常用熱封薄膜材料性能對比與熱封工藝優化方法全解析！

(一)熱封強度

熱封強度是指二層相同或不同塑料材料在一定熔融溫度下經一定壓力後，熱粘合在一起後達到的剝離強度。根據相關标準規定，熱封是在130℃~140℃的溫度，1kgf/cm2 的壓力下，于2~3 秒的熱封時間後測定的強度。影響熱封強度的因素很多，主要有：

(1)樹脂的性能；

(2)樹脂中添加劑的成分和添加劑的量；

(3)加工成型的條件，尤其是擠出塗布加工時，表面的氧化程度；

(4)薄膜複合時，同熱封性樹脂相複合的其它材料的性能不同，熱封強度及熱封溫度也有所不同；

(5) 複合操作時，表面處理的程度如：電暈處理的大小等。

聚乙烯的熱封強度同聚乙烯的厚度有關，随着熱封樹脂，如PE 厚度的增加，熱封強度增加，例如：當LDPE 熱封層厚度為20μm 時，其剝離強度，即：熱封強度為1.0kgf/15mm寬，而30μm厚時為1.5kgf/15mm，40μm厚時為2.5kgf/15mm 寬，60μm 厚時，剝離強度可達4.2kgf/15mm寬。這就是為什麼高溫蒸煮袋的内封層材料PE 或PP 薄膜應當在60~70μm的厚度的原因。

熱封用樹脂的性能同熱封強度也有密切的關系：以某厚度的複合膜而言，在2kgf/cm2 壓力和0.5 秒的熱封條件下，150℃下熱封有最高的熱封強度，MI=3.7g/10min，d =0.923g/cm3， 熱封強度為1.25kgf/15mm 寬；MI=3.0g/10min，d=0.921g/cm3，熱封強度為1.4kgf/15mm 寬；MI =7.0g/10min，d =0.917g/cm3 熱封強度為1.75kgf/15mm 寬；MI=9.5g/10min，d=0.917g/cm3，熱封強度為1.9kgf/15mm寬。說明熱封強度随MI 的提高而增加。

(二)低溫熱封性

低溫熱封性是一個熱封容易程度的尺度，代表了熱封開始溫度和熱封強度的綜合因素。對于LDPE 樹脂來講，低溫熱封性同MI和密度有密切關系。高MI 和低密度的LDPE，低溫熱封性優。對于乙烯共聚物而言，與乙烯相共聚的單體含量和共聚單體的性能對其低溫熱封性有很大的影響。例如：EVA，随VA 含量的增加軟化溫度下降，低溫熱封性好，随EVA 密度的提高，低溫熱封性提高變優。

(三)夾雜物熱封性

這是指在熱封層表面沾有灰塵、油膩、雜物或包裝内容物的情況下，仍具有良好的熱封強度的一種性能，具有這種夾雜物熱封性的樹脂有各種粘結性樹脂及LLDPE。

各種熱封用樹脂：

(一) LDPE：

這是最常用的熱封用樹脂，可以用擠出吹膜或擠出流涎法生産成薄膜後再同其它薄膜組成複合薄膜使用，也可在其它薄膜、鋁箔、紙上擠出塗布或複合膜，還可同其它樹脂共擠出成複合膜，其熔點在105℃~120℃之間，熱封性、透明性、無毒性良好。

(二) MDPE 和HDPE：

熔點在120℃~135℃之間，也有良好的熱封性，透明性不如LDPE，結晶度比LDPE 高，薄膜強度比LDPE大，熱封溫度比LDPE 高，一般來講，PE 的最佳熱封溫度在150℃~160℃，這時有最高的熱封強度。

(三) PE 的共聚物：

PE 同其它α碳原子的烯烴，如：辛烯、戊烯等的共聚物，茂金屬(MPE)、LLDPE等，還有乙烯同丙烯酸酯、乙烯同醋酸乙烯酯、乙烯同馬來酸酐等的共聚物，這些樹脂的共同特點是有良好的低溫熱封性、高度的熱封強度和良好的熱粘合性。

一、被熱封材料

一、被熱封材料

不同的被包裝物對軟包裝材料的熱封性的要求也是不同的，例如，包裝食鹽等粗顆粒密度大的物品，要求軟包裝材料的熱封強度要高；而包裝洗衣粉等輕質，微細的粉末狀物質，因包裝時易飛揚粉塵，則要求軟包裝材料的夾雜物熱封性要好。不同的包裝材料其熱封特性也不同，見表1：

