摘要：熱收縮薄膜是近年來(lái)被廣泛使用的一種塑料包裝材料，收縮率和收縮力是衡量薄膜收縮性能的兩個(gè)重要指標。本文選擇部分結晶的LDPE、非結晶的OPS和結晶材料PET改性后的PETG三種不同類(lèi)型的熱收縮膜進(jìn)行收縮力試驗，并分析了熱縮溫度與材料的關(guān)系、熱縮力與時(shí)間的關(guān)系及生產(chǎn)工藝對熱縮力的影響，希望能對熱收縮薄膜收縮力的研究起到拋磚引玉的作用。
關(guān)鍵詞：熱收縮膜,熱縮力,冷縮力,結晶度,ISO 14616

　　熱收縮薄膜的收縮原理為高分子的記憶效應，即將薄膜在玻璃化溫度Tg以上、熔點(diǎn)Tm以下的溫度條件下拉伸時(shí)，無(wú)序卷曲的分子鏈段在拉伸方向上取向，進(jìn)行有序排列，此時(shí)再將溫度急速驟降，分子鏈段取向結構與內應力被“冷凍”。當高聚物再次加熱到被拉伸時(shí)的溫度時(shí)，分子鏈段發(fā)生解取向，恢復到無(wú)序卷曲形態(tài)，宏觀(guān)上即表現為熱收縮。

　　大多包材企業(yè)對熱縮性能的研究測試都集中于熱收縮率的測試，卻往往忽視了收縮力的測試。目前，國內也鮮有對薄膜收縮力的研究文獻。實(shí)際上，熱收縮率影響熱縮膜包裝的貼合度，而收縮力的大小則影響包裝的緊實(shí)性。當使用收縮膜緊束物品時(shí)，收縮力越小，對物品的捆扎力越小，物品越容易散落；而收縮力過(guò)大則容易使被包裝物品變形，影響包裝形象。因此，在測試薄膜熱縮性能時(shí)，不應忽略收縮力。

　　筆者根據ISO 14616《塑料 聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物的熱收縮薄膜.收縮應力的測定》，采用濟南蘭光機電技術(shù)有限公司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀對LDPE、PETG和OPS三種熱收縮膜的收縮力進(jìn)行測試，旨在對薄膜收縮力的研究起到拋磚引玉的作用。

1 試驗

1.1 試驗材料選擇

　　收縮性能由高分子材料中的非結晶區貢獻。當結晶度增大時(shí)，高聚物的收縮性能下降，所以結晶度高的高聚物不適宜用來(lái)生產(chǎn)收縮膜。本次試驗選擇三種類(lèi)型的收縮膜，分別是部分結晶的LDPE、非結晶的OPS和結晶材料PET改性后的PETG。其中，PETG取兩種不同改性配方的試樣，分別編號為PETG1和PETG2。

1.2 試驗儀器

　　選擇濟南蘭光機電技術(shù)有限公司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀測試收縮力，該儀器不僅可測量在加熱過(guò)程中出現的zui大熱縮力、熱縮后冷卻至室溫的冷縮力，還可以讀取zui大熱縮力的出現時(shí)間。

1.3試驗與結果

　　選擇平整均勻的試樣，將試樣裁為寬15mm、長(cháng)150mm（收縮方向）的長(cháng)條，平整地裝夾在試樣夾持裝置上。注意不得通過(guò)試樣對力值傳感器施加外力。通過(guò)試驗找到符合ISO 14616要求的溫度，使試樣在加熱時(shí)于15~30S間出現zui大熱縮力，本文將該溫度稱(chēng)為熱縮溫度。

　　利用FST-02對薄膜收縮力的測試中，根據牛頓第三定律，儀器將試樣的收縮力轉換為拉伸力，通過(guò)測試因試樣收縮而帶來(lái)的拉伸力即可測定試樣內部的收縮力。結果如圖1、圖2、圖3和圖4所示。

圖1 LDPE收縮力測試結果

圖2 OPS收縮力測試結果

圖3 PETG1收縮力測試結果

圖4 PETG2收縮力測試結果

　　結果表明，薄膜不僅在熱縮溫度加熱時(shí)收縮，而且在從試驗腔出來(lái)后的降溫過(guò)程中也會(huì )出現收縮。薄膜的收縮力包括熱縮力與冷縮力兩個(gè)階段。

2 分析與討論

2.1 熱縮溫度與材料的關(guān)系

　　熱縮性能與溫度密切相關(guān)，只有達到了拉伸取向的溫度，熱縮膜的收縮性能才能充分表現。根據自由體積理論，無(wú)論是液體還是固體，從微觀(guān)上來(lái)看，高聚合物內部并不是一個(gè)實(shí)體，其體積是由兩部分組成的，一部分體積由分子占據，另一部分體積為分子之間的空隙，稱(chēng)為自由體積或自由空間。自由空間為分子鏈段提供活動(dòng)的空間。

