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關(guān)于復(fù)合薄膜的熱合曲線
在目前的復(fù)合軟包裝材料領(lǐng)域，作為熱封性材料的基本構(gòu)成是聚乙烯、聚丙烯類的可熱封的材料，在此基礎(chǔ)上，陸續(xù)出現(xiàn)了很多種改性材料，改性的方法有共混、共聚（無(wú)規(guī)共聚、嵌段共聚）、改變聚合工藝（如茂金屬催化劑的應(yīng)用）、改變薄膜加工方法（如多層共擠）等等。
經(jīng)過(guò)多種改性方法的處理之后，熱封層薄膜的各項(xiàng)指標(biāo)都發(fā)生了很明顯的變化，例如起封溫度的可調(diào)整范圍加大了，熱封強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、熱粘性、柔軟性、阻隔性能、透明度等項(xiàng)指標(biāo)均可在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行控制性調(diào)整。
但是，萬(wàn)變不離其宗，熱封溫度、熱封強(qiáng)度仍是人們選用熱封性材料時(shí)首先要考慮的指標(biāo)，因此，材料的熱封性能也就是熱封曲線仍是必須關(guān)注的最基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。
熱合曲線
所謂熱合曲線就是如下圖所示的曲線圖。
該曲線圖的橫軸是熱合溫度/℃,縱軸是熱合強(qiáng)度/(N/15mm)。
它表示了所選用的熱封性材料或復(fù)合薄膜在一定熱封溫度區(qū)間內(nèi)（在某一固定的熱合壓力和熱合時(shí)間的條件下）的熱合強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。
同一企業(yè)生產(chǎn)的同一類別但不同批次的復(fù)合薄膜的熱合曲線有可能是相同，也有可能是不同的。
不同的企業(yè)所生產(chǎn)的同一類別的復(fù)合薄膜的熱合曲線很有可能是不同的！
熱合加工（制袋加工或自動(dòng)包裝）過(guò)程中最基本的工藝條件是熱合溫度、熱合壓力和熱合時(shí)間。三個(gè)工藝條件的綜合作用結(jié)果是熱合強(qiáng)度（N/15mm，有些企業(yè)的衡量指標(biāo)是克/15mm或N/25mm）。
在上述熱封曲線中，顯示的是熱封溫度與熱合強(qiáng)度間的關(guān)系曲線，其中隱含了已被固定了的熱合壓力和熱合時(shí)間兩個(gè)參數(shù)。
根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，在測(cè)定某材料的熱合曲線時(shí)，在固定熱合壓力參數(shù)的條件下，如果延長(zhǎng)熱合時(shí)間，則上面的曲線將整體向左移動(dòng)；如縮短熱合時(shí)間，則上面的曲線將整體向右移動(dòng)。在固定熱合時(shí)間的條件下，如果提高熱合壓力，則上面的曲線將整體向左移動(dòng)；如降低熱合壓力，則上面的曲線將整體向右移動(dòng)。
熱合參數(shù)與熱合強(qiáng)度的關(guān)系
關(guān)于熱封參數(shù)與熱合強(qiáng)度之間的關(guān)系，孫智慧等人曾在2005年發(fā)表過(guò)《包裝塑料薄膜熱封參數(shù)及強(qiáng)度的研究》一文（孫智慧、段青山、李萌萌，哈爾濱商業(yè)大學(xué)。2005年全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工、食品和包裝工程學(xué)術(shù)研討會(huì)文集；百度文庫(kù)，wenku.baidu.com/view/614ec84c2b160b4e767fcf16），其研究的結(jié)論如下：
1. 熱封時(shí)間短、熱封溫度較低時(shí)，熱封溫度與熱封時(shí)間對(duì)熱封強(qiáng)度的影響顯著，否則，影響不明顯。
2. 熱封時(shí)間短時(shí)，熱封壓力對(duì)熱封強(qiáng)度顯著影響，其他情況下，無(wú)明顯影響。
3. 相同條件下，同種塑料薄膜厚度大，其熱封強(qiáng)度相對(duì)大。
4. 熱封時(shí)間短、熱封溫度低時(shí)，塑料薄膜不能達(dá)到很好地達(dá)到熔融狀態(tài)，從而造成熱封強(qiáng)度低，出現(xiàn)欠封；隨著熱封溫度的提高或熱封時(shí)間的延長(zhǎng)，熱封強(qiáng)度隨之增大，達(dá)到最優(yōu)值，熱封強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)熱封溫度過(guò)高、熱封時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，塑料薄膜會(huì)因溫度過(guò)高而熔融流動(dòng)，導(dǎo)致薄膜表面被燙化、熱封強(qiáng)度降低，同樣影響封口的強(qiáng)度與外觀。"
