PA/LDPE复合膜包装的热封性与热粘性研究

摘要：PA/LDPE复合膜在热封过程中常出现热封不良的质量问题，本研究针对该问题采用多款热封及拉力测试设备，固定热封压力及热封时间（或称为密封时间），结合热封区域形态是否良好，选取可达到*热粘强度及热封强度的热封温度（或称为密封温度）。由此，为该复合膜或采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业在包装过程中提供可参考的依据。
关键词：PA/LDPE复合膜,热封温度,热封性,热粘性

　　在食品及器械行业，PA/LDPE复合膜是较为常见的包装用薄膜，因为PA具有较好的韧性及阻隔性，LDPE具有优良的热封性[1-2]。但是PA/LDPE复合膜在应用过程中，却经常出现热封过度或其他热封不良的现象，甚至在包装线上出现热粘性较差的包装，导致包装内容物变质或泄露等质量问题。上述问题大部分是由热封温度、热封时间或压力不合适引起，多数企业不了解所使用包材的热封及热粘性，甚至不知道所使用的包材材质，盲目的选择热封温度等工艺参数，导致热封过度等问题[3-5]。针对上述问题，我们选择常用的PA/LDPE复合膜包装作为研究对象，试验研究其热封性及热粘性*参数，采用相关拉力试验机进行测试。通过固定延迟时间，测试试样在不同温度下的热粘强度，并绘制热粘曲线，从而得到具有良好热粘性试样的*密封温度范围。另外，通过固定热封压力、持续时间这两个热封参数，在不同热封温度下热封试样，测试热封强度，绘制热封曲线，确定PA/LDPE在良好热封性能下的*热封温度范围。上述研究可为采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业提供一定的生产参考。

1. 试验

1.1 试验设备

　　HTT-L1热粘拉力试验仪：欧洲杯买球官方网站生产，密封温度范围为室温 ~ 250 ℃，密封时间及热粘时间均为0.1 s ~ 999.9 s，密封压力为0.05 MPa ~ 0.7 MPa，试验速度为100、150、200、300、500、hot tack六档可选，力值量程为0 N ~ 200 N，0 N ~ 30 N，0 N ~ 50 N，0 N ~ 100 N四档可选。适用于塑料薄膜、复合膜等包装材料的热粘性能的测试。同时也适用于胶粘剂、胶粘带、不干胶、胶黏复合品、复合膜、塑料薄膜、纸张等软质材料进行剥离、拉断等项目的试验。

　　HST-H3热封试验仪：欧洲杯买球官方网站生产，热封温度范围为室温 ~ 300 ℃，热封时间为0.1 s ~ 999.9 s，热封压力为0.05 MPa ~ 0.7 MPa，该设备基于热压封口测试方法，可用于测定各种热封复合膜的热封温度、热封时间以及热封压力等关键参数。

　　XLW(EC)智能电子拉力试验机：欧洲杯买球官方网站生产，行程zui大为950 mm，试验速度为50、100、150、200、250、300、500七档可选，力值量程为0 N ~ 500 N，0 N ~ 50 N两档可选。适用于塑料薄膜、复合材料、软质包装材料、塑料软管、胶粘剂、胶粘带、金属箔、隔膜、背板材料、无纺布、橡胶、纸张等产品的拉伸、剥离、变形、撕裂、热封、粘合、 穿刺力、开启力、低速解卷力、拨开力等性能测试。

1.2 试验步骤

　　本试验采用常见的PA/LDPE复合膜作为验证材料，测试其热粘强度与热封强度。

　　在验证材料表面随机选取10个位置点，测量其厚度，测量结果见表1。

表1 验证材料厚度

(1) 热粘性参数选择

　　沿验证材料的纵向方向随机裁制宽15 mm，长35 cm的试样45条。设置仪器的密封持续时间为1 s，设置仪器的密封压力为29 N/cm2，设置仪器的延迟时间为100 ms，夹具的分离速度设置为1500 mm/min(仪器设备固定值)。设置起始密封温度为125 ℃，将试样的密封面向上，夹持在热粘拉力试验仪上，进行热粘强度的测试，做5次平行试验。随后每隔2.5 ℃做一组试验，直至152.5 ℃热粘强度明显下降时为止，每个密封温度均做5次平行试验。

