百利包常使用的材质为黑白膜和乳白膜两种,作为热封性材料的基本构成是聚乙烯、聚丙烯类的可热封的材料

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绝大多数的复合薄膜在被投入市场前都会被加工成各式各样的包装袋,因此,热封层是各类用途的复合包装薄膜中不可缺少的一个组成部分。

在目前的复合软包装材料领域,作为热封性材料的基本构成是聚乙烯、聚丙烯类的可热封的材料,在此基础上,陆续出现了很多种改性材料,改性的方法有共混、共聚、改变聚合工艺、改变薄膜加工方法等等。

经过多种改性方法的处理之后,热封层薄膜的各项指标都发生了很明显的变化,例如起封温度的可调整范围加大了,热封强度、拉伸强度、热粘性、柔软性、阻隔性能、透明度等项指标均可在较大的范围内进行控制性调整。

但是,万变不离其宗,热封温度、热封强度仍是人们选用热封性材料时首先要考虑的指标,因此,材料的热封性能也就是热封曲线仍是必须关注的最基础的性能指标。

所谓热合曲线就是如下图所示的曲线图。

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该曲线图的横轴是热合温度/℃,纵轴是热合强度/。

它表示了所选用的热封性材料或复合薄膜在一定热封温度区间内(在某一固定的热合压力和热合时间的条件下)的热合强度的变化趋势。

同一企业生产的同一类别但不同批次的复合薄膜的热合曲线有可能是相同,也有可能是不同的。

不同的企业所生产的同一类别的复合薄膜的热合曲线很有可能是不同的!

热合加工过程中最基本的工艺条件是热合温度、热合压力和热合时间。
三个工艺条件的综合作用结果是热合强度(N/15mm,有些企业的衡量指标是克/15mm或N/25mm)。

在上述热封曲线中,显示的是热封温度与热合强度间的关系曲线,其中隐含了已被固定了的热合压力和热合时间两个参数。

根据相关试验结果,在测定某材料的热合曲线时,在固定热合压力参数的条件下,如果延长热合时间,则上面的曲线将整体向左移动;如缩短热合时间,则上面的曲线将整体向右移动。
在固定热合时间的条件下,如果提高热合压力,则上面的曲线将整体向左移动;如降低热合压力,则上面的曲线将整体向右移动。

热合参数与热合强度的关系

关于热封参数与热合强度之间的关系,孙智慧等人曾在2005年发表过《包装塑料薄膜热封参数及强度的研究》一文(孙智慧、段青山、李萌萌,哈尔滨商业大学。
2005年全国农产品加工、食品和包装工程学术研讨会文集;百度文库,wenku.baidu.com/view/614ec84c2b160b4e767fcf16),其研究的结论如下:

1.热封时间短、热封温度较低时,热封温度与热封时间对热封强度的影响显著,否则,影响不明显。

2.热封时间短时,热封压力对热封强度显著影响,其他情况下,无明显影响。

3.相同条件下,同种塑料薄膜厚度大,其热封强度相对大。

4.热封时间短、热封温度低时,塑料薄膜不能达到很好地达到熔融状态,从而造成热封强度低,出现欠封;随着热封温度的提高或热封时间的延长,热封强度随之增大,达到最优值,热封强度趋于稳定;当热封温度过高、热封时间过长时,塑料薄膜会因温度过高而熔融流动,导致薄膜表面被烫化、热封强度降低,同样影响封口的强度与外观。

其结论中对热合压力和热合时间对热合强度的影响程度作出了充分的表述。

在目前的市场上,软包装企业中所使用的制袋机的加工速度一般在每分钟40个袋到150个袋之间,而下游客户的自动包装机的加工速度依产品的不同,其加工速度可能在40个袋每分钟到数百个袋每分钟不等。

对于单个的包装袋而言,其有效的热封时间可能在会在500毫秒到50毫秒之间变化。
有效的热封时间越短则意味着生产速度越高。
同时,按照孙智慧等人的结论,热合时间越短则热合压力对热合强度的影响就会越显著!

