基于热封合参数的食品包装袋封口热封合强度测试试验研究

高 雪，张希栋，孙明达

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040)

真空包装的食品在存放过程中，包装袋封口强度的降低容易引起包装袋密封性变差；特别是在流通过程中封口热合强度的降低易使包装袋封口处开裂导致包装袋破损，影响食品的质量和降低包装食品的保质期。因此，有必要研究影响食品包装袋封口热合强度的条件因素，为食品包装提供试验依据[1-3]。在食品真空包装中，在设置的热封合电压、热封合时间参数作用下，包装袋封口处的材料逐渐熔化，在一定的压力作用下融合为一体的过程。热封合时间、热封合电压设置不合理将直接影响包装袋的封口热合强度[4-5]，本文主要通过设计食品包装袋封口热合强度测试试验，研究包装袋热封合封口参数如热封合时间、热封合电压对包装袋封口强度的影响，为合理设置包装袋热封合封口工艺参数提供试验依据。

1 封口热封合强度测试指标

试验主要研究食品包装袋封口热封合工艺参数热封合电压、热封合时间对封口热合强度的影响[6-7]。通过设置热封合电压和热封合时间的数值使包装袋封口处的材料经过电加热后融合，获得封口后的包装袋试样[8-9]；参照标准QB/T2358-98《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》，分别测试不同热封合参数条件下的包装袋封口试样，分析出热封合参数变化对包装袋封口热合强度的影响[10]。在标准QB/T2358-98《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》中，热合强度指标表示为F/15mm，F为试样断裂时的负荷，单位N。对封口试样进行实际拉伸过程中，将出现断裂和撕裂的情况，分别为：

(1)包装袋热封合封口的边缘处断裂。

(2)包装袋试样封口的外侧断裂。

(3)包装袋封口处撕裂。

而标准QB/T2358-98给出的热合强度指标不能完整的体现和衡量试样拉伸过程中将出现的上述3种情况。因此对上述3种情况建立3种拉伸强度指标为：

(1)

(2)

(3)

式中：σhs-1为试样在封口处拉断时测得的强度值；F1为试样在封口处拉断时测得的负荷(单位：N)；σhs-2为试样在封口的外侧拉断时测得的强度值；F2为试样在封口外侧拉断时测得的负荷(单位：N)；σhs-3为试样在封口处撕裂时测得的强度值；F3为试样在封口处撕裂时测得的负荷(单位：N)；b为试样宽度(单位：mm)；t为试样厚度(单位：mm)。

因此，在热封合电压、热封合时间参数条件下选择的包装袋封口热封合强度试验测试指标为集合(σhs-1,σhs-2,σhs-3)中的一个元素。

2 封口热封合强度测试试验方案

2.1 试验操作流程

基于热封合参数的包装袋封口强度测试实验过程主要包括包装袋封口操作、包装袋封口强度检测两部分，具体试验操作流程如图1所示。包装袋封口操作主要应用实验室现有的平板真空包装机，试样采用复合尼龙包装袋。通过设定热封合电压和热封合时间参数对包装袋开口处加热和施加预压力，使复合尼龙包装袋开口处的材料热熔并融合，完成包装袋的封口过程。包装袋封口强度测试实验主要使用实验室现有的拉力试验机。通过对包装袋封口试样进行拉伸操作，测试出试样拉伸直至断裂过程的负荷-拉伸变形曲线，得到试样拉断时的强度值即封口抗拉强度；最后测出不同热封合时间和热封合电压条件下的包装袋封口热封合强度值。

图1 包装袋封口强度测试流程图

2.2 试验参数的设定

(1)封口热封合参数设定

试验用的真空包装机能够提供24、30、36V三种热封合电压，可在0～50 s范围内选择热封合保持时间。在进行封口操作时分别选择不同的热封合电压值，再对每种热封合电压值设置不同的热封合保持时间进行包装袋封口操作，以获得不同的包装袋封口热封合强度。

(2)封口热封合强度测试参数设定

测试包装袋封口热封合强度使用实验室现有的拉力试验机。在拉力试验机的操作软件中编辑出测试试验编号，用于对每次测试的封口热封合强度数据的分类分析。在操作软件中输入试样的宽度和厚度数值，为了保证每个包装袋的取样数量能够达到10个以上和便于计算试样的截面积，取样时的试样宽度为15mm；试样厚度用可变压力厚度计测得的平均值为0.092mm。在操作软件中编辑测试方法，由于试样容易拉断，拉伸速度设定为50±5mm/min。

