包裝（zhuāng）薄膜耐衝擊性測試方（fāng）法和改進要點

　　當前，軟包裝行業發展迅速（sù），除（chú）了具有基本的保護（hù）功能，包裝材料根據內容物的特點和保質需求，應在阻隔（gé）性、密封性、力學性（xìng）能等方麵（miàn）予以合理的加強。對於質量較重的內容物來說（shuō），包裝的（de）耐（nài）衝擊（jī）性能無疑是關係產（chǎn）品安全的重（chóng）要指標，需要重點關注（zhù）。

　　耐衝擊性能是包裝薄膜材（cái）料的重要的力學（xué）性能之一，反映了（le）材料抵抗外部破壞力的能力。尤其對於包裝材料與內容物間（jiān）隙小或（huò）沒有間隙，且質量較重的包裝，耐（nài）衝擊（jī）性能直接影響（xiǎng）包裝在（zài）衝擊條（tiáo）件下（xià）的（de）完整（zhěng）性及保護性作用，能夠有效避免產品在流通環節中因包裝薄膜材料的耐衝擊（jī）性能差導致的破損。因此，合理而有效的耐衝擊性能是包裝，尤其是質量較重包裝的關鍵點，也是相關企業進行包裝質控的重要方麵。 

耐衝（chōng）擊（jī）性能檢測方法

　　針（zhēn）對包裝薄膜材（cái）料耐衝擊性能的質量控製，國內外（wài）專業（yè）機構製定了相應的（de）檢測標（biāo）準，如國家標準GB/T 9639.1-2008、國際標（biāo）準ISO 7765-1:198、美國標準ASTM D1709。三者在內容上具有（yǒu）相通性（xìng），均指定了自由（yóu）落鏢法為塑料薄膜和薄片耐衝擊性能試驗方法，即測定在給（gěi）定高度的自由落鏢衝（chōng）擊下，塑料薄膜和薄片試樣破（pò）損（sǔn）數量達50%時的能量（liàng），以（yǐ）衝（chōng）擊破損質量表示。

　　自由落鏢法根據材料的衝擊（jī）破損質量範圍分為方法A和方法B兩種試（shì）驗方法。A法適用（yòng）於衝擊破損質量（liàng）為0.05kg~2kg的材料，其落鏢頭部直徑為（38±1）mm，下落高度為（0.66±0.01）m；B法適用於衝擊質量為0.3kg~2kg的材料，落鏢頭直徑為（50±1）mm，下落高度為（1.5±0.01）m。在給定（dìng）條件下，這兩種方法測得的數據不具有可比（bǐ）性。

　　自由落鏢法的試驗儀器由落鏢池、落鏢釋（shì）放（fàng）裝置、定位工具（jù）、兩片式環形試樣夾及其（qí）他配件構成，如圖1。在設（shè）計或選（xuǎn）購測試（shì）儀器時，需注（zhù）意以下問題：1、環形試樣夾的上下（xià）接觸麵（miàn）之間需要（yào）附加橡膠墊圈以減少厚度差異對測試的影響，效果最佳的墊圈規格為厚（hòu）度3.0±1mm,邵氏硬度為50到60，內徑為125±2mm, 外徑為150±3mm。2、落鏢釋放裝置利用（yòng）電磁吸附釋（shì）放落鏢鏢頭，其承重質量至少為2kg。3、落鏢頭。落鏢頭為半球形，其圓柄直徑為6.5±1mm，長度至少為（wéi）115mm，以滿足增重砝碼的添加。

　　試驗前（qián），需要根據GB/T2918的規定（dìng），取尺寸大於環形試樣夾橡膠墊圈的試樣置於（yú）溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的（de）環境中不少於（yú）40h，使試樣達（dá）到標準狀（zhuàng）態。將試樣（yàng）置入環形試樣夾中，啟動落鏢釋放（fàng）裝置，在不添加增重砝碼的前提下，進行預試驗（yàn），確保落鏢衝擊試樣的點位於試（shì）樣的中心（xīn）位置且試樣不發生滑移。由於隨著落鏢質量（liàng）的增加，滑移的發生幾率也會成倍上升，因此在正式試驗中可采用在落鏢釋放（fàng）前後，於環形上夾頭內壁試（shì）樣表麵畫圈，觀察是否重合來判斷滑移程度。

