复合膜抗穿刺强度的影响因素
http://www.packltd.cn 时间:2019年6月26日 关注数:862 次 |
摘要：抗穿刺强度也叫做抗穿刺力，是复合膜一个很重要的物性指标，它反映的是复合膜受到锐利物体从内侧或外侧的作用力时，复合膜被戳破的最大阻力情况。普通复合膜的加工和使用，往往不是很关注这个指标，但对于一些特殊用途的复合膜，这个指标就显得非常重要，忽略了这点，容易造成批量质量事故，带来严重损失。下面就简单谈谈复合膜抗穿刺强度的影响因素。
抗穿刺强度也叫做抗穿刺力，是复合膜一个很重要的物性指标，它反映的是复合膜受到锐利物体从内侧或外侧的作用力时，复合膜被戳破的最大阻力情况。普通复合膜的加工和使用，往往不是很关注这个指标，但对于一些特殊用途的复合膜，这个指标就显得非常重要，忽略了这点，容易造成批量质量事故，带来严重损失。下面就简单谈谈复合膜抗穿刺强度的影响因素。
一、抗穿刺强度是复合膜的一项重要物性指标
软包装复合膜物性指标有很多种，其中一项是抗穿刺性能，通常用"抗穿刺力"或"穿刺强度"表征此性能。抗穿刺强度指的是软包装复合膜试样被指定直径穿刺针穿透过程中产生的最大阻力值。塑料单层薄膜或复合薄膜的抗穿刺强度是包装材料的重要物性指标之一，在一些特殊应用领域显得尤其重要，比如在包装含有骨头的高温蒸煮肉制品，锂电池中的隔膜等方面的用途上。有特殊使用要求的领域，必须要对复合膜的穿刺强度进行检测，以减少内外界各种不确定因素对复合膜产生刺破影响，避免带来使用上的安全隐患。
二、抗穿刺强度的测试方法和标准
抗穿刺强度的具体试验方法在《GB/T10004-2008包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》中有明确规定。详细了解可以参考此标准。其大致的测试方法如下：裁取直径为100mm的试片安装在样膜固定夹环上，然后用直径1.0mm，顶端球状半径为0.5mm的钢针，以(50±5)mm/min的速度去顶刺，读取钢针穿透试样片的最大负荷值。测试片数5个以上，取其算术平均值，这个平均值就是该试样的抗穿刺强度值。在GB/T21302-2007《包装用复合膜、袋通则》中对复合膜穿刺强度标准等级做了如下划分：
此标准并没有具体到材料结构和名称的抗穿刺强度数据，实际测试的数据作为具体标准的参考，比如国内某知名厂家生产的尼龙膜的抗穿刺强度值测试如下：
BOPA15u单面电晕膜的抗穿刺强度为：8.5-12.0N
BOPA25u双面电晕膜的抗穿刺强度为：16.0--19.0N.
客户方制定的验证标准为：
BOPA15u单面电晕膜的抗穿刺强度为：7N以上；
BOPA25u双面电晕膜的抗穿刺强度为：15N以上.
