基於ISO 14616標準方法的不同熱（rè）收縮膜收縮性能的驗證與比較（jiào）

　　熱收縮膜包裝是現今（jīn）較為廣泛應（yīng）用的一種包裝形式，具（jù）有（yǒu）包（bāo）裝緊實、透明美觀（guān）、貼合度強等優點，常用於飲料標簽、瓶裝收束包裝、腸類收縮包裝（zhuāng）、日化用品外膜、香煙盒外膜等（děng）產品的（de）包（bāo）裝。在特定高溫環境下將熱收縮膜（mó）材料進（jìn）行拉伸，部分（fèn）分子鏈段在拉伸方向上定向取向，無序卷曲的分子鏈段將會有序排列，待溫度急速降（jiàng）低（dī）時，分子鏈段取向結構與內應（yīng）力被“冷凍”，則熱收縮膜即在此溫度下被定型。當熱收縮膜再次被（bèi）加熱（rè）到上（shàng）述溫度時，被“冷凍”的分（fèn）子鏈段發生（shēng）解取向（xiàng），恢複到無序卷曲形態，即為熱收縮^[1]。當進一步冷卻（què）時，已熱收縮的薄（báo）膜將進一步產生緊致力，即冷（lěng）縮力。

　　目前，國內絕大（dà）多數企業采用烘箱^[2-3]或油浴設備^[4]測試熱收（shōu）縮膜的（de）收縮性能，國內熱收縮膜產品標準（zhǔn）中對熱收縮率的（de）檢（jiǎn）測方法多為油浴熱收縮，美國熱收縮膜的檢驗（yàn）標準ASTM D2732^[5]中也是使（shǐ）用的油浴熱收縮檢測方（fāng）法。但是，不管是油浴熱（rè）收縮測試儀，還是將熱收縮膜直接放（fàng）入烘箱中測（cè）試，均隻能檢測熱收（shōu）縮膜的熱收縮率。而國際標準化組織（zhī）發布（bù）的（de）熱收縮膜檢測（cè）標準（zhǔn）——ISO 14616^[6]則要求利用空氣加熱原理（即空氣浴）進行薄膜各種熱收縮性能的測試，包括熱收縮力、冷縮力、收縮率、收縮時間等性能，這有助於對不同材（cái）質（zhì）的熱收縮膜的（de）研（yán）發，保證各（gè）種材質熱收縮膜性（xìng）能的穩定性（xìng），滿足各種熱（rè）收縮膜在（zài）各行業的使用需求。

　　本文利用空氣加熱原（yuán）理的多工位薄（báo）膜熱（rè）縮性能測試儀測試了多（duō）種熱收縮膜的收縮（suō）力、收縮率等性（xìng）能，從（cóng）而比較不同材質原料生產的收縮膜性能的差異，同時研究ISO14616所規定的測試方（fāng）法是否適用於測試不同材質的熱收縮膜。

1試（shì）驗儀（yí）器與方法

1.1試驗儀器與試樣

(1)測試原理（lǐ）

　　將熱收縮膜分別放置在帶有位移（yí）傳感器或（huò）力值傳感器的夾（jiá）具上，通（tōng）過測試薄膜在封閉加熱腔內受熱後隨時間變化的各收縮性能（néng）曲線，從而獲（huò）得熱縮力、冷縮力及最（zuì）大收縮率結果值。

(2)儀器結構

　　FST-02薄膜熱縮性能測試儀可（kě）同時測試三組試樣，采用PID精確控溫技術提（tí）高測試時溫度的可（kě）靠性與（yǔ）穩定性。高（gāo）精度的位移傳感器與力值傳（chuán）感器的應用（yòng），以及（jí）低阻尼位移測試結構，可保證樣品（pǐn）測試的穩（wěn）定性及各熱收縮性能的準確性。該測試（shì）儀器突（tū）破了其他檢測設備應用範圍的局限性（xìng），極大（dà）地滿足國內企（qǐ）業和質檢機構對可測試多項熱收（shōu）縮性能指標設備的需求（qiú）。

圖1FST-02 薄膜（mó）熱縮性能測試儀

 (3)試樣

　　從國內熱收縮膜生產廠家獲取了2款PVC標簽膜（PVC-1與PVC-2）、2款PETG熱收縮膜（PETG-1與PETG-2）、1款OPS熱收縮膜、1款BOPP熱收縮膜、1款POF熱收縮膜、1款PE熱收縮（suō）膜，從國外廠家獲取2款PE熱收縮膜（LDPE-1與LDPE-2）。上述薄膜在不同的方向上具有一定的熱收縮（suō）性能。

1.2 試驗步驟

　　用（yòng）FST-02薄膜熱縮性能（néng）測試儀分別測試在不同設置溫度（dù）下上述所有（yǒu）樣品的熱收縮性（xìng）能（néng），每個樣品在不同設置溫（wēn）度下平行測試6次（cì），記錄最佳設置溫度下薄膜在15~30秒之（zhī）內出現的最大（dà）熱縮力、冷縮力、熱收縮率、最大熱縮力出（chū）現時間等參數，計算熱縮力、冷縮力與熱收縮率的平均值。最佳設置溫度即可實現熱收（shōu）縮膜在15~30秒內出現最大收（shōu）縮率的溫（wēn）度。

