第五章塑料薄膜性能测试

第五章塑料薄膜性能测试第一页，编辑于星期日：点四十二分。第1页，共62页。二、塑料基本性能测试

1、薄膜宽度的检测塑料薄膜通常需要经过印刷、复合、分切、制袋等工序加工而成为复合膜、袋，在印刷复合时对薄膜的工艺边料宽度都有一定的要求，因而薄膜的宽度偏差就成为能否满足加工工艺要求，同时又有效控制边料成本的关键所在。（1）.测定方法展开薄膜或薄片成叠状，测量前保持这种叠层状态1h。将材料放置在平面上，刻度划分为lmm的直尺放在材料上与材料纵向成直角。直尺上的零点刻度对准材料左纵向边，测量材料右边在直尺上的确切位置，精确至1mm，记录结果。第二页，编辑于星期日：点四十二分。第2页，共62页。二、塑料基本性能测试（2）注意事项以上测定的是薄膜的自然宽度，但是对于尼龙膜可能会出现较大的测量误差，因为在自然状态放置时材料吸水及不同的张力状态会导致材料尺寸的变化。例如，原装卷筒状的尼龙膜的宽度是822mm，切取的单片膜的宽度测量数据是833mm，存在很大的误差。解卷时的操作拉力也会造成材料尺寸的误差第三页，编辑于星期日：点四十二分。第3页，共62页。塑料薄膜的透气性测定测试薄膜透气性能的方法很多．除确定气体传递量的三个基本方法(压力法、体积法，浓度法)外，还有热传导法和气相色谱法．而应用最广泛的是压力法和浓度法．压力法的主要特点是准确性高，重复性好，也容易实现自动记录，在测定透气系数的同时，还能求得扩散系数，并且求得溶解度系数第四页，编辑于星期日：点四十二分。第4页，共62页。1：压力法①试验原理，气体从高压通过阻隔材料而流至低压侧，在薄膜的一侧造成真空或负压，使薄膜两侧产生压差，测量其通过阻隔材料的压力变化．采用压力法能在短时间内准确地测量出透过透气性较低的薄膜的微量气体量．第五页，编辑于星期日：点四十二分。第5页，共62页。④影响因素：

a压力．对于O2、N2、CO2等气体，其透气系数与压力无关．聚乙烯、聚氯乙烯对N2进行试验时，薄膜两侧压力差的大小对透气系数、透气量影响狠小．

b扩散气体的种类、性质．对同一种薄膜的渗透，气体分于直径愈大；所需扩散活化能愈犬，则扩散系数愈小。但当气体的临界温度相当大时，透气系数主要取决于溶解度系数．

c，薄膜性质．第六页，编辑于星期日：点四十二分。第6页，共62页。2浓度法在浓度法试验中，使用两种气体，一种是标准气体，另一种是确定透过量的试验气体．对于试验气体来说，试样两边存在着一个分压差，而对总压来说，试样两边是相等的．这种方法也可称之为等压法．因为试样两侧压力是相等的，对试样不需要用支架来支撑．试验时应注意控制试验气体和标准气体二者的相对湿度，一般纤维素薄膜的透气率受相对湿度影响很大，相对湿度高于65%时，透气率就会迅速增加，对干燥薄膜来说，透气量约为(9.87~19.7)×10-5cm3/m2·24h·Pa,而在100%的相对湿度下其透气量可达3000×10-5cm3/m2·24h·Pa