　　對于非結晶型的OPS來(lái)說(shuō)，玻璃化溫度Tg是聚合物分子鏈段開(kāi)始運動(dòng)的溫度。在玻璃化溫度以下時(shí)，自由空間的大小不足以讓分子鏈段自由運動(dòng)，分子鏈保持一定的穩定性。試驗時(shí)，試樣從標準環(huán)境進(jìn)入已加熱至熱縮溫度的試驗腔中，溫度快速升高，分子鏈內積聚的能量越來(lái)越多，當達到玻璃化溫度后，自由空間的體積也開(kāi)始增加，此時(shí)大多數分子鏈段完成解取向，出現zui大熱縮力。

　　對于部分結晶的材料LDPE、PETG來(lái)說(shuō)，雖然收縮性能主要是由非晶區提供的，但由于受到晶格的束縛，非晶區的分子鏈段無(wú)法在玻璃化溫度時(shí)解取向。所以，對于部分結晶的熱收縮膜，必須加熱到熔點(diǎn)附近，待晶格被破壞后，非晶區分子鏈段方可順利解取向。因此，此類(lèi)材料在高于玻璃化溫度的熔點(diǎn)附近才能出現zui大熱縮力。

　　因此，非結晶型熱縮膜的熱縮溫度與玻璃化溫度有關(guān)，而部分結晶的熱縮膜的熱縮溫度則與其熔點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，并且材料的結晶度越大，這種關(guān)聯(lián)性越明顯。

2.2 熱縮力與時(shí)間的關(guān)系

　　達到zui大熱縮力后，理論上分子鏈段應恢復到平衡態(tài)。但在試驗中，因試樣的兩端被夾具固定，阻止了試樣的回縮，相當于對試樣進(jìn)行了拉伸，因此，在取向帶來(lái)的內應力消失的同時(shí)，試樣內也積聚了拉伸應力。在試驗溫度和拉伸應力的作用下，分子結構要達到平衡態(tài)需要一定的松弛時(shí)間。應力松弛是高聚物的普遍特性，具有時(shí)溫等效性，即對于同一個(gè)松弛過(guò)程，既可以在低溫下較長(cháng)時(shí)間觀(guān)察到，也可以在高溫下較短時(shí)間內觀(guān)察出來(lái)。升高溫度或延長(cháng)觀(guān)察時(shí)間對于聚合物的分子運動(dòng)是等效的，對于觀(guān)察同一個(gè)松弛過(guò)程也是等效的。因此，在加熱時(shí)，試樣的松弛過(guò)程縮短。

　　試樣的應力松弛是一個(gè)試樣分子結構內部運動(dòng)以達到平衡態(tài)的一個(gè)過(guò)程，在松弛過(guò)程中，試樣的拉伸應力減弱，熱縮力減小。因此，試驗中熱縮力達到zui大值后，試樣開(kāi)始明顯表現出應力松弛，隨著(zhù)時(shí)間的推移，力值逐漸減小，曲線(xiàn)呈現拋物線(xiàn)特征。

2.3 生產(chǎn)工藝對熱縮力的影響

　　試驗中選擇兩種改性配方的PETG測試熱縮性能。從結果中可以看出，改性配方的不同對PETG的熱縮性能影響明顯，甚至影響到了熱縮力與冷縮力的大小關(guān)系，詳見(jiàn)圖3、圖4。在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝及配方直接影響高聚物分子結構，比如交聯(lián)點(diǎn)密度增加，會(huì )使高聚物的自由體積減小，使玻璃化溫度上升；增塑劑的使用則會(huì )降低分子鏈的柔性，使玻璃化溫度降低；通過(guò)引入柔性鏈段和不對稱(chēng)結構，可改變高聚物的結晶性能，進(jìn)而影響薄膜的收縮力與收縮率。

3 結論

　　1）薄膜熱縮性能包括收縮力與收縮率兩個(gè)方面，其中，收縮力中的熱縮力與冷縮力是不同的，不可一概而論。目前，熱收縮膜的收縮力主要采取定性的方法來(lái)評判優(yōu)劣，說(shuō)服力較差。今后，應發(fā)展定量測定收縮力的方式，并進(jìn)一步研究其收縮機理，特別是冷縮力的研究，以指導生產(chǎn)實(shí)際。

　　2）在熱縮溫度下，熱縮力值隨時(shí)間的變化為拋物線(xiàn)，試樣在分子鏈段解取向后，熱縮力達到zui大值。從加熱腔出來(lái)，溫度降低，試樣冷縮，出現冷縮力峰值，冷縮力與熱縮力的大小關(guān)系是因材料而異的，并且改性分子的加入也會(huì )影響熱縮力與冷縮力之間的大小關(guān)系。

　　3）非結晶型材料的熱縮溫度與玻璃化溫度有關(guān)，部分結晶型材料的熱縮溫度與熔點(diǎn)密切相關(guān)，遠大于玻璃化溫度，而若要使用結晶型高聚物生產(chǎn)收縮膜，則需對高聚物進(jìn)行改性，降低其結晶度。材料生產(chǎn)工藝對熱縮性能有直接影響。輔助劑的加入及工藝的不同會(huì )對材料的結晶度或者玻璃化溫度產(chǎn)生影響，并且，儀器的加熱方式與設備硬件特性會(huì )影響到試驗溫度，因此，熱縮溫度并不能直接與高聚物的玻璃化溫度或者熔點(diǎn)直接劃等號。