摘要：PA/LDPE復合膜在熱封過程中常出現(xiàn)熱封不良的質量問題，本研究針對該問題采用多款熱封及拉力測試設備，固定熱封壓力及熱封時間（或稱為密封時間），結合熱封區(qū)域形態(tài)是否良好，選取可達到*熱粘強度及熱封強度的熱封溫度（或稱為密封溫度）。由此，為該復合膜或采用LDPE作為熱封層的復合膜使用企業(yè)在包裝過程中提供可參考的依據(jù)。
關鍵詞：PA/LDPE復合膜,熱封溫度,熱封性,熱粘性

　　在食品及器械行業(yè)，PA/LDPE復合膜是較為常見的包裝用薄膜，因為PA具有較好的韌性及阻隔性，LDPE具有優(yōu)良的熱封性[1-2]。但是PA/LDPE復合膜在應用過程中，卻經(jīng)常出現(xiàn)熱封過度或其他熱封不良的現(xiàn)象，甚至在包裝線上出現(xiàn)熱粘性較差的包裝，導致包裝內容物變質或泄露等質量問題。上述問題大部分是由熱封溫度、熱封時間或壓力不合適引起，多數(shù)企業(yè)不了解所使用包材的熱封及熱粘性，甚至不知道所使用的包材材質，盲目的選擇熱封溫度等工藝參數(shù)，導致熱封過度等問題[3-5]。針對上述問題，我們選擇常用的PA/LDPE復合膜包裝作為研究對象，試驗研究其熱封性及熱粘性*參數(shù)，采用相關拉力試驗機進行測試。通過固定延遲時間，測試試樣在不同溫度下的熱粘強度，并繪制熱粘曲線，從而得到具有良好熱粘性試樣的*密封溫度范圍。另外，通過固定熱封壓力、持續(xù)時間這兩個熱封參數(shù)，在不同熱封溫度下熱封試樣，測試熱封強度，繪制熱封曲線，確定PA/LDPE在良好熱封性能下的*熱封溫度范圍。上述研究可為采用LDPE作為熱封層的復合膜使用企業(yè)提供一定的生產參考。

1. 試驗

1.1 試驗設備

　　HTT-L1熱粘拉力試驗儀：濟南蘭光機電技術有限公司生產，密封溫度范圍為室溫 ~ 250 ℃，密封時間及熱粘時間均為0.1 s ~ 999.9 s，密封壓力為0.05 MPa ~ 0.7 MPa，試驗速度為100、150、200、300、500、hot tack六檔可選，力值量程為0 N ~ 200 N，0 N ~ 30 N，0 N ~ 50 N，0 N ~ 100 N四檔可選。適用于塑料薄膜、復合膜等包裝材料的熱粘性能的測試。同時也適用于膠粘劑、膠粘帶、不干膠、膠黏復合品、復合膜、塑料薄膜、紙張等軟質材料進行剝離、拉斷等項目的試驗。

　　HST-H3熱封試驗儀：濟南蘭光機電技術有限公司生產，熱封溫度范圍為室溫 ~ 300 ℃，熱封時間為0.1 s ~ 999.9 s，熱封壓力為0.05 MPa ~ 0.7 MPa，該設備基于熱壓封口測試方法，可用于測定各種熱封復合膜的熱封溫度、熱封時間以及熱封壓力等關鍵參數(shù)。

　　XLW(EC)智能電子拉力試驗機：濟南蘭光機電技術有限公司生產，行程zui大為950 mm，試驗速度為50、100、150、200、250、300、500七檔可選，力值量程為0 N ~ 500 N，0 N ~ 50 N兩檔可選。適用于塑料薄膜、復合材料、軟質包裝材料、塑料軟管、膠粘劑、膠粘帶、金屬箔、隔膜、背板材料、無紡布、橡膠、紙張等產品的拉伸、剝離、變形、撕裂、熱封、粘合、 穿刺力、開啟力、低速解卷力、撥開力等性能測試。

1.2 試驗步驟

　　本試驗采用常見的PA/LDPE復合膜作為驗證材料，測試其熱粘強度與熱封強度。

　　在驗證材料表面隨機選取10個位置點，測量其厚度，測量結果見表1。

表1 驗證材料厚度

(1) 熱粘性參數(shù)選擇

　　沿驗證材料的縱向方向隨機裁制寬15 mm，長35 cm的試樣45條。設置儀器的密封持續(xù)時間為1 s，設置儀器的密封壓力為29 N/cm2，設置儀器的延遲時間為100 ms，夾具的分離速度設置為1500 mm/min(儀器設備固定值)。設置起始密封溫度為125 ℃，將試樣的密封面向上，夾持在熱粘拉力試驗儀上，進行熱粘強度的測試，做5次平行試驗。隨后每隔2.5 ℃做一組試驗，直至152.5 ℃熱粘強度明顯下降時為止，每個密封溫度均做5次平行試驗。

