汪洋 汪學(xué)文

（黃山永新股份有限公司，安徽 245061）

1. 緒論

1.1 包裝發(fā)展趨勢及帶嘴軟包裝袋產(chǎn)品的應(yīng)用

隨著軟包裝技術(shù)的不斷成熟與持續(xù)革新，軟包裝在食品、醫(yī)療、日化等眾多產(chǎn)品包裝舞臺上發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。在日化用品包裝領(lǐng)域，軟包裝最初只是作為塑料容器等硬包裝的補(bǔ)充裝或者一次性包裝的主要方式，由于前些年隨著國際油價的一路走高而帶來的日化原材料價格的上漲，很多日化企業(yè)為了建立和實現(xiàn)自己的差異化銷售以及出于包裝物環(huán)保、降低成本等多重考慮，軟包裝在日化產(chǎn)品包裝上的應(yīng)用越來越廣泛，帶嘴軟包裝自立袋即是一個典型實例。帶嘴軟包裝袋是指通過熱封的方式在軟包裝袋上安裝一個帶旋帽的高密度聚乙烯硬嘴。使軟包裝袋具有了瓶包裝可方便開啟并重復(fù)封閉的功能?，F(xiàn)有各種材料的復(fù)合膜袋均可通過加裝硬嘴后成為帶嘴袋[2,3]。近年來，越來越多的客戶和包裝廠家會選擇在自立袋上加裝硬嘴，使這種軟包裝與瓶包裝功能、形態(tài)更為接近，方便消費(fèi)者使用。帶嘴軟包裝袋按嘴安裝位置分類可分為直立安裝式帶嘴袋和斜口安裝式帶嘴袋兩種。食品用帶嘴袋產(chǎn)品多采用的是直立式裝嘴，日化用帶嘴袋產(chǎn)品多采用斜口式裝嘴，如圖1、2 照片所示。

圖1 直立式帶嘴軟包裝袋

圖2 斜口式帶嘴軟包裝袋

帶嘴包裝袋除了具有瓶、桶包裝可方便開啟并多次密封的優(yōu)點(diǎn)外，還具有包裝材料消耗少，印刷精美，包裝物倉儲、運(yùn)輸成本低，垃圾處理量小等優(yōu)勢，被譽(yù)為環(huán)保型包裝。據(jù)統(tǒng)計，與同容量的瓶、桶相比，帶嘴包裝袋的原材料消耗可降低30%以上，包裝物倉儲運(yùn)輸成本下降60%以上，垃圾處理量下降50%以上。因此，帶嘴軟包裝的應(yīng)用正越來越廣泛。

1.2 帶嘴軟包袋產(chǎn)品生產(chǎn)工藝

帶嘴軟包袋的生產(chǎn)工藝流程主要由原材料檢驗、印刷、復(fù)合、制袋、焊嘴、成品檢驗工序組成。相比于普通的軟包裝袋，增加了焊嘴工序，其詳細(xì)工藝流程如圖3。

圖3 帶嘴軟包裝袋生產(chǎn)工藝流程圖

1.2.1 熱封的物理模型

熱封是包裝過程中最重要的步驟之一。熱封步驟對包裝袋完整性以及包裝性能非常關(guān)鍵。熱封表現(xiàn)對優(yōu)化高速成型-灌裝-封口一體化包裝線的產(chǎn)量也十分重要。在本課題中，我們對熱封過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述，著重介紹影響熱封性能的各因素。

通常的熱封模型是將兩片半結(jié)晶聚烯烴薄膜放在一起，并在一定壓力下表面緊密的接觸。由熱封棒或熱阻線提供熱量使膜與膜的交界表面熔融，熔融的兩個表面“變濕”糾纏在一起的分子，最后冷卻使交界界面重新結(jié)晶。一般來說，界面處大量糾纏在一起的分子使交界面表現(xiàn)為類似于單層結(jié)構(gòu)（簡單的變厚）。上述整個過程的時間小于一秒，但是它卻受熱封溫度、時間和壓力等因素的影響，如圖4 所示。

