摘要：目前，國內收縮膜收縮率的測試方法主要為油浴法與烘箱加熱法兩種，本文以標準ISO14616為依據，介紹了一種收縮膜熱縮性能測試的新方法，并利用該方法測試了OPS薄膜的收縮性能，包括收縮率、熱縮力與冷縮力，通過對測試原理、設備FST-02 薄膜熱縮性能測試儀及試驗過程的介紹，為收縮膜熱縮性能的測試提供參考。
摘要：熱縮性能、收縮率、熱縮力、冷縮力、收縮膜、薄膜熱縮性能測試儀
收縮膜是一種使用范圍較廣的包裝材料，廣泛應用于灌裝飲料、啤酒、乳制品、肉制品、醫藥、電子產品、塑料制品、文具、書本、玩具、化妝品等產品的包裝及標簽，具有透明、外觀精美、防潮、防塵等特點，常見的收縮膜包括POF、PE、OPS、PET、PVC、PVDC等。收縮薄膜的熱縮性能源自于薄膜中的分子鏈受熱發生解取向，恢復到未拉伸前的能力，即在薄膜的生產過程中，當其處于高彈態下時進行強制拉伸，使分子鏈取向，當薄膜再次受熱時，分子鏈解取向，恢復到未拉伸的狀態，使薄膜收縮。不同收縮薄膜的收縮性能并不相同，同一薄膜在不同溫度下的收縮性能也有所差異，另外，收縮膜所包裝產品種類多、形狀千差萬別的現狀要求其具有不同的收縮性能，因此加強對收縮膜熱縮性能的研究及監測就顯得尤為重要。
目前，國內專門針對薄膜收縮性能檢測的方法標準主要為GB/T 12027-2004《塑料 薄膜和薄片加熱尺寸變化率試驗方法》，該標準所使用的方法為烘箱加熱法，另外有些產品標準對所涉及產品收縮性能的測試方法做出了要求，如GB/T10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯(PP)薄膜》、GB/T13519-2016《包裝用聚乙烯熱收縮薄膜》等，前者要求使用烘箱加熱法，后者為油浴加熱法。無論哪種方法都僅能用于測試收縮膜的收縮率，對于收縮過程中產生的力值則無從考究，而收縮力值的大小是影響收縮膜包裝是否緊致、是否會引起產品擠壓變形的重要因素。為了探究收縮膜的收縮率及收縮力情況，本文采用ISO14616《塑料 聚乙烯 乙烯共聚物及其混合物熱收縮膜 收縮性能的測試》中規定的方法，對收縮膜的收縮率、熱縮力、冷縮力進行測試。
1、試驗原理
本次試驗采用空氣加熱原理進行測試，當設備加熱腔內的溫度達到設定值時，試樣進入加熱腔中進行收縮試驗，收縮過程中產生的尺寸及力值變化分別由位移傳感器與力值傳感器進行實時監測，當力值降低到設定值后，試樣出腔，繼續監測試樣的尺寸及力值變化。收縮率為試驗前后試樣長度的減小值與試驗前試樣長度比值的百分數，試樣加熱過程中產生的力值即為熱縮力，試樣出腔冷卻過程中產生的力值即為冷縮力。
2、試驗設備與樣品
本文采用的試驗設備為Labthink蘭光公司自主研制的FST-02薄膜熱縮性能測試儀。該設備擁有高精度力值傳感器和位移傳感器，可精確測定試樣的熱縮性能參數，收縮力量程為0.2 ~ 30 N，測量精度為±0.2%，并可根據特殊需求定制更寬范圍的力值;熱縮位移量程為0.125 ~ 70 mm，測量精度為±0.125 mm;加熱腔體工作溫度范圍為室溫 ~ 210℃，控溫精度±0.5℃;可同時測試1 ~ 3組試樣，可測試的試樣尺寸為130 mm × 15 mm。該設備滿足多項國家和國際標準，如ISO 14616、DIN 53369，可精確定量測定塑料薄膜在熱收縮過程中的熱縮力、冷縮力以及收縮率等性能。
圖1 FST-02薄膜熱縮性能測試儀
試驗所用樣品為雙向拉伸聚苯乙烯OPS收縮膜，鑒于其良好的使用性能及環保性，該材料作為一種新型的收縮標簽正逐步替代傳統的PVC標簽。
3、試驗過程
3.1 裁樣
沿OPS樣品橫向裁取10條寬為15.0 mm的試樣，長度應保證夾具間有100 mm的有效長度。用專用制樣器在每條試樣表面形成兩個圓孔，便于試樣的裝夾。每2條試樣為一組，分別用于測試試樣的收縮率與收縮力。
3.2 裝樣
取任意三組試樣，分別裝夾到設備的三組夾具上，每組夾具均包括分別配置了力值傳感器、位移傳感器的兩個試樣夾具。裝夾的試樣應完全平直，且力值傳感器應不受力。
圖2 試樣裝夾圖
3.3 參數設置
設置試驗溫度、結束溫度等試驗參數，點擊開始試驗選項，試驗開始。
3.4 測試過程
當設備加熱腔內的溫度達到試驗溫度后，試樣自動進腔，試驗開始計時，試樣受熱收縮并產生熱縮力，當力值下降到最大熱縮力的15%~30%時，試樣自動出腔，此后產生的力值為冷縮力。設備自動記錄并實時顯示試樣進腔到試驗結束過程中的熱縮力、冷縮力、收縮率。試驗結束后，設備顯示每組試樣的收縮率、最大熱縮力、最大冷縮力。將其余兩組試樣裝夾到設備上進行測試。
4、試驗結果
本次試驗測試的是OPS收縮膜樣品在110℃、120℃下的收縮性能，測試結果見表1。
表1 OPS樣品收縮性能測試結果
|
收縮性能 |
收縮率(%) |
最大熱縮力(N) |
最大冷縮力(N) |
|||
|
110℃ |
120℃ |
110℃ |
120℃ |
110℃ |
120℃ |
|
|
1 |
31.78 |
35.67 |
2.66 |
2.38 |
3.23 |
3.05 |
|
2 |
30.25 |
35.94 |
2.47 |
2.42 |
3.04 |
3.09 |
|
3 |
31.36 |
36.11 |
2.59 |
2.17 |
3.18 |
3.28 |
|
4 |
30.28 |
35.83 |
2.16 |
2.03 |
2.99 |
3.16 |
|
5 |
29.99 |
35.78 |
2.60 |
2.36 |
3.27 |
3.38 |
|
平均值 |
30.73 |
35.87 |
2.50 |
2.27 |
3.14 |
3.19 |
5、結論
從OPS收縮膜樣品在兩種溫度條件下測得的收縮性能來看，120℃時樣品的收縮率略高于110℃，而兩種溫度下的最大熱縮力與最大冷縮力均相差無幾，即收縮力隨溫度的變化不大;所測試的OPS樣品的最大冷縮力明顯大于最大熱縮力，說明該收縮膜在冷卻過程中產生的緊致力更大;五組樣品測試結果的偏差均較小，重復性好。依據ISO14616原理研發的FST-02薄膜熱縮性能測試儀可同時測試收縮膜的收縮率、熱縮率與冷縮力，與傳統的油浴法、烘箱加熱法僅能測試收縮率相比，該方法可以更全面的反映收縮膜的熱縮性能，能夠更好的應用于收縮膜的研究及質量監控中。