第七页，编辑于星期日：点四十二分。第7页，共62页。测定浓度变化有许多方法，如化学分析法、气相层析法、热传导法和放射扫描法．当测定透气性能很低的材料时，可采用一种扫描气体技术，如图4--2--5．第八页，编辑于星期日：点四十二分。第8页，共62页。第九页，编辑于星期日：点四十二分。第9页，共62页。气相色谱法透气室的混合气体与标准气体一起以一定的建度直接流过色谱仪的检测系统，进行分析或用注射器抽出气体样品，再注入到气相色谱的分析装置中。第十页，编辑于星期日：点四十二分。第10页，共62页。塑料薄膜透湿率的测定由于薄膜具有透湿性，会直接影响被包装物的质量和保守期，特别是药片．饼干、茶叶等，保存期吸湿增加水分，以至降低质量，所以有必要测试薄膜的透湿性，以合理选择产品包装所需的薄膜。①水蒸气透过量(WVT)一在规定的温度，相对湿度，一定的水蒸气压差和一定厚度的条件下，lm2的试样在24h内透过的水蒸气量。②对蒸气透过系数(Pv)一在规定的温度、相对湿度环境中，单位水蒸气压差下，透过单位厚度、单位面积试样的水蒸气量。第十一页，编辑于星期日：点四十二分。第11页，共62页。2基本原理在规定的温度，相对湿度条件下，试样两侧保持一定的水蒸气压差，测量透过试样的水蒸气量，计算水蒸气透过量和水蒸气透过系数。3测试方法测试塑料薄膜透湿性能的方法有：透湿杯法、快速试验法、电量测量透湿杯法、气动蒸气透湿测定仪法等．最常用的是透湿杯法和快速试验法。第十二页，编辑于星期日：点四十二分。第12页，共62页。（1）透湿杯试验法

①测试仪器及试剂：按GBl037—87选用恒温、湿温箱、分析天平；量具、密封蜡和干燥剂，

②试验条件：条件A，温度38±0.6℃，相对湿度90土2%

条件B：温度23±0.6℃，相对湿度90士2％。③试验步骤；

a.用标准图片冲刀切取一定直径(为杯环内径与凹槽宽度之和)的图形试样，要求试样干整、均匀、不得有孔洞、针眼、皱折、划伤等缺陷．

第十三页，编辑于星期日：点四十二分。第13页，共62页。

b．将干燥剂放入清洁的杯皿中，其加入量应使干燥剂距试样表面3mm为宜．

c.小心地取下导正环，将熔融的密封蜡浇灌在杯子的凹槽中。密封蜡凝固后不允许产生裂纹及气泡．

e.称量封好的透湿杯。

f.将透湿杯放入已调好温度、湿度的恒温，恒湿箱中，16h后从箱中取出，放入处于23士3℃环境下的干燥器中，平衡30min后进行称量

g.称量后将透湿杯重新放入恒温箱内，以后每两次称量的间隔时间为24、48或96h．若试样透湿量过大，亦可对初始平衡时间和称量间隔时间做相应调整．但应控制透湿杯增量不少于5mg．

第十四页，编辑于星期日：点四十二分。第14页，共62页。

h．重复g步骤，直到前后两次质量增量相差不大于5%时，方可结束试验．要求：每次称量时，透湿杯的先后顺序应一致，称量时间不得超过间隔时间的1%，每次称量后应轻微撮动杯子中的干燥剂使其上下混合．而且干燥剂吸湿总增量不得超过10%．④结果计算：

A、水蒸气透过量，

WVT=(24·△m)/(A·t)式中WVT一水蒸气透过量，g／m2·24ht一质量增量稳定后的两次间隔时间h：△m—t时间内的质量增量g，

A一试样透水蒸气的面积，m2第十五页，编辑于星期日：点四十二分。第15页，共62页。

B．水蒸气透过系数；Pv=(△M·d)/(A·t·△P）=1.157×10-9×（WVT·d)/△P式中Pv一水蒸气透过系数，g·cm／cm2·S·PaWVT一水蒸气透过量，g／m2·24h，

d--试样厚度，cm△P一试样两侧的水蒸气压差，Pa第十六页，编辑于星期日：点四十二分。第16页，共62页。（2）快速试验法试验原理如图4--3--3所示．用于测定在一定的相对湿度下，试样干燥面的微小变化．试样下面装上水，使其有一个饱和气压(100%相对湿度)，试样夹在透气室上下的中间位置，保持密封状态，整个透气室保持恒温，透气室上半部装有一个探湿头，用干燥空气使上半部干燥．当完全干燥后，关闭进气口和出气口．这时，通过试样的蒸气使探湿头周围的空气相对湿度上升，记录一定的上升时间，可计算出透湿量．第十七页，编辑于星期日：点四十二分。第17页，共62页。第十八页，编辑于星期日：点四十二分。第18页，共62页。4塑料包装袋的渗漏试验（1）基本概念