圖4 考慮分子運(yùn)動的熱封過程示意圖

該熱封原理應(yīng)用于所有聚烯烴材料。薄膜結(jié)構(gòu)可以以多種方式得到，如吹膜、流延、擠出涂覆或者復(fù)合。

1.2.2 手動焊嘴工藝

傳統(tǒng)手動裝嘴設(shè)備簡單，一般只有一次熱封，如圖5。這種設(shè)備及工藝需要操作人員將導(dǎo)嘴插入袋子開口中并手動熱封。生產(chǎn)效率較低，且產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，近年來已逐漸被先進(jìn)的自動包裝設(shè)備所替代。

圖5 手動焊嘴設(shè)備工藝圖

1.2.3 自動焊嘴工藝

隨著軟包裝技術(shù)不斷發(fā)展與革新，包裝生產(chǎn)設(shè)備也隨之自動化程度越高，可以極大提高勞動生產(chǎn)率和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。自動裝嘴設(shè)備[4,5]一般由導(dǎo)嘴預(yù)熱、兩道以上加熱以及一次冷卻這些工位組成，袋子定位、插導(dǎo)嘴、熱封等過程全自動控制，只需輸入工藝參數(shù)。如圖6。

圖6 自動焊嘴設(shè)備工藝圖

雖然自動焊嘴設(shè)備自動化程度高，但如果工藝參數(shù)論證不充分，帶來的損失也更大。因此更需要研究論證熱封影響因素，制定科學(xué)的工藝中心線。

1.3 論文選題依據(jù)、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

1.3.1 選題依據(jù)

軟包裝最新發(fā)展趨勢或許會對國內(nèi)包裝可持續(xù)發(fā)展帶來新的思考形式。易開啟可再封選擇越來越普及，開啟處理及封蓋等比起以前應(yīng)用得更加廣泛，這些應(yīng)用包括特別的線性撕裂、可以重復(fù)開啟的可再封拉鏈以及帶嘴的液體袋等。相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備也進(jìn)步了許多，提高了灌裝和封口時在線添加以上這些易開啟可再封應(yīng)用的能力，并且最小化了停機(jī)問題。

正因為設(shè)備自動化程度高帶來的勞動生產(chǎn)率極大提高，如果發(fā)生質(zhì)量問題，所造成的影響和浪費(fèi)也更加嚴(yán)重，因此需要科學(xué)研究焊嘴熱封性能的各影響因素，在充分試驗論證的基礎(chǔ)上制定合理的工藝中心線，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3.2 研究內(nèi)容

本文研究的主要內(nèi)容集中在：

（1）正交試驗設(shè)計論證熱封溫度、時間、壓力等因素對熱封性能的影響規(guī)律；

（2）以熱封強(qiáng)度測試、電子顯微鏡分析熱封界面處的微觀結(jié)構(gòu)變化；

（3）參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和客戶產(chǎn)品要求，以負(fù)壓、正壓和跌落等測試方法評估包裝抗漏液性能。

1.3.3 創(chuàng)新點(diǎn)

本文研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）結(jié)合熱封的物理模型，用正交試驗設(shè)計方法充分論證各因素對自動焊嘴工藝熱封性能的影響；

（2）采用電子顯微分析熱封界面微觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀物理機(jī)械性能的聯(lián)系規(guī)律，以多種測試手段評估論證包裝性能。

2. 實驗設(shè)計及測試方法

2.1 實驗方案設(shè)計

本課題研究工作主要有兩部分內(nèi)容：

（1）自立袋加嘴熱封工藝及工藝條件影響分析

以PET 作為外層印刷材料，BOPA 為中間層，PE 吹膜為熱封層。PET 凹版里印后干式復(fù)合工藝制備復(fù)合膜，然后將復(fù)合膜通過三邊封制袋機(jī)制成夾底自立袋，最后通過加嘴熱封設(shè)備將自立袋與導(dǎo)流嘴進(jìn)行熱封。利用正交實驗，分析嘴部熱封工藝的熱封溫度、熱封壓力、熱封時間等因素對嘴部熱封強(qiáng)度和密封性的影響，確定最佳工藝參數(shù)。