其結(jié)論中對(duì)熱合壓力和熱合時(shí)間對(duì)熱合強(qiáng)度的影響程度作出了充分的表述。
熱合壓力
在目前的市場(chǎng)上，軟包裝企業(yè)中所使用的制袋機(jī)的加工速度一般在每分鐘40個(gè)袋到150個(gè)袋之間，而下游客戶的自動(dòng)包裝機(jī)的加工速度依產(chǎn)品的不同，其加工速度可能在40個(gè)袋每分鐘到數(shù)百個(gè)袋每分鐘不等。
對(duì)于單個(gè)的包裝袋而言，其有效的熱封時(shí)間可能在會(huì)在500毫秒（0.5秒）到50毫秒（0.05秒）之間變化。有效的熱封時(shí)間越短則意味著生產(chǎn)速度越高。同時(shí)，按照孫智慧等人的結(jié)論，熱合時(shí)間越短則熱合壓力對(duì)熱合強(qiáng)度的影響就會(huì)越顯著！
但是，在當(dāng)前的市場(chǎng)上，不論是熱封試驗(yàn)機(jī)還是自動(dòng)包裝機(jī)，其熱合溫度都是直觀、可控的，而熱合壓力和熱合時(shí)間則是可控的、但不直觀，即不能用數(shù)字來(lái)直觀地表述熱合壓力和熱合時(shí)間。
首先，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)于熱合強(qiáng)度的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（QB/T 2358-1998，《塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法》），但沒(méi)有關(guān)于熱合強(qiáng)度試驗(yàn)用樣條的制備方法的標(biāo)準(zhǔn)。在GB/T 10004-2008《包裝用塑料復(fù)合膜、袋 干法復(fù)合、擠出復(fù)合》中關(guān)于"熱合強(qiáng)度"的相關(guān)規(guī)定是："按QB/T2358-1998的規(guī)定進(jìn)行，膜的熱封方法、條件由供需雙方商定"。
其次，幾乎所有的制袋機(jī)、自動(dòng)包裝機(jī)都不能用數(shù)字表示熱合壓力參數(shù)。這就直接導(dǎo)致了這樣的結(jié)果：同一批生產(chǎn)的復(fù)合薄膜，在不同的下游企業(yè)中使用"相同的"工藝參數(shù)（實(shí)際上可能是相同的熱封溫度和生產(chǎn)速度）而得到不同的熱合強(qiáng)度的結(jié)果（因?yàn)闊岷蠅毫Σ煌。?/p>
另外，所有的生產(chǎn)熱合試驗(yàn)機(jī)的企業(yè)在其產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中都會(huì)對(duì)試驗(yàn)時(shí)的溫度、時(shí)間、壓力給出建議的范圍，其中最模糊的概念就是壓力值，比如說(shuō)，它會(huì)建議使用0.2MPa的壓力進(jìn)行熱封試驗(yàn)，但可能不會(huì)明確指出這個(gè)0.2MPa是試驗(yàn)機(jī)上的壓力表顯示的輸出氣壓值還是熱合試驗(yàn)機(jī)上的熱封棒之間的壓強(qiáng)值？！在某些機(jī)型上，這兩個(gè)數(shù)值之間可能會(huì)有很大的差異！！！
筆者建議：至少在使用熱合試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合薄膜的熱合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)將熱合壓力值統(tǒng)一為熱封棒之間的壓強(qiáng)值！
該數(shù)值的推算方法為P表=P試S棒/S缸。
在上述公式中：
P表為熱封試驗(yàn)機(jī)的壓力表所顯示的氣壓值，MPa；
P試為擬定的熱封棒之間壓強(qiáng)值，MPa；
S缸為熱封試驗(yàn)機(jī)上的氣缸內(nèi)活塞的面積，mm2；
S棒為熱封試驗(yàn)機(jī)上熱封棒的面積，mm2。
起封溫度
所謂"起封溫度"是一部分企業(yè)所規(guī)定的、在一定的條件（熱合時(shí)間與壓力）下、當(dāng)復(fù)合材料的熱合強(qiáng)度達(dá)到了5N/15mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的熱合溫度℃。
在利用熱合曲線對(duì)材料的熱封性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要關(guān)注的有三點(diǎn)：
