郭 風(fēng)， 李元月， 張圣斌

(山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 山東省體育用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東 濟(jì)南 250102)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)+的迅猛發(fā)展，電商平臺(tái)的成熟，物流產(chǎn)業(yè)的遍及，商品的外包裝和內(nèi)包裝的防護(hù)功能越來越受到各行各業(yè)的重視。塑料薄膜作為軟包裝占到了塑料制品總產(chǎn)量的五分之一，成為包裝材料中需求量最多的產(chǎn)品之一。隨著科研技術(shù)水平的進(jìn)步，幾乎所有的合成樹脂都有加工成膜的可能性。若在樹脂基體(聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET、聚苯乙烯PS、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、聚酰胺PA)中添加適宜的塑料助劑，就可以制備出塑料行業(yè)所需的各種功能性薄膜[1-2]。隨著各種新材料、新設(shè)備、新工藝和新加工方法的不斷涌現(xiàn)，我國(guó)的塑料薄膜軟包裝將朝著品種多樣化、專用化以及多功能化的方向發(fā)展。

聚酯薄膜是以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為原料，采用擠出法制成厚片，再經(jīng)雙向拉伸制成的薄膜材料。它是一種無色透明、有光澤的薄膜，力學(xué)性能優(yōu)良，剛性、硬度及韌性高，耐穿刺、耐摩擦、耐高溫和低溫，耐化學(xué)藥品性、耐油性、氣密性和保香性良好，是常用的阻透性復(fù)合薄膜基材之一。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同可分為雙向拉伸聚酯薄膜(BOPET)、單向拉伸聚酯薄膜(CPET)，目前國(guó)內(nèi)包裝行業(yè)大量生產(chǎn)的是雙向拉伸聚酯薄膜。

本文采用一種改進(jìn)生產(chǎn)工藝的新型雙向拉伸聚酯薄膜，厚度從18 μm到55 μm的8組樣品對(duì)其物理力學(xué)性能的7個(gè)方面進(jìn)行了論證試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

聚酯薄膜由國(guó)內(nèi)南方一生產(chǎn)企業(yè)提供，共8組樣品，按照厚度從小到大排列如下：

樣品組①：公稱厚度為18 μm；

樣品組②：公稱厚度為23 μm；

樣品組③：公稱厚度為28 μm；

樣品組④：公稱厚度為33 μm；

樣品組⑤：公稱厚度為38 μm；

樣品組⑥：公稱厚度為45 μm；

樣品組⑦：公稱厚度為50 μm；

樣品組⑧：公稱厚度為55 μm；

乙二醇乙醚：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

甲酰胺：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

甲醇：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器和設(shè)備

摩擦因數(shù)/剝離試驗(yàn)儀：3500，濟(jì)南市蘭光機(jī)電有限公司；

測(cè)厚儀：i-THINKNESS 4100，濟(jì)南市蘭光機(jī)電有限公司；

光澤度儀：KGZ-1A，天津科器高新技術(shù)公司；

透光率/霧度測(cè)定儀：WGT-S，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；

電子拉力試驗(yàn)機(jī)：Z020，德國(guó)ZWICK公司；

恒溫水浴鍋：DZKW-S-8，北京永光明儀器公司。

1.3 狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)環(huán)境

按照GB/T 2918—1998的規(guī)定，每組試樣在試驗(yàn)前應(yīng)在溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度50%±5%的環(huán)境中進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)節(jié)時(shí)間分別為4 h(拉伸、斷裂、熱收縮、潤(rùn)濕張力)、16 h(摩擦因數(shù))、40 h(霧度、光澤度)，并在與狀態(tài)調(diào)節(jié)相同的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)是在溫度24 ℃、相對(duì)濕度54%的環(huán)境中進(jìn)行。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

參照GB/T 16958—2008標(biāo)準(zhǔn)[3]中的引用方法，從每組待測(cè)薄膜中正確選取適用試樣，選取的薄膜應(yīng)無明顯裂紋、松弛、褶皺、瑕疵、雜質(zhì)及任何影響適用性的缺陷。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果

拉伸強(qiáng)度是指在拉伸試驗(yàn)中，塑料薄膜產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力，直至試樣斷裂所受到的最大拉伸應(yīng)力，其結(jié)果以單位兆帕(MPa)表示。試驗(yàn)方案按照GB/T 1040.3—2006[4]的規(guī)定進(jìn)行，試樣采用長(zhǎng)條形，尺寸為150 mm×15 mm，夾具間距為100 mm，試驗(yàn)速度為100 mm/min，分別測(cè)試縱向、橫向試樣各5條，再各取其平均值。設(shè)定好程序，電子拉力試驗(yàn)機(jī)直接顯示結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，很明顯，每組樣品的拉伸強(qiáng)度其橫向均大于縱向，隨著厚度的增加拉伸強(qiáng)度縱、橫向均逐漸增大。制定新標(biāo)準(zhǔn)建議拉伸強(qiáng)度的數(shù)據(jù)橫向大于100 MPa，縱向小于100 MPa。

