摘要：目前，國內(nèi)包裝行業(yè)多數(shù)采用恒溫油浴和烘箱來進(jìn)行薄膜收縮率的檢測，而較少測試收縮力值，對ISO 14616-1997與DIN 53369-1976等、國外的標(biāo)準(zhǔn)也知之甚少。文章介紹了常用的收縮率測試標(biāo)準(zhǔn)，并重點(diǎn)介紹ISO 14616與DIN 53369收縮力值的測試方法；采用ISO 14616的方法通過試驗(yàn)對低密度聚乙烯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五種材料進(jìn)行測試。試驗(yàn)表明，通過該方法不僅可以檢驗(yàn)聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物的收縮性能，也可檢驗(yàn)其他熱收縮膜的收縮性能。
關(guān)鍵詞：收縮膜,熱縮力,冷縮力,收縮率,ISO 14616

　　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[1]。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材料收縮性能進(jìn)行測試。

1 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 采用恒溫油浴測試

　　采用恒溫油浴對收縮性能進(jìn)行測試，具有代表性的國家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 19787-2005《包裝材料 聚烯烴熱收縮薄膜》和GB/T 13519-1992《聚乙烯熱收縮薄膜》。測試方法為采用120±2℃的恒溫油浴將試樣加熱一定的時(shí)間后取出，冷卻后測量材料橫縱向尺寸的變化，以此計(jì)算薄膜收縮率[2,3]。計(jì)算公式如下：

　　式中：S為收縮率（%）；L0為加熱前試樣的長度（mm）；L為加熱后試樣的長度（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，而無法測試收縮力值。

1.2 采用烘箱測試

　　GB/T 10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜》、GB/T 16958-2008《包裝用雙向拉伸聚酯薄膜》和GB/T 15267-94《食品包裝用聚氯乙烯硬片、膜》中規(guī)定利用烘箱對薄膜的收縮率進(jìn)行測試。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，測量試樣橫縱向尺寸的變化，計(jì)算收縮率[4,5,6]，公式與采用恒溫油浴測試的相同。

　　該方法較少用于收縮膜測試，一般用于測試?yán)煨捅∧さ氖湛s率。另外，該方法無法測試收縮力值。

1.3 其他

1.3.1 DIN 53369-1976標(biāo)準(zhǔn)

　　DIN 53369-1976（以下簡稱DIN 53369）《塑料薄膜檢驗(yàn)方法 收縮力的測定》中采用無行程力學(xué)測試裝置測試試樣收縮力，該標(biāo)準(zhǔn)專門用于測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，否則將使測試值變小。該標(biāo)準(zhǔn)可測試塑料薄膜的zui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)方法可檢測試樣的收縮力，但未規(guī)定收縮率的測試方法。

1.3.2 ISO 14616-1997標(biāo)準(zhǔn)

　　ISO 14616-1997（以下簡稱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(yīng)力的測定》規(guī)定了試樣的熱縮力、冷縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮應(yīng)力與收縮率的測試方法[8]。對收縮力的測試采用無行程力學(xué)測試裝置，測試原理與DIN 53369一致。該標(biāo)準(zhǔn)中對冷縮力的定義與DIN 53369不同，指的是試樣從加熱腔中取出后冷卻過程中出現(xiàn)的zui大收縮力。

　　ISO 14616采用位移法測試薄膜的收縮率，即采用高精度位移傳感器，測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試方法的標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗(yàn)

　　目前，我國國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有與ISO 14616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，對此類薄膜收縮性能的測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，ISO 14616主要針對聚乙烯、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性，不能作為評判其他薄膜收縮率特性的標(biāo)準(zhǔn)。

　　本文采用ISO 14616中所述方法，對常見收縮膜收縮力與收縮率進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證該方法對其他常見薄膜熱收縮性能測試的可行性。

2.1 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。

2.2 試驗(yàn)儀器

　　本次試驗(yàn)采用濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀，可用于檢測薄膜的熱縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮力、冷縮應(yīng)力、收縮率等熱縮性能。

2.3 試驗(yàn)方法與結(jié)果

　　測試前先將試樣在標(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)行測試。儀器自動(dòng)檢測試樣的熱縮力、冷縮力、收縮率等性能，并計(jì)算熱縮應(yīng)力與冷縮應(yīng)力。

2.3.1 熱縮力與冷縮力的關(guān)系

　　在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度下，測試試樣的熱縮力、冷縮力與收縮率。根據(jù)ISO 14616要求，在該試驗(yàn)溫度下，zui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 試樣熱縮性能測試結(jié)果（ISO 14616）

Tab.1 Results for shrinkage property(ISO 14616)

　　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ISO 14616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DIN 53369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定——收縮現(xiàn)象的典型動(dòng)力學(xué)實(shí)例（ISO 14616）

　　FST-02薄膜熱縮性能測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試的收縮率結(jié)果等同比較。但采用該方法可有效比對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)。

2.3.2 ISO 14616與DIN 53369冷縮性能測試方法比較

　　在上述標(biāo)準(zhǔn)介紹中提到DIN 53369與ISO 14616所指的冷縮力有所不同，分別為平衡20min后的冷縮力值與zui大的冷縮力值。本次試驗(yàn)選擇60μm的LDPE與PETG，比較zui大冷縮力與20min后的冷縮性能之間的關(guān)系。

表2 ISO14616與DIN 53369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)?，在材料進(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zui大值后，會(huì)有小幅的下降。如按照DIN 53369測試?yán)淇s力，其結(jié)果會(huì)比ISO 14616的冷縮力測試值偏小。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)用場合選擇測試方法，如冷縮力的zui大值對產(chǎn)品包裝有較大影響，則選擇ISO 14616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DIN 53369。

3 結(jié)語

　　ISO 14616雖然是針對聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物材料提出的收縮性能測試方法，但其收縮力測試原理與DIN 53369相同，而且收縮率測試結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有實(shí)用性和參考性。試驗(yàn)表明，對其他常用收縮膜的收縮性能測試也*可以借鑒該方法。并且，通過ISO14616可以測試熱收縮膜在試驗(yàn)溫度下的收縮力與收縮率隨時(shí)間變化的情況，有效指導(dǎo)包裝生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置，控制產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

　　另外需要明確的一點(diǎn)是，由于加熱方式不同，采用恒溫油浴、烘箱測試收縮率與位移法對于收縮率的測試結(jié)果之間不具備可比較性。不同材料間收縮性能的比較需基于同一標(biāo)準(zhǔn)。