①渗透：渗透是气体或蒸气由于高浓度区域的吸附(或吸入)作用而直接穿过包装材科，通过材料的壁向低浓度方向扩散，然后以低浓度的一面吸收。

②泄漏；泄漏是指气体或蒸气穿过材料或包装容器中有限的间断点，这个间断点可以是薄膜上的一个针孔，也可以是瓶的边缘：或泡罩的底部的一个裂缝，或盖子和瓶颈端部之间的微小裂口，也可能是热封区域两层之间微小的毛孔．泄漏速度取决于裂口尺寸与泄漏分子尺寸的比值，取决于封合系统的局部压力和总压力。

第十九页，编辑于星期日：点四十二分。第19页，共62页。第二十页，编辑于星期日：点四十二分。第20页，共62页。由于试样在加热和降温时收缩膨胀，所以试样的环境温度对泄漏速度有明显的影响．大多数密封容器不只由一种材料组成，很难保证它们具有同样的热膨胀系数。因此，周围温度升高或降低时，封合物可能频繁地被疏松或紧缩，泄漏可能出现在瓶颈端部和有衬垫的塑料封合物之间(如图a，b所示)，也可能出现在瓶口和无盏垫封合物之间(如图c所示)，或出现在有皱纹或不完善的热封区域(如图d所示)．为了减少泄漏，可改变无盖热封合物的几何设计或有盖垫封合增加盖垫的厚度，减少封合物与容器接触部分的裂缝．

第二十一页，编辑于星期日：点四十二分。第21页，共62页。为了减少热封区域的泄漏，必须优化如下参数：加热或冷却过程中对试样的张紧与夹持压力，温度及停留时间，热封层的厚度(大厚则不利于热传导，太薄则会形成热封不完善)，薄膜层的厚度(太薄会产生针孔而出现泄漏；太厚则热量过快地离开热封区，影响热封质量

第二十二页，编辑于星期日：点四十二分。第22页，共62页。2渗漏检测方法①真空法：多适用于含气量较多的包装袋．但由于水的影响而使包装袋的强度下降较大时不能采用此方法。第二十三页，编辑于星期日：点四十二分。第23页，共62页。当包装袋含气量较少，或不能用真空法测定时，可用下述简单方法进行检测．测试原理如图4--3--6所示．把内装物从袋中取出，把袋洗净，用作试验袋，数量在5个以上：在试验袋中装上试验液，封好后放在滤纸上，放置5min，再翻过来放置5min，看有无渗漏。第二十四页，编辑于星期日：点四十二分。第24页，共62页。②重量变化法，利用测定容器重量的变化来检测渗漏．在容器中充入液体，将容器放入相对湿度为0%的干燥器里，由于渗漏，容器的重量会发生变化．定期称容器的重量，由重量一时间曲线的斜率可得到试样在稳定状态下的渗透速度，正斜率表示重量的增加．负斜率表示重量损失．第二十五页，编辑于星期日：点四十二分。第25页，共62页。3、针孔试验为了更好地了解包装薄膜的抗针孔性能，首先介绍几种针孔测试方法，然后说明针孔强度试验方法．（1）染料法适合于由聚乙烯、纸等组成的复合材料．用次甲基蓝染料1%，甲醇99%，用毛刷涂在包装材料的树脂面上，经过一段时间后，在针孔位置就会渗透出蓝色的点．切取一定面积的试样，进行上述试验，就可检测出针孔点的数量．

第二十六页，编辑于星期日：点四十二分。第26页，共62页。①电阻法：有针孔的部位，电阻比较小，通过测量试样的电阻的变化检测出针孔的数量．利用这个方法可以检测袋状制品的针