但是,在当前的市场上,不论是热封试验机还是自动包装机,其热合温度都是直观、可控的,而热合压力和热合时间则是可控的、但不直观,即不能用数字来直观地表述热合压力和热合时间。

首先,国家标准中有关于热合强度的检测标准(QB/T2358-1998,《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》),但没有关于热合强度试验用样条的制备方法的标准。
在GB/T10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》中关于”热合强度”的相关规定是:”按QB/T2358-1998的规定进行,膜的热封方法、条件由供需双方商定”。

其次,几乎所有的制袋机、自动包装机都不能用数字表示热合压力参数。
这就直接导致了这样的结果:同一批生产的复合薄膜,在不同的下游企业中使用”相同的”工艺参数(实际上可能是相同的热封温度和生产速度)而得到不同的热合强度的结果。

另外,所有的生产热合试验机的企业在其产品说明书中都会对试验时的温度、时间、压力给出建议的范围,其中最模糊的概念就是压力值,比如说,它会建议使用0.2MPa的压力进行热封试验,但可能不会明确指出这个0.2MPa是试验机上的压力表显示的输出气压值还是热合试验机上的热封棒之间的压强值?!在某些机型上,这两个数值之间可能会有很大的差异!!!

笔者建议:至少在使用热合试验机对复合薄膜的热合性能进行评价时,应将热合压力值统一为热封棒之间的压强值!

该数值的推算方法为P表=P试S棒/S缸。

P表为热封试验机的压力表所显示的气压值,MPa;

P试为拟定的热封棒之间压强值,MPa;

S缸为热封试验机上的气缸内活塞的面积,mm2;

S棒为热封试验机上热封棒的面积,mm2。

所谓”起封温度”是一部分企业所规定的、在一定的条件下、当复合材料的热合强度达到了5N/15mm时所对应的热合温度℃。

在利用热合曲线对材料的热封性能进行评价时,需要关注的有三点:

一是热合工艺条件,二是可达到的最高的热合强度,三是材料的起封温度。

在前面的热合曲线图中,当热合温度为107℃时,热合强度为零;当热合温度为110℃时,热合强度为3N/15mm;当热合温度为113℃时,热合强度为19N/15mm;因此,从该曲线上可以推算出该复合薄膜的起封温度大约为110.6℃。

起封温度是热封性材料的本性的一种表示,同时也与复合材料的厚度有关。
复合材料越厚,则传热速率会相应地降低,在相同的热合时间条件下,所需要的热封棒的温度就会越高。

对于相同厚度的复合包装材料而言,热封层材料的起封温度越低,如果生产速度是固定,那么所需要的热封棒的温度就越低,制成品的外观可能就越好;如果热封棒的温度是固定的,那么在达到相同的热合强度的前提下,生产的速度就可以相应提高。

通常采用较低起封温度的热封性材料的目的都是为了提高自动包装生产的效率!

热合层的熔点与起封温度

目前常用的热封层材料如PE、PP薄膜大都是三层共挤的薄膜。
其中与其他基材相贴合的一面可称之为复合面或复合层,与另一PE材料相热合的一面可称之为热合面或热合层。

通常,从热合层到复合层,其熔点是逐渐增高的。
熔点的差值最大可达到约30℃。

下图是一个三层共挤PE薄膜的DSC曲线(差示扫描量热法曲线DifferentialScanningCalorimetry)。

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该曲线的温度扫描范围是80℃到150℃,在此范围内出现了三个峰,其对应的熔点值分别为98.5℃、114℃和119.5℃。
这三个熔点值分别对应着该PE薄膜的热合层、中间层和复合层。

在正常情况下,当两个复合膜被热合到一起时,应当只是热封层PE薄膜中的热合层被熔化;此时,可获得最好的制袋成品外观。

如果热合条件过于强烈,则会发生热封层的中间层被熔化、甚至复合层也被熔化的状况,同时,在热合压力的作用下,熔化了的热封层材料会不同程度地被从热合部位挤走,导致发生各种外观不良的现象。

复合薄膜的起封温度通常高于热合层的熔点。

这种差异是由于受到了复合用基材本身的导热性及复合膜的厚度的影响,还与热合时的压强和热合时间有密切的关系。
对于不同的复合薄膜,这种差异可能会在10~25℃之间。

通过测量复合薄膜的起封温度值,可对热合层材料的熔点作出大致的判断。
如果事先测得了热合层材料的熔点,也可以对起封温度作出大致的判断。

如果已知热合材料的熔点,但在相应的起封温度下未能获得所需的热合强度,则需从热合压力和/或热合时间上去查找原因,也可以适当地提高热合温度。

根据孙智慧等人的结论:”热封时间短、热封温度低时,塑料薄膜不能达到很好地达到熔融状态,从而造成热封强度低,出现欠封;随着热封温度的提高或热封时间的延长,热封强度随之增大,达到最优值,热封强度趋于稳定;当热封温度过高、热封时间过长时,塑料薄膜会因温度过高而熔融流动,导致薄膜表面被烫化、热封强度降低”,笔者模拟地描绘了如下图的可热封材料的热封曲线。