2.2 斷裂伸長(zhǎng)率的檢測(cè)結(jié)果

斷裂伸長(zhǎng)率是試樣在拉斷時(shí)的位移與原長(zhǎng)度的比值，以百分比(%)表示。試驗(yàn)方案按照GB/T 1040.3—2006的規(guī)定進(jìn)行，同拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)一同進(jìn)行，按照設(shè)定程序，電子拉力試驗(yàn)機(jī)均能直接顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示，很明顯，每組樣品的斷裂伸長(zhǎng)率其縱向均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向，隨著厚度的增加伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。制定新標(biāo)準(zhǔn)建議拉伸強(qiáng)度的數(shù)據(jù)橫向小于100%，縱向大于200%。

圖1 8組薄膜拉伸強(qiáng)度的比較

圖2 8組薄膜斷裂伸長(zhǎng)率的比較

2.3 熱收縮率的檢測(cè)結(jié)果

熱收縮率是塑料薄膜因其固有的熱膨脹率而產(chǎn)生的表面變化。試驗(yàn)方法如下：調(diào)節(jié)水浴鍋溫度，恒溫至(95±1)°C，迅速放入試樣并開始計(jì)時(shí)，試樣采用平放法，保持10 s后取出，冷卻至試驗(yàn)環(huán)境溫度后，分別測(cè)量沿標(biāo)線縱、橫向長(zhǎng)度，計(jì)算試樣的熱收縮率，縱、橫向試樣各5片，取算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，以百分比(%)表示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示，每組樣品的熱收縮率其縱向均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向，符合楊智能等[5]對(duì)塑料薄膜熱收縮率的測(cè)試規(guī)律。熱收縮率與聚酯薄膜的厚度有關(guān)系，隨著厚度的增加熱收縮率逐漸變小，厚度在33～45μm的聚酯薄膜的熱收縮率較大。制定新標(biāo)準(zhǔn)建議熱收縮率縱向數(shù)據(jù)范圍為：50%～70%；橫向數(shù)據(jù)范圍為：10%～50%。

圖3 8組薄膜熱收縮率的比較

2.4 摩擦因數(shù)的檢測(cè)結(jié)果

摩擦因數(shù)是指薄膜接觸面之間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力的比值，其與薄膜表面的粗糙度有關(guān)，可分為動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)。靜摩擦力是兩接觸表面在相對(duì)位移開始時(shí)的最大阻力，動(dòng)摩擦力是兩接觸表面以一定速度滑動(dòng)時(shí)的阻力。試驗(yàn)方案按照GB/T 10006—1988[6]的規(guī)定進(jìn)行，每組薄膜測(cè)量3對(duì)試樣，取算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，取3位有效數(shù)字。摩擦因數(shù)儀按照設(shè)定程序，直接顯示測(cè)試結(jié)果，如圖4所示，每組的靜摩擦因數(shù)均大于動(dòng)摩擦因數(shù)，符合工作原理，摩擦因數(shù)與厚度成反比關(guān)系。更替新標(biāo)準(zhǔn)建議靜摩擦因數(shù)小于0.700，動(dòng)摩擦因數(shù)小于0.500。

圖4 8組薄膜摩擦因數(shù)的比較

2.5 光澤度的檢測(cè)結(jié)果

光澤度是指在規(guī)定的入射角下，塑料薄膜的鏡面反射率與同一條件下基準(zhǔn)面的鏡面反射率的比值，測(cè)試值可能大于100%，但大多情況下小于100%，胡慧林等[7]總結(jié)出快速、準(zhǔn)確測(cè)量光澤度的方法和條件。本次試驗(yàn)中光澤度儀采用45°入射角照明測(cè)試并檢出信號(hào)。8組聚酯薄膜的試驗(yàn)方案按照GB/T 8807—1988[8]的規(guī)定進(jìn)行，每組薄膜測(cè)量3個(gè)試樣，取算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，精確到0.1光澤單位，用百分?jǐn)?shù)表示。測(cè)試結(jié)果如圖5所示，結(jié)果顯示，光澤度與厚度成反比關(guān)系，隨著厚度的增大逐漸降低。更替新標(biāo)準(zhǔn)建議光澤度大于80%。

