复合薄膜、质量分析和制袋工艺条件

复合薄膜、质量分析和制袋工艺条件复合塑料膜软包装在近几年发展迅速，人们在印刷油墨、阻隔材料、复合方法、复合机械、热封材料、制袋设备等方面的研究日益深入，软包装的质量要求越来越严格，但软包装生产标准的改进更新不能满足发展的需要。

热封制袋是塑料软包装生产过程中的最后一道工序。

它是利用外界条件(电加热、高频脉冲、超声波等)使复合薄膜热封部位的热封材料变成粘流状态，借助于刀具的压力，使上下2层热封材料彼此熔合在一起，冷却后能保持一定的强度，具有良好的密封性，能够满足内装物的下步加工处理要求，如冷冻、蒸煮、抽真空等，能够承受内装物的重量和腐蚀、溶剂等的渗透，并承受产品在堆放、运输等流通领域的外来压力、振动等。

本文以复合塑料薄膜(下称复合膜)的制袋中通常使用的热板焊接为例，主要阐述了复合膜的热封质量的检查方法，影响因素及制袋机的生产工艺控制。

1．热封质量的评价复合软包装袋的热封质量主要评价有外观检查、热封强度、耐压强度、抗冲击强度等。

外观检查是以视觉检查复合袋的表面平整度、擦伤丝路、热封位置、冲孔位置、图案居中等情况。

表面平整度与制袋机的温度控制、压力控制、冷却情况、复合膜的结构设计、排版方式有关。

温度过高、压力太小、冷却不够、印刷材料的耐温性差、热封材料的低温热封性差都会引起袋子的不平整。

对于热封宽度很宽的袋子，横向排版比纵向排版的袋子平整度好。

擦伤丝路主要由薄膜在各设备上的摩擦引起，需重点检查制袋机的张力控制和放卷剖切架的各导辊表面粗糙度。

热封强度的检查是将有复合袋封口的部位裁下15mm宽的长条，在拉伸测试机上以(300±20)mm ／min的速度测定拉伸应力——应变曲线(如图)，分析其热封强度和热封拉伸状态。

在实际工作中，一般只是重视热封强度，往往认为热封强度越高越好，忽视了热封拉伸状态的重要性。

《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》(QB／T 2358—98)标准规定了试样断裂时的最大载荷(断裂强度)为热封强度，对反映热封部位的热封拉伸状态断裂伸长率、屈服应力、屈服伸长则没有明确规定。

其实热封拉伸状态综合反映了热封质量，反映出热封部位在拉伸过程中的破坏现象。

而实际破坏往往发生在热封后的复合膜最薄弱的地方，不一定总是发生在己热封的热封材料的界面，也不一定热封强度越高越好。

下面列举主要的热封拉伸状态。

1)发生在热封材料之间的界面破坏。

界面破坏的热封部位在出现屈服点之前发生分开，断裂表面光滑，断裂伸长率低，热封强度不高，袋子的密封性能差(如图1曲线A)。

热封制袋生产应尽量避免界面破坏，应通过改变复合膜结构和热封工艺来改善。

2)发生在热封材料或复合膜的拉伸破坏(韧性破坏)。

韧性破坏在拉伸过程中有明显的屈服点，颈缩现象，断裂表面粗糙，有大的断裂伸长率和高的热封强度，是最好的热封拉伸状态(如图1曲线B)。

3)发生在复合膜层间的剥离破坏。

剥离破坏是由于复合膜层问的剥离强度较低，引起层间分开，失去了外层材料的补强作用，使热封材料单独承受破坏力，使屈服应力较低，断裂伸长率较大，热封强度不高(如图1曲线c)。