表1 幾種常用熱封薄膜的熱封特性

作為複合材料的熱封層多使用LDPE，而LDPE的熔體流動速率的高低、直接影響到熱封質量的好壞，LDPE的熔體流動速率高，則該樹脂的分子量小，流動性好，用這種樹脂做複合層的複合薄膜在熱封加工時其熱封溫度要低一些，熱封質量也要好些。

其它的複合材料的熱封層還可以有CPP、EVA、離子型聚合物等。熱封材料的熱封特性除表中所示外，還與熱封材料的厚度有關，通常其熱封強度随厚度的增加而增加。複合材料的熱封特性不僅與熱封材料有關，還與與熱封材料複合的其它結構材料的性質有關，例如，PET/LDPE包裝材料在熱封時就要考慮PET 的導熱性和熱收縮特性。

薄膜的表面狀态與熱封的關系

熱封表面受到被包裝物等物質污染。

過度電暈的薄膜----降低了材料的熱封性。

薄膜的印刷油墨層----熱封處的油墨都會由于受熱引起油墨與基材的黏附強度減低而導緻熱封強度的下降。

熱封薄膜中加入有防粘連劑、潤滑劑、抗氧劑等助劑時，這些助劑的析出會影響材料的熱封性，降低熱封強度。

二、熱封工藝

當熱封材料确定之後，熱封質量就直接與熱封工藝有關了，通常主要控制的是熱封的溫度、壓力和時間。

熱封理論

熱封時在熱封溫度以上，使塑料薄膜成為粘流态；而熱封壓力則使處于粘流态的塑料薄膜的界面分子間産生相互滲透、擴散的外在動力；一定的熱封時間會使塑料薄膜的界面分子盡快相互滲透、擴散，使界面消失而成為一個整體，因而具有良好的密封性。

熱封溫度

熱封材料的最低熱封溫度取決于材料的熔融溫度，熱封溫度應該高于熱封材料的熔融溫度，但是，高于多少，要考慮被封材料是單膜還是複合膜、薄膜的厚度、熱封壓力、熱封速度等技術指标。一般，熱封壓力高；熱封速度慢；薄膜厚度大，則熱封溫度可以低一些，反之亦然。

熱封壓力

熱封壓力的大小對熱封效果的影響也很大，熱封壓力應當适當，熱封壓力過低時，被熱封的兩層材料難以達到真正的融合，或者難以趕盡封口中間的氣體，以至造成局部漏封。熱封壓力過大，再當熱封溫度稍高時，易在熱封時熱封刀會将封縫中的熔料擠走，導緻“熱切”現象。輕則降低封口的熱封強度，使封口的耐沖擊強度下降。一般，熱封溫度高；熱封速度慢；薄膜材料薄些，熱封壓力可以小些，反之亦然。

熱封時間

在相同的熱封溫度和熱封壓力下，熱封時間越長，熱封層的界面結合的越牢固，但是，熱封時間過長易造成封縫處樹脂氧化，反而降低熱封效果。同時，熱封時間過長還易造成封縫起皺變形，影響外觀并造成漏袋。

小結

總之，不同的熱封材料和加入不同的助劑以及對熱封材料的不同的處理方式（電暈、印刷）等，則熱封材料的特性是不同的。要根據不同的被包裝物及包裝工藝慎重選擇。

溫度、壓力和時間是确定熱封工藝的三個重要參數，要根據不同的熱封材料和包裝工藝恰當地确定，以獲得最佳的熱封效果。

PET/AL /PE的熱封

結合熱封強度試樣的破壞模式與實際生産标準,确定PET/AL /PE複合薄膜的有效熱封溫度範圍。

試驗材料

• PET/AL /PE複合膜: 幹式複合

• 厚度：PET15 /AL13 /PE82 ,;

• 熱封試樣尺寸:寬75mm,長90mm;

• 熱封強度試樣尺寸:寬15mm,長90mm。

試驗方法

1.熱封性能試驗

試驗研究熱封工藝參數:熱封溫度、熱封時間、熱封壓力對PET/AL /PE熱封強度的影響。

熱封溫度( T) : 100～242℃:熱封壓力( P) : 0.1～0.3MPa;熱封時間( t) : 0.1～2 s。

采用SL22型熱封試驗儀進行熱封試驗。将試樣以内層PE層面對面的形式放置在上下鉗口之間。熱封區域寬10mm。

每種工況試驗重複5次。

2.熱封強度試驗

依據QB /T 2358-1998《塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法》 ,拉伸速率為300mm /min。每種工況試驗重複5次。