圖5 8組薄膜光澤度的比較

2.6 霧度的檢測(cè)結(jié)果

霧度是透過薄膜而偏離入射光方向的散射光與透射光通量的比值，霧度越大表示塑料薄膜的透明度特別是成像度越低，是塑料薄膜光學(xué)透明性的重要參數(shù)。董靜等[9]分析了影響丁苯透明抗沖樹脂霧度的一些因素，張莉瓊等[10]研究影響聚乙烯醇-魔芋葡甘聚糖包裝膜透光率和霧度的因素,吳富等[11]設(shè)計(jì)研制了相應(yīng)的透光率和霧度測(cè)量裝置。8組聚酯薄膜的試驗(yàn)方案按照GB/T 2410—2008[12]的規(guī)定進(jìn)行，采用霧度計(jì)法，每組薄膜測(cè)試3個(gè)試樣，取算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，精確到0.1%。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，數(shù)據(jù)顯示：霧度隨著厚度的增大逐漸變大，厚度大于38 μm后數(shù)據(jù)變化緩慢。更替新標(biāo)準(zhǔn)建議霧度小于8.0%。

圖6 8組薄膜霧度的比較

2.7 潤(rùn)濕張力的檢測(cè)結(jié)果

薄膜表面的潤(rùn)濕性是制約印刷質(zhì)量的最大因素，薄膜表面的潤(rùn)濕性必須比油墨的潤(rùn)濕性高，印刷圖案才能牢固，不易脫落。趙波[13]利用量角法代替涂布法對(duì)電暈處理薄膜樣品潤(rùn)濕張力進(jìn)行了測(cè)試，顯示出優(yōu)越的性能。8組聚酯薄膜的試驗(yàn)方案按照GB/T 14216—2008[14]的規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果如圖7所示，數(shù)據(jù)顯示：反面數(shù)值變化不大，潤(rùn)濕張力均為48 mN/m，說明未經(jīng)電暈處理；正面是經(jīng)過電暈處理面，潤(rùn)濕張力隨著薄膜的厚度增大而減小，到45 μm后基本無變化。更替新標(biāo)準(zhǔn)建議潤(rùn)濕張力大于48 mN/m。

圖7 8組薄膜潤(rùn)濕張力的比較

2.8 8組薄膜的綜合驗(yàn)證結(jié)果

8組聚酯薄膜的物理力學(xué)性能綜合數(shù)據(jù)如表1所示，各項(xiàng)性能均顯示出一定的規(guī)律性。其中拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、霧度與薄膜厚度成正比關(guān)系，熱收縮率、摩擦因數(shù)、光澤度、潤(rùn)濕張力與薄膜的厚度成反比關(guān)系。與將被更替的GB/T 16958—2008標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)相比較，其中斷裂伸長(zhǎng)率(縱向)、熱收縮率、摩擦因數(shù)顯出一定的優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，可以給用戶在選擇包裝產(chǎn)品時(shí)提供數(shù)據(jù)參考。由于試驗(yàn)環(huán)境、檢測(cè)設(shè)備的不同，不可避免有一定的誤差，建議有能力的研究機(jī)構(gòu)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié)論

聚酯薄膜作為一種品質(zhì)優(yōu)良的高分子包裝材料，生產(chǎn)企業(yè)通過改變對(duì)原料控制、添加劑種類以及加工工藝的改進(jìn)，制造出不同用途的聚酯薄膜。每種新型材料標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前，都要經(jīng)過試驗(yàn)論證，已證實(shí)其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的符合性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，新型聚酯薄膜的拉伸強(qiáng)度是聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜的3～5倍，均勻的縱、橫向拉伸性能能保持保護(hù)物品的清晰和不變形。為了減少環(huán)境污染，綠色包裝越來越受到國(guó)家重視，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)廢舊塑料的回收利用也會(huì)加大科技投入，Wang等[15]對(duì)其從廢舊塑料中如何提取也進(jìn)行了相關(guān)研究?？缮锝到獾沫h(huán)保塑料袋的出現(xiàn)將完美地替代傳統(tǒng)的塑料包裝，王瀅[16]設(shè)計(jì)出了一款新型可降解雞蛋包裝——壓縮秸稈雞蛋包裝，對(duì)可降解材料提出了新觀點(diǎn)、新性能要求。因篇幅所限，未能對(duì)8組聚酯薄膜進(jìn)行水蒸氣透過率和氧氣透過率的測(cè)試論證，在后續(xù)的科研工作中將予以重點(diǎn)關(guān)注。

表1 8組薄膜的物理力學(xué)性能