梁世何+應(yīng)永煒+鄒春曉+林文峰

塑料薄膜是最主要的軟包裝材料之一，本文對(duì)幾種常見的塑料薄膜，結(jié)合其所適用的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在GB/T 2918《塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境》規(guī)定的環(huán)境下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)4～8h，并在此條件下利用MTS公司的SANS萬能拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，獲得拉伸曲線，同時(shí)分析了薄膜在拉伸測(cè)試過程中的變形特點(diǎn)，供大家對(duì)比和參考。

幾種塑料薄膜的拉伸曲線

1.BOPP薄膜

GB/T 10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜》適用于 BOPP薄膜，其中檢測(cè)項(xiàng)目“拉伸強(qiáng)度及斷裂標(biāo)稱應(yīng)變”按GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定》的規(guī)定進(jìn)行，采用切割法制備試樣，試樣類型為2型試樣，采用長(zhǎng)150mm、寬（15±0.1）mm的長(zhǎng)條形，夾具間距為100mm，試驗(yàn)速度為（250±25）mm/min，分別進(jìn)行縱向和橫向拉伸測(cè)試，繪制拉伸曲線，如圖1所示。

從圖1可知，BOPP薄膜縱向、橫向拉伸曲線形態(tài)差異較大。MD曲線較為平滑，拉伸力數(shù)值較大，拉伸呈剛性；TD曲線呈現(xiàn)出屈服拐點(diǎn)，拐點(diǎn)前后曲線線性平直。

2.CPP薄膜

QB/T 1125-2000《未拉伸聚乙烯、聚丙烯薄膜》適用于CPP薄膜，其中檢測(cè)項(xiàng)目“拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率”按GB/T 13022《塑料薄膜拉伸性能試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行，試樣采用長(zhǎng)150mm、寬15mm的長(zhǎng)條形，標(biāo)距為50mm，試驗(yàn)速度為（500±50）mm/ min，分別進(jìn)行縱向和橫向拉伸測(cè)試，繪制拉伸曲線，如圖2所示。

從圖2可知，CPP薄膜縱向、橫向拉伸曲線形態(tài)近似，起始拉伸力迅速上升，曲線斜率較大，進(jìn)入屈服后拉伸力隨拉伸伸長(zhǎng)的增大無明顯變化，曲線呈波浪狀起伏，隨后隨拉伸伸長(zhǎng)的增大薄膜拉伸力呈線性升高，表現(xiàn)出拉伸硬化現(xiàn)象。

3.LDPE薄膜

GB/T 4456-2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》適用于PE薄膜，其中檢測(cè)項(xiàng)目“拉伸強(qiáng)度及斷裂標(biāo)稱應(yīng)變”按GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定》規(guī)定進(jìn)行。試樣為2型試樣，寬度為10mm，夾具間距為50mm，試驗(yàn)速度為（500±50）mm/min，分別進(jìn)行縱向和橫向拉伸測(cè)試。圖3為最常用的LDPE薄膜拉伸曲線。

從圖3可知，MD曲線與CPP薄膜的拉伸曲線類似；TD曲線起始拉伸力迅速上升至屈服拐點(diǎn)，后隨拉伸伸長(zhǎng)的增大薄膜拉伸力升高較為緩慢，但曲線平滑，拉伸力穩(wěn)定。

4.BOPET薄膜

GB/T 16958-2008《包裝用雙向拉伸聚酯薄膜》適用于BOPET薄膜，其中檢測(cè)項(xiàng)目“拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率”按GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定》規(guī)定進(jìn)行。試樣采用2型試樣，長(zhǎng)150mm、寬（15±0.1）mm的長(zhǎng)條形，夾具間距為100mm，試驗(yàn)速度為（100±10）mm/min，分別進(jìn)行縱向和橫向拉伸測(cè)試，繪制如圖4所示的拉伸曲線。

從圖4可知，BOPET薄膜縱向、橫向曲線形態(tài)和數(shù)值均相近，起始拉伸力迅速上升至明顯的屈服拐點(diǎn)，之后拉伸力隨拉伸伸長(zhǎng)的增大基本呈線性升高；曲線形態(tài)光滑平直，表現(xiàn)出拉伸力穩(wěn)定，表明材料性能較為均衡。