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该曲线表示任何一种可热封材料的热合强滚轮热封包装ABC度都存在一个上升段oa、平稳段ab和下降段bc,而且,对于某种特定的可热封材料其从上升段oa至下降段bc的温度区间都是不一样的,有的材料可能是从90℃到160℃,有的材料则可能是从130℃到200℃。

因此,软包装材料加工企业手中至少应当有两套热合曲线的数据,一套是所谓的”标准条件”下的热合曲线数据,例如热封时间为1秒、热封压力为0.2MPa,另一套为模拟下游客户的实际应用条件的热合曲线数据,例如下游客户的生产速度为100包每分钟,则可将热合时间初定为0.2秒,热合压力暂定为0.2MPa。

“标准的”热合曲线用于对自己提供的不同批次的包装材料以及竞争对手提供的同类包装材料进行比较与评价。

“模拟的”热封曲线用于给下游客户提供基础的生产工艺参数的建议(利用处于”平稳段”的热合温度-热合强度数据)。
同时,还可以根据下游客户所反馈的实际生产温度及相应的热合强度或状态的数据或结果,对下游客户所使用的自动包装机的热合压力状态作出大致的判断,进而对热合温度作出适当的调整(降低或提高热合温度,在相同的运行速度条件下)。

例如,某客户的某机台正在使用A厂提供的包材进行正常的生产,此时,被要求换用B厂的同类包材。
经开机运行,发现用B厂的包材所加工出来的滚轮热封制品出现了热封层被挤出、铝箔层与热封层间发生分离的现象。
在此情况下,通常可认为其原因是B厂的包材的热封层的熔点明显低于A厂的包材的热封层的熔点,在”相同”的热封条件下,B厂的热封层材料被熔融后、部分地被从封口处”挤走”了。
相应的对策应当是:

1、根据B厂的热合曲线数据判断现行的热合温度是否处于合理区间内?

2、如果判断现行的热合温度是处于合理区间内的,则应在保持加工速度不变的前提下适当地降低热合压力!

3、如果判断现行的热合温度不是处于合理区间内的,则应在保持加工速度不变的前提下适当地降低热合温度!

在进行上述试验或调整时,必须注意的是设备运行速度应当固定或稳定,因为设备运行速度直接会影响热合时间参数!运行速度低于正常速度意味着热合时间变长了!如运行速度快于正常速度则意味着热合时间变短了。

有时,某些客户不允许包材企业的技术人员对其自动包装机的工艺参数作任何调整,仅要求任何包材企业提供的包材都必须适用于该客户现行的工艺条件!在这种情况下,包材企业的人员应当收集客户正在正常使用的包材的样品,在企业内部对比检测自有的和采集来的样品的热合曲线和其他相关力学指标,检讨其差距,然后采取相应的措施。

作为复合软包装材料的应用者则应该利用软包装材料生产企业提供的、或自行测得的热合曲线对同一供货商提供的不同批次的、或不同供应商提供的同类复合包装材料的热合性能进行评价,进而指导、调整自身的生产工艺条件,以保证自身的生产的顺利进行。

液态奶常采用PE黑白膜包装形式,但该类包装常会出现因封口强度不合适而发生封口处液态奶泄漏等现象,如何保证良好的封口强度以满足完好的包装的密封效果,需要进行相关检测。 本文通过采用济南兰光机电技术有限公司自主研发的XLW智能电子拉力试验机测试某品牌液态奶黑白膜包装袋的封口强度(也称为热封强度或热合强度或封合强度或密封强度),详细介绍其检测设备原理、操作步骤及适用范围等信息,为管控液态奶包装袋热封效果提供一定的技术指导价值。

液态奶的包装形式主要分为袋装、盒装及瓶装,其中袋装液态奶因其便于携带,所采用的包材成本较低,且有些包装袋材料的阻隔性等重要性能可满足液态奶保质期内的质量需求,所以袋装形式颇受乳制品生产企业青睐。
袋装液态奶主要分为百利包与无菌枕两大类,无菌枕包装费用较高,所以从大众实惠方面考虑,百利包的使用更为广泛。
百利包常使用的材质为黑白膜和乳白膜两种,因乳白膜的阻隔性偏差,所包装的液态奶保质期较短,一般仅为3-5天。
而黑白膜中可添加高阻隔性的树脂原料可延长黑白膜包装的液态奶的保质期,所以袋装液态奶主要以黑白膜包装为主。