(2) 热封参数选择

　　沿材料的纵向方向随机裁制长15 cm、宽7.5 cm的试样44片。在热封试验仪上设置持续时间为1 s，在热封试验仪上设置热封压力为290 kPa，设置初始热封温度为95 ℃，随机取出2片试样叠放，热封面相对，热封刀平行于试样的横向进行热封。随后每升高5 ℃，按照上述方法对随机抽取的试样进行热封，直至热封温度为200 ℃试样严重变形为止。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的试样条5条。

　　将试样条放在(23±2) ℃，相对湿度(50±5) %条件下调节至少24 h后，分别测试每个温度下试样条的热封强度，拉力试验机的夹具初始间距设置为5 cm，移动速度设置为300 mm/min。

2. 结果与讨论

2.1 *热粘强度下热封参数的选择

　　各温度下的试验结果如表2所示。

表2 不同温度下试样的热粘强度

　　根据表2中数据，绘制试样的热粘曲线如图1所示。

图1 热粘曲线图

　　上述表2及图1中的数据显示，在125 ℃ ~ 138.5 ℃温度范围内，热粘强度随着密封温度的增加而增加，温度超过138.5 ℃后，继续增加密封温度，热粘强度降低。为了确保试样具有足够的热粘强度，试样的密封温度应控制在135 ℃ ~ 140 ℃之间。

　　由于PA/LDPE材料厚度及剥离强度的不均匀性，导致试样在同样的密封温度下热粘强度存在一定偏差，但该偏差仍处于规定范围内。从试验现象发现，当试样的密封温度低于132.5 ℃时，发生粘合剂破坏，密封区*剥开，密封温度为135 ℃ ~ 142.5 ℃时，发生分层破坏，密封区*剥开，密封温度145 ℃ ~ 147.5 ℃时，发生分层破坏和部分内聚性破坏，密封区*分开，密封温度150 ℃ ~ 152.5 ℃时，发生内聚性破坏，密封区未*剥开。因此，为了防止热态密封区在包装过程中发生破坏，材料的密封温度应大于132.5 ℃。综合上述分析可知，验证材料PA/LDPE的*密封温度范围为135 ℃ ~ 145 ℃。

2.2 *热封强度下热封参数的选择

　　从热封后热封区形态可以看出，随着热封温度的升高，试样热封区的平整性逐渐变差，到155 ℃时热封边出现明显变形，200 ℃时热封边皱缩变形严重。因此，从包装的美观角度出发，热封温度应控制在155 ℃以下。

　　测试热封强度后，随着热封温度的增加，热封区的破坏形式由热封界面*剥开逐渐演变为热封界面部分剥开、试样拉伸后远离热封处断裂、试样拉伸后热封根部断裂。当破坏形式为热封根部断裂时，在包装的储存、运输过程中，热封口处易发生破袋，由一系列试验现象可知，材料的热封温度应控制在200 ℃以下。

　　试验测得不同温度下试样的热封强度数据如表3中所示。

表3  不同温度下的热封强度

根据表3中数据绘制热封曲线如图2所示。

图2 热封曲线图

　　分析表3和图2中的试验数据可知，热封温度在95 ℃ ~ 135 ℃范围内时，随着热封温度的升高，试样的热封强度呈上升趋势，当热封温度超过135 ℃时，随着热封温度的升高，热封强度变化幅度较小，出现波动。因此，为了保证材料具有足够的热封强度，应将热封温度控制在135 ℃以上。

　　另外，同一温度下试样的热封强度存在一定偏差，但仍处于规定范围内，试样厚度的波动是造成热封强度存在偏差的原因之一。综合上述分析可知，验证材料PA/LDPE的*热封温度范围为135 ℃ ~ 150 ℃。

3. 结论

　　为获得PA/LDPE良好的热粘强度和热封强度，在热封设备稳定的情况下，热封试验仪上设置持续时间为1 s，热封压力为290 kPa（即29 N/cm2），经过系列试验选择出*的热封范围为135 ~ 145 ℃。较低或较高的热封温度会引起热粘强度或热封强度数值异常，热封区开口或根部断裂，导致包装破裂。从上述试验数据及现象可知，该研究可得到稳定而连续的试验结果，试验数据可靠，重复性好，可真实反映试样的热粘性能和热封性能。