孔．测试原理如图4--4一l所示；

第二十七页，编辑于星期日：点四十二分。第27页，共62页。在装有1%的氯化钠溶液的容器中，固定两个电极，一个电极如b图所示，另一个电极装在试样品中，如a图所示．试验样品中注入l％氯化钠溶液，同时把试样漫在容器中，注入溶液达30s后测量两极间的电阻，根据电阻的变化检测出针孔．第二十八页，编辑于星期日：点四十二分。第28页，共62页。②放电法：多用于检测金属和纸，塑料及涂层的复合材料．把试验样品放置在两极之间，当试样有针孔时，就会产生放电电流，用检测装置可以测出，并发出信号，自动排出有针孔的包装．如果包装没有针孔，不会引起电火花和放电电流，合格品自动输送到下道工序．第二十九页，编辑于星期日：点四十二分。第29页，共62页。第三十页，编辑于星期日：点四十二分。第30页，共62页。2抗针孔强度试验抗针孔强度是包装材料的重要性质，特别是液体包装袋，在输送过程中，由于搬动容易产生针孔，将会造成很大的损失．包装的振动试验方法，只以能模拟流通过程由于运输工具和振动所造成的损坏，还不能真正模拟针孔试验．下面介绍两种抗针孔强度试验法．第三十一页，编辑于星期日：点四十二分。第31页，共62页。（1）仪表测量法如图4--4--4所示，把试样装在金属柜上，放入低温槽内，然后使其以6cm／min的速度上升，用黄铜制的针(前端为70o顶角的圆锥形)，与检测器相连，试样向上移动时，碰到针销薄膜破坏产生针孔，由检测器测出产生针孔时的载荷和伸长。破坏载荷和伸长的关系近似为线性函数，因此，可用下式求出其韧性：α=P·△L/2式中α-材料的韧性，NmmP一破裂载荷，N，△L--破裂伸长，mm．本方法是用锐角的针销，以比较低的速度触及薄膜，检测薄膜的强度．实际在流通过程中，冲击速度是比较高的，模拟高速冲击下的针孔强度可采用下述方法．第三十二页，编辑于星期日：点四十二分。第32页，共62页。第三十三页，编辑于星期日：点四十二分。第33页，共62页。（2）冲击验法图4--4--5所示为冲击试验装置结构图．聚乙烯管的端点装有冲头和载荷．当冲头离开水平位置时，冲击试样，产生针孔，从而检测薄膜抵抗针孔强度的能力，所加的载荷一般为60g。第三十四页，编辑于星期日：点四十二分。第34页，共62页。5、耐药性试验（1）塑料薄膜的耐药性试验试样采用50×50mm的正方形或直径为φ50±0.25mm的圆形．浸渍药品之前应在温度为23士1℃、相对湿度为50％的条件下处理40小时，然后测定其强度和重量。药品根据包装的要求选择。按规定的时间浸渍后，用软布或薄纸擦掉，然后测量其重量(测试结果取平均值)．用下式计算重量的变化：△W=（W1-W2）×100％/W1

式中△W一重量变化率：

W1一处理后的试样重量(N)；

w2一试验终了时的试样重量(N)．第三十五页，编辑于星期日：点四十二分。第35页，共62页。2薄膜的药品渗透性试验从原理上看，类似于透湿杯试验，但有机溶液药品的蒸气压较高，放入杯内以后，薄膜由于压力而膨胀，因此，在对有机溶液药品的渗透进行试验时，最好采用图4--5--1所示的装置．把薄膜试样3安装在如图所示的位置上，然后把整个装置放入恒温箱时，根据其重量变化求出渗透系数，方法同上．如果测定香料的渗透性，应采用红外分光器进行气体色谱分析。其测试装置如图4--5--2所示。用红外分光器测定其吸收光谱或在硅钢橡胶窗插入注射器，取样5ml进行气体光谱分析.画出测量曲线，求出重量变化平均值R，然后计算出渗透系数Pt．第三十六页，编辑于星期日：点四十二分。第36页，共62页。第三十七页，编辑于星期日：点四十二分。第37页，共62页。缓冲包装材料力学物性测试缓冲包装材料是一类具有高度压缩和复原性能的弹性体。当受外力时，形状尺寸发生变化，卸除外力时，应即恢复到原有的形状尺寸。其功效是受压时吸改了冲击能量，减小了外界对产品的冲击力，从而降低了产品的冲击加速度，提高了产品在装卸运输过程中的防护能力。第三十八页，编辑于星期日：点四十二分。第38页，共62页。（1）静态压缩试验

