第四节　复合材料和成品的物性及检测

　　一、复合薄膜的性能测试

　　1．透湿性试验。透湿性是指薄膜对水蒸气的透过性，透湿性用透湿量和透湿系数表示。

　　（1）试验原理。透湿性试验是在规定的温度、相对湿度条件下，使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，计算透湿量和透湿系数。

　　（2）试验方法。通常采用杯式法。它是将适量的干燥剂（无水氯化钙）放入特制的透湿杯内，然后将试样固定在杯中，并用密封蜡将周边密封，试样表面距干燥剂约3mm。将密封好的透湿杯称量后，放入恒温恒湿箱中。定时对透湿杯进行称量，直到前后两次质量增量相差不大于5％为止。具体的试验条件和试验步骤按GB103787《塑料透湿性试验方法》的规定进行。杯式法试验方法比较简单，不须用复杂的专用设备，但其试验周期长，且对透湿性小的复合薄膜试验结果精度不高。

　　测试薄膜的透湿性陈林式法外，目前还有先进的动态红外测湿法，它是采用自动透湿仪进行试验。这种试验方法的特点是达到稳定透湿的时间短，试验结果精度高，但需要专用的透湿仪，其价格昂贵。

　　（3）试验结果。对塑料薄膜和片材，试验结果用透湿量和透湿系数表示。对人造革、复合薄膜、压花薄膜仅用透湿量表示。

　　①透湿量以下式表示：
WVT=24·Δm/A·t　　　　　　　(14-3)

　　式中：

　　WVT为透湿量（g／m²·24h）；

　　t为达到稳定透湿后两次称量间隔时间(h)；

　　m为t时间内的质量变化（g）；

　　A为试样透湿的面积（m²）。

　　试验结果以每组试样的算术平均值表示，取三位有效数字。

　　②透湿系数以下式表示：
P_v=Δm·d/A·t·Δp=1.157×^-9×WVT·d/ΔP
　　　　　　(14-4)

　　式中：

　　P_v为透湿系数（g·cm／cm²·s·Pa）；

　　WVT为透湿量（g／m²·24h）；

　　d为试样厚cm）；

　　p为试样两侧的水蒸气压差（Pa）。

　　试验结果以每组试样的算术平均值表示，取两位有效数字。

　　2．透气性试验。透气性是指薄膜对气体的透过性。透气性用透气系数和透气量表示。

　　（l）试验原理与试验设备透气性试验方法很多，其中应用最广的是压力法。

　　用压力法进行塑料薄膜透气性试验的原理是：在一定的温度下，试样两侧保持一定的气体压差，测量试样低压侧的气体压力变化，计算出透气系数和透气量。

　　试验设备：透气试验仪见图14-11。通常透气试验仪有三组透气室，可同时对三个试样进行试验。试验所用气体可以是氧气、氮气、二氧化碳气，也可以是对试验仪器无腐蚀，在试验中不发生化学反应的其它气体。


图14-11 透气试验仪

1-真空泵 2-麦氏压力计 3-透气室 4-透气室压力计 5-主管

6-高压倒真空活塞 7-淀压侧真空活塞 8-贮气瓶 9-封闭式U形压力计

　　（2）试验方法。塑料薄膜和复合薄膜的透气性试验，按GB103870《塑料薄膜透气性试验方法》规定的试验条件和试验步骤进行。试验时将试样放在租滤纸上，密封于透气室中。

　　用橡皮管将透气室与主管连接，接头处用真空封胶密封。此时透气室压力计中的水银全部在贮器中。关闭透气室高压侧活塞，进行抽空。用高频真空检漏计探测高压倒，检查薄膜有无漏气现象。在确定薄膜不漏气之后，打开高压侧活塞继续抽空至规定的真空度。关闭透气室高、低压侧活塞，停止抽空。将贮器中的水银倾入透气室压力计。将气体灌入贮气瓶至规定的压力，打开透气室高压侧活塞，立即记录透气室压力计中水银柱高度（精确至0．smrnHg）和高压侧的压力（精确至lmmHg）。以后每间隔一定时间，记录透气室压力计中水银柱的高度。在达到稳定透过后，继续记录三次，取算术平均值。

　　时间间隔的选择，以透气室压力计中的水银柱高度下降5mm为宜，此下降高度每次相差不超过10％时，认为是达到稳定透过。

　　（3）试验结果。

　　①透气系数按下式计算：
P_g=(△P／△t)·（V/s)·(d/p₀)·(T₀/T)
·(1/(P₁-P₂))　　(14-5)

