液態(tài)奶復(fù)合紙包裝材料熱封力學(xué)性能分析

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1、液態(tài)奶復(fù)合紙包裝材料熱封力學(xué)性能分析  中圖分類號:G642.41文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A:1674-9324(2016)34-0266-03  一、前言  我國人均乳制品消費(fèi)量呈增長趨勢,但人均水平與世界平均水平相比仍較低。目前,保鮮奶、超高溫滅菌消毒奶等產(chǎn)品的比重不斷增加,適合不同消費(fèi)群體、不同消費(fèi)水平的新產(chǎn)品不斷開發(fā)。同時(shí)注重包裝技術(shù)的開發(fā),爭取在包裝技術(shù)上顯示出中國乃至東方乳品消費(fèi)的特色,這樣才能縮短與乳品發(fā)達(dá)國家的差距[1]?! 〖埁D塑―鋁復(fù)合包裝材料目前在液態(tài)奶保鮮包裝上得到廣泛的應(yīng)用,具有代表性的就是利樂磚和利樂枕。在前期調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn),實(shí)際儲運(yùn)過程中利樂銷售包裝

2、件的破包率較高。導(dǎo)致破包的因素很多,其中一個(gè)重要的原因就是熱封強(qiáng)度的影響?! σ簯B(tài)乳制品復(fù)合紙包裝材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱封力學(xué)性能測試分析十分必要,本文采用包裝試驗(yàn)方法,由此找出此種材料及包裝結(jié)構(gòu)熱封的薄弱環(huán)節(jié)?! 《?、實(shí)驗(yàn)部分  1.試驗(yàn)材料。針對紙―塑―鋁復(fù)合材料特殊使用場合,結(jié)合現(xiàn)有的試驗(yàn)條件,材料選取內(nèi)蒙古伊利乳業(yè)和蒙牛乳業(yè)的利樂磚、利樂枕的復(fù)合包裝材料。  利樂包的紙包裝材料(圖1)通常分為六層:PE/紙板/PE/鋁箔/PE/PE,總厚度為320μm,最內(nèi)層的PE塑料厚度為30~35μm,在材質(zhì)成份中,長纖維優(yōu)質(zhì)紙漿、鋁和塑料的含量分別約為75%、5%和20%[

3、2]。  試驗(yàn)前對材料的相關(guān)數(shù)據(jù)測試結(jié)果為:  250ml利樂磚(TetraBrick),材料厚度0.8mm,其中盒壁紙板厚度350μm,鋁箔層至盒內(nèi)壁厚度100μm,底平面尺寸60mm×110mm、盒厚40mm,材料定量288g/m2。  485ml利樂枕(TetraBag),材料厚度為0.5mm,灌裝后尺寸190mm×120mm、袋厚30mm,材料定量166g/m2?! ?42ml利樂枕(TetraBag),材料厚度為0.5mm,灌裝后尺寸155mm×105mm、袋厚20mm,材料定量166g/m2。[3]  2.試驗(yàn)儀器及方法。有的包裝作業(yè)要求快速熱封,因此對這

4、種復(fù)合包裝材料所選用熱封涂料應(yīng)有更高的要求。在普通環(huán)境條件下,它必須是具有熱塑性和不粘連性。在加溫加壓的條件下,它又必須變成有強(qiáng)烈的膠粘性,即使在熱封區(qū)、冷卻區(qū)前仍然保持牢固。根據(jù)GB/T15171-1994軟包裝件密封性能試驗(yàn)方法[4]進(jìn)行測試。本文根據(jù)拉伸試驗(yàn)法進(jìn)行熱封強(qiáng)度的試驗(yàn)[5]。  三、熱封強(qiáng)度測試結(jié)果與討論  利樂磚與利樂枕不同部位熱封方法不同,頂部和底部均采用對接的方法,兩側(cè)材料內(nèi)層呈人字形對接,即一側(cè)材料內(nèi)層與另一側(cè)材料內(nèi)層對封。而背部采用搭接的方法,一側(cè)材料內(nèi)層搭接在另一側(cè)材料外層上方進(jìn)行封接(如下頁圖2所示)[6]。且在背部縱向熱封前,機(jī)器將塑料

5、密封帶加入到紙筒內(nèi)部搭接的縱縫上,縱向熱封器將密封帶與搭接的縱縫粘接?! ?.利樂磚熱封強(qiáng)度。對利樂磚頂部、底部和背部熱封位置都進(jìn)行了熱封強(qiáng)度測試,測試結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出,背部熱封強(qiáng)度曲線幾乎呈線性變化,在最大應(yīng)力達(dá)到123N、應(yīng)變達(dá)到2.7mm時(shí)曲線中斷,這是由于背部屬于搭接熱封方式,熱封強(qiáng)度很高,在進(jìn)行材料熱封位置拉伸的過程中,隨著勻速拉伸應(yīng)力也不斷增大,材料本身被拉斷,而熱封位置并未發(fā)生明顯性狀改變,這與熱封方法有密切關(guān)系?! 膱D中可以看出在底部和頂部熱封強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)中,初期應(yīng)變隨應(yīng)力增加也不斷增大,底部熱封最大應(yīng)力達(dá)到23.349N、應(yīng)變達(dá)到3

6、.603mm時(shí)出現(xiàn)峰值,此時(shí)材料熱封位置發(fā)生斷裂分離,之后繼續(xù)勻速拉伸,曲線出現(xiàn)拐點(diǎn),但并沒有中斷,而是隨應(yīng)變不斷增加應(yīng)力呈平緩下降趨勢,直到熱封材料完全從封口處分離開,最終應(yīng)變達(dá)到19.5mm。頂部熱封最大應(yīng)力達(dá)到18.268N、應(yīng)變達(dá)到4.260mm時(shí)出現(xiàn)峰值和拐點(diǎn),最終應(yīng)變達(dá)到20.4mm,應(yīng)力歸零。以上曲線表明,當(dāng)達(dá)到峰值后材料封口處斷裂但并沒完全分離,這是因?yàn)椴牧蟽?nèi)層封接層均有塑料PE,當(dāng)拉伸到最大值時(shí),兩側(cè)封接材料基本分離,但由于PE屬熱塑性材料,此部分材料仍具有粘合力。隨著繼續(xù)拉伸,應(yīng)力緩慢下降而應(yīng)變不斷增加,直到最終塑料斷裂分離。當(dāng)外界壓力消除后,塑料

7、PE層特別是熱封處留有殘余內(nèi)應(yīng)力,該內(nèi)應(yīng)力有可能使熱封處斷裂強(qiáng)度降低?! ”?對利樂磚頂部、底部和背部的熱封強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。從表中可以看出底部和頂部的斷裂伸長率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背部,但并非說明背部熱封強(qiáng)度不夠,因?yàn)楸巢繙y試值均為材料本身斷裂的測試值。液體食品無菌包裝用紙基復(fù)合材料國家標(biāo)準(zhǔn)中[7],對紙―塑―鋁復(fù)合材料的熱封性能并無明確要求,但試驗(yàn)已經(jīng)表明,利樂磚材料的熱封性能基本符合要求,達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)?! ?.利樂枕熱封強(qiáng)度。利樂枕背部熱封強(qiáng)度曲線變化與利樂磚背部熱封強(qiáng)度曲線趨勢一致,在最大應(yīng)力達(dá)到93.265N、應(yīng)變達(dá)到4.742mm時(shí)曲線中斷,

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