常有限。當(dāng)熱封溫度升高至復(fù)合膜的黏流溫度區(qū)間時(shí)，熱封強(qiáng)度上升得非常明顯。但當(dāng)達(dá)到一定峰值以后，熱封強(qiáng)度會(huì)呈緩慢下降趨勢，繼續(xù)提高熱封溫度，熱封強(qiáng)度會(huì)繼續(xù)下降，這是由于溫度太高導(dǎo)致封邊出現(xiàn)變薄破裂等缺陷。

(2) 隨著熱封時(shí)間的變化，在復(fù)合膜的黏流溫度以下，熱封強(qiáng)度上升緩慢，區(qū)分度不大。在復(fù)合膜的黏流溫度區(qū)間，熱封時(shí)間延長，熱封強(qiáng)度前期上升較快，但并不是熱封時(shí)間越長，熱封強(qiáng)度越高，尤其當(dāng)?shù)搅艘欢ǖ臒岱鈴?qiáng)度峰值后，熱封時(shí)間越長，隨著溫度的升高，熱封強(qiáng)度反而下降得越快，因?yàn)闊岱鈺r(shí)間延長更容易導(dǎo)致復(fù)合膜出現(xiàn)褶皺、收縮和變薄等缺陷，所以在實(shí)際生產(chǎn)中熱封時(shí)間要和熱封溫度協(xié)調(diào)設(shè)置。

(3) 通過采用S-140S系列水平式自動(dòng)包裝機(jī)對(duì)BOPA/LDPE復(fù)合膜、BOPP/CPP復(fù)合膜熱封強(qiáng)度的探究發(fā)現(xiàn)：BOPA/LDPE復(fù)合膜熱封溫度控制在135 ℃～140 ℃、熱封時(shí)間為0.6 s較合適；BOPP/CPP復(fù)合膜熱封溫度控制在165 ℃～170 ℃、熱封時(shí)間為0.4 s較合適。