濟南蘭光機電技術(shù)有限公司 范珺

食品包裝物抗內(nèi)部加壓損壞的試驗方法介紹

濟南蘭光機電技術(shù)有限公司 范珺

內(nèi)加壓密封性測試，亦作“包裝物抗內(nèi)部加壓損壞的試驗方法”，是指通過向包裝內(nèi)充入一定壓力的氣體，能精確測定包裝的最大耐破力，包括“破裂試驗”和“蠕變試驗”兩大模式。相較傳統(tǒng)負壓密封測試更加全面、系統(tǒng)、能有效分析造成包裝破損的根本原因，進而改良包裝制作工藝或更換包裝材料。

內(nèi)加壓密封性測試、破裂、蠕變、約束板

密封，是包裝的首要功能，也是對內(nèi)容物影響最大的因素。對于食品來說，氧氣、水蒸氣等氣體和液體透過包裝的泄漏點進入包裝，會加速內(nèi)容物的變質(zhì)。當前，熱封技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各領(lǐng)域軟包裝袋的制作工藝中，熱封操作的高溫處理會影響到附近包裝材料的機械強度，因此不同材料間的連接部位通常是包裝物整體密封性的薄弱部位。當對此類包裝加壓時，袋體各處所有壓力分布不均，最先出現(xiàn)泄漏的位置是承壓強度最低的部分，所以要正確評價熱封軟包裝的密封性能必須對成品包裝進行內(nèi)加壓密封性檢測。

內(nèi)加壓密封性測試

密封性試驗是破壞性試驗，不可能對所有商品都進行檢測，所以利用有限的樣品盡量多地獲得精確、有效的檢測數(shù)據(jù)對于密封性檢測來講就是非常重要。以往密封性檢測的結(jié)果多采用通過或未通過來表示，無法讓檢驗者對泄漏情況，包裝熱封質(zhì)量形成清楚的認知，從而難以對包裝密封工藝做進一步優(yōu)化。

內(nèi)加壓密封性測試，亦稱作“包裝物抗內(nèi)部加壓損壞的試驗方法”，是密封性測試的量化方法，通過向包裝內(nèi)充入一定壓力的氣體，能精確測定包裝的最大耐破力。在此基礎(chǔ)上，維持一定的充氣壓力進行測試即可獲得包裝承壓且不破裂的最長時間。內(nèi)加壓法用于快速衡量包裝在壓差環(huán)境下出現(xiàn)破裂的趨勢，能夠在生產(chǎn)過程和包裝不同周期中對析包裝結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)進行快速評估，為改善包裝結(jié)構(gòu)、選擇更合適的包裝材料提供依據(jù)，并為堆放、貯存、運輸、沖擊等試驗模型提供更準確的破損臨界條件。在實際倉儲運輸過程中，內(nèi)容物包裝后通常層層疊放在一起，包裝內(nèi)的壓力隨著空氣轉(zhuǎn)移到四周熱封邊的位置，而非自由膨脹。而在內(nèi)加壓法測試中，由于包裝材料具備一定的拉伸強度和柔韌性，隨著充入氣體增加會造成包裝發(fā)生明顯的形變，自由膨脹。因此，為了使測試過程更加貼近與包裝的真實倉儲運輸狀態(tài)，采用約束板試驗裝置不失為一個好方法。使用約束板試驗裝置能準確、定量地限制包裝袋的膨脹、變形，大大降低了薄膜所受壓力并將壓力集中、均勻地分布到袋子四周的熱封邊上。

內(nèi)加壓密封性測試方法

對于此種測試方法，美國ASTM F1140標準做了詳細的規(guī)定。內(nèi)加壓密封性測試包含“破裂試驗”和“蠕變試驗”兩種模式。測試包裝的封口狀態(tài)不同，其測試過程存在一定的差異。

1.1 破裂試驗

“破裂試驗”指的是將試樣包裝放置在正壓法密封試驗裝置中，對包裝內(nèi)部持續(xù)充氣加壓，直至包裝出現(xiàn)破裂現(xiàn)象結(jié)束試驗，測試結(jié)果為包裝在破裂前瞬間的最大壓力。試驗所用的氣源和增壓設(shè)備必須具備一定的容量和能力，在包裝破裂之前保持對包裝內(nèi)部持續(xù)增加。