一是熱合工藝條件，二是可達(dá)到的最高的熱合強(qiáng)度，三是材料的起封溫度。
在前面的熱合曲線圖中，當(dāng)熱合溫度為107℃時(shí)，熱合強(qiáng)度為零；當(dāng)熱合溫度為110℃時(shí)，熱合強(qiáng)度為3N/15mm；當(dāng)熱合溫度為113℃時(shí)，熱合強(qiáng)度為19N/15mm；因此，從該曲線上可以推算出該復(fù)合薄膜的起封溫度大約為110.6℃。
起封溫度是熱封性材料的本性的一種表示，同時(shí)也與復(fù)合材料的厚度有關(guān)。復(fù)合材料越厚，則傳熱速率會(huì)相應(yīng)地降低，在相同的熱合時(shí)間條件下，所需要的熱封棒的溫度就會(huì)越高。
對(duì)于相同厚度的復(fù)合包裝材料而言，熱封層材料的起封溫度越低，如果生產(chǎn)速度是固定，那么所需要的熱封棒的溫度就越低，制成品的外觀可能就越好；如果熱封棒的溫度是固定的，那么在達(dá)到相同的熱合強(qiáng)度的前提下，生產(chǎn)的速度就可以相應(yīng)提高。
通常采用較低起封溫度的熱封性材料的目的都是為了提高自動(dòng)包裝生產(chǎn)的效率！
熱合層的熔點(diǎn)與起封溫度
目前常用的熱封層材料如PE、PP薄膜大都是三層共擠的薄膜。其中與其他基材相貼合的一面可稱之為復(fù)合面或復(fù)合層，與另一PE材料相熱合的一面可稱之為熱合面或熱合層。
通常，從熱合層到復(fù)合層，其熔點(diǎn)是逐漸增高的。熔點(diǎn)的差值最大可達(dá)到約30℃。
下圖是一個(gè)三層共擠PE薄膜的DSC曲線（差示掃描量熱法曲線Differential Scanning Calorimetry）。
該曲線的溫度掃描范圍是80℃到150℃，在此范圍內(nèi)出現(xiàn)了三個(gè)峰，其對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)值分別為98.5℃、114℃和119.5℃。這三個(gè)熔點(diǎn)值分別對(duì)應(yīng)著該P(yáng)E薄膜的熱合層、中間層和復(fù)合層。
在正常情況下，當(dāng)兩個(gè)復(fù)合膜被熱合到一起時(shí)，應(yīng)當(dāng)只是熱封層PE薄膜中的熱合層被熔化；此時(shí)，可獲得最好的制袋成品外觀。
如果熱合條件過(guò)于強(qiáng)烈，則會(huì)發(fā)生熱封層的中間層被熔化、甚至復(fù)合層也被熔化的狀況，同時(shí)，在熱合壓力的作用下，熔化了的熱封層材料會(huì)不同程度地被從熱合部位擠走，導(dǎo)致發(fā)生各種外觀不良的現(xiàn)象。
復(fù)合薄膜的起封溫度通常高于熱合層的熔點(diǎn)。
這種差異是由于受到了復(fù)合用基材本身的導(dǎo)熱性及復(fù)合膜的厚度的影響，還與熱合時(shí)的壓強(qiáng)和熱合時(shí)間有密切的關(guān)系。對(duì)于不同的復(fù)合薄膜，這種差異可能會(huì)在10~25℃之間。
通過(guò)測(cè)量復(fù)合薄膜的起封溫度值，可對(duì)熱合層材料的熔點(diǎn)作出大致的判斷。如果事先測(cè)得了熱合層材料的熔點(diǎn)，也可以對(duì)起封溫度作出大致的判斷。
如果已知熱合材料的熔點(diǎn)，但在相應(yīng)的起封溫度下未能獲得所需的熱合強(qiáng)度，則需從熱合壓力和/或熱合時(shí)間上去查找原因，也可以適當(dāng)?shù)靥岣邿岷蠝囟取?/p>
如何利用熱合曲線
根據(jù)孫智慧等人的結(jié)論："熱封時(shí)間短、熱封溫度低時(shí)，塑料薄膜不能達(dá)到很好地達(dá)到熔融狀態(tài)，從而造成熱封強(qiáng)度低，出現(xiàn)欠封；隨著熱封溫度的提高或熱封時(shí)間的延長(zhǎng)，熱封強(qiáng)度隨之增大，達(dá)到最優(yōu)值，熱封強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)熱封溫度過(guò)高、熱封時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，塑料薄膜會(huì)因溫度過(guò)高而熔融流動(dòng)，導(dǎo)致薄膜表面被燙化、熱封強(qiáng)度降低"，筆者模擬地描繪了如下圖的可熱封材料的熱封曲線。
該曲線表示任何一種可熱封材料的熱合強(qiáng)滾輪熱封包裝ABC（八）度都存在一個(gè)上升段oa、平穩(wěn)段ab和下降段bc，而且，對(duì)于某種特定的可熱封材料其從上升段oa至下降段bc的溫度區(qū)間都是不一樣的，有的材料可能是從90℃到160℃，有的材料則可能是從130℃到200℃。
