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塑料包装/防水包装 |
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塑料包装薄膜的性能与检测 |
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作者：常州钟恒新材料有限公司 冯树铭 |
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根据塑料包装薄膜的种类和用途的不同，应用过程中对其性能的要求也各异。但总的来说，主要集中在两个方面：薄膜的外观与尺寸以及薄膜的内在性能，包括物理机械性能、光学性能、热性能和阻隔性能等。本文主要从这两个方面阐述塑料包装薄膜目前较为常用的检测方法。
外观与尺寸
塑料薄膜的外观主要包括薄膜清洁度、平整度和色相等。清洁度是指薄膜中不应有杂质、异点和油污等；平整度是指膜卷表面应平整光洁、无皱折、无暴筋和凹坑，并且保证膜卷端面齐整等；色相是指薄膜无色差，色泽均匀。
对于外观的检测，通常是在自然光线或日光灯下，采用肉眼目测法进行观测。软塑包装用膜对外观要求较农用薄膜高，一般不允许有外来杂质、油污和褶皱等缺陷。
塑料薄膜的尺寸主要是指塑料薄膜的厚度，其次是指薄膜的宽度和长度。由于塑料薄膜都是成卷生产和供应的，其长度一般在数千米甚至上万米，常用的方法是通过计数器测量得到，而宽度则可直接用卷尺测量。
图1 高阻隔型塑料包装薄膜
塑料薄膜的厚度可按照CB/T6672-2001“塑料薄膜和薄片厚度测定-机械测量法”进行测量。试验室常采用立式光学仪或其他高精度接触式测厚仪对薄膜进行离线测量，测量精度为0.1μm。在高速、连续化的薄膜生产线上，一般采用β-射线和近红外线等测厚仪进行非接触式测量。这类测厚仪不仅测量精度高、响应速度快，而且还能自动反馈厚度信息，不断修正厚度的偏差。
图2 通用阻隔型塑料包装薄膜
物理机械性能
物理机械性能的检测侧重于拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量这3个方面。拉伸强度是塑料薄膜最重要的力学性能，它表示薄膜在单位截面面积上所承受的拉力。聚酯薄膜（BOPET）的拉伸强度最高，一般可达200MPa以上，是聚乙烯薄膜（PE）的9倍。
断裂伸长率用来表征薄膜的韧性，它表示在承受一定的载荷下，一定长度的薄膜发生断裂时，其单位截面的长度减去薄膜原长后与原长的比值。BOPET薄膜的断裂伸长率约为100%。
弹性模量是指在薄膜的弹性形变范围内，其纵向应力与纵向应变之比，也称杨氏模量。BOPET薄膜的弹性模量一般在4000MPa以上。
一般，可使用量程为500N的拉力试验机对上述力学性能进行测试。塑料薄膜的拉伸强度和断裂伸长率的测试方法可按照GB/T13022-91“塑料薄膜拉伸性能试验方法”进行测量。具体的试验过程是：选择10条长为150mm，宽15±0.1mm的长条形试样，保持夹具的间距为100mm，并设定拉力机的拉伸速度为100±10mm/min，分别从纵向和横向对试样进行测试。根据测试得到的拉伸强度和断裂伸长率的数据，可计算出薄膜的弹性模量。
光学性能
一般，塑料包装材料对塑料薄膜的光学性能，如雾度、透光率和光泽度等有较高的要求。
雾度是指透过透明薄膜而偏离入射光方向的散射光通量与投射光通量之比，一般用百分比表示。雾度用来表征透明材料的透明程度，不仅与薄膜材料的固有特性（如结晶度和取向度）有关，也与所用的添加剂（包括添加剂的种类、粒径大小和用量等），以及成型加工过程和环境有关。BOPET薄膜的雾度一般在1.5~3.5之间。透光率表示薄膜光通量的大小。BOPET薄膜的透光率在80%~90%以上。
图3 聚烯烃包装薄膜
光泽度是指薄膜表面平整、光滑的程度，可通过薄膜对光线的反射能力来测定。薄膜表面（从微观上来看）越平整，对光线的镜面反射能力越强，光泽度就越高，反之，光泽度越低。
