摘要：目前，國內(nèi)包裝行業(yè)多數(shù)采用恒溫油浴和烘箱來進行薄膜收縮率的檢測，而較少測試收縮力值，對ISO 14616-1997與DIN 53369-1976等、國外的標(biāo)準(zhǔn)也知之甚少。文章介紹了常用的收縮率測試標(biāo)準(zhǔn)，并重點介紹ISO 14616與DIN 53369收縮力值的測試方法；采用ISO 14616的方法通過試驗對低密度聚乙烯LDPE、非結(jié)晶型共聚酯PETG、單向拉伸聚苯乙烯OPS、多層共擠聚烯烴POF和雙向拉伸聚丙烯BOPP五種材料進行測試。試驗表明，通過該方法不僅可以檢驗聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物的收縮性能，也可檢驗其他熱收縮膜的收縮性能。
關(guān)鍵詞：收縮膜,熱縮力,冷縮力,收縮率,ISO 14616

　　熱收縮膜包裝是目前廣泛使用的一種包裝形式，具有包裝緊實、透明美觀、適應(yīng)性強等特點，常用于飲料、日化、煙草、腸類等產(chǎn)品的包裝。熱收縮膜屬于高分子材料，收縮原理為高溫拉伸時，分子鏈段在拉伸方向上取向，無序卷曲的分子鏈段進行有序排列，當(dāng)溫度急速降低時，分子鏈段取向結(jié)構(gòu)與內(nèi)應(yīng)力被“冷凍”，當(dāng)高聚物再次被加熱到拉伸時的溫度時，分子鏈段發(fā)生解取向，恢復(fù)到無序卷曲形態(tài)，宏觀上即表現(xiàn)為熱收縮[1]。收縮力與收縮率是判定收縮性能好壞的主要指標(biāo)，目前常使用恒溫油浴和烘箱對材料收縮性能進行測試。

1 檢驗標(biāo)準(zhǔn)

1.1 采用恒溫油浴測試

　　采用恒溫油浴對收縮性能進行測試，具有代表性的國家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 19787-2005《包裝材料 聚烯烴熱收縮薄膜》和GB/T 13519-1992《聚乙烯熱收縮薄膜》。測試方法為采用120±2℃的恒溫油浴將試樣加熱一定的時間后取出，冷卻后測量材料橫縱向尺寸的變化，以此計算薄膜收縮率[2,3]。計算公式如下：

　　式中：S為收縮率（%）；L0為加熱前試樣的長度（mm）；L為加熱后試樣的長度（mm）。

　　該方法的優(yōu)點是油浴溫度控制穩(wěn)定，能較好地控制薄膜收縮率檢驗環(huán)境，結(jié)果可靠。但是該方法只能用于檢驗收縮率，而無法測試收縮力值。

1.2 采用烘箱測試

　　GB/T 10003-2008《普通用途雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜》、GB/T 16958-2008《包裝用雙向拉伸聚酯薄膜》和GB/T 15267-94《食品包裝用聚氯乙烯硬片、膜》中規(guī)定利用烘箱對薄膜的收縮率進行測試。即將試樣放入恒溫烘箱中，在一定溫度下加熱一段時間后，取出冷卻，測量試樣橫縱向尺寸的變化，計算收縮率[4,5,6]，公式與采用恒溫油浴測試的相同。

　　該方法較少用于收縮膜測試，一般用于測試?yán)煨捅∧さ氖湛s率。另外，該方法無法測試收縮力值。

1.3 其他

1.3.1 DIN 53369-1976標(biāo)準(zhǔn)

　　DIN 53369-1976（以下簡稱DIN 53369）《塑料薄膜檢驗方法 收縮力的測定》中采用無行程力學(xué)測試裝置測試試樣收縮力，該標(biāo)準(zhǔn)專門用于測定塑料薄膜的收縮力值[7]。此標(biāo)準(zhǔn)中，收縮力值是指在薄膜受熱后所產(chǎn)生的力值，測試時需將試樣夾持在固定夾具間，夾具不得因受到收縮力值而產(chǎn)生位移，否則將使測試值變小。該標(biāo)準(zhǔn)可測試塑料薄膜的zui大熱收縮力、一定溫度下的收縮力、冷卻到室溫后的收縮力和與時間有關(guān)的收縮力。其中，冷卻到室溫后的收縮力即冷縮力，是指從加熱腔中取出試樣后20min的收縮力值。該標(biāo)準(zhǔn)方法可檢測試樣的收縮力，但未規(guī)定收縮率的測試方法。

1.3.2 ISO 14616-1997標(biāo)準(zhǔn)

　　ISO 14616-1997（以下簡稱ISO 14616）《塑料 聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物的熱收縮薄膜.收縮應(yīng)力的測定》規(guī)定了試樣的熱縮力、冷縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮應(yīng)力與收縮率的測試方法[8]。對收縮力的測試采用無行程力學(xué)測試裝置，測試原理與DIN 53369一致。該標(biāo)準(zhǔn)中對冷縮力的定義與DIN 53369不同，指的是試樣從加熱腔中取出后冷卻過程中出現(xiàn)的zui大收縮力。

　　ISO 14616采用位移法測試薄膜的收縮率，即采用高精度位移傳感器，測量因塑料薄膜收縮而使夾具產(chǎn)生的位移量。收縮率計算公式為：

　　該標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)階段*同時規(guī)定收縮力與收縮率測試方法的標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗

　　目前，我國國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有與ISO 14616類似的檢驗方法，該方法在實際中應(yīng)用也不是很廣泛，但隨著收縮膜技術(shù)的發(fā)展，對此類薄膜收縮性能的測試要求將越來越全面與嚴(yán)格，該方法必將得到更廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。然而，ISO 14616主要針對聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物而制定，其標(biāo)準(zhǔn)曲線也具有一定的針對性，不能作為評判其他薄膜收縮率特性的標(biāo)準(zhǔn)。

