原標(biāo)題：薄膜熱縮性能測(cè)試儀測(cè)量結(jié)果的比較

熱收縮膜包裝是目前廣泛使用的一種包裝形式，具有包裝緊實(shí)、透明美觀、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，常用于飲料、日化、煙草、腸類等產(chǎn)品的包裝。熱收縮膜屬于高分子材料，收縮原理為高溫拉伸時(shí)，分子鏈段在拉伸方向上取向，無序卷曲的分子鏈段進(jìn)行有序排列，當(dāng)溫度急速降低時(shí)，分子鏈段取向結(jié)構(gòu)與內(nèi)應(yīng)力被“冷凍”，當(dāng)高聚物再次被加熱到拉伸時(shí)的溫度時(shí)，分子鏈段發(fā)生解取向，恢復(fù)到無序卷曲形態(tài)，宏觀上即表現(xiàn)為熱收縮。收縮力與收縮率是判定收縮性能好壞的主要指標(biāo)，目前常使用恒溫油浴和烘箱對(duì)材料收縮性能進(jìn)行測(cè)試。

一、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
1.采用恒溫油浴測(cè)試
采用恒溫油浴對(duì)收縮性能進(jìn)行測(cè)試，具有代表性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T19787-2005《包裝材料聚烯烴熱收縮薄膜》和GB/T13519-1992《聚乙烯熱收縮薄膜》。測(cè)試方法為采用120±2℃的恒溫油浴將試樣加熱一定的時(shí)間后取出，冷卻后測(cè)量材料橫縱向尺寸的變化，以此計(jì)算薄膜收縮率。計(jì)算公式如下：

式中：S為收縮率（%）；L0為加熱前試樣的長(zhǎng)度（mm）；L為加熱后試樣的長(zhǎng)度（mm）。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是油浴溫度控制穩(wěn)定，能較好地控制薄膜收縮率檢驗(yàn)環(huán)境，結(jié)果可靠。但是該方法只能用于檢驗(yàn)收縮率，而無法測(cè)試收縮力值。
2.采用烘箱測(cè)試
GB/T10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜》、GB/T16958-2008《包裝用雙向拉伸聚酯薄膜》和GB/T15267-94《食品包裝用聚氯乙烯硬片、膜》中規(guī)定利用烘箱對(duì)薄膜的收縮率進(jìn)行測(cè)試。即將試樣放入恒溫烘箱中，在一定溫度下加熱一段時(shí)間后，取出冷卻，測(cè)量試樣橫縱向尺寸的變化，計(jì)算收縮率，公式與采用恒溫油浴測(cè)試的相同。
該方法較少用于收縮膜測(cè)試，一般用于測(cè)試?yán)煨捅∧さ氖湛s率。另外，該方法無法測(cè)試收縮力值。
3.其他
DIN53369-1976標(biāo)準(zhǔn)
DIN53369-1976（以下簡(jiǎn)稱DIN53369）《塑料薄膜檢驗(yàn)方法收縮力的測(cè)定》中采用無行程力學(xué)測(cè)試裝置測(cè)試試樣收縮力，該標(biāo)準(zhǔn)專門用于測(cè)定塑料薄膜的收縮力值[7]。此標(biāo)準(zhǔn)中，收縮力值是指在薄膜受熱后所產(chǎn)生的力值，測(cè)試時(shí)需將試樣夾持在固定夾具間，夾具不得因受到收縮力值而產(chǎn)生位移，否則將使測(cè)試值變小。該標(biāo)準(zhǔn)可測(cè)試塑料薄膜的大熱收縮力、一定溫度下的收縮力、冷卻到室溫后的收縮力和與時(shí)間有關(guān)的收縮力。其中，冷卻到室溫后的收縮力即冷縮力，是指從加熱腔中取出試樣后20min的收縮力值。該標(biāo)準(zhǔn)方法可檢測(cè)試樣的收縮力，但未規(guī)定收縮率的測(cè)試方法。
ISO14616-1997標(biāo)準(zhǔn)
ISO14616-1997（以下簡(jiǎn)稱ISO14616）《塑料聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物的熱收縮薄膜.收縮應(yīng)力的測(cè)定》規(guī)定了試樣的熱縮力、冷縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮應(yīng)力與收縮率的測(cè)試方法[8]。對(duì)收縮力的測(cè)試采用無行程力學(xué)測(cè)試裝置，測(cè)試原理與DIN53369一致。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)冷縮力的定義與DIN53369不同，指的是試樣從加熱腔中取出后冷卻過程中出現(xiàn)的大收縮力。
ISO14616采用位移法測(cè)試薄膜的收縮率，即采用高精度位移傳感器，準(zhǔn)確測(cè)量因塑料薄膜收縮而使夾具產(chǎn)生的位移量。收縮率計(jì)算公式為：