結果與讨論

1　熱封參數對熱封強度的影響

1. 1　熱封時間對熱封強度的影響

• 取同一熱封壓力(均為0.3MPa ) , 熱封溫度為100、105、115和145℃,熱封時間為0.5、1、1.5和2 s,

• 熱封時間與熱封強度的對應關系:溫度較低(100℃)時,随熱封時間的增加熱封強度略有提高;當溫度達到105℃後,熱封時間對熱封強度的影響不顯著。

熱封壓力對熱封強度的影響

取同一熱封時間(均為1 s) ,熱封溫度為100、105、135和195℃,熱封壓力為0.1、0.2 和0.3MPa,

熱封壓力對熱封強度的影響: 溫度較低(100℃)時,随着熱封壓力的增大熱封強度略有增加;當溫度達到105℃後,熱封壓力對熱封強度的影響不顯著。

熱封溫度對熱封強度的影響

(熱封時間為0.5 s): 結果發現,在100 ～135℃範圍内,熱封溫度對熱封強度的影響極為顯著。熱封強度由100℃時的接近0值,增加到105℃的20N /15mm左右;直至135℃的最大值46N /15mm左右;其後,随着溫度的進一步升高,其對熱封強度的影響不顯著,熱封強度趨于穩定。同時發現,總體上熱封壓力對熱封強度的影響不顯著。

結合工程實際有效熱封溫度範圍确定

1)有效熱封下限溫度的确定

工程實際中,軟包裝材料的有效熱封溫度範圍應充分考慮其應用産品即包裝質量。

從熱封的定義知,熱封必須使薄膜的内封層熔融而成黏流狀态 。因此有效的熱封下限溫度至少要達到内層PE的熔融溫度(熔點) 。

分析100、105和110℃下3個試樣熱封區域橫截面的SEM 微觀照片 。結果發現,100℃時,熱封部分的兩PE層中間有明顯的縫隙,未封合; 105℃時,兩PE層之間部分封合,部分有縫隙;110℃時,兩PE層已完全封合,未見縫隙或分界線。說明105℃為PE 熔融的臨界點, 有部分PE 熔合,110℃達到熔點以上,材料全部熔合。

結合熱封強度試驗可知,當到達110℃時,每一組試驗條件下的熱封強度值均大于15N /15mm,符合相關标準中規定的對于熱封層為PE的包裝材料的封口強度要求。因此,确定試樣的有效熱封下限溫度為110℃。

2)有效熱封上限溫度的确定

• 熱封上限溫度的确定應考慮熱封試樣的拉伸破壞模式、外觀效果進行判定。

• 熱封試樣的拉伸破壞模式通常有以下幾種 :

• A (界面破壞) :發生在熱封材料之間的界面,斷裂伸長

• 率低,熱封強度不高,包裝袋的密封性能差。

• B (内聚破壞) :發生在熱封材料或複合膜的拉伸破壞,在拉伸過程中有頸縮現象,斷裂伸長率和韌性破壞較大,是很好的熱封拉伸狀态。

• C (剝離破壞) :發生在複合膜的層間,是由于複合膜層間的剝離強度與熱封強度相比較低,引起層間分開,斷裂伸長較大。

• D (斷根破壞) :發生在複合膜的熱封邊緣,有較低的斷裂伸長,較大的熱封強度,但包裝袋的密封性和耐沖擊強度差。　　

考慮熱封的外觀效果。在實際生産中,封邊外觀直接影響着包裝質量及商品的貨架效果。封邊外觀要求平整,無變形、無皺縮 。由熱封試驗在冷卻後的表觀判定所知,當到達160℃,熱封部分外表面有輕微的皺縮現象,表明熱封溫度偏高,開始破壞複合袋内層的應力挺度,且熱封部分以外靠近封邊的内層PE也出現少許粘連點;繼續升溫的過程中封邊皺縮的現象逐漸加重,到242℃時,外層PET材料過熔且嚴重皺縮。因此在實際生産中, 應将熱封溫度控制在160℃以下。

結合工程實際的熱封工藝參數确定

在工程實際應用中,軟包裝或制袋的速度如果為20～120件/min ,工作周期為3～0.5 s ,而目前高速封口制袋機工作周期一般不超過1 s。考慮到整個周期中熱封所占時間一般在50%左右,因此,有效的熱封時間通常為0.5s左右。為避免熱封壓力過大使熔融材料擠出而降低熱封強度,熱封壓力一般控制在0.1～0.3MPa。

綜上所述,對于PET/AL /PE複合薄膜有效熱封溫度邊界:可确定PET/AL /PE複合薄膜有效熱封的溫度--時間邊界。

例如封合時間為0.5 s (熱封壓力0.1 ～0.3MPa) 。時,PET/AL /PE複合薄膜有效熱封的溫度範圍應115 ～160℃。

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