　　式中：

　　P_g为透气系数［（cm³·cm／（cm²·s·cmHg）］；

　　△P／△t为在稳定透过时，单位时间内低压侧气体压力变化的算术平均值（cmHg／s）；

　　V为低压侧体积（cm³）；

　　s为试样的试验面积（cm²）；

　　d为试样厚度（cm）；

　　T为试验温度（K）；

　　P₁-P₂为试样两侧的压差（cmHg）；

　　T₀,P₀为标准状态下的温度（K）和压力（cmHg）。

　　②透气量按下式计算
Q_g=(△P／△t)·（V/s)·(T₀/P₀T)
·(24/(P₁-P₂))　　(14-5)

　　式中：

　　Q_g为cm³／m²·atm·24h；

　　△P／△t为在稳定透过时，单位时间内低压侧气体压力变化的算术平均（cmHg／h）；

　　V为低压侧体积（cm³）；

　　s为试样的试验面积（m²）；

　　P₁－P₂为试样两侧的压差（atm）；

　　T₀，P₀为标准状态下的温度（K）和压力（cmHg）。

　　试验结果以每组试样的算术平均值表示，至少取两位有效数字。

　　3．软质复合塑料材料剥离试验。软质复合塑料材料包括塑料与塑料或塑料与其它基材（如铝箔、纸、织物等）复合而成的材料。

　　（1）试验原理和试验设备。剥离试验方法的原理是：将规定宽度的试样，在一定的速度下进行T型剥离，测定复合层之间的平均剥离力。

　　试验设备是带有图形记录装置的拉伸试验机或万能材料试验机。

　　（2）试验方法。试验按GB8808－88《软质复合塑料材料剥离试验方法》的规定进行。

　　对于不同的塑料复合材料，试验方法也有区别。复合薄膜采用A法，编织复合材料等采用B法。A法：试样的宽度为15.0土0．lmm；长度为200mm，试验速度为300土50mm／min。B法：试样宽度为30.0士0．2mm；长度150mm；试验速度为200士50mm／min。其它试验条件，A法与B法相同。

　　试验前沿试样长度方向将复合层领先剥开50mm，被剥开部分不得有明显损伤。将试样利开部分的两端分别夹在试验机上、下夹具上，使试样剥开部分的纵轴与上、下夹具中心连线重合。试验时，未剥开部分与拉伸方向呈T型。记录试样剥离过程中的剥离力曲线。

　　试验前试样应在温度23±2℃、相对湿度45％～55％的环境中放置4h以上，然后并在该环境中进行试验。

　　（3）试验结果。根据试验所得曲线形状（参见图14－12），采取其中相近的一种取值方法。每组试样计算其剥离力的算术平均值，取两位有效数字，以牛顿（N）为单位。必要时，还应计算出剥离力的标准偏差。


图14－12 剥离力典型曲线的取值

　　二、软包装容器的性能测试

　　1．软包装容器透湿度试验。软包装容器是由各种塑料薄膜或复合薄膜制成的包装容器。

　　其透湿度是指：在规定的湿热试验大气条件下，于一定时间（通常为30天）内透入内部空气深抒干燥状态的容器内的水蒸气量。

　　（1）试验原理和试验设备。软包装容器透湿度试验的原理是：将规定量的干燥剂封入容器试样后，放在规定的温湿度环境中，使包装内外保持一定的水蒸气压差，定期对试样称量，测定透过试样的水蒸气量并计算出透湿度。

　　试验所用的设备主要有湿热试验箱和称量天平。湿热试验箱应具有将相对湿度保持在88％～92％，温度保持在40士1℃恒定湿热试验空气条件。对于重量在1kg以内的小型容器试样，天平的灵敏度为 1mg；当容器试样的重量在 1kg及其以上时，天平的灵敏度应不低于试样重量的万分之一。

　　（2）试验方法。软包装容器透湿度试验试样的制备和试验步骤按GB6982－86《软包装容器透湿度试验方法》的规定进行。容器试样内放入80～100g的干燥剂，若容器较小不能容纳80g干燥剂时，则应装入其容量的一半。常用干燥剂是细孔硅胶，使用前应进行干燥处理。容器试样的密封应按实际的密封操作方法进行。将试样按要求进行预热后，立即转入恒定湿热条件试验箱内进行湿热试验。试验中对试样定期进行称量，求出重量随时间变化的增量，并作出增量与时间的关系图。试验持续到关系图上至少有三个连续点成一直线为止，该直线部分的斜率即为恒定增量速率期间的透湿度值。

　　（3）试验结果。求出增量与时间的关系图中连续三点成一直线的斜率，将其换算成每30天的透湿度值。即为该容器在恒定透湿期间的透湿度。

　　为了便于与其它类型的容器进行透湿性能的比较，亦可将透湿度值换算成外表面积为1m²时的值，单位为g／m²· 30d。

　　2．塑料薄膜包装袋热合强度测定。热合强度通常称热封强度。它是指规定宽度的热合
试样在断裂时的最大载荷。

　　（1）试验原理和试验设备。热合强度的试验原理是：将一定宽度的试样，以热合部位为中心线展开，将其两端分别固定在拉伸试验机上，在一定的速度下进行拉伸，测定试样断裂时的最大载荷。