主要用于评定在静载荷作用下缓冲材料的缓冲性能及其在流通过程中对内装产品的保护作用。A、取样

试验样品应在放置24h以上的成品中抽取5件，并切割为规则的直方体形，上、下底面积均为联100×100mm，厚度为25mm以上(当厚度小于25mm时，允许叠放使用)。

第三十九页，编辑于星期日：点四十二分。第39页，共62页。（2）样品尺寸测量①分别沿试验样品的长、宽方向，用精度不低下0.05mm的量具测量两端及中间三个位置的尺寸，并求出平均值，精确到0.001mm．②在试验样品的上表面放置一块平整的刚性平板，使试验样品受到0.2土0.02kPa的压缩载荷，30s后在载荷状态下用精度不低于0.05mm的量具测量四角的厚度，并求出平均值，精确到0.001mm(测定丝状、粒状等样品厚度时，可采用压缩箱进行测量)．③用感量为0.0lg以上的天平称量试验样品的质量，并记录测定值．按下式计算样品的密度ρ(g／cm3)第四十页，编辑于星期日：点四十二分。第40页，共62页。ρ=m／(I．W．T)式中m一试验样品的质量，g;L一试验样品的长度，cm;w一试验样品的宽度，cmT一试验样品的厚度，cmA法试验：以12±3mm／min的速度沿厚度方向对试验样品逐渐增载荷(丝状、粒状等样品试验，可以利用压缩箱进行试验)．记录压缩力及相应的变形．如果不能使用仪器记录连续的压缩力一变形曲线时，则应测出十五个点以上的压缩力及变形值，并把它们绘成曲线。当压缩载荷急剧增加时停止试验．卸去载荷3min后测量试验样品的厚度，作为试验样品经试验后的厚度(Ts)．

第四十一页，编辑于星期日：点四十二分。第41页，共62页。

B法试验：试验前，根据材料的性质以试验样品厚度。0-65%之间的某一变形量反复压缩试验品l0次．卸去载荷30min后测量试验样品的厚度，作为试验样品预压缩后的厚度(Tp)．试验时以此作为压缩试验的变形原点．预压缩试验后的试验步骤与A法试验相同．第四十二页，编辑于星期日：点四十二分。第42页，共62页。3计算（1）压缩应力

σ=（P/A）×104式中σ--压缩应力，Pa；

P一压缩载荷，N，

A一试验样品承载面积，cm2．（2）压缩应变①A法试验时压缩应变εa=（T-T1）×100%/T式中εa--A法试验时压缩应变，T一试验样品原始厚度，cm；

T1—试验样品试验过程中的厚度，cm．第四十三页，编辑于星期日：点四十二分。第43页，共62页。②B法试验时压缩应变

εb=（Tp-T1）×100%/Tp式中εb--B法试验时压缩应变，％

Tp—试验样品预压缩后的厚度，cm．（3）厚度减少率(回弹性)厚度减少率＝（T-Tp）×100%/T（4）静态压缩残余应变静态压缩残余应变=（T-Tj）×100%/T式中

Tj一试验样品压缩试验后的厚度，cm．（4）绘制σ—ε曲线如图5—2—1所示

第四十四页，编辑于星期日：点四十二分。第44页，共62页。第四十五页，编辑于星期日：点四十二分。第45页，共62页。影响σ—ε曲线的主要因素

a.同一缓冲材料，受力方向不同，σ—ε曲线也不同，如图5--2--2所示．

b.环境温度、湿度不同，σ—ε曲线也不同如图5--2--3所示．如p=0.03g／cm3的聚乙烯泡沫材料在温度为+27℃和-54℃时的σ—ε曲线．第四十六页，编辑于星期日：点四十二分。第46页，共62页。第四十七页，编辑于星期日：点四十二分。第47页，共62页。3动态压缩试验

