熱收縮薄膜收縮力的探討與研究

濟南17C.COM機電技術有限公司（sī）

　　熱收縮薄膜的收（shōu）縮原理為高分子的記（jì）憶效應，即將薄膜在玻璃化溫度T_g以上、熔點T_m以下的溫度（dù）條件下拉伸時，無序卷曲的分子鏈段在拉（lā）伸方向（xiàng）上取向，進行有序（xù）排列，此時再將溫度急速驟降（jiàng），分子鏈段取向結構與內應力被“冷凍”。當（dāng）高聚物再次加熱到（dào）被拉伸時（shí）的溫（wēn）度（dù）時（shí），分子鏈段（duàn）發生解取向，恢複到無序卷曲形態，宏觀上即表現為熱收縮。

　　大多包材企業對熱縮性能的研究測試（shì）都集中於熱收縮率的測試（shì），卻往往忽視了收縮力的測試。目（mù）前，國內（nèi）也鮮有對薄（báo）膜收縮力的研究文獻。實際上，熱（rè）收（shōu）縮率影響熱縮（suō）膜包裝的貼合度，而收縮力的（de）大小則（zé）影響包裝（zhuāng）的緊實（shí）性。當使用收縮膜緊束物品時（shí），收縮力（lì）越小，對物品的捆紮力越小，物（wù）品越容易散落；而收縮力過大則容易（yì）使被包裝物品（pǐn）變形，影響包裝（zhuāng）形象。因此，在測試薄膜熱縮（suō）性能時，不應忽略收縮力。

　　筆（bǐ）者根據ISO 14616《塑料 聚乙烯、乙烯共聚物及其混合（hé）物的熱收縮薄膜.收縮應力的測定》，采用濟南蘭（lán）光機電（diàn）技術有限公（gōng）司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀對LDPE、PETG和OPS三種熱收縮膜的收縮力進行測試，旨在對薄膜收縮力（lì）的研究起（qǐ）到拋磚引玉的作用。

1 試驗

1.1 試（shì）驗材料選擇

　　收（shōu）縮（suō）性能由高分子材料中的非結晶區（qū）貢獻。當結晶（jīng）度增大（dà）時，高（gāo）聚（jù）物的收縮（suō）性能下降，所以結晶度高的高聚物不（bú）適宜用來生產收縮（suō）膜。本次試驗（yàn）選擇三種類型的收縮膜，分別（bié）是部分結晶的LDPE、非結（jié）晶的OPS和結晶材料PET改性後的PETG。其中，PETG取兩種不同改性配方的試樣，分別編號為PETG1和PETG2。

1.2 試驗儀（yí）器

　　選擇濟南17C.COM機電技術有限公司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀（yí）測試收縮力，該儀器不僅可精確測量在加熱過程中出現（xiàn）的最大熱縮力、熱縮後冷卻至室溫的冷縮力，還可以讀取（qǔ）最大熱縮力的出現時間。

1.3試驗與結果

　　選（xuǎn）擇平（píng）整均勻（yún）的試樣，將試樣裁為（wéi）寬15mm、長150mm（收縮方向）的長條，平整（zhěng）地裝夾在試樣（yàng）夾持裝（zhuāng）置上。注（zhù）意不得通（tōng）過試樣對（duì）力值（zhí）傳感器施加外力。通過試驗找到符合ISO 14616要（yào）求的溫度，使試樣在加熱時於15~30S間出現最大熱縮（suō）力，本文將該溫度稱為熱縮溫度。

　　利用FST-02對薄（báo）膜收縮力的測試中（zhōng），根據牛頓（dùn）第三定律，儀器將試樣的收縮力轉換為拉伸力，通過測試因試樣收縮而帶來的拉伸力即可測定試樣內部的收縮力。結果如圖1、圖2、圖3和圖4所示。

圖1 LDPE收縮力測試結果

圖2 OPS收縮（suō）力測試結果（guǒ）

圖（tú）3 PETG1收縮力測試結果

圖4 PETG2收縮力測試結果

　　結果表明（míng），薄膜不僅在熱縮溫度加熱時收縮，而且在從試驗腔出（chū）來後的降溫過程中（zhōng）也會出（chū）現收（shōu）縮。薄膜的收縮力包（bāo）括熱縮力（lì）與冷縮力兩個階段（duàn）。

2 分（fèn）析與討論

2.1 熱（rè）縮溫度（dù）與材料的關係

　　熱縮性能與溫度密（mì）切相關，隻（zhī）有達到了拉伸取向的溫度，熱縮膜的收縮性能才能充分表現。根據（jù）自由體積（jī）理論，無論是液體還是固（gù）體，從微觀上來看，高聚合物內部並不是一個實體，其體積是由兩部分組成（chéng）的，一部分體（tǐ）積由分子占據，另（lìng）一部分體積為分子之間的空隙，稱為自由體積或自由空間。自由空間為分子鏈段提供活動的空（kōng）間。