（2）加嘴熱封狀態(tài)結(jié)構(gòu)表征及性能測試

通過電子顯微鏡對嘴部復(fù)合膜層的熱封結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并用電子拉力機(jī)和耐壓儀等儀器分別對自立袋的熱封強(qiáng)度和密封性能進(jìn)行檢測，以確定最合適的加嘴熱封工藝。

2.2 塑料復(fù)合膜自立袋加嘴熱封結(jié)構(gòu)表征及性能測試

2.2.1 自立袋加嘴熱封結(jié)構(gòu)表征

由于復(fù)合膜厚度相對較薄，熱封層只有170 μ m，物理機(jī)械性能測試不能從微觀層面分析熱封強(qiáng)度大小的根本原因。

本課題使用美國徠卡DM2500 型電子顯微鏡觀察分析自立袋嘴部熱封后內(nèi)層熱封層與導(dǎo)流嘴的結(jié)合狀態(tài)，分析判斷最合適的熱封狀態(tài)，從而確定最佳的熱封模具設(shè)計和熱封工藝。

2.2.2 加嘴自立袋的性能測試

2.2.2.1 力學(xué)性能測試

（1）熱封強(qiáng)度：用日本島津AGS-1KNX 型臺式拉力機(jī)對自立袋導(dǎo)嘴熱封部位進(jìn)行熱封強(qiáng)度檢測；

（2）抗跌落性能：用東莞昆侖KL-DL-200A型跌落測試機(jī)測試帶嘴袋的抗跌落性能，以評估產(chǎn)品質(zhì)量能滿足運(yùn)輸要求。

2.2.2.2 密封性能測試

（1）密封性能：用濟(jì)南藍(lán)光負(fù)壓儀對帶嘴袋氣密性進(jìn)行檢測；（2）耐壓性能：用自制的耐壓設(shè)備對帶嘴袋灌裝后的耐壓性能進(jìn)行檢測，確保產(chǎn)品質(zhì)量能滿足客戶存儲運(yùn)輸要求。

因素 預(yù)熱溫度（℃） 加熱1 溫度（℃） 加熱2 溫度（℃） 時間（ms） 壓力（MPa）水平 A1 A2 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3參數(shù) 180 170 160 180 170 160 170 160 150 300 250 200 0.30 0.25 0.20

3. 帶嘴自立袋的焊嘴熱封工藝與表征

3.1 正交實驗設(shè)計

考慮到加嘴熱封時的導(dǎo)嘴預(yù)熱溫度、加熱1溫度、加熱2 溫度、熱封壓力、熱封時間這五個因素對薄膜導(dǎo)嘴的封合強(qiáng)度和密封性影響，為了比較各因子的影響大小，從而選出各因子的一個水平來組合成最優(yōu)制備條件，設(shè)計了正交實驗方案，見表1。

表1 正交實驗設(shè)計表（1）

試驗成功標(biāo)準(zhǔn)為符合表2 要求的測試項目及檢測量。其中任何一項若不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗即不通過。

表2 正交實驗檢測項目及抽樣量表

3.2 自立袋加嘴自動熱封生產(chǎn)工藝

加嘴自立袋制備過程如圖7 所示：半成品袋經(jīng)過自動裝嘴設(shè)備定位輸送至熱封工位，同時震動盤將塑料導(dǎo)嘴輸送至裝嘴轉(zhuǎn)盤，導(dǎo)嘴經(jīng)過預(yù)熱后插入半成品袋熱封部位，然后經(jīng)過第一道熱封、第二道熱封和冷卻定型，最后通過皮帶輸出，即制得加嘴自立袋。