因此，軟包裝材料加工企業(yè)手中至少應(yīng)當(dāng)有兩套熱合曲線的數(shù)據(jù)，一套是所謂的"標(biāo)準(zhǔn)條件"下的熱合曲線數(shù)據(jù)，例如熱封時(shí)間為1秒、熱封壓力為0.2MPa（熱封棒之間的壓強(qiáng)值），另一套為模擬下游客戶的實(shí)際應(yīng)用條件的熱合曲線數(shù)據(jù)，例如下游客戶的生產(chǎn)速度為100包每分鐘，則可將熱合時(shí)間初定為0.2秒，熱合壓力暫定為0.2MPa（熱封棒之間的壓強(qiáng)值）。
"標(biāo)準(zhǔn)的"熱合曲線用于對(duì)自己提供的不同批次的包裝材料以及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提供的同類包裝材料進(jìn)行比較與評(píng)價(jià)。
"模擬的"熱封曲線用于給下游客戶提供基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝參數(shù)的建議（利用處于"平穩(wěn)段"的熱合溫度-熱合強(qiáng)度數(shù)據(jù)）。同時(shí)，還可以根據(jù)下游客戶所反饋的實(shí)際生產(chǎn)溫度及相應(yīng)的熱合強(qiáng)度或狀態(tài)的數(shù)據(jù)或結(jié)果，對(duì)下游客戶所使用的自動(dòng)包裝機(jī)的熱合壓力狀態(tài)作出大致的判斷（大于或小于熱合試驗(yàn)機(jī)的壓力），進(jìn)而對(duì)熱合溫度作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整（降低或提高熱合溫度，在相同的運(yùn)行速度條件下）。
例如，某客戶的某機(jī)臺(tái)正在使用A廠提供的包材進(jìn)行正常的生產(chǎn)，此時(shí)，被要求換用B廠的同類包材。經(jīng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)用B廠的包材所加工出來(lái)的滾輪熱封制品出現(xiàn)了熱封層被擠出、鋁箔層與熱封層間發(fā)生分離的現(xiàn)象。在此情況下，通常可認(rèn)為其原因是B廠的包材的熱封層的熔點(diǎn)明顯低于A廠的包材的熱封層的熔點(diǎn)，在"相同"的熱封條件下，B廠的熱封層材料被熔融后、部分地被從封口處"擠走"了。相應(yīng)的對(duì)策應(yīng)當(dāng)是：
1、根據(jù)B廠的熱合曲線數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)行的熱合溫度是否處于合理區(qū)間內(nèi)？
2、如果判斷現(xiàn)行的熱合溫度是處于合理區(qū)間內(nèi)的，則應(yīng)在保持加工速度不變的前提下適當(dāng)?shù)亟档蜔岷蠅毫Γ?/p>
3、如果判斷現(xiàn)行的熱合溫度不是處于合理區(qū)間內(nèi)的，則應(yīng)在保持加工速度不變的前提下適當(dāng)?shù)亟档蜔岷蠝囟龋?/p>
在進(jìn)行上述試驗(yàn)或調(diào)整時(shí)，必須注意的是設(shè)備運(yùn)行速度應(yīng)當(dāng)固定或穩(wěn)定，因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行速度直接會(huì)影響熱合時(shí)間參數(shù)！運(yùn)行速度低于正常速度意味著熱合時(shí)間變長(zhǎng)了！如運(yùn)行速度快于正常速度則意味著熱合時(shí)間變短了。
有時(shí)，某些客戶不允許包材企業(yè)的技術(shù)人員對(duì)其自動(dòng)包裝機(jī)的工藝參數(shù)作任何調(diào)整，僅要求任何包材企業(yè)提供的包材都必須適用于該客戶現(xiàn)行的工藝條件！在這種情況下，包材企業(yè)的人員應(yīng)當(dāng)收集客戶正在正常使用的包材的樣品，在企業(yè)內(nèi)部對(duì)比檢測(cè)自有的和采集來(lái)的樣品的熱合曲線和其他相關(guān)力學(xué)指標(biāo)，檢討其差距，然后采取相應(yīng)的措施。
作為復(fù)合軟包裝材料的應(yīng)用者（藥廠、食品廠等）則應(yīng)該利用軟包裝材料生產(chǎn)企業(yè)提供的、或自行測(cè)得的熱合曲線對(duì)同一供貨商提供的不同批次的、或不同供應(yīng)商提供的同類復(fù)合包裝材料的熱合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而指導(dǎo)、調(diào)整自身的生產(chǎn)工藝條件，以保證自身的生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
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