雾度和透光率可用球面雾度仪进行测量，量程为0%~100%。光泽度的测定则用光泽度仪进行测量，对于高光泽度的材料，光泽度仪选用的折射角度为20；对于中高光泽度材料（如BOPET薄膜等），设备选用的折射角度为45；而对于中等光泽度材料，折射角度为60。BOPET薄膜的光泽度在130%以上。
热性能
热收缩率用于表征塑料薄膜的热稳定性。薄膜的热收缩率常用热缩试验仪进行测定。测试时，取5片面积为120mm×120mm的正方形试样，在试样纵横向的中间画一个互相垂直的100mm×100mm标线。将试样平放在150±1℃的烘箱内恒温30min，取出后冷至室温，分别测量标线长度的变化情况，从而计算出试样的热收缩率。一般，BOPET薄膜的纵向热收缩率为1.5%~3.0%，横向热收缩率基本为0以下。
表面性能
薄膜的表面粗糙度的大小将直接影响薄膜的收卷性能。一般，用摩擦系数来表征表面粗糙度。
摩擦系数分为动摩擦系数和静摩擦系数两种。静摩擦系数是指两块相互接触的薄膜在相对移动开始时，其接触表面所受的最大阻力与垂直施加于两个接触表面上的法向力之比。动摩擦系数是指两接触表面以一定的相对速度移动时，接触表面所受的阻力与法向力的比值。摩擦系数可按GB/T100006“塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法”的规定进行测定。测试仪器为摩擦系数试验仪。BOPET薄膜的摩擦系数一般控制在0.4左右。
彩色印刷与真空镀铝是塑料包装薄膜应用最广泛的两大领域，它们对薄膜的表面湿张力要求很高。表面湿张力是指薄膜表面自由能的大小，而表面自由能主要取决于薄膜材料自身的分子结构。聚烯烃是油墨印刷的常用材料，它属非极性高分子材料，其表面自由能较低，即湿张力很小，因此必须对其进行表面处理。为了适应高速印刷的需要，即使是作为极性高分子材料的聚酯同样需要进行电晕处理，以进一步提高其表面湿张力。
表面湿张力可按照GB/T14216“塑料薄膜和片润湿张力试验方法”的规定进行测定。首先，配制不同标值的达因水，用棉签蘸取任一标值的达因水，涂布于平放的塑料薄膜表面。如果薄膜在2s内不收缩，可再使用标值较高的达因水重复测试。若在2s内发生收缩，则表示所使用的达因水的标值就是该薄膜的表面湿张力。另外，也可使用市场销售的达因笔（有38、40、42和46等几种规格），直接在塑料薄膜表面划写，通过观察薄膜的收缩情况，来测定其表面湿张力，原理与达因水的测量原理相同。
阻隔性能
塑料包装薄膜的阻隔性能可直接影响被包装物的保质期或货架期。一般，塑料薄膜的阻隔性与塑料材料的化学结构有关，有高阻隔、中阻隔和低阻隔之分。目前，比较常用的提高薄膜的阻隔性能的方法是多层复合、真空镀铝和纳米改性等。
对于阻隔性能的高低，主要用氧气透过率和水汽透过率这两个指数来判断。一般，包装用双向拉伸聚酯薄膜的透氧系数要达到2.25×10-15（cm3·cm）/（cm2·s·Pa），透湿量要达到55g/（m2·24h）（厚度为0.012mm）。
氧气透过率可按照GB/T1038-2000“塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法——压差法”的规定进行测定。试验所用的仪器是压差试验仪，由低压腔和高压腔组成。测试时，将薄膜试样贴于高压腔与低压腔之间。待两腔密闭后，用真空泵抽真空，然后向高压腔内充1个大气压的试验气体。通过测量低压腔的压力增量，即可计算出气体的透过率。
水汽透过率则是按照GB/T1037-2000“塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法—杯式法”的规定进行测定。试验要求的环境温度为23±1℃，相对湿度为90±2%。实验时，在试样两侧保持一定的水蒸气压差，通过测量透过试样的水蒸气量，计算出水蒸气透过量和水蒸气透过系数。(end)
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(12/5/2009) |
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