（1）试验原理

用自由跌落的重锤对包装用缓冲材料施加冲击载荷，以模拟装卸中缓冲材料受到的冲击作用，试验结果表示为缓冲材料的动态压缩特性曲线．

第四十八页，编辑于星期日：点四十二分。第48页，共62页。第四十九页，编辑于星期日：点四十二分。第49页，共62页。（2）试验步骤在规定的温、湿度条件下预处理试样24h以上后，用符合GB8167--87所规定的试验机和测试系统上对试样进行动态压缩试验，如达不到相同条件，则必须在试验样品离开预处理条件5min内开始试验．

a.将试验样品放置在试验机的底座上，并使其中心与重锤的中心在同一垂线上．适当地固定试验样品，固定时应不使试验样品产生变形(丝状、粒状等试验样品，可以利用压缩箱进行试验)．

第五十页，编辑于星期日：点四十二分。第50页，共62页。b.使试验机的重锤从预定的跌落高度冲击试验样品，连续冲击5次，每次冲击脉冲的间隔不小于lmin．记录每次冲击的加速度一时间历程．试验过程中，若未达到5次冲击时就巳确认样品发生损坏或丧失缓冲能力时，则中断试验．

c.冲击试验结束3min，测量试验样品的厚度，作为动态压缩试验后的厚度(Tel)．

d．同样的方法对组内的其余试验样品进行冲击试验．

第五十一页，编辑于星期日：点四十二分。第51页，共62页。（3）计算a、最大加速度最大加速度取5次连续冲击后4次的最大速度的平均值．b、静应力σat，(Pa)σat=(W/A)×104式中w一重锤的重力，N；A一试验样品受冲击的表面面积cm2．

第五十二页，编辑于星期日：点四十二分。第52页，共62页。(3)动态压缩残余应变(厚度变化)

动态压缩残余应变=（T-Td）×100%/T式中T一试验样品的原始厚度，cm，

Td一试验样品动态压缩试验后的厚度，cm．(4)绘制曲线①以最大加速度为纵坐标，以静应力为横坐标，绘出量大加速度一静应力曲线．②以厚度变化为纵坐标，以静应力为横坐标，绘制厚度变化一静应力曲线例如在20℃、65％R．H条件下测得聚苯乙烯泡沫(ρ=0.0125，T=4cm，A=10×10mm，h＝50cm)的厚度变化-静应力曲线。第五十三页，编辑于星期日：点四十二分。第53页，共62页。（5）确定动态缓冲系数由缓冲原理可推导知，缓冲系数

C=TG/H当试样厚度T和跌落高度H设定后，读出固定于垂径上的加速度G值便可求得缓冲系敷C，又最大应力σm=σs·G

所以，只要改变静应力σs，就可求出在不同负荷下的缓冲系数第五十四页，编辑于星期日：点四十二分。第54页，共62页。4压缩蠕变的测量蠕变是指材料在应力作用下，引起的与时间有关的应变，使材料保持一定的静压状态，随时间的增长变形逐渐增加的现象，缓冲包装物品在保管贮藏过程中常常引起这种变形；在蠕变前后，既使从同一高度落下，内装物中产生的加速度值也有变化。

第五十五页，编辑于星期日：点四十二分。第55页，共62页。第五十六页，编辑于星期日：点四十二分。第56页，共62页。

将试样装在外箱内放上的内箱，内箱上加重锤，加载应缓慢，保持试样受载均匀．预先在内外箱中央、前后位置上作好标记，加载60s后，测量施加负荷时的厚度，取平均值．负荷的大小用先按静态压缩试验时绘制的应力一应变曲线，以变形达5%的负荷作为标准值，还可以变形达2％、lo％的负荷进行试验．测量厚度的时间间隔以6分钟、1小时、24小时，4天，7天为标准．还可作更长时间如30天，90天等进行试验．试验结束后，从试验台上取下内箱(压缩板)，分别在30s、30min、24h后测量其厚度，做为回弹性．