液态奶黑白膜主要是以不同型号的PE为主要树脂原料,根据液态奶质量需要选择添加阻隔性树脂原料,再混入黑白母料后共挤而成的共挤膜。
而液态奶PE黑白膜包装封口的热封效果与所使用的PE型号及其添加比例、热封设备的参数设置相关,如果含有热粘性较好、热封温度范围较宽、耐夹杂物热封性较为优良的PE型号树脂,则可保证封口的热封强度较高、密封性较好。
但是,除了保证PE黑白膜自身材质的良好热封性以外,热封设备所设置的热封温度、压力及时间等参数也对封口质量极为关键,上述各热封参数如果过大或过小都会引起包装封口部位出现破裂或泄露等质量问题。
所以,应严格监测液态奶PE黑白膜包装封口的热封效果,通常以”封口强度”指标进行表征,也称为”热封强度”、”封合强度”、”热合强度”,一般强度值越大,封口越牢固,但并非封口强度值越大越好,需要结合相关试验现象综合判定封口的热封效果。
本文以鲜牛奶PE黑白膜包装袋为例介绍其封口强度的检测方法及试验现象。

液态奶黑白膜包装主要为三边封形式,即包装袋四边中有三边为热封形成。
针对该类型包装袋封口强度的检测,目前国内普遍采用的标准为QB/T2358-1998《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》。

市场上随机购买的某品牌PE黑白膜包装的纯牛奶。

本文利用Labthink兰光XLW智能电子拉力试验机测试纯牛奶包装袋的封口强度。

将试样装夹在夹具的两个夹头之间,两夹头做相对运动,通过位于动夹头上的力值传感器和机器内置的位移传感器,采集到试验过程中的力值变化和位移变化,从而计算出试样的封口强度、拉伸、撕裂、变形率等性能指标。

智能电子拉力试验机适用于塑料薄膜、复合材料、软质包装材料、塑料软管、胶粘剂、胶粘带、不干胶、医用贴剂、离型纸、保护膜、组合盖、金属箔、隔膜、磁卡、无纺布、橡胶、纸张等产品的热封、拉伸、剥离、变形、撕裂、粘合、穿刺力、开启力、撕开力、低速解卷力、拉拔力、抗压力等性能的测试。

智能电子拉力试验机符合GB8808、GB/T1040.1~GB/T1040.4、GB/T1040.5、GB/T4850、GB/T12914、GB/T17200、GB/T16578.1、GB/T7122、GB/T2790~GB/T2792、GB/T17590、QB/T1130、QB/T2358、ASTME4、ASTMD882、ASTMD1938、ISO37、ASTMD3330、ASTMF88、ASTMF904、JISP8113等多项国家和国际标准。

有500N、50N两种规格可供选择,测试精度高达0.5级,有效的保证了测试结果的准确性。

设备支持拉、压双向试验模式,在两种试验模式下,试验速度均可从50mm/min、100mm/min、150mm/min、200mm/min、250mm/min、300mm/min、500mm/min七种模式中任意设定。

设备采用气动夹样,能够有效防止试样打滑。

1000mm的超长行程可满足超大形变率材料的测试。

通过限位保护、过载保护以及自动回位等智能配置,保护用户的操作安全。

配置了100余种不同的试样夹具供用户选择,可满足超过1000种材料的测试要求,并可根据测试材料的不同,提供定制服务。

用取样器从购买的液态奶包装袋的各热封边均裁取试样10条(需从同一样品的3个不同的包装袋上裁取),试样的宽度为15mm,展开长度为100mm。

在该拉力试验机配置的软件中设置试样宽度、厚度及试验速度等试验参数。

将试样展开装夹在夹具上,使试样的长轴方向与夹具的中心线重合。

点击软件中的开始试验按钮,试验开始。
系统自动计算、记录试验结果。

以包装正面字体由上而下作为判断上封边、下封边、侧封边的依据,从3个包装袋中裁取的10个上封边试样的热封强度平均值为20.044N/15mm,10个下封边试样的热封强度平均值为19.781N/15mm,10个侧封边试样的热封强度平均值为22.407N/15mm。

Labthink兰光XLW智能电子拉力试验机在检测液态奶黑白膜包装袋的封口强度方面,具有试验结果精准、试验效率高等优点。
该设备还可用于测试液态奶无菌枕、无菌砖、乳白膜等软塑材料的封口强度,同时还可测试各类软塑包装的剥离强度、抗拉强度与变形率、抗穿刺力、撕裂力等性能,是一款多功能、高性价比的检测仪器。
除了封口强度外,液态奶包装还需关注其氧气透过量、摩擦系数、密封性等指标性能。

