塑料包装薄膜的力学性能检测方法及标准

崔卫鑫 王克俭

（北京化工大学机电工程学院）

1. 引言

塑料包装薄膜是由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或其他树脂制成，主要用于包装以及作覆膜层。

目前，塑料包装及塑料包装产品在市场上所占的份额越来越大，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，这些产品都给人们生活带来了极大的便利。而力学性能包括拉伸、抗冲击、耐撕裂、剥离强度、热合强度等是保障包装物品在装卸、运输、保管、供应和销售的整个流通过程中顺利进行的最基本性能。因此对其力学性能的检测显得尤为重要。

2. 塑料包装薄膜的力学性能特点

塑料包装薄膜的力学性能主要包括拉伸强度、耐冲击性能、热封强度、耐撕裂性能、剥离强度等。普通包装薄膜的性能主要取决于塑料的品种。常用的包装塑料薄膜有：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、玻璃纸、尼龙、聚酯及聚碳酸酯等。由于各种塑料薄膜的性能不同，因而应根据产品的不同包装要求，合理选择塑料包装薄膜。

聚氯乙烯热薄膜的收缩率强、易处理，坚韧抗冲，抗撕裂性能好。低密度聚乙烯薄膜伸长率大，抗冲击性与耐低温性较优。聚丙烯薄膜由于拉伸分子定向，所以力学强度较高，坚韧耐磨，但是热封性差，一般用做复合薄膜的外层薄膜。玻璃纸的透明性好、硬度高，但撕裂强度差、热封性差。尼龙薄膜较坚韧，具有良好抗撕裂性及较高的拉伸强度，并且还具有较好的耐热性和耐磨性，因此适于包装硬性物品。

聚酯薄膜力学性能优良，硬度及韧性高，耐撕裂、耐高温和低温，因此常用做蒸煮包装的外层材料。表1为常用单一薄膜的力学性能比较。

表1 单一薄膜力学性能比较

3. 力学性能检测

3.1 标准

塑料包装薄膜的力学性能是最重要、最基本的性能之一[1]。包装薄膜在使用前必须对其力学性能进行严格的检测，以防止因力学性能不足而导致包装破损与泄漏。塑料包装薄膜的力学性能测定通常参考国家标准中规定的方法进行，塑料包装薄膜的拉伸性能、剥离性能、冲击性能、热封性能以及撕裂性能的测试标准参见表2。

表2 塑料包装薄膜的力学性能测试标准

3.2 力学性能检测方法

3.2.1 拉伸性能检测

拉伸性能是塑料包装薄膜的重要力学性能，它能够直观反映薄膜的使用性能。该性能通常作为包装材料的出厂检验指标以及产品质量检验指标。

在拉伸性能测试中，一般需要将试样制成哑铃形或长条形，通过万能拉伸试验机的夹具夹持试样两端，以一定速度（如表3所示）进行拉伸，直至载荷达到最大值。对于不同拉伸强度的塑料包装薄膜应选择适当摩擦力的夹持端面，以确保夹持过程中夹持面不会对塑料包装薄膜造成破坏。同时，测试应符合GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄塑和薄片的试验条件》。该标准适合于各种材料制成的塑料薄膜。

表3 推荐实验速度 单位：mm/min

赖桂珍等[2]结合影响拉伸性能测试结果的因素，对测试结果的不确定度做了评析，使检测结果更具可信性。

3.2.2 冲击性能测试

塑料薄膜耐冲击性能是薄膜重要的力学性能之一[3]，其冲击强度值高低直接影响到薄膜承受外界撞击的能力。如果薄膜用于包装食品及药品，还影响到包装物保质期。在测试冲击性能时主要采用抗摆锤冲击法和自由落镖法。

抗摆锤冲击法是将试样放在摆锤冲击试验机（如图1所示）规定的位置上，使具有一定高度的半球冲击薄膜，以薄膜破坏时单位面积所吸收的冲击能量表示冲击强度。在性能测试时，测试的试样需要在温度为23±2℃、湿度为45%-55%的环境中处理至少4小时并且均匀裁取。测试方法应符合GB/T 8809-2015《塑料薄膜抗摆锤冲击试验方法》，并且该标准适合各种塑料薄膜的抗摆锤冲击试验。

图1 摆锤冲击试验机[3]

自由落镖法是将试样放在落镖冲击试验仪指定的位置上，在给定的自由落镖冲击下，测定使塑料薄膜试样破损的冲击质量。对于试验试样的选取应无气泡、折痕及其它明显的缺陷，数量不少于30个。测试中应遵循GB/T 9639.1-2008《塑料薄膜和薄片抗冲击性能试验方法自由落镖法》，该标准适用于塑料薄膜和厚度小于 1 mm的薄片。谢新艺等[4]对测试标准GB/T 9639.1-2008进行了改进，提高了测量结果的准确性，更精确的表征塑料薄膜的抗冲击性能。