4)发生在热封材料界面和本身的混合破坏。

混合破坏是由于复合膜的刚性较大，热封材料的韧性较好引起的破坏现象。

它有粗糙的断裂表面，较大的断裂伸长率，较高的热封强度，也是较好的热封拉伸状态(如图l曲线D)。

5)芨生在复合膜的热封边缘的断根破坏。

断根破坏发生在热封部位的边缘，有较低的断裂伸长率，较大的热封强度，但袋子的密封性差，耐冲击强度差，主要是热封温度过高引起的。

虽然热封强度较高，但热封质量较差（如图1 曲线E）。

耐压强度的检查是将复合袋冲灌相同重量的内装物热封后水平放置，加规定的压力，经过规定的时间后，检查其封口的漏损现象，在《耐蒸煮复合膜、袋)》（GB/ TI0004-1998标准)、《双向拉伸聚丙烯复合低密度聚乙烯(BOPP／LDPE)薄膜和包装》(GB T 20005—1995标准)及《耐高温蒸煮复合膜、袋》（BB/T 003—94标准)等专业标准中，对施压时间的规定为1min。

其实，耐压强度的检查要根据内装物的重量的不同，施加不同的压力，并且根据内装物的不同，控制不同的施压时间。

若内装物是酸辣液体、洗洁精、油等，则要延长施压时间，测定复合袋的耐环境应力情况。

施压时间的长短，最好应由供需双方协商确定。

抗冲击强度是将装有物品的复合袋分别以水平及垂直方向跌落在地面上，以检查复合袋的漏袋现象。

跌落高度根据复合袋内装物的重量不同而异。

抗冲击强度与复合材料、热封质量有密切关系。

复合材料的韧性越好，抗冲击强度就越好；复合袋在界面破坏、剥离破坏、断根破坏的热封拉伸状态，其抗冲击强度就不高。

2．热封质量的影响因素复合膜的热封质量是综合性指标，它依赖于复合膜的结构设计、热封材料的选择和生产工艺的确定，但同时也要注意其他热封强度影响因素：复合膜的结构与材料、层间的复合强度、印刷版面、油墨和胶粘剂的耐热性等。

2．1复合基材的影响复合基材分为印刷基料、阻隔材料、热封材料。

印刷基料应选择机械强度好、表面张力大、印刷适应性好、耐热性能好的薄膜材料。

如双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)、双向拉伸聚醋薄膜(BOPET)、双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)等。

印刷基材的机械性能对热封强度起补强作用，耐热性能对热封外观起平整作用。

印刷基材机械性能由大到小依次为：BOPA，BOPET，BOPP，所以它们与相同的热封材料依次复合、制袋后，热封强度会依次减小。

印刷基材的耐热性能越好，袋子的平整度会越好。

阻隔材料具有阻隔性、气密性、防潮性、遮光性、保香性，选择透气性等优良的薄膜材料，是为了长期储藏内装物。

如双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)、双向拉伸聚酯镀铝膜薄膜(VMALPET)、铝箔、乙烯一乙烯醇共聚薄膜(EVAL)、涂硅膜、聚偏二氯乙烯(PVDC)等。

热封材料应热封性能好、化学性能稳定、符合卫生要求，并具有一定的阻隔性。

主要有聚乙烯、聚乙烯共挤出膜、聚乙烯共聚物、聚丙烯等。

评价热封材料的性能指标一般有拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂强度、表面粗糙度、雾度、冲击强度、摩擦因数、抗穿刺性能等。

评价热封材料的热封性能的指标有低温热封性、热粘性、热封强度、热封拉伸状态、抗污染热封性等。

为了满足各种包装的要求，满足包装机械的要求，满足内装物生产、存储的要求，需要选择不同的热封材料。

流延聚丙烯薄膜(CPP)的透明度、刚性、耐油性、阻湿性、阻气性、耐高温性比聚乙烯薄膜好，广泛应用于透明的食品包装和蒸煮袋。

对于液体的连续自动灌装包装中，就要考虑使用热粘性好、抗污染热封性好的茂金属聚乙烯(mPE)离子型树脂(Sur lyn)。

因为聚乙烯薄膜的耐低温性能比CPP好，所以广泛应用于冷冻食品包装。

2．2复合结构对热封质量影响复合薄膜的热封温度由热封材料的热封温度决定，但要注意热封温度不能超过印刷膜的热定型温度，否则会破坏双向拉伸薄膜的热定型，引起包装袋热封后的收缩起皱。