2結果與討論

2.1冷縮力與熱縮力之間的關係

表1  各種熱收縮膜最佳設置溫度下熱收縮性能測試結果

注：MD為機器加工方向，即薄膜的縱向；TD為垂（chuí）直加工方向，即薄膜的橫（héng）向；最大（dà）熱縮力出現時（shí）間一欄列出的是平行測試的六組樣品（pǐn）所出現的時間（jiān）範圍。

　　由表1所示，PE熱收（shōu）縮膜（國產PE膜及不同厚度的國外LDPE熱縮膜的（de）驗證數據）的冷縮力明顯大於熱縮力（lì），如ISO14616標準方法中所提及的試驗現象一致。另（lìng）外（wài），OPS熱收縮膜（mó）的冷縮力（lì）同樣（yàng）明顯高於熱縮力。

　　而PVC-1、PVC-2、PETG-2熱收縮膜的冷縮力僅略大於（yú）熱縮力。除此（cǐ）以外，PETG-1、BOPP、POF這四（sì）種熱（rè）收縮膜的冷縮力明（míng）顯低於熱（rè）縮力。所以，不同的熱收縮膜的冷縮力與熱縮力的關係並不相同，沒（méi）有固（gù）定的趨勢，這點在DIN53369-1976標準中也有所提及。通過試驗證明了ISO14616標準（zhǔn）中所提及的“冷縮力遠大於熱縮力，可加速（sù）熱收縮膜緊（jǐn）縮過程”這一現象並不適用於所有熱收縮膜材（cái）料，主（zhǔ）要是針對以聚乙烯為原料的熱收縮膜而言的。這種現象（xiàng）可能與熱收縮（suō）膜材質（zhì）的晶體結構、熔融溫度與玻璃態轉化溫度等自身性能以及（jí）生產過程中拉伸定型工藝、控製溫度、冷卻工藝等環節有關。

2.2熱收縮膜的測試方向

　　由（yóu）表1中的測試數據可以看出國產PE、POF熱收縮膜（mó）以及國外不同（tóng）厚（hòu）度的LDPE熱收縮膜（mó）的測試過程（chéng）可以發（fā）現，PE熱收縮膜、烯烴類POF共擠熱收縮膜均（jun1）為縱向收（shōu）縮（MD），而其他非乙烯烴類熱收縮膜均為橫（héng）向收（shōu）縮（TD）。初步分析原因，應該與材料的結晶方（fāng）向及加工定型方向有關。

　　所以，ISO14616 標準中有關“收縮力和冷縮力的測定”中提及的“因（yīn）易於取得縱向試樣的測試曲線，所以建議試驗先從縱向試樣的測試開始。”僅是針對PE熱收縮膜（mó）、烯烴類POF共擠熱收縮膜而言（yán）。對於其他材質的熱收縮膜在測試過程中，因易於取得橫向試樣的測試曲線，所以建議試驗應先從橫（héng）向試樣的測試開始。

2.3 不同測（cè）試儀之間的穩定（dìng）性比較

表2 不同熱收縮膜（mó）在不同設備（bèi）間的測試結果比較

　　抽取PETG-2、國產PE、BOPP三種熱收縮膜在2台不同的FST-02薄膜（mó）熱（rè）縮性能（néng）測（cè）試儀上分別測試，測試結果如表2所示，可以看出對於采用相同加熱空氣原理的檢測設備測試的同種熱收縮膜（mó）的熱縮力、冷縮力、熱（rè）收縮率這三（sān）項特征性能參數（shù）的數值基本相同，最大熱縮力出現時間因設備不同而略有差別，但仍保持在15~30秒內出現最大熱縮力（lì）。

　　不同設備之間（特別是今後會出現不同廠家生（shēng）產的（de）薄膜熱縮性測試儀（yí））因為加熱元件的原理或型號不（bú）同，即使設備的設置溫度相同，也可能會導致測試（shì）腔內試樣周圍的溫度略有不同，但是在一定的溫度區間內小（xiǎo）幅（fú）度的溫差並不會導（dǎo）致試樣的熱縮力、冷縮（suō）力、熱收（shōu）縮率這幾項薄膜特征性能參數發生改變，這與（yǔ）熱收縮膜材質晶體結構以及熔融溫度有關，同時也與拉伸、定型溫度以（yǐ）及冷卻（què）時間有（yǒu）關（guān）^[7-8]。

2.4 設置溫度與最大熱縮力測試時間的影響

　　為（wéi）了驗證最大熱縮力所出現（xiàn）的時間範（fàn）圍與所設置的溫度對收縮膜的熱收縮率（lǜ）等性能的影響（xiǎng），挑選國外LDPE-2、國內PETG-2以及OPS三（sān）種典型熱收縮膜進行驗證。不同設置溫度下最（zuì）大熱縮力出現時間、熱（rè）收縮率及（jí）收縮力（lì）值可見表3。