　　本文采用ISO 14616中所述方法，對常見收縮膜收縮力與收縮率進行檢驗，驗證該方法對其他常見薄膜熱收縮性能測試的可行性。

2.1 試驗材料

　　低密度聚乙烯LDPE、非結(jié)晶型共聚酯PETG、單向拉伸聚苯乙烯OPS、多層共擠聚烯烴POF和雙向拉伸聚丙烯BOPP。

2.2 試驗儀器

　　本次試驗采用濟南蘭光機電技術(shù)有限公司的FST-02薄膜熱縮性能測試儀，可用于檢測薄膜的熱縮力、熱縮應(yīng)力、冷縮力、冷縮應(yīng)力、收縮率等熱縮性能。

2.3 試驗方法與結(jié)果

　　測試前先將試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃ 50%RH）中調(diào)節(jié)24h，然后將試樣裁為15mm寬，120~150mm長的試樣條。將試樣一端固定在夾具上，另一端固定在力值傳感器（收縮率工位固定住位移傳感器上），通過試樣夾持裝置將試樣送入已預(yù)熱到試驗溫度的試驗腔中進行測試。儀器自動檢測試樣的熱縮力、冷縮力、收縮率等性能，并計算熱縮應(yīng)力與冷縮應(yīng)力。

2.3.1 熱縮力與冷縮力的關(guān)系

　　在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度下，測試試樣的熱縮力、冷縮力與收縮率。根據(jù)ISO 14616要求，在該試驗溫度下，zui大熱縮力值應(yīng)出現(xiàn)在15～30S之間。LDPE、OPS、POF和BOPP材料分別檢測六組，每種材料的試驗結(jié)果平均值見表1：

表1 試樣熱縮性能測試結(jié)果（ISO 14616）

Tab.1 Results for shrinkage property(ISO 14616)

　　比較各材料的熱縮力與冷縮力（如圖1），可以發(fā)現(xiàn)LDPE的冷縮力明顯大于其熱縮力，其試驗結(jié)果與ISO 14616標(biāo)準(zhǔn)中所示的聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物收縮力典型曲線（如圖2）一致；PETG、POF和BOPP的熱縮力大于冷縮力，而OPS的冷縮力稍大于熱縮力。這表明材料的冷縮力與熱縮力的大小關(guān)系與材料類型密切相關(guān)。在DIN 53369中也明確說明“不同的薄膜，冷縮力與熱縮力之間的關(guān)系是不同的”。因此，在評判薄膜收縮力值特征時，應(yīng)結(jié)合材料自身的熱縮性能特征，綜合考慮熱縮力與冷縮力兩個方面的因素。

圖1 熱縮力與冷縮力比較

圖2 收縮力與收縮率的測定——收縮現(xiàn)象的典型動力學(xué)實例（ISO 14616）

　　FST-02薄膜熱縮性能測試儀采用空氣加熱試樣，因加熱方式不同，其收縮率結(jié)果不能與采用恒溫油浴測試的收縮率結(jié)果等同比較。但采用該方法可有效比對不同材料間的收縮率，為材料加工與選擇提供指導(dǎo)與依據(jù)。

2.3.2 ISO 14616與DIN 53369冷縮性能測試方法比較

　　在上述標(biāo)準(zhǔn)介紹中提到DIN 53369與ISO 14616所指的冷縮力有所不同，分別為平衡20min后的冷縮力值與zui大的冷縮力值。本次試驗選擇60μm的LDPE與PETG，比較zui大冷縮力與20min后的冷縮性能之間的關(guān)系。

表2 ISO14616與DIN 53369冷縮性能比較

　　從試驗結(jié)果中可以看出，用FST-02正常試驗?zāi)Ｊ綔y試出的收縮率與在室溫平衡20min后的收縮率相同。分析原因為，在材料進入試驗腔加熱時，材料分子鏈段解取向，試樣收縮。在熱縮期間，鏈段已快速恢復(fù)至自然卷曲形態(tài)，進入無序化的熱運動平衡態(tài)，故試樣在出加熱腔后，其收縮率已穩(wěn)定。

　　對于冷縮力，在試樣從加熱腔中退出后，冷縮力會有一個急速的增大過程，在達到zui大值后，會有小幅的下降。如按照DIN 53369測試?yán)淇s力，其結(jié)果會比ISO 14616的冷縮力測試值偏小。因此，這兩個標(biāo)準(zhǔn)方法的冷縮力試驗結(jié)果之間不具可比性。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)材料的實際應(yīng)用場合選擇測試方法，如冷縮力的zui大值對產(chǎn)品包裝有較大影響，則選擇ISO 14616所示方法進行檢驗，反之，如薄膜冷縮后的常態(tài)收緊力值較為重要，則可選擇DIN 53369。

3 結(jié)語

　　ISO 14616雖然是針對聚乙烯、乙烯共聚物及其混合物材料提出的收縮性能測試方法，但其收縮力測試原理與DIN 53369相同，而且收縮率測試結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有實用性和參考性。試驗表明，對其他常用收縮膜的收縮性能測試也*可以借鑒該方法。并且，通過ISO14616可以測試熱收縮膜在試驗溫度下的收縮力與收縮率隨時間變化的情況，有效指導(dǎo)包裝生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置，控制產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

　　另外需要明確的一點是，由于加熱方式不同，采用恒溫油浴、烘箱測試收縮率與位移法對于收縮率的測試結(jié)果之間不具備可比較性。不同材料間收縮性能的比較需基于同一標(biāo)準(zhǔn)。