(2) 熱封參數(shù)選擇

　　沿材料的縱向方向隨機裁制長15 cm、寬7.5 cm的試樣44片。在熱封試驗儀上設置持續(xù)時間為1 s，在熱封試驗儀上設置熱封壓力為290 kPa，設置初始熱封溫度為95 ℃，隨機取出2片試樣疊放，熱封面相對，熱封刀平行于試樣的橫向進行熱封。隨后每升高5 ℃，按照上述方法對隨機抽取的試樣進行熱封，直至熱封溫度為200 ℃試樣嚴重變形為止。沿試樣的縱向方向，分別將每個熱封后的試樣裁剪成寬15 mm的試樣條5條。

　　將試樣條放在(23±2) ℃，相對濕度(50±5) %條件下調節(jié)至少24 h后，分別測試每個溫度下試樣條的熱封強度，拉力試驗機的夾具初始間距設置為5 cm，移動速度設置為300 mm/min。

2. 結果與討論

2.1 *熱粘強度下熱封參數(shù)的選擇

　　各溫度下的試驗結果如表2所示。

表2 不同溫度下試樣的熱粘強度

　　根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，繪制試樣的熱粘曲線如圖1所示。

圖1 熱粘曲線圖

　　上述表2及圖1中的數(shù)據(jù)顯示，在125 ℃ ~ 138.5 ℃溫度范圍內，熱粘強度隨著密封溫度的增加而增加，溫度超過138.5 ℃后，繼續(xù)增加密封溫度，熱粘強度降低。為了確保試樣具有足夠的熱粘強度，試樣的密封溫度應控制在135 ℃ ~ 140 ℃之間。

　　由于PA/LDPE材料厚度及剝離強度的不均勻性，導致試樣在同樣的密封溫度下熱粘強度存在一定偏差，但該偏差仍處于規(guī)定范圍內。從試驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，當試樣的密封溫度低于132.5 ℃時，發(fā)生粘合劑破壞，密封區(qū)*剝開，密封溫度為135 ℃ ~ 142.5 ℃時，發(fā)生分層破壞，密封區(qū)*剝開，密封溫度145 ℃ ~ 147.5 ℃時，發(fā)生分層破壞和部分內聚性破壞，密封區(qū)*分開，密封溫度150 ℃ ~ 152.5 ℃時，發(fā)生內聚性破壞，密封區(qū)未*剝開。因此，為了防止熱態(tài)密封區(qū)在包裝過程中發(fā)生破壞，材料的密封溫度應大于132.5 ℃。綜合上述分析可知，驗證材料PA/LDPE的*密封溫度范圍為135 ℃ ~ 145 ℃。

2.2 *熱封強度下熱封參數(shù)的選擇

　　從熱封后熱封區(qū)形態(tài)可以看出，隨著熱封溫度的升高，試樣熱封區(qū)的平整性逐漸變差，到155 ℃時熱封邊出現(xiàn)明顯變形，200 ℃時熱封邊皺縮變形嚴重。因此，從包裝的美觀角度出發(fā)，熱封溫度應控制在155 ℃以下。

　　測試熱封強度后，隨著熱封溫度的增加，熱封區(qū)的破壞形式由熱封界面*剝開逐漸演變?yōu)闊岱饨缑娌糠謩冮_、試樣拉伸后遠離熱封處斷裂、試樣拉伸后熱封根部斷裂。當破壞形式為熱封根部斷裂時，在包裝的儲存、運輸過程中，熱封口處易發(fā)生破袋，由一系列試驗現(xiàn)象可知，材料的熱封溫度應控制在200 ℃以下。

　　試驗測得不同溫度下試樣的熱封強度數(shù)據(jù)如表3中所示。

表3  不同溫度下的熱封強度

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)繪制熱封曲線如圖2所示。

圖2 熱封曲線圖

　　分析表3和圖2中的試驗數(shù)據(jù)可知，熱封溫度在95 ℃ ~ 135 ℃范圍內時，隨著熱封溫度的升高，試樣的熱封強度呈上升趨勢，當熱封溫度超過135 ℃時，隨著熱封溫度的升高，熱封強度變化幅度較小，出現(xiàn)波動。因此，為了保證材料具有足夠的熱封強度，應將熱封溫度控制在135 ℃以上。

　　另外，同一溫度下試樣的熱封強度存在一定偏差，但仍處于規(guī)定范圍內，試樣厚度的波動是造成熱封強度存在偏差的原因之一。綜合上述分析可知，驗證材料PA/LDPE的*熱封溫度范圍為135 ℃ ~ 150 ℃。

3. 結論

　　為獲得PA/LDPE良好的熱粘強度和熱封強度，在熱封設備穩(wěn)定的情況下，熱封試驗儀上設置持續(xù)時間為1 s，熱封壓力為290 kPa（即29 N/cm2），經(jīng)過系列試驗選擇出*的熱封范圍為135 ~ 145 ℃。較低或較高的熱封溫度會引起熱粘強度或熱封強度數(shù)值異常，熱封區(qū)開口或根部斷裂，導致包裝破裂。從上述試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象可知，該研究可得到穩(wěn)定而連續(xù)的試驗結果，試驗數(shù)據(jù)可靠，重復性好，可真實反映試樣的熱粘性能和熱封性能。