　　對於非結晶型的OPS來說，玻璃化溫度Tg是聚合物分子鏈段開始運動的溫度。在玻璃化溫度（dù）以下時，自由空間的大（dà）小不足以讓分子鏈段自由運動，分子鏈保持一定的穩定性。試驗時，試樣從（cóng）標準環境進入已加熱（rè）至熱縮溫度的試驗腔中，溫度快速升高，分子鏈（liàn）內積聚的能量越來越多，當達到玻璃化溫度後（hòu），自（zì）由空間的體積也開始增加，此時大多數分子鏈段完成（chéng）解取向，出現最大熱縮力。

　　對於部分結晶的材料LDPE、PETG來說，雖然收縮性能主要是由非晶區提供的，但由於受到晶格的束縛，非晶區的分子鏈段無法在玻璃化溫度時解取向。所以，對（duì）於（yú）部分結晶的熱收縮膜，必須加熱（rè）到熔點附（fù）近，待晶格被破壞後，非晶區分子鏈段方可順利解取向。因此，此（cǐ）類材料在高於（yú）玻璃化溫度的熔（róng）點附近才能出現（xiàn）最大熱縮力。

　　因此，非結晶型熱縮膜的熱縮溫（wēn）度與玻璃化溫度有關，而部分結晶的熱縮膜的熱縮溫（wēn）度則與其熔點相關聯，並且材料的結晶度越大，這種關聯性越明顯。

2.2 熱縮力與時（shí）間的關（guān）係

　　達到（dào）最大熱縮力後，理論上分子鏈段應恢複（fù）到平（píng）衡態。但（dàn）在試驗中，因（yīn）試樣的兩端被夾具固定，阻止了試樣（yàng）的回縮，相當於對試樣進行了拉伸，因此，在取向帶來（lái）的內應（yīng）力消失的同時，試樣內也積聚了拉伸應力。在試驗溫度和拉伸應力的作用下，分（fèn）子結（jié）構要達到平衡態需要一定的鬆弛時間。應（yīng）力鬆（sōng）弛是高聚物的普遍（biàn）特性，具有時溫等效性，即對於同一個鬆弛過程，既可（kě）以在低溫下較長時間觀察到（dào），也可以在高溫下較短時間內觀察出來。升高溫度或延長觀察時（shí）間對於聚合物的（de）分子運動是等效的，對於觀察同一個鬆弛過程（chéng）也是等效的。因此（cǐ），在加熱時，試樣的鬆弛過程縮短。

　　試樣（yàng）的應力鬆弛是一個試樣分子結構內部運動以達到平衡態的一個過（guò）程，在鬆弛過程（chéng）中，試（shì）樣的拉伸應（yīng）力減弱，熱縮力減小。因此，試驗中熱縮力達到（dào）最（zuì）大值後，試樣開始明顯（xiǎn）表現出應力鬆弛（chí），隨著時間的推移，力值逐漸減小，曲（qǔ）線呈現（xiàn）拋物線特征。

2.3 生產工藝對熱縮（suō）力的影響

　　試驗中選擇兩（liǎng）種改性配方的PETG測試熱縮性能（néng）。從結果中可以看（kàn）出，改性配方的（de）不同對PETG的熱縮性能影響明顯，甚至影響到了熱縮力與冷縮力的大小關係，詳見圖3、圖（tú）4。在（zài）實（shí）際（jì）生產中（zhōng），生產工藝及（jí）配方直接影響高聚物分子結構，比如交聯點密度增加，會使高聚物的自由體積減小，使玻璃化溫度上升；增塑劑的使用則會降低分子鏈的柔性（xìng），使玻璃化溫度降低（dī）；通過引入柔性鏈段和不對（duì）稱結構，可改變高聚物的結晶性（xìng）能，進而影響薄膜的收縮力（lì）與收縮率。

3 結論

　　1）薄膜熱縮性能包括收縮力與收縮率兩個方麵，其中，收縮力中（zhōng）的熱縮力與冷縮力是不同的，不可一概而論。目前，熱收縮膜的收縮力主要采取定性的方法來評判優劣，說（shuō）服力（lì）較差。今後，應發展定量（liàng）測定收縮力的方式，並進一步研究其收縮機理，特別是冷縮力的研究，以指導生產實際。

　　2）在熱（rè）縮溫（wēn）度下，熱縮力值（zhí）隨時間的變化為拋物線，試樣在分子鏈段解取向後（hòu），熱縮力達到最大值。從加熱腔出來，溫度降低，試樣冷縮，出現冷（lěng）縮力峰值，冷縮力與熱（rè）縮力的大小關（guān）係是因（yīn）材料（liào）而異的，並且改性分子的加入也會影響熱縮力與冷（lěng）縮（suō）力之間的大小關係。

　　3）非結晶型材料的熱縮溫度與玻璃化溫度有關，部分結晶型（xíng）材料的熱縮溫度與熔點密切相關，遠大於玻璃化溫度，而若要使用結晶型高聚（jù）物生產收縮膜，則需對高聚物進行改性，降低其結晶度（dù）。材料生產工藝對熱縮性能有直接影響（xiǎng）。輔助劑的加入及工藝的不同會對材料的結晶度或者玻璃化溫度產（chǎn）生影響，並且，儀器的加熱方式（shì）與設備硬件特性會影響到試驗溫度，因此，熱縮溫度並不能直接與高（gāo）聚（jù）物的玻璃化（huà）溫度（dù）或者熔點（diǎn）直接劃等號。

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