3.2.3 抗撕裂性能测试

抗撕裂性能是指通过万能拉伸试验机对标准试样施加拉伸负荷，使试样在直角口处撕裂，测定试样的撕裂力[5]。测试塑料薄膜的撕裂性能一般采用3种方法，分别为裤形撕裂法、直角撕裂法和埃莱门多夫法。

裤型撕裂法是在试样长轴方向上切缝至 1/2处所形成的两“裤腿”上（如图2所示）经受拉伸试验，测试沿长轴方向上撕裂试样所需的平均力。试样中央切口长度为 75±1 mm。试样裁切的边缘应光滑无缺口。对于某些材料耐撕裂性可能随膜面的方向而变化的情况，需要制备两组试样。测试中应遵循 GB/T16578-1996 《塑料薄膜和薄片耐撕裂性能试验方法 裤型撕裂法》，其适用于厚度在1 mm以下的软质薄膜或片材。

图2 裤形撕裂法试样[5]

直角撕裂法是指对标准试样施加拉伸负荷，使试样在直角口处撕裂，测定试样的撕裂力。该法试样（图3所示）的直角口处应无裂缝及伤痕，且试样不少于5个。在受到拉伸试验机的量程限制下应采用叠合试样组进行试验，此时试验组应不少于3组，每组5片。但应注意单片试样和叠合试样组不能比较。此外，叠合试样组并不适用于泡沫片。直角撕裂法应遵循QB/T1130-1991《塑料直角撕裂性能试验方法》，其适用于薄膜、薄片及其他相似的塑料材料。

图3 直角撕裂法试样

埃莱门多夫法是根据摆锤撕裂具有规定切口的试样所消耗的能量来计算试样的耐撕裂性。该法的试样在其长度方向边的切口应至中心点并光滑无刻痕。埃莱门多夫法应遵循GB/T11999 -1989《塑料薄膜和薄片耐撕裂性能试验方法-埃莱门多夫法》，其适用于软塑料薄膜、复合薄膜、薄片，不适用于聚氯乙烯、尼龙等较硬的塑料材料。

陈美珍[6]对塑料薄膜直角撕裂强度测量结果影响较大的因素进行了分析，确定了扩展不确定度，使测量结果更加可信。

3.2.4 剥离强度测试

剥离强度又称为复合强度或复合牢度[7]，主要考察复合膜层与层之间的粘合强度。如果粘合强度过低，由其生产的包装材料则极易在使用过程中产生泄露等问题。所以在选用包装材料前测试复合层的剥离力很重要。

剥离强度主要通过运用万能拉伸试验机试验过程中的拉力值变化和位移变化，来计算出试样的剥离强度性能指标。试样在横、纵方向上裁取试样各5条且表面应光滑无刻痕。测试方法应遵循 GB/T8808-1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》，其适用于各种塑料材料的复合薄膜。

樊轩虎等[8]利用电子万能拉力试验机对双面铝塑复合带剥离强度的影响因素进行了详细分析，发现塑料薄膜的变形对剥离强度的测试结果影响较大。

3.2.5 热合强度测试

塑料包装薄膜常常采用热合的方法将被包装物封装在内[9]。因此，是否达到良好的密封与热封的质量有很大关联。在产品的保存和运输过程中，若热封强度太低，会导致热封处裂开、泄漏等问题。因此我们需要通过试验来确定薄膜适宜的热封合条件，满足生产工艺的需要。

图4 取样位置[9]

热合强度测试是将条形试样的两端夹在万能拉伸试验机两个夹具上，进行拉伸，破坏试样封合部位的最大力值，就是热封的力值，结果以单位长度的试样所用的力值来表示，即热封强度。测试中对于试样的选取，应分别在塑料薄膜包装袋的侧面、背面、底部和顶部，与热合部位成垂直的方向上任取试样（如图4所示）。测试应遵循QB/T2358-1998《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》。该标准适用于各种塑料薄膜包装袋的热合强度测定。

冯利军[10]从微观角度分析了影响热合强度的因素，模拟建立了影响因素与热合强度间的关系式，最终取得最佳的热合条件。

4. 结论

塑料薄膜的力学性能是最基本的性能，也最能直接影响塑料包装的效果。因此，为了满足日益增长的塑料包装需求，必须不断提高加工技术，不断完善性能测试标准，利用新型材料改性使塑料包装薄膜的力学性能更加完善。此外，也可以看出对塑料包装薄膜力学性能的研究分析将会受到越来越多的重视。