圖7 自動熱封工藝制備加嘴自立袋的實驗工藝流程圖

根據(jù)圖7 工藝流程，制備出18 組樣品，根據(jù)表2 檢測各組樣品性能。

3.3 自立袋加嘴熱封性能表征

結(jié)合各組試驗的工藝穩(wěn)定性和加嘴后的外觀狀態(tài)，記錄各組試驗情況，如表3。從表中可得出如下結(jié)論：

表3 正交實驗記錄表

1）預(yù)熱壓力≤0.20MPa 時，預(yù)熱不能正常工作；

2）加熱1 溫度≤180℃時，嘴歪嚴(yán)重，不能滿足產(chǎn)品外觀要求；

3）熱封強(qiáng)度不合格。

3.3.1 熱封強(qiáng)度分析

將表中有效組樣品進(jìn)行熱封強(qiáng)度檢測。裁取加嘴處寬度40 mm，用拉力機(jī)測試強(qiáng)度數(shù)據(jù)，如圖8。

圖8 加嘴熱封強(qiáng)度檢測方法示意圖

熱封強(qiáng)度（N/40mm）試驗A1試驗A2試驗A4試驗A6試驗A8試驗A10試驗A12試驗A13試驗A14試驗A17試驗A18 108 50 87 32 20 25 43 32 35 36 45

從18 組試驗中選擇熱封強(qiáng)度最高的試驗1樣品進(jìn)行耐壓測試，測試結(jié)果漏液。

試驗改進(jìn)方案：

1）驗證加嘴預(yù)熱溫度與熱封強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而固定加嘴熱封溫度；

2）設(shè)計新的加嘴熱封模具，以增加袋面和導(dǎo)嘴間的熱封壓力，改善熱封強(qiáng)度。本文將在下節(jié)詳細(xì)論述加嘴熱封模具的影響。

因素 預(yù)熱溫度（℃） 加熱1 溫度（℃） 加熱2 溫度（℃） 時間（ms） 壓力（Mpa）水平 A1 A2 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3參數(shù) 240 200 160 220 200 180 200 180 160 300 250 350 0.30 0.25 0.20

熱封強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)如下（N/40mm），強(qiáng)度從高到低排列

圖9 加嘴熱封處漏液照片

試驗得出加嘴預(yù)熱溫度與加嘴熱封強(qiáng)度之間的規(guī)律，如圖15。由于對加嘴熱封模具（加熱1、加熱2 和冷卻）進(jìn)行了新的設(shè)計，因此需要在之前的正交設(shè)計方案基礎(chǔ)上修訂為實驗設(shè)計表（2），見表4。

表4 正交實驗設(shè)計表（2）

3.3.2 電子顯微鏡分析

選取熱封強(qiáng)度較高的7 個樣品B11/B1/B10/B12/B4/B9/B7 和熱封強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)邊緣的樣品B18進(jìn)行切片分析，主要方法是將加嘴熱封部位的橫截面切開，將該橫截面處薄膜加在顯微鏡下觀察，如圖10 所示。

圖10 加嘴熱封部位切片示意照片

將樣品放大400 倍后，樣品橫截面狀態(tài)如圖11 所示。圖11 顯示在導(dǎo)嘴加強(qiáng)筋（黃色）上的內(nèi)層PE（黑色）厚度隨熱封工藝不同而不同。對比各組樣品，熱封強(qiáng)度合格的樣品，其PE 厚度在40～100μ m 范圍內(nèi)，而強(qiáng)度不合格的樣品其PE 厚度只有25μ m，表明熱封強(qiáng)度值與熱封時實際受到的壓力在一定范圍內(nèi)成反比。

圖11 部分樣品加嘴熱封部位切片顯微鏡照片

3.3.3 漏液性能檢測

將所有樣品進(jìn)行密封性能檢測[6]，包括負(fù)壓、正壓、跌落這三項測試內(nèi)容，如圖3.6 所示。

1）負(fù)壓測試：將樣袋充滿空氣后放入負(fù)壓儀中，條件設(shè)定為-60kpa 的壓力下3min，觀察是否有氣泡冒出，若有則表明熱封不嚴(yán)，產(chǎn)品不合格。