1.1.1 制取試樣

首先選取足夠數(shù)量的樣本以檢測樣本的各項性能。使用有外觀缺陷或者其他不正常的樣本可能會對試驗造成影響。忽視樣本的缺陷可能會造成結(jié)果的偏差。

1.1.2 試樣封裝。

開口包裝是一種采用熱封工藝形成的一邊開口式軟包裝袋。對于這類測試對象，需要采用LSSD-01P開口包裝試驗裝置。首先雙手捏住開口兩側(cè)，使軟包裝袋上下兩層分離。把被測包裝開口部位放在上端固定橫梁和下端可活動橫梁中間，使充氣口位于上下兩層中間，雙手拉緊包裝袋兩端啟動夾緊開關(guān)，上下兩端衡量閉合夾緊包裝袋封口，如圖1所示。

圖1 開口包裝試驗裝置

封閉包裝指的是已完成密封的包裝袋。將全封閉包裝放入泄漏與密封測試儀的試驗臺上，小心把充氣探針刺入包裝袋的中心點位置。由于包裝材料具有易撕裂性，通常于被刺入之前，在被刺入點表面緊貼一枚圓形橡膠片，以對刺入點進行強化處理，如圖2。

圖2 封閉包裝試驗裝置

1.1.3 開始試驗。

啟動儀器，選擇“破裂測試”，開始試驗。過程中氣體通過充氣口進入包裝袋內(nèi)，包裝袋緩慢膨脹。與此同時，“試驗界面”會實時顯示“壓力”變化的數(shù)值。待包裝袋破裂后系統(tǒng)會自動顯示“最大破裂壓力”值，并記錄包裝的破裂位置。實驗結(jié)束后采用新試樣代替舊試樣繼續(xù)試驗。一般情況下破裂試驗不得少于3次。

1.2 蠕變試驗

蠕變試驗又分為兩種形式，即“蠕變試驗”和“蠕變至破裂試驗”?！叭渥冊囼灐笔菍b袋夾持到試樣裝置中，對包裝內(nèi)部充氣加壓至一定壓力，例如70%-90%，觀察包裝是否能保持一定的時間不破裂。而“蠕變至破裂”是在蠕變試驗的基礎(chǔ)上，保持較高的壓力，保證包裝在合理的時間內(nèi)，如15s出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。試驗結(jié)果為包裝發(fā)生破裂所需的時間。

約束板測試

上述內(nèi)加壓密封性的試驗方法適用于測試包裝對加壓壓力的整體抵抗能力。在試驗時，壓力在包裝密封區(qū)域的分布并不均勻。在不受約束的條件下，包裝袋中心點膨脹，直徑最大，壓力也最高。因此，這種試驗方法并不能對密封區(qū)域壓力較弱部分進行準確的測定。

約束板是一種試樣固定裝置，加壓過程中，包裝袋位于兩個平行的剛性約束板之間，以限制包裝膨脹和外形變形，但是周圍密封區(qū)域不受限制，如圖3。在正壓法密封性測試中，將包裝置于約束板中進行內(nèi)加壓，施加的壓力可以均勻分布在包裝袋周圍的密封區(qū)域，進而保持包裝袋尺寸的穩(wěn)定性。包裝袋的密封通常位于包裝袋四周的位置。通過這種方法，可以最大限度地對受壓力較低的密封區(qū)域進行測試，得出包裝破裂所需要的壓力。

特殊包裝的內(nèi)加壓密封性測試

某些產(chǎn)品對透氣性有特殊的要求，例如新鮮果蔬，需要采用多孔材制成包裝。顧名思義，多孔材料的透氣性較佳，在進行充氣內(nèi)加壓的時候，若氣體從氣孔中泄漏的速率大于氣體充入的速率，會導致包裝內(nèi)無法儲存足夠量的空氣，造成氣壓較低、壓力不足，無法引起待測包裝密封邊的破裂或達到預期的保壓壓力水平。對于這類待測包裝，可采用標貼或者膠帶封堵包裝材料表面，以防止氣體逃逸。需要注意的是，一方面要確保封堵材料在多孔性包裝材料表面分布的一致性和均勻性，另一方面封堵材料不能對測試包裝的密封起到強化作用，以免影響測試結(jié)果。

結(jié)語

綜上所述，內(nèi)加壓密封性測試相較傳統(tǒng)負壓密封測試更加全面、系統(tǒng)、能有效分析造成包裝破損的根本原因，進而改良包裝制作工藝或更換包裝材料。另外，此方法同時適用于包裝容器、瓶蓋、軟管等，因此具有重要的現(xiàn)實意義。

圖3 約束板