表3 各種材質熱收縮膜不同設（shè）置溫（wēn）度下各性（xìng）能指標數據（jù）結果

　　表3中（zhōng）的數據顯示，對於出現在15~30秒範圍內的熱縮率及最大熱縮力值均為對應熱收縮膜較為穩定的熱縮參數（shù）數值，可參見圖1至圖3中有關PETG-2及OPS的熱縮力、冷縮力及熱收縮率隨溫度（dù）的變化曲線，可發現（xiàn）熱縮力及冷縮力力值並不隨設置溫度的（de）變化有明顯波（bō）動，而15~30秒出現的熱（rè）收縮率在熱收縮率曲（qǔ）線中基本位於拐點位置附近。

　　由表3中的數（shù）據（jù）可（kě）以看（kàn）出（chū），LDPE熱收縮膜在選定的（de）最佳參考溫度（dù）（220°C）±10°C範圍內（nèi），最大熱縮（suō）力均出現（xiàn）在15~30秒。其他種類的熱收縮（suō）膜在選定的最佳參考溫度（PETG-2為110°C，OPS為105°C）±5°C範圍（wéi）內，最（zuì）大熱縮力均出現在15~30秒。

　　通過第6條及第7條綜合（hé）得出，ISO14616規定的15 ~ 30秒的最大熱縮力出艙時間同樣（yàng）適用於（yú）其他材（cái）料。所（suǒ）以，建議（yì）在設置參考溫度進行測試時，可以針對不同熱收縮膜材料設置±5°C ~ ±10°C的（de）參考（kǎo）範圍。

圖2 PETG、OPS不同溫度下的熱縮力

圖3 PETG、OPS不同溫度下的（de）冷縮力

圖4PETG、OPS不同溫度下的收縮率

3結論

　　上述研究按照ISO14616的（de）測試（shì）方法驗證（zhèng）了不（bú）同材質熱收縮膜的冷縮力與熱縮力之間的（de）趨勢並不相同，對於以聚乙烯為原料的熱收縮膜而言，冷縮（suō）力大於（yú）熱縮力，其他材質則無明確規律。熱（rè）收縮膜的測試方（fāng）向則根據（jù）不同材質及加工（gōng）工藝而定（dìng），同時收縮膜在采用不同檢測（cè）設備測試（shì）時，不會因為設備差異（yì）而導致收縮性能的變化。另外，ISO14616標準中（zhōng）提及的15~30秒內獲（huò）取的最大熱縮力及熱縮率的方法同樣適用於非聚烯烴類的其他材（cái）質的熱收縮（suō）膜。因（yīn）此（cǐ），ISO14616中所規（guī）定的試驗儀器及試樣方法基本適用於其他材質的熱收縮膜，其中僅試樣測試方向（xiàng）、溫度設置範圍試驗條件需根據熱收縮膜的材質及加工工藝等條件進（jìn）行不同的調整。

參考文獻

[1] 郭紅革,郭（guō）曉紅,齊軍.POF熱收縮薄膜的包裝應用性（xìng）能研究[J].包裝工程,2006,27(6):79-81.

Guo Hong-ge, Guo Xiao-hong, Qi Jun. Study on PackagingApplication Properties of POF ShrinkableFilm[J].Packaging Engineering,2006,27(6):79-81.

[2] GB/T10003-2008,普通（tōng）用途雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜[S].

   GB/T 10003-2008,Biaxially OrientedPolypropylene (BOPP) Film for General Use[S].

[3] GB/T16958-2008 包（bāo）裝用（yòng）雙向拉伸聚酯薄膜[S].

   GB/T 16958-2008 Biaxially Oriented PolyesterFilm for Package[S].

[4] GB/T13519-1992 聚乙烯熱收縮薄膜[S].

   GB/T 13519-1992 Heat Shrinkable PolyethyleneFilm[S].

[5]ASTM D2732-2008 Standard Test Method for UnrestrainedLinear Thermal Shrinkable of Plastic Film and Sheeting[S].

[6] ISO 14616-2004 Plastics-HeatshrinkableFilms ofPolyethylene, Ethylene Copolymers and Their Mixture-Determination of ShrinkageStress and Contraction Stress[S].

[7] 李德龍,李振宇,劉焱.加工工藝對聚乙烯熱收縮膜性能的影響[J].塑料科技,2012,40(2):64-66.

Li Delong, Li Zhenyu, Liu Yan. Effect of Processing Technologyon Properties of PE Heat Shrinkage Film[J].Plastics Science andTechnology,2012,40(2):64-66.

[8] 林詠（yǒng）波.三層共擠聚（jù）烯烴熱收縮膜(POF)的加工及應（yīng）用[J].塑料,2003,32(5):70-73.

   Lin Yong-bo.Processing and Application of There Layer Coextruded Polyolefin Heat ShrinkableFilm(POF).Plastics,2003,32(5):70-73.