2）正壓測試：將樣袋裝滿所需量的水在125 kg 的壓力下5min，觀察嘴部熱封邊緣是否有滲漏。

3）跌落測試：將樣袋裝滿所需量的水，從1米高度跌落5 次（2 次底部，1 次正面，1 次背面，1 次夾嘴處），觀察樣袋跌落后是否造成熱封處破裂而漏液。

圖12 自立袋漏液性能測試照片

測試結(jié)果：所有熱封強(qiáng)度值達(dá)標(biāo)的樣品組均通過以上3 項測試，而熱封強(qiáng)度值低的試驗B3出現(xiàn)正壓漏液缺陷，試驗B8 和B16 出現(xiàn)跌落漏液缺陷。這說明高的嘴部熱封強(qiáng)度是保障帶嘴袋不漏液的必要條件。

3.4 熱封性能分析

通常的熱封模型是將兩片半結(jié)晶聚烯烴薄膜放在一起，并表面緊密地接觸，如圖13 所示。一般由熱封燙條提供熱量使膜與膜的交界表面熔融，熔融的兩個表面變?yōu)轲ち鲬B(tài)（“變濕”），分子的布朗運(yùn)動和鏈段的擺動而產(chǎn)生了相互的擴(kuò)散成相互糾纏在一起的分子，最后冷卻使交界面重新結(jié)晶。一般來說，界面處大量分子糾纏在一起使交界面表現(xiàn)為類似于單層結(jié)構(gòu)（簡單地變厚）。上述整個過程的時間小于一秒，但是它卻受溫度、時間和壓力等因素的影響[7-10]。研究這些因素對袋子性能影響的規(guī)律，從而優(yōu)選出最佳生產(chǎn)工藝。

圖13 考慮分子運(yùn)動的熱封過程示意圖

上述物理模型可應(yīng)用于絕大多種的聚合物，包括線性聚乙烯和高密度聚乙烯。薄膜結(jié)構(gòu)可以以多種工藝制得，如吹膜、流延、擠出涂覆或者復(fù)合。

3.4.1 熱封失效模式

熱封失效一般有三種模式：①剝離；②撕裂（薄膜自身破裂）；③復(fù)合膜與導(dǎo)嘴之間的分離。熱封失效可以迅速的指出結(jié)構(gòu)中的“連接弱點(diǎn)”，如圖14。

圖14 熱封測試中的失效模式

剝離通常是由于熱封過程中界面熔融擴(kuò)散不充分導(dǎo)致。這可能是由于加熱不充分（設(shè)置溫度過低或控制問題），或者熱封前內(nèi)層膜表面的交聯(lián)（由于膜的表面處理或擠出過程中的氧化等）。

撕裂是最常見的熱封失效現(xiàn)象。熱封中薄膜的破裂表示最大熱封強(qiáng)度。它由薄膜自身的拉伸強(qiáng)度來定義，通常當(dāng)薄膜屈服變形時即被認(rèn)為失效。

3.4.2 熱封溫度預(yù)測

乙烯聚合物及共聚物系列能夠提供預(yù)測非常準(zhǔn)確的熱封溫度。一般來說，熱起封溫度或最低熱封溫度對應(yīng)77%的聚合物成為無定形、非結(jié)晶或熔融狀態(tài)時的溫度。更重要的是預(yù)測熱封平臺起始溫度。熱起封溫度或最低熱封溫度表示熱封開始發(fā)生時的溫度，該溫度下一般熱封強(qiáng)度低且熱封區(qū)域容易剝離。隨著熱封溫度升高，熱封強(qiáng)度穩(wěn)定在一定數(shù)值，一些文獻(xiàn)將達(dá)到熱封強(qiáng)度平臺時的溫度稱為熱起封溫度[11,12]。盡管這不是技術(shù)上的最低熱封溫度，但是這是達(dá)到預(yù)期的熱封性能的實際最低溫度。通常在包裝工業(yè)中將熱封燙條的溫度較該溫度調(diào)高5 到10℃以適應(yīng)控制波動。圖15 便是自立袋和導(dǎo)嘴各自的熱封曲線，這也是本課題設(shè)計熱封溫度參數(shù)的依據(jù)之一。