　　正式的落鏢衝擊試驗中，ASTM標準提供了階梯法和交替法兩種試（shì）驗方案（àn），而其餘兩項標準（zhǔn）隻介紹了前（qián）者。階梯法（fǎ），是在（zài）試驗過程中，當完成一個試樣試驗後，根據試驗結果即破損或未破（pò）損的情況，使用統（tǒng）一的（de）配重（chóng）塊（kuài）來增減鏢頭的重量。配重塊△m約為衝擊破損質量的5%~15%。這是國內外標準皆認可的一種測（cè）試方案（àn），具有通用性和普遍性。具體方法（fǎ）為：選定試驗方法A或（huò）B，將第一個試樣平整均勻的夾緊在環形夾具上，通過操（cāo）控電磁吸（xī）附裝（zhuāng）置使落鏢垂直落下（xià），檢查試樣是否破損。若（ruò）第一個試樣破損，如圖2，用配重塊△m減少落體質量。若無破損，則用配重（chóng）塊△m增加落體質量，如此繼續試驗至（zhì）20個試樣，統計破損試樣（yàng）總數N。若N=10，則試驗完成。若N<10，補充試樣（yàng）繼續試驗直至N=10為止；若N>10，補充試樣（yàng）繼續（xù）試驗（yàn）直到不破損試樣的總數等於10為止。最終根（gēn）據公式1、2、3計算衝擊破損質量。

M_f=m_o+△m(A/N-0.5)    -------------------  (1)

A=   ----------  (2)        N=  ------------  (3) 

　　式中，m_o——試驗破損時的最小落體質（zhì）量，g；△m——增減用（yòng）的相同配重塊質量，g；n_i——落體質量（liàng）為m_i時的試（shì）樣破損數；z_i——落體（tǐ）質量為m_o到m_i時的配重塊（kuài）數（m_o時，z=0）；N——破損試樣總數。

　　交替法，是指連續測試10個試樣為一組的試（shì）樣組，每組試樣進行試驗的落鏢質量（liàng）通過統一的配重塊增加或減少。至少應獲得5組衝破試樣百分比，分別為0%、100%和三個大於0%小於100%。按照式（4）計算衝擊破（pò）損質量。

M_f=m_L-[△m(S/100-0.5)]    -------------------  (4)

　　式中，M_f是衝破質量，g；△m是配重塊質量，g；m_L是能使得破損試樣的百（bǎi）分比為100%的（de）最低的落鏢質量，g；S是（shì）不同（tóng）落鏢質量（從破損百分比為0對應的質量到m_L）下破損試樣的（de）百分比之和。

包裝薄膜耐衝擊性能提升要點

　　上述檢測，能對包裝薄（báo）膜材料的耐衝擊性做出快速評判（pàn），如何進一步提升薄膜材料的耐衝擊（jī）性，需要從薄膜衝擊的受力變化進行分析。研究表明，薄（báo）膜被衝（chōng）破的過程中，會從落鏢接觸部位向外發生彈性形變，直至通過屈服點發生變形，進而產生塑（sù）性變（biàn）形，直至斷裂。根據上述薄膜衝擊的（de）受力（lì）分析，耐衝擊性能優異的薄膜（mó）材料應具備良好的綜（zōng）合性能（néng）：首先，材質應均勻無缺陷，利於應力的平穩擴（kuò）散，延緩薄膜（mó）破損的（de）進程；其次，薄膜應具有良好的耐撕裂性，防止材料破損後缺口的迅速擴展；第三，也是（shì）最（zuì）關鍵的（de），即薄膜材料的韌性，是薄膜材料的自身特性，與分子組成、製作（zuò）工藝以（yǐ）及外界環境因素有著密切關係，是決（jué）定薄膜（mó）耐衝擊性的主導因素。薄膜增（zēng）韌的方法有很多，基（jī）本上可以歸結為材料（liào）改性（xìng）和（hé）複合（hé）薄膜兩（liǎng）種方式。