BOPP／CPP结构的包装袋透明度优良，袋子刚挺，被广泛地应用在食品包装。

但BOPP的热定型温度与CPP的热封温度很接近，热封时易引起BOPP膜起皱，热封强度不好，热封部位易脆断。

所以设计时要注意BOPP膜的厚度接近或大于CPP的厚度，或把纵向的印刷排版改为横向的印刷排版，以减少横封处的缩颈现象，也可以选用低温CPP，以降低热封温度，使热封部位平整不起皱。

破坏往往发生在热封后复合膜最薄弱的地方，其中由于复合膜的层间复合强度不够，失去了印刷材料阻隔材料的补强作用，使热封材料单独承受破坏拉力，导致热封强度大大降低的破坏现象较为普遍。

复合膜的复合强度取决于复合基材的选择和复合工艺的控制。

镀铝PET膜与其他材料复合时，复合强度较低，因为镀铝层的附着力过低；BOPP与cPP的复合强度也较低，因为CPP的分子刚性较大。

所以复合基材的选择较为重要，但也要注意复合时薄膜的表面张力、胶粘剂的配比和涂布量、复合温度、压力、张力等工艺因素。

印刷排版对热封质量的影响。

2．3印刷排版对热封质量的影响复合膜有色部位的复合强度比无色部位低，而且在热封时温度较高，所以有色处的热封强度较低。

在设计印刷图案时，边缘热封处尽量留空，不要有任何印刷图案或白墨托底。

薄膜纵向的机械强度比横向高，复合膜的纵向热封强度也比横向热封强度高，所以印刷图案尽量采用横向排版，可避免袋子顶部宽边热封时严重的缩颈现象，同时也降低破袋率。

3制袋机的生产工艺控制3。

1热封温度复合膜的热封温度的选择与复合基材的性能、厚度、制袋机的型号、速度、热封压力等有密切关系，直接影响热封强度的高低。

复合薄膜的起封温度是由热封材料的粘流温度(t f)或熔融温度(t m)决定，热封的最高温度不能超过热封材料的分解温度(t a)。

t f (或t m)t a。

的温度即为热封材料的热封温度范围，它是影响和控制热封质量的关键性因素。

热封温度范围越宽，热封性能越好，质量控制越容易、越稳定。

同时复合薄膜热封温度不能高于印刷基材的热定型温度。

否则会引起热封部位的收缩、起皱，降低了热封强度和袋子的抗冲击性能。

印刷基材的耐温性好，如BOPET，BOPA等，提高热封温度能提高生产速率；印刷基材的耐温性差，如BOPP则尽量采用较低的热封温度，而通过增加压力、降低生产速度或选择低温热封性材料来保证热封强度。

热封温度设定应在热封材料的热封温度范围内，一般比t f (或t m)高15—30℃。

热封温度过高，易使热封部位的热封材料熔融挤出，降低了热封厚度，增加了焊边的厚度和不均匀。

虽然表观热封强度较高，却会引起断根破坏现象．大大降低封口的耐冲击性能、密封性能。

热封温度低于材料的软化点，加大压力和延长热封时间均不能使热封层真正封合。

连续自动灌装设备热封温度设定往往较高，所以在热封时，易受到内装装物的污染、挤压和冷却速度的影响。

3．2热封压力在热封温度下，热封材料开始熔化，在粘接面上施以压力，使对应的热封材料相互接触、渗透、扩散，也促使薄膜表面的气体逸出，使热封材料表面的分子间距离缩小，产生更大的分子间作用力，从而提高了热封强度。

热封压力由制袋机上的压力弹簧提供。

对于轻薄包装袋，热封压力应大于19600Pa。

热封压力的大小与复合膜的性能、厚度、热封宽度等有关。

热封材料有较高的活化能，升温对其粘度的下降影响较大，因而昕需的热封压力较小，防止热封部位的熔融材料被挤出，降低热封效果。

而PE，PP为非极性材料，活化能极小，所需压力较高，对热封强度、界面密封性有利。

热封压力应随着复合膜的厚度增加而增加。

若热封压力不足，2层薄膜难以热合，难以排尽夹在焊缝中间的气泡；热封压力过高，会挤走熔融材料，损伤焊边，引起断根。

计算热封压力时，要考虑所需热封棒的宽度和实际表面积。

热封棒的宽度越宽，所需的压力越大。