圖15 熱封曲線

包裝工業(yè)一般認(rèn)為熱封“撕裂失效”是在理想或密封狀態(tài)的失效行為。該失效情況認(rèn)為兩個熱封層完全的熔融或者充分相互擴(kuò)散以形成一個完整的單層，此時“連接弱點(diǎn)”變?yōu)楸∧け旧淼那?qiáng)度。根據(jù)3.3 節(jié)的熱封強(qiáng)度測試和電子顯微鏡切片分析，說明了熱封后內(nèi)層PE 膜厚度在一定范圍內(nèi)，其此時狀態(tài)的屈服強(qiáng)度才更高，熱封強(qiáng)度也就越高。

3.4.3 熱封時間分析

有研究者利用[13]有限元分析法準(zhǔn)確的預(yù)測熱封表現(xiàn)。為了測試該模型，在兩個熱封薄膜（聚乙烯）的交界處放置微型熱電偶，被測量的界面溫度是時間的函數(shù)，利用電熱板或熱封棒提供熱封能量。實驗所得數(shù)據(jù)與利用密度、比熱、熱導(dǎo)、線性膨脹系數(shù)、彈性模量以及熱傳導(dǎo)系數(shù)等參數(shù)理論模擬所得溫度進(jìn)行比較，如圖16。

圖16 界面溫度與熱封時間關(guān)系的有限元分析

實際上，數(shù)學(xué)模型預(yù)測的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)十分符合。曲線中明顯的小振蕩是高于熔融溫度以后薄膜的熔化潛熱以及薄膜的體積厚度所致。數(shù)據(jù)顯示對于典型的薄膜（50μ m 或者更薄），界面處熱封棒0.5 秒的停留時間已足夠使溫度達(dá)到設(shè)定溫度的95%。

3.4.4 熱封壓力的重要性

熱封的另一個變量是熱封時的壓力。與熱封溫度和時間這兩個關(guān)鍵因素相比，壓力對理想熱封的影響略小。有研究表明僅需要5psi 的壓力即可使熱封表面充分熔融。在工業(yè)生產(chǎn)中壓力的范圍一般是從25 到75psi。

另一方面，隨著熱封壓力的增加，熱封層中的聚合物被“擠出”的趨勢增加，從而導(dǎo)致厚度變?。ㄒ虼俗?yōu)閺?qiáng)度的弱點(diǎn)）。熱阻絲加熱的熱封模具尤為容易產(chǎn)生該種問題。該分析與3.3.2 中觀察發(fā)現(xiàn)的規(guī)律一致。

3.4.5 影響熱封的其他因素

（1）添加劑的影響

一般來說，添加劑對熱封的影響較小，尤其是滑爽劑和開口劑?；瑒ㄈ缃嫠狨０?，油酸酰胺，硬脂酰胺等）具有很低的熔點(diǎn)，容易從熱封區(qū)域流出，從而不會阻止熱封層高聚物分子的相互擴(kuò)散。同樣的，對于開口劑，除了可能減小薄膜的整體屈服強(qiáng)度以外，它對熱封性能的影響也非常小。

（2）電暈處理[14]

在熱封表面通常不進(jìn)行電暈處理。乙烯聚合物偶然的背面處理也不利于熱封。這些處理過程會導(dǎo)致表面的交聯(lián)，形成糾纏在一起的高分子量的分子從而限制擴(kuò)散。經(jīng)驗表明，即使很低程度的電暈處理也會導(dǎo)致熱封以剝離形式失效。經(jīng)過交聯(lián)處理的薄膜（如利用輻射以增加強(qiáng)度）對熱封也有類似的影響。如果熱封表面經(jīng)過交聯(lián)處理，熱封性能將會變差。