月饼是中华民族的传统美食,是中秋佳节必备的美味佳肴。 月饼包装热封口的密封强度直接关系到包装的密封性能及破袋率,并影响月饼在流通过程中的质量。 本文以智能电子拉力试验机测试月饼包装热封口密封强度的过程为例,介绍了设备的测试原理、参数及基本的试验步骤等,为企业检测包装热封口的密封效果提供一种切实有效的验证方法。

包装热封口的密封强度,又被称为热封强度,其强度的高低主要与包装时热封机的热封参数、包装袋热封层材料等因素有关。

月饼是一种久负盛名的汉族传统小吃,是中秋节必食之品,寓意着团圆、和睦。
月饼的品类众多,风味各异,其中广式、京式、苏式、潮式等月饼深受南北方各地人们的喜爱。
月饼常含有较多的油脂成分,对氧气比较敏感,要求包装具有良好的密封性和阻隔性,而月饼包装的密封性主要与热封口的密封强度有关。
另外包装的密封强度较差,还会引起月饼包装出现漏气、瘪袋、封口处破袋等问题。

目前市场上月饼的包装材料主要为塑料复合膜,常采用托盘结构对月饼进行保护,内置脱氧剂,以降低包装内的氧气含量。

有关软塑包装热封口密封强度的检测标准主要参考QB/T2358-98《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》。

某品牌月饼塑料复合膜包装袋。

本次试验采用的智能电子拉力试验机对样品的密封强度进行检测。

本设备分为上、下两个夹头,上夹头为动夹头,能够按照设定的速度移动,上夹头配置了力值传感器与位移传感器,下夹头在试验的过程中保持静止不动。
试验过程中,试样的两端分别夹持在上、下夹头上,两夹头做相对运动,从而使试样产生位移和力值的变化,并被力值传感器与位移传感器实时记录下来,经过处理、计算得到试样的密封强度、拉伸、撕裂、变形率等性能指标。

本设备适用于包装材料密封强度性能、抗拉强度与变形率、拉断力、抗撕裂性能、剪切性能、180度剥离、90度剥离等性能的检测;通过更换夹具,本设备还可扩展到薄膜抗穿刺力、输液袋盖穿刺力、软橡胶瓶塞或口服液盖的穿刺/拉拔力、组合盖的开启力、果冻杯和酸奶杯开启力、化妆品刷刷毛或牙刷刷毛等的拉拔力、胶带解卷力、保护膜分离力、自封袋袋口拉力等等多种产品或包装性能的检测。

本设备符合多项国家和国际标准,如ISO37、GB13022、GB8808、GB1040、GB4850、GB7753、GB7754、GB453、GB/T17200、GB/T16578、GB/T7122、GB/T2790、GB/T2791、GB/T2792、ASME4、ASTMD828、ASTMD882、ASTMD1938、ASTMD3330、JISP8113、QB/T2358、QB/T1130等。

l设备规格有100N、200N、500N三种可供选择,且精度为1级。

l设备的试验速度有7档,分别为50mm/min、100mm/min、150mm/min、200mm/min、250mm/min、300mm/min、500mm/min,用户可根据不同的试验标准要求进行选择。

l一台试验机集成拉伸、剥离、撕裂、热封等七种独立的测试程序,为用户提供多种测试项目的选择。

l采用气动方式夹持试样,夹持部分受力均匀,保证测试数据的准确性。

l限位保护、过载保护、自动回位以及掉电记忆等智能配置,保证用户的操作安全。

l通过搭配实验室数据共享系统,试验数据与设备信息仅需简单设置与操作即可上报,轻松实现实验室测试数据的集中化和系统化管理。

用裁样器从月饼包装样品的每个热封口处均裁取宽15mm、展开长度为100mm的试样条10条,每个热封口试样分别从3个样品上取样。

设置试样宽度、试验速度等参数信息。

试样展开,两端分别夹持在上、下夹头上,使试样的长轴方向与上、下夹头的中心线重合,试样的热封部位与上、下夹头之间的距离相等。

点击“试验”按钮,试验开始,仪器自动显示最终的试验结果。

月饼包装样品上封边密封强度的平均值为25.431N/15mm,下封边密封强度的平均值为31.025N/15mm,背封边密封强度的平均值为15.964N/15mm。

包装袋热封口的密封效果对包装袋的密封性能、封口的耐冲击性等具有重要影响。
密封强度是表征热封口密封效果的物理指标,本文用XLW智能电子拉力试验机测试了月饼包装袋上、下封边及背封边的密封强度,试验结果的重复性好,试验结果精确、可靠,仪器操作简单。
除密封强度外,还应关注月饼包装袋的氧气透过率、密封性能、溶剂残留、摩擦系数等性能指标,相关的检测设备。

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