該標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)階段同時(shí)規(guī)定收縮力與收縮率測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。
二、試驗(yàn)
目前，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒有與ISO14616類似的檢驗(yàn)方法，該方法在實(shí)際中應(yīng)用也不是很廣泛，但隨著收縮膜技術(shù)的發(fā)展，對(duì)此類薄膜收縮性能的測(cè)試要求將越來越全面與嚴(yán)格，該方法必將得到更廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。然而，ISO14616主要針對(duì)聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物而制定，其標(biāo)準(zhǔn)曲線也具有一定的針對(duì)性，不能作為評(píng)判其他薄膜收縮率特性的標(biāo)準(zhǔn)。
本文采用ISO14616中所述方法，對(duì)常見收縮膜收縮力與收縮率進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證該方法對(duì)其他常見薄膜熱收縮性能測(cè)試的可行性。
1.試驗(yàn)材料
低密度聚乙烯LDPE、非結(jié)晶型共聚酯PETG、單向拉伸聚苯乙烯OPS、多層共擠聚烯烴POF和雙向拉伸聚丙烯BOPP。
2.試驗(yàn)儀器
本次試驗(yàn)采用薄膜熱縮性能測(cè)試儀，可用于檢測(cè)薄膜的熱縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮力、冷縮應(yīng)力、收縮率等熱縮性能。
3.試驗(yàn)方法與結(jié)果
測(cè)試前先將試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃50%RH）中調(diào)節(jié)24h，然后將試樣裁為15mm寬，120~150mm長(zhǎng)的試樣條。將試樣一端固定在夾具上，另一端固定在力值傳感器（收縮率工位固定住位移傳感器上），通過試樣夾持裝置將試樣送入已預(yù)熱到試驗(yàn)溫度的試驗(yàn)腔中進(jìn)行測(cè)試。儀器自動(dòng)檢測(cè)試樣的熱縮力、冷縮力、收縮率等性能，并計(jì)算熱縮應(yīng)力與冷縮應(yīng)力。
熱縮力與冷縮力的關(guān)系
在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度下，測(cè)試試樣的熱縮力、冷縮力與收縮率。根據(jù)ISO14616要求，在該試驗(yàn)溫度下，大熱縮力值應(yīng)出現(xiàn)在15～30S之間。LDPE、OPS、POF和BOPP材料分別檢測(cè)六組，每種材料的試驗(yàn)結(jié)果平均值見表1：
表1試樣熱縮性能測(cè)試結(jié)果（ISO14616）

比較各材料的熱縮力與冷縮力（如圖1），可以發(fā)現(xiàn)LDPE的冷縮力明顯大于其熱縮力，其試驗(yàn)結(jié)果與ISO14616標(biāo)準(zhǔn)中所示的聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物收縮力典型曲線（如圖2）一致；PETG、POF和BOPP的熱縮力大于冷縮力，而OPS的冷縮力稍大于熱縮力。這表明材料的冷縮力與熱縮力的大小關(guān)系與材料類型密切相關(guān)。在DIN53369中也明確說明“不同的薄膜，冷縮力與熱縮力之間的關(guān)系是不同的”。因此，在評(píng)判薄膜收縮力值特征時(shí)，應(yīng)結(jié)合材料自身的熱縮性能特征，綜合考慮熱縮力與冷縮力兩個(gè)方面的因素。

圖1熱縮力與冷縮力比較

圖2收縮力與收縮率的測(cè)定——收縮現(xiàn)象的典型動(dòng)力學(xué)實(shí)例（ISO14616）

薄膜熱縮性能測(cè)試儀采用空氣加熱試樣，因加熱方式不同，其收縮率結(jié)果不能與采用恒溫油浴測(cè)試的收縮率結(jié)果等同比較。但采用該方法可有效比對(duì)不同材料間的收縮率，為材料加工與選擇提供指導(dǎo)與依據(jù)。
ISO14616與DIN53369冷縮性能測(cè)試方法比較
在上述標(biāo)準(zhǔn)介紹中提到DIN53369與ISO14616所指的冷縮力有所不同，分別為平衡20min后的冷縮力值與大的冷縮力值。本次試驗(yàn)選擇60μm的LDPE與PETG，比較大冷縮力與20min后的冷縮性能之間的關(guān)系。
表2ISO14616與DIN53369冷縮性能比較

從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，用FST-02正常試驗(yàn)?zāi)Ｊ綔y(cè)試出的收縮率與在室溫平衡20min后的收縮率相同。分析原因?yàn)椋诓牧线M(jìn)入試驗(yàn)腔加熱時(shí)，材料分子鏈段解取向，試樣收縮。在熱縮期間，鏈段已快速恢復(fù)至自然卷曲形態(tài)，進(jìn)入無序化的熱運(yùn)動(dòng)平衡態(tài)，故試樣在出加熱腔后，其收縮率已穩(wěn)定。
對(duì)于冷縮力，在試樣從加熱腔中退出后，冷縮力會(huì)有一個(gè)急速的增大過程，在達(dá)到大值后，會(huì)有小幅的下降。如按照DIN53369測(cè)試?yán)淇s力，其結(jié)果會(huì)比ISO14616的冷縮力測(cè)試值偏小。因此，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法的冷縮力試驗(yàn)結(jié)果之間不具可比性。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)材料的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇測(cè)試方法，如冷縮力的大值對(duì)產(chǎn)品包裝有較大影響，則選擇ISO14616所示方法進(jìn)行檢驗(yàn)，反之，如薄膜冷縮后的常態(tài)收緊力值較為重要，則可選擇DIN53369。

友情提示：眾測(cè)機(jī)電研發(fā)生產(chǎn)的薄膜熱縮性能測(cè)試儀RSY-01檢測(cè)儀器，采用恒溫油浴測(cè)試方法，是一款可定量測(cè)定塑料薄膜在熱收縮過程中的熱縮力、冷縮力，以及熱收縮率等性能的檢測(cè)儀器。