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薄膜应用

浅谈跌落性能计算及影响因素

        跌落性是包装袋的主要内在性能,主要是防止在包装运输、搬运、货架流通过程中,因包装袋破损导致内装物受损的情况。根据物理学原理,动态冲击过程中产生的冲量计算公式:Ft=M(V1-V0), 式中F为所受到的冲击力;t为冲击力的作用时间;M为物体的质量;V1,V0分别代表受到冲击后的速度和受到冲击前的速度。
        越重的物品包装,从越高的距离跌落,产生的冲击能量越高,对包装袋的强度要求也越高。而聚合物材料的延展性越好,在受到冲击时,由于材料的延伸变形会造成作用时间的延长,并且吸收了部分能量,从而使得对封口部分冲击力变小,减少了破包的可能。因此纯PE袋子的耐跌落性要高于OPP//PE,OPET//PE等复合袋。
        跌落性实质上是包装袋力学性能好坏的综合表现,当包装袋从一定的高度跌落,在其接触到地面的一瞬间,包装袋内的物体仍有保持相同的下落速度的趋势,这样内装物由于惯性的作用向四周散开,从而对包装袋的封口位置(往往是整个袋子强度最薄弱的地方)形成冲击,如果此时包装袋由于自身的强度和形变能吸收掉内容物的冲击能量,则包装袋能保持完好,否则会发生破袋现象。
         一般实验室测试封口剥离时,拉伸速度比较慢300-500 mm/min,这实际反映的是静态的力量,与实际使用中发生的冲击过程完全不同。一般是拉伸速度越高,封口强度越高,但封口破坏能量将降低,包装的封口表现为一定的脆性,这就是实际使用包装过程中发生脆性断裂的原因。根据经验,要达到2000 mm/min及更高拉伸速度才能测试其封口的耐冲击性能,才能真正反映实际使用效果。
包装袋的跌落性能与内容物质性质有很大的关联,不同的内容物其耐跌落性能差异很大,内容物的性质中有两点与包装袋的跌落性关系最大:
1. 内容物的相对流动性
        内容物的相对流动性越强,则在跌落时由于内摩擦力消耗的能量就相对较少,其对封口位置的冲击能量也就越大。如相同材质的包装袋盛装相同的内容物(如粉末),有无内包装使得其跌落性是不一样的,因为内包装相对而言限制了内容物在跌落时的瞬间流动性,减少了对封口位置的冲击。
2. 内容物的相对密度
        内容物的密度大小,决定了相同质量的内容物的体积大小,也决定了包装袋的尺寸大小。相同材质,其包装袋的尺寸较大,其跌落时包材的形变量也较大一些,能吸收的能量也较多。这就是相同材质的包装,盛装密度低的内容物,其耐跌落性要好一些的原因。
        需要说明的是包装袋的热合强度与包装袋跌落性是不同的概念,两者之间没有直接的相关性。例如:OPA15//CPP60与BOPP18//PE60两种不同的材料,其热合强度前者要比后者高出许多,但前者的跌落性是比较差的,一般没有后者的跌落性良好。有客户在使用OPA15//CPP包装膜时,内容物400g,发现包装袋不抗跌落,高度低于1 m,后来装等量的水试验跌落,试验高度在0.8 m,1 m时即出现破包现象。CPP的低温脆性决定了其不耐跌落,后将CPP换成PE,问题就解决了。

       影响复合包装袋破袋的因素有很多,主要有以下几个方面:
1. 复合膜的剥离强度
        如果复合膜的剥离强度过低,难以达到多层复合材料同时受力的要求,造成力不能更好地分散,那么在跌落过程中,就会造成破袋。另外,在高温蒸煮袋中,由于有的粘合剂耐热性不好,尤其在一些复杂结构如BOPA15//Al7//CPP70中,在高温蒸煮时,也会造成在封口边处的破裂,复合膜脱层的现象。
2. 制袋工艺方面
        制袋的温度过高,造成热封处的热封材料性能下降;制袋的压力过大,造成热封处的热封材料被挤出,封合的热合强度降低,从而造成包装袋在跌落时的破袋。制袋的热封条过于锋利或有机械飞刺,也会损伤袋子的热封边缘,从而造成破袋现象。
3. 材料方面
        包装材料必须具有足够的厚度,厚度不够将会造成复合膜的强度不足,从而造成破袋问题。注意材料中再生料的加入,再生料各方面性能都会降低,加入过多,直接影响最终性能,造成破袋。在PE膜的制造过程中,加入LLDPE和mPE以提高PE的强度和柔韧性,从而可以减少破袋。如果在低温冷冻环境中使用的包装,最好选用耐低温的包装材料如BOPA来生产复合膜,否则容易造成低温冷冻环境中复合膜发生脆裂。
4. 其他
        在包装一些重包装或粉末类物品如盐、洗衣粉等时,在灌装完该类物品后热封前,应尽量将袋内的空气排出,以减小包装袋壁的受力,让固体直接受力,减少袋的破损。
5. 韧性强度与跌落性的关系
        在测定包装热合强度时,力值形变曲线的积分面积的大小基本代表了包装材料在拉伸过程中所能吸收能量的大小。虽然包装材料的拉伸形变曲线并不能模拟出其跌落时的受力形变曲线,但在一定程度上还是能反映出其跌落性能。另外,温度对包装的跌落性有明显的影响。例如,冬天OPP//CPP材料的有些包装袋出现破损率升高的现象,再则低温的贮藏环境对包装的力学性能也是一个较大的考验。




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