（3）生產(chǎn)過程中油墨和其它產(chǎn)品的影響

在某些情況下，不恰當(dāng)?shù)挠湍湍z黏劑成分會對熱封造成困難。這種現(xiàn)象被叫做“假封”，當(dāng)含有油墨或膠粘劑的成分轉(zhuǎn)移到表面時，會影響聚合物分子的擴(kuò)散，從而發(fā)生“假封”。

總而言之，熱封即對需要密封的表面加熱，從而使熔融的聚合物相互擴(kuò)散并重結(jié)晶的過程。該過程可以通過薄膜的應(yīng)力和熱封材料的熔融特征進(jìn)行預(yù)測。熱封溫度比熱封材料的最終熔點(diǎn)稍高，熱封強(qiáng)度即薄膜的屈服應(yīng)力。

3.5 結(jié)果與討論

根據(jù)以上試驗測試分析，得出工藝中心線，如下表：

預(yù)熱℃ 加熱1 ℃ 加熱2 ℃ 時間 ms 壓力MPa 240 200±10 200±10 350 0.25±0.05

將該工藝條件下制得我司樣品記為SC，為了客觀的評價該工藝條件生產(chǎn)的帶嘴袋性能，尤其是加嘴熱封處的性能，選用一種同類產(chǎn)品——日本Fuji 公司生產(chǎn)的帶嘴袋作為對比，記為SJ，進(jìn)行表征分析。

3.5.1 加嘴熱封強(qiáng)度測試及表征

對兩組樣品進(jìn)行熱封強(qiáng)度測試，再對兩組樣品做切片分析，觀察熱封界面處的狀態(tài)，兩組樣品測試數(shù)據(jù)如表5。

表5 不同方法制備的溶膠的晶粒尺寸比較

試驗數(shù)據(jù)表明我司生產(chǎn)的樣品較日本同類產(chǎn)品加嘴熱封性能較高。

圖17 電子顯微鏡照片顯示日本樣品熱封后PE 層以及被嚴(yán)重“擠出”，此狀態(tài)在外力作用下發(fā)生熱封失效的概率相對較高。

圖17 不同樣品的電子顯微鏡切片照片

3.5.2 包裝性能測試

對兩組樣品在相同條件下進(jìn)行負(fù)壓、正壓和跌落性能測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日本樣品在跌落測試中出現(xiàn)加嘴處熱封失效。對該失效樣品做切片分析，從圖18 可看出，該樣品導(dǎo)嘴和薄膜熱封界面處熱封PE 幾乎被完全擠出，導(dǎo)致熱封強(qiáng)度非常低，跌落時在外力的作用下發(fā)生熱封斷裂。我司生產(chǎn)工藝條件制備的樣品無缺陷發(fā)生。

圖18 包裝性能測試

4. 結(jié)論

傳統(tǒng)復(fù)合膜袋手動加嘴工藝，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。針對以上缺點(diǎn)，以PET/BOPA/PE 材質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜和HDPE 材質(zhì)導(dǎo)嘴作為制袋材料，采用自動加嘴設(shè)備和工藝生產(chǎn)加嘴自立袋，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。使用熱封強(qiáng)度拉力測試、電子顯微鏡切片分析、耐壓和跌落等檢測手段對加嘴自立袋進(jìn)行力學(xué)結(jié)構(gòu)和性能表征；參照相關(guān)的客戶產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，對自立袋的包裝性能進(jìn)行了檢測。得出以下主要結(jié)論：

（1）性能測試結(jié)果表明，自動加嘴工藝主要由熱封溫度、熱封時間及熱封壓力這三要素組成，工藝中心線的制定必須充分試驗論證上述因素的影響規(guī)律。

（2）生產(chǎn)復(fù)合膜加嘴自立袋的最佳工藝條件：加嘴預(yù)熱240℃，熱封溫度200℃，熱封時間350ms，熱封壓力0.25MPa。該實驗條件下生產(chǎn)的加嘴自立袋熱封強(qiáng)度最高，抗壓和抗跌落性能最好。