1.材（cái）料改性

　　PE、PP、BOPP、PA是塑（sù）料薄膜製造常用的材料，其中，PE的（de）力學性能一般（bān），拉伸（shēn）強度較低，耐衝擊性較差。PP是一（yī）種半結晶（jīng）性材料，強度相（xiàng）較PE更（gèng）高，但在低溫（wēn）下脆性較大，BOPP是雙向拉伸聚丙烯，其強度較未取向的薄膜（mó）有所提高。PA因為相鄰（lín）分子的-C=O 和HN- 之間存在氫鍵，所以它是具有很（hěn）強（qiáng）分子間作用力的聚（jù）合物。這種強作用力以及結晶性使其成為（wéi）有韌性、高熔點（diǎn）的熱塑性（xìng）塑料，還（hái）有很好的抗穿刺性、衝擊強度和溫度（dù）穩（wěn）定性。

對於韌性較為欠缺的薄膜材料，適當的改（gǎi）性能有（yǒu）效提升（shēng）其性（xìng）能。以PP為例，增韌改性有（yǒu）化學和物理兩種手段。化學改性是通過共聚、接枝、交聯等（děng）化學手段在PP大分子主鏈上引入第二單體，形成無規共聚物、嵌段（duàn）共聚物、接枝共聚物或交聯結構（gòu），破壞分子鏈的規整性，減小球晶尺寸，從而提高PP的衝擊性能。物理手段（duàn）主要包括共混和填充等，加入添加劑賦予PP新的性能，而在實際生產中，將塑料、橡膠（jiāo）或熱（rè）塑性彈性體與PP共混是應用最廣的改性方法。

2.複合薄膜

　　除了對薄膜材料進行改性（xìng）增韌外，采用薄膜複（fù）合工藝，通過各複合層優劣互補，也能獲得最（zuì）佳的綜合性能，如PA/PE、PET/PE、PA/CPP、PA/AL/PE等。一般外層材料，如PA、PET等主要承擔外部的衝（chōng）擊應力，而內層材料如（rú）PE、CPP多用於熱封。雖然此方法原理簡單，但在複（fù）合過（guò）程中，複合膜的耐衝擊性仍存在一個（gè）變數——各複合層的厚度（dù）。以BOPA/LDPE為例，相關試驗（yàn）表明隨著LDPE的厚度從60μm增加到95μm厚度時，BOPA/LDPE的衝擊破損質量從391g升高到589g，達到峰值。之後伴著LDPE厚度的繼續增加，BOPA/LDPE的衝擊破（pò）損質量反而（ér）開始下滑。這是由於BOPA的韌性優於LDPE，當後者厚度較小時，前者主（zhǔ）導複合薄膜的（de）耐衝擊（jī）強度。但LDPE增加到一定厚度後，複（fù）合薄膜的（de）耐衝擊強（qiáng）度的主導因素逐漸轉移到LDPE層上（shàng），整體向著脆化方向轉變。當（dāng）落鏢衝擊在複合膜上時，韌性較差（chà）的LDPE層先破裂，因此導致了複（fù）合膜的落鏢衝擊破損（sǔn）質量的下降（jiàng）。

小結
　　耐衝擊性能是包裝材料實際應用（yòng）中的具有現實意義（yì）的指標（biāo）。目前，落鏢衝擊法是國內外（wài）薄膜耐衝擊性能測試標準的統一認定方法，通過對包裝材料進行科學的日常檢測和質（zhì）量控製，不僅（jǐn）能夠防止因（yīn）材（cái）料韌性不足而出現的包裝表（biǎo）麵破損情況的發（fā）生，而且能作為包裝（zhuāng）材料增（zēng）韌研究的參考數據，因而應加以（yǐ）重（chóng）視。