可见根据客户的验收标准，实际测试值均符合要求。
因此薄膜抗穿刺强度具体到数据值要求，需要生产厂家和使用厂家根据客观实际来确定。
三、影响抗穿刺强度的因素
总体来讲，薄膜的抗穿刺强度是其本身的物理性能，单层膜的材料成分决定了此性能。另外有研究表明：薄膜的抗穿刺性能与薄膜的单位冲击破损质量的变化趋势是一致的，大致可理解为同种单层薄膜，如果增大其密度，同样膜厚，质量增大，其抗穿刺强度会有增大趋势。比如碳酸钙助剂可提高聚乙烯薄膜的物理机械性能，对抗冲击强度的增韧具有明显的效果，为保证薄膜的其他方面的性能，助剂并不是越多越好。对于复合膜，除了单层膜本身的抗穿刺因素影响之外，还要考虑如下影响因素：
1.选材方面。选材要考虑的因素是为满足抗穿刺强度，首先决定材质结构，比如为增加抗穿刺强度，是否需要增加尼龙层，表层是选用PET膜结构还是选用PA膜结构，相比较而言，使用了尼龙层的复合膜，抗穿刺强度会有显著提高；复合膜材质结构已确定的情况下，就是要决定好各个材质的厚度，相同条件下，材料厚度越厚，复合膜抗穿刺强度越大；复合胶水的选择和涂布量的确定，因胶水特性各异，完全固化后有的胶水会使复合膜较硬，有的使复合膜较柔软，同种材质和厚度的复合膜，软硬不同，抗穿刺强度有明显差别。
2.单层膜抗穿刺强度的影响。复合膜最终表现出来的抗穿刺强度和各个单层膜均有直接关系，复合膜抗穿刺强度，其各个单层膜能起到决定性作用，所有单层膜的强度一定要符合标准要求。复合膜抗穿刺强度并不是单层膜抗穿刺强度的简单叠加，里面有复杂的力学因素，比如单层BOPA15u为8.5--12.0N；BOPA25u为16.0--19.0N，但复合膜结构为BOPA15u//BOPA25u//AL7u//PE50u的抗穿刺强度仅为25N左右。根据实测数据验证，单层膜的强度越高，对复合膜的抗穿刺强度有增高的作用，增高的幅度大小和复合膜结构、厚度、柔韧度有关。
3.复合膜加工条件和存放条件影响，复合膜加工时，特别是使用了尼龙层的复合膜，一定要控制好车间的温度和湿度，尼龙膜受潮后，阻隔性、抗穿刺性能以及加工适应性均会受到很大影响。同样原因存放条件不理想，复合膜受潮或受腐蚀性气体污染，也会影响复合膜抗穿刺强度。
4.测试条件影响。测试条件并不能从根本上改善复合膜抗穿刺强度，如果测试条件和测试方法没有按照标准要求进行，可能会带来较大的测试误差，本来合格的材料，因测试的影响，读取数据偏离标准，出现人为造成不合格的情况。
5.使用条件的影响。这一点是最可能存在争议的地方，如果按照标准测试方法，复合膜测试出来的抗穿刺强度数据都是合格的，符合标准要求。在实际使用时，出现了复合膜刺破的情况，这往往会出现争议，复合膜加工方认为抗穿刺强度合格，而复合膜使用方认为此指标不合格，尽管从数据是看是合格的，但不能满足使用要求，往往也被认为是不合格的产品。
6.从复合膜内外两侧进行穿刺，如果材质结构不对称，强度值是不同的，比如BOPA15u//BOPA25u//AL7u//PE50u这种结构，从BOPA15u侧穿刺强度为25N左右，从PE50u侧穿刺强度为23.5N左右，如果是对称结构，比如PE50u//BOPA15u//AL12u//BOPA15u//PE50u的材质结构，不管从哪一侧穿刺，强度基本是一致的，因此在制定标准和实际测试时，要考虑穿刺的方向。
7.其他不确定因素影响，主要指有别于常规的使用、测试、储存和运输等带来的抗穿刺异常。
四、哪些应用领域的复合膜对抗穿刺强度要求较高
对于使用复合膜、袋包装的成品在储存、运输及流通环节中，易受到包装内部较尖锐的硬物比如骨头、速冻水饺的冰冻边角等，或者外界常接触到的尖锐物品比如带尖角的物品，金属碎屑、毛刺等的穿刺作用力。如果复合膜的抗穿刺性较弱，非常容易引起包装物表面出现针孔状的破洞，导致内容物泄露或密封性减弱，直接影响内容物的品质，严重者甚至出现明显破袋的现象。另外对于蒸煮肉制品包装，包装内容物中禽类和鱼类肉制品包括鸡爪、排骨、鸭脖、鱼仔等，其中骨头和鱼刺在高温蒸煮之前对包装材料有较强的穿刺能力，在外力的作用下，出现从内侧向外的刺破现象。袋子被刺破后，包装内容物同样会出现上述品质问题。因此很多肉类食品包装用复合膜，对抗穿刺强度有很高的要求。
