摘要：目前，国内收缩膜收缩率的测试方法主要为油浴法与烘箱加热法两种，本文以标准ISO14616为依据，介绍了一种收缩膜热缩性能测试的新方法，并利用该方法测试了OPS薄膜的收缩性能，包括收缩率、热缩力与冷缩力，通过对测试原理、设备FST-02 薄膜热缩性能测试仪及试验过程的介绍，为收缩膜热缩性能的测试提供参考。
摘要：热缩性能、收缩率、热缩力、冷缩力、收缩膜、薄膜热缩性能测试仪
收缩膜是一种使用范围较广的包装材料，广泛应用于灌装饮料、啤酒、乳制品、肉制品、医药、电子产品、塑料制品、文具、书本、玩具、化妆品等产品的包装及标签，具有透明、外观精美、防潮、防尘等特点，常见的收缩膜包括POF、PE、OPS、PET、PVC、PVDC等。收缩薄膜的热缩性能源自于薄膜中的分子链受热发生解取向，恢复到未拉伸前的能力，即在薄膜的生产过程中，当其处于高弹态下时进行强制拉伸，使分子链取向，当薄膜再次受热时，分子链解取向，恢复到未拉伸的状态，使薄膜收缩。不同收缩薄膜的收缩性能并不相同，同一薄膜在不同温度下的收缩性能也有所差异，另外，收缩膜所包装产品种类多、形状千差万别的现状要求其具有不同的收缩性能，因此加强对收缩膜热缩性能的研究及监测就显得尤为重要。
目前，国内专门针对薄膜收缩性能检测的方法标准主要为GB/T 12027-2004《塑料 薄膜和薄片加热尺寸变化率试验方法》，该标准所使用的方法为烘箱加热法，另外有些产品标准对所涉及产品收缩性能的测试方法做出了要求，如GB/T10003-2008《普通用途双向拉伸聚丙烯(PP)薄膜》、GB/T13519-2016《包装用聚乙烯热收缩薄膜》等，前者要求使用烘箱加热法，后者为油浴加热法。无论哪种方法都仅能用于测试收缩膜的收缩率，对于收缩过程中产生的力值则无从考究，而收缩力值的大小是影响收缩膜包装是否紧致、是否会引起产品挤压变形的重要因素。为了探究收缩膜的收缩率及收缩力情况，本文采用ISO14616《塑料 聚乙烯 乙烯共聚物及其混合物热收缩膜 收缩性能的测试》中规定的方法，对收缩膜的收缩率、热缩力、冷缩力进行测试。
1、试验原理
本次试验采用空气加热原理进行测试，当设备加热腔内的温度达到设定值时，试样进入加热腔中进行收缩试验，收缩过程中产生的尺寸及力值变化分别由位移传感器与力值传感器进行实时监测，当力值降低到设定值后，试样出腔，继续监测试样的尺寸及力值变化。收缩率为试验前后试样长度的减小值与试验前试样长度比值的百分数，试样加热过程中产生的力值即为热缩力，试样出腔冷却过程中产生的力值即为冷缩力。
2、试验设备与样品
本文采用的试验设备为Labthink兰光公司自主研制的FST-02薄膜热缩性能测试仪。该设备拥有高精度力值传感器和位移传感器，可精确测定试样的热缩性能参数，收缩力量程为0.2 ~ 30 N，测量精度为±0.2%，并可根据特殊需求定制更宽范围的力值;热缩位移量程为0.125 ~ 70 mm，测量精度为±0.125 mm;加热腔体工作温度范围为室温 ~ 210℃，控温精度±0.5℃;可同时测试1 ~ 3组试样，可测试的试样尺寸为130 mm × 15 mm。该设备满足多项国家和国际标准，如ISO 14616、DIN 53369，可精确定量测定塑料薄膜在热收缩过程中的热缩力、冷缩力以及收缩率等性能。
图1 FST-02薄膜热缩性能测试仪
试验所用样品为双向拉伸聚苯乙烯OPS收缩膜，鉴于其良好的使用性能及环保性，该材料作为一种新型的收缩标签正逐步替代传统的PVC标签。
3、试验过程
3.1 裁样
沿OPS样品横向裁取10条宽为15.0 mm的试样，长度应保证夹具间有100 mm的有效长度。用专用制样器在每条试样表面形成两个圆孔，便于试样的装夹。每2条试样为一组，分别用于测试试样的收缩率与收缩力。
3.2 装样
取任意三组试样，分别装夹到设备的三组夹具上，每组夹具均包括分别配置了力值传感器、位移传感器的两个试样夹具。装夹的试样应完全平直，且力值传感器应不受力。
图2 试样装夹图
3.3 参数设置
设置试验温度、结束温度等试验参数，点击开始试验选项，试验开始。
3.4 测试过程
当设备加热腔内的温度达到试验温度后，试样自动进腔，试验开始计时，试样受热收缩并产生热缩力，当力值下降到最大热缩力的15%~30%时，试样自动出腔，此后产生的力值为冷缩力。设备自动记录并实时显示试样进腔到试验结束过程中的热缩力、冷缩力、收缩率。试验结束后，设备显示每组试样的收缩率、最大热缩力、最大冷缩力。将其余两组试样装夹到设备上进行测试。
4、试验结果
本次试验测试的是OPS收缩膜样品在110℃、120℃下的收缩性能，测试结果见表1。
表1 OPS样品收缩性能测试结果
|
收缩性能 |
收缩率(%) |
最大热缩力(N) |
最大冷缩力(N) |
|||
|
110℃ |
120℃ |
110℃ |
120℃ |
110℃ |
120℃ |
|
|
1 |
31.78 |
35.67 |
2.66 |
2.38 |
3.23 |
3.05 |
|
2 |
30.25 |
35.94 |
2.47 |
2.42 |
3.04 |
3.09 |
|
3 |
31.36 |
36.11 |
2.59 |
2.17 |
3.18 |
3.28 |
|
4 |
30.28 |
35.83 |
2.16 |
2.03 |
2.99 |
3.16 |
|
5 |
29.99 |
35.78 |
2.60 |
2.36 |
3.27 |
3.38 |
|
平均值 |
30.73 |
35.87 |
2.50 |
2.27 |
3.14 |
3.19 |
5、结论
从OPS收缩膜样品在两种温度条件下测得的收缩性能来看，120℃时样品的收缩率略高于110℃，而两种温度下的最大热缩力与最大冷缩力均相差无几，即收缩力随温度的变化不大;所测试的OPS样品的最大冷缩力明显大于最大热缩力，说明该收缩膜在冷却过程中产生的紧致力更大;五组样品测试结果的偏差均较小，重复性好。依据ISO14616原理研发的FST-02薄膜热缩性能测试仪可同时测试收缩膜的收缩率、热缩率与冷缩力，与传统的油浴法、烘箱加热法仅能测试收缩率相比，该方法可以更全面的反映收缩膜的热缩性能，能够更好的应用于收缩膜的研究及质量监控中。