3 封口热封合强度测试结果与分析

3.1 测试结果

测量出热封合电压为24、30、36V，热封合间为5～50s时试样断裂情况包括封口边缘处断裂、封口的外侧和封口处撕裂，见表1～表3。

表1 热封合电压24V 热封合时间5～50s包装袋试样断裂类型

表2 热封合电压30V 热封合时间5～50s包装袋试样断裂类型

表3热封合电压36V热封合时间5～50s包装袋试样断裂类型

Lab.3 Types of package samples pulling off under heat-sealing voltage 36V and heat-sealing time 5～50s

断裂类型5101520253035404550封口处撕裂√√×××××---封口边缘处断裂××××√√√---封口外侧断裂××√√×××---

在表1～表3中，“√”表示在热封合电压和热封合时间作用下发生的断裂类型，“×”表示在热封合电压和热封合时间作用未发生的断裂类型，“-”表示在热封合电压和热封合时间作用下包装袋样发生烧蚀现象，试样失效。

测量出热封合电压为24V、30V、36V，热封合间为5～50s时试样热封合强度值，如图2～图4所示。

图2 热封合电压24V热封合时间5～50s试样热封合强度

图3 热封合电压30V热封合时间5～50s试样热封合强度

图4 热封合电压36V热封合时间5～50s试样热封合强度

3.2 结果分析

依据表2-表4，分析在不同热封合电压和热封合时间作用下包装袋试样断裂特点如下：

(1)热封合电压为24V，热封合时间为5～15s，包装袋试样在封口处撕裂；热封合时间为20～45s，包装袋试样在封口外侧断裂。

(2)热封合电压为30V，热封合时间为5～10s，包装袋试样在封口处撕裂；热封合时间为15～40s，包装袋试样在封口外侧断裂；热封合时间为45～50s，包装袋试样在封口边缘处断裂。

(3)热封合电压为36V，热封合时间为5～10s，包装袋试样在封口处撕裂；热封合时间为15～20s，包装袋试样在封口外侧断裂；热封合时间为25～35s，包装袋试样在封口边缘处断裂；热封合时间为40～50s，包装袋试样封口处烧蚀，试样失效。

依据图2-图4，分析在不同热封合电压和热封合时间作用下包装袋试样热封合强度变化如下：

(1)热封合电压为24V，热封合时间为20s，包装袋试样封口热封合强度值最大，为32.09N/mm；热封合时间超过20s，热封合强度值呈现下降趋势。

(2)热封合电压为30V，热封合时间为15s，包装袋试样封口热封合强度值最大，为32.01N/mm；热封合时间超过15s，热封合强度值呈现下降趋势。

(3)热封合电压为36V，热封合时间为25s，包装袋试样封口热封合强度值最大，为33.02N/mm；热封合时间超过15s，热封合强度值呈现下降趋势。

4 结 论

分析上述试验结果，改变热封合电压参数和热封合时间参数，食品包装袋试样拉伸时存在封口处撕裂、封口处断裂和封口外侧断裂3种断裂形式。为保证试样在封口外侧断裂情况下能够具有较高的热封合强度值，合理设置热封合电压参数和热封合时间参数包括：

(1)热封合电压参数为24V，热封合时间参数设置为20～25s，

(2)热封合电压参数为30V，热封合时间参数设置为15～20s，

(3)热封合电压参数为36V，热封合时间参数设置为15～20s。

因此通过合理地设定热封合时间参数和热封合电压参数，能够保证食品包装袋试样封口具有较高的热封合强度。

【参 考 文 献】

[1]陈全东.浅谈软包装热封工艺与热封方式[J].塑料包装，2006，16(4)：29-30.

[2]赵漫漫，卢立新.有关PET/AL/PE复合包装薄膜热封工艺参数的研究[J].塑料，2008，37(2)：87-91.

[3]王东升，郭永健，母 军.PET/PE复合材料最佳热封工艺参数研究[J].包装工程，2012，33(19)：72-74.

[4]刘西文，杨中文.PE纳米LDH复合材料热封膜的研究[J].包装工程，2007，28(12)：47-49.

[5]黄川华.聚乙烯薄膜热封性能研究[J].塑料包装，2008，18(4)：46-48.

[6]李 慧，王利强，卢立新.NaAlg/CMC/GLE可食膜封合工艺参数的研究[J].包装与食品机械，2009，27(5)：32-34.

[7]鲁建东，廖玉生.包装用PET镀氧化硅薄膜的热封强度影响因素分析[J].北京印刷学院学报，2012，20(2)：13-15.

[8]盛平厚，韩朝阳，罗 欣，等.可热封共聚酯的结构与热封性能研究[J].纺织科学研究，2009(2)：32-36.

[9]赵漫漫，卢立新.热封温度对PET/Al/PE包装膜热封性能的影响[J].合成树脂及塑料，2008，25(01)：57-59.

[10]杜玉宝，骆光林.浅谈包装材料热封性能的影响因素[J].塑料包装.2007，17(04)：29-31.