另外用做电子产品领域的复合膜，不管是包装防护、阻电、隔热还是避光等要求，对抗穿刺强度要求均很高。比如锂电池用阻隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，具有电子绝缘性，隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路，保证正负极的机械隔离，它要具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度等，在使用过程中若出现刺破的情况，就会引起电极短路的危险。因此在这个领域对复合膜的抗穿刺强度要求非常高。
其他对复合膜抗穿刺强度要求高的地方，除了包装物本身的影响，还要充分考虑使用条件、包装方式、存放环境和产品保质期限等，随着复合膜的老化进程，抗穿刺强度一定是下降的趋势，这一点需要加以注意。
五、抗穿刺强度指标不合格的补救
复合膜的抗穿刺强度关联因素包括：单层膜的穿刺强度、复合膜厚度、复合膜结构、穿刺的方向、膜的软硬度、膜的韧度等因素，要从以上几个方面入手，确保复合膜抗穿刺强度合格。如果复合膜抗穿刺强度不合格，即从外侧穿刺，强度低于标准，或从内测穿刺，强度低于标准，或者从内外两侧穿刺，强度均低于标准要求。一旦出现复合膜抗穿刺异常，很难补救，通常的做法是：
1.降低抗穿刺强度标准，比如标准为20N降低为18N，这种情况并不是从根本上改善，而是一种不得已的避免材料报废的措施，往往这种做法有使用风险，不能保证复合膜防护性能，在供需双方评估不充分的情况下，不建议这样操作。
2.从增加材料层次与厚度考虑，比如，因某种原因导致的复合膜抗穿刺强度不合格，可以重新复合一层材料来改善，假设PET//AL//PE结构出现异常，可以再复合一层PET，复合膜层次变为PET//PET//AL//PE 的结构；如果PA//PE此种结构抗穿刺强度不合格，可以变为PA//PA//PE来补救，这种做法是有效、合理的，但是会大大增加复合膜成本，另外，客户对复合膜的厚度及其它物性要求必需充分考虑。
3.在基本不改变复合膜外观和其他物性的情况下，重新放入一定温度的熟化室熟化24-48小时，这种做法只是针对个别类型的复合膜有效，比如，对于固化不充分的材料；湿度影响较大的复合膜；薄膜内添加剂影响较大的复合膜等，这种做法改善复合膜抗穿刺强度的作用非常有限，往往只有稍微一点作用，处于合格临界值的情况下，这种做法可能会使复合膜抗穿刺强度达到合格标准。
放入熟化室熟化的风险也必须考虑充分，对于批量的复合膜，先放入小部分进行试验验证，如果有改善，才可把整批量放入。因为复合膜重新放入高温熟化室，加速了材料的老化，材料过度老化后不但不能改善复合膜的抗穿刺强度，反而会降低此性能，这跟复合膜材料结构和复合工艺有一定关联，必须通过试验才能确定熟化方法是否有效。
六、根据复合膜实际用途，完善产品QC工程图，把抗穿刺强度纳入日常管理和检测
对于复合膜抗穿刺强度较高的应用领域，必须高度重视此项物性指标。复合膜结构层次设计、各个单层膜的厚度、单层膜的厚薄均匀性、单层材料的抗穿刺强度检测等，都要有规范的管理流程，考虑充分，尽最大努力避免批量不良。
首先根据复合膜的预期用途，内容物特点，对抗穿刺的性能的要求进行复合膜结构层次和厚度进行合理设计，除了保证抗穿刺强度也要兼顾其他物性指标。其次要制定单层材料的抗穿刺强度标准，来料测试要验证是否合格。再次，对于复合膜抗穿刺强度的检测方法和抽样标准制定规范，加工过程中按规范进行检测，最后对于不合格品，严格按照不合格品的管理流程进行处理，此项指标不合格在无法补救的情况下，只能做报废处理。
(来自:包装园地软包装)