分析和討論

對(duì)于高分子聚合物來說，在沒有外力作用時(shí)，大分子鏈、鏈段或微晶的排列是無序的，呈現(xiàn)各向同性。當(dāng)受到拉伸應(yīng)力等外力作用時(shí)，大分子鏈、鏈段或微晶就會(huì)沿著外力方向進(jìn)行有序排列，產(chǎn)生不同程度的取向，形成取向態(tài)結(jié)構(gòu)。但是取向后，由于取向方向與未取向方向上原子之間的作用力不同，聚合物呈現(xiàn)為各向異性，致使材料在取向方向上的模量、強(qiáng)度、折射率等性質(zhì)與取向前有了顯著的差別。因而對(duì)于成品薄膜，由于縱向、橫向取向程度的不同，其拉伸試驗(yàn)時(shí)的結(jié)果差異較大。

材料的拉伸試驗(yàn)，是測(cè)定材料在拉伸載荷作用下一系列特性的試驗(yàn)。圖5為筆者總結(jié)出的塑料薄膜拉伸試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的變形特征近似曲線。從中可以看出，薄膜在拉伸測(cè)試中，當(dāng)成品薄膜受到拉伸應(yīng)力作用時(shí)，初期體現(xiàn)出一定的彈性特征，其大分子主鏈伸直張緊，分子鍵角扭變，在宏觀上表現(xiàn)為試樣繃緊狀態(tài)。該階段即圖5中OA段，又稱瞬時(shí)彈性變形，在該階段拉伸應(yīng)力解除時(shí)可完全回復(fù)原來形狀。材料繼續(xù)受力，分子鏈開始產(chǎn)生平行排列的變形，即分子取向變形。由于試驗(yàn)是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行的，即制品溫度始終處在玻璃化溫度以下，使取向后的大分子鏈和鏈段的運(yùn)動(dòng)近于凍結(jié)，故拉伸應(yīng)力解除后形變不能恢復(fù)。材料開始從彈性狀態(tài)非均勻地向彈-塑性狀態(tài)過渡，標(biāo)志著材料宏觀塑性變形的開始，即所謂屈服（圖5中A點(diǎn)開始）。材料屈服后將產(chǎn)生頸縮，應(yīng)變?cè)龃?，使材料失去原有功能。該階段即圖5中的AB段，又稱頸縮變形，在該階段拉伸位移增大而拉伸應(yīng)力無明顯變化。由于材料承載持續(xù)的拉伸負(fù)荷，圖5中B點(diǎn)之后，大分子間彼此滑動(dòng)而發(fā)生大變形，隨著主鏈化學(xué)鍵的伸長(zhǎng)，大分子間結(jié)合力如氫鍵等斷裂，直至某個(gè)大分子主鏈發(fā)生斷裂，在薄膜試樣上表現(xiàn)為出現(xiàn)微孔洞而產(chǎn)生應(yīng)力集中，此后大量分子斷裂使微孔洞生長(zhǎng)并通過聚集變成裂紋，直至宏觀斷裂，圖5中BC段又稱完全塑性變形，在該階段拉伸位移和拉伸應(yīng)力近線性增大。

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定用薄膜試樣拉伸斷裂后的位移和力的最大值計(jì)算拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率（斷裂標(biāo)稱應(yīng)變），以此作為判斷材料“拉斷力”和“斷裂伸長(zhǎng)率”檢測(cè)項(xiàng)目是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。然而對(duì)于產(chǎn)品的使用來說，多以屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度作為材料抗力的指標(biāo)并成為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù)，它們是材料的實(shí)際使用極限。薄膜一般都表現(xiàn)出一定的延展性，屈服開始之后，薄膜將進(jìn)入彈-塑性過渡狀態(tài)和完全塑性階段，產(chǎn)生變形且不可恢復(fù)，即薄膜材料將開始逐漸失去原有的設(shè)計(jì)功能，直至最終完全失效。薄膜在印刷和復(fù)合過程中要受到機(jī)械力的作用，在產(chǎn)品使用過程中還要受到外力的作用，若以“最大拉斷力”作為材料抗力的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，則包含了材料處于動(dòng)態(tài)變化過程中的拉伸變形形態(tài)，極易造成不可預(yù)知的情況（如破膜等），難以保證產(chǎn)品包裝的安全要求，顯然存在著物理性能方面的安全隱患。因此，在薄膜成袋的后續(xù)工藝或產(chǎn)品的使用過程中，以屈服點(diǎn)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用指標(biāo)，可以確保產(chǎn)品包裝物理性能方面的安全使用要求。endprint