　　试验设备采用拉伸试验机或万能材料试验机。

　　（2）试验方法。试验按ZBY28044-86《塑料薄膜包装袋热合强度测定方法》的规定进行。

　　分别在塑料薄膜包装袋的侧面、背面、顶部或底部，与热合部位成垂直方向上任意取试样，各作为包装袋侧面、背面、顶部或底部的热合试样。试样宽为15±0．1mm，展开长度为100±0．1mm。当不能取到展开长度为100±0．1mm的试样时，将试样两端用玻璃纸粘接带粘接与袋相同的材料，使其展开长度为100土0.lmm。每个部位截取试样10条（至少从5个塑料薄膜包装袋上取样）。

　　试验前试样应在23±2℃和常湿状态下放置至少4h。将经状态调整后的试样，以热合部位为中心线，展开呈180，把试样的两端分别夹在试验机的两个夹具上，以 300±20mm／min
的拉伸速度进行拉伸，读取试样断裂时的最大载荷。

　　（3）试验结果。试验结果以10条试样的算术平均值作为该部位的热合强度，以N／15mm表示，取3位有效数字。

　　3．软包装容器的密封性试验。密封性试验的具体方法较多，主要有以下几种：

　　（1）热水试验方法。试样完成密封后，浸入60±2℃的热水中（试样表面最高处距水面的距离至少应保持25mm人迅速地轻轻抹去试样表面的气泡。将试样在水面下翻转。在2min内，任何一处不产生两个以上气泡的为合格。热水试验方法简单，但不能控制包装内外压差，适用于含气密封的包装件。

　　（2）减压试验方法。通过对包装内抽气以降低其压力，根据减压后保持压力的能力来检验包装的密封性。其方法有两种：

　　①抽气至包装内外压差为20～30kPa，10min后测压，压力和回升率不超过25％为合格。

　　②抽气至包装薄膜紧贴在内装物上。然后密封抽气孔，在常温条件下保持4h，若包装薄膜仍紧贴在内装物上，则为合格。若包装薄膜张力减小、松弛，不再紧贴在内装物上，则密封不良。

　　减压试验不能用来确定泄漏部位，也不能确定大型包装上有无细微的漏气，一般作为小型真空包装件密封性试验方法。

　　（3）充气试验方法。充气试验又称压力保持试验。试验时在试样上装一个充气管并装接上压力表。对试样充气至规定压力后，能保持30min者为合格。也可在充气后浸入水中，或在接缝处涂上肥皂水，观察有无气泡冒出，当有连续气泡冒出时为不合格。

　　对软包装容器充气压力过大会使热封处破裂，对无具体充气压力规定的软包装容器，在试验前，应先做爆破强度试验，测定出该软包装对充气试验的最大抗压强度，然后将爆破强度乘以0.5的系数，作为充气试验的充气压力。如已知软包装袋的热合强度，也可用下述公式计算出试验时的最大压力；
P=（S×（L+W））/（L×W）　?(14-7)

　　式中：

　　P为试验压力，即包装内外压差（Pa）；

　　S为试样热合强度（N／m）；

　　L为试样长度（m）；

　　W为试样宽度（m）。

　　充气试验能测定在规定的压差下包装的密封性。且浸水的充气试验能找出包装的漏气部位，适合于小型包装件的密封性试验。

　　（4）真空室试验方法。也称水中减压法。把密封的试样浸入真空室内的水中，试样上表面的浸入深度不应大于25mm。将真空室抽至规定的真空度，保持30s，包装内无连续气泡冒出为合格。对无具体规定真空度的包装件，真空度可按14-7式或该包装的爆破强度的0．5倍计算。

　　若试样木能浸水时，可将试样直接放入真空室内，将真空室抽至与上述相同的真空度，保持30min，以真空室的真空度下降不超过试验真空度的25％为合格。

　　试验所用的设备，对小型试样可利用玻璃真空干燥器，外接真空表、真空泵和阀。也可使用真空法密封试验仪。对大型试样，可根据试样情况和试验要求加工专用试验设备。

　　真空室试验法能测定在规定压差下包装的密封性，灵敏度高，浸水试验时能找出包装的漏气部位。常用于测定复合包装袋的密封性。

　　（5）挤压检漏试验方法。在试样内尽可能多地封入空气。将试样浸入室温的水中，试样的上表面距水面约50mm。用手或机械装置挤压试样，观察试样各部位有无气泡冒出。对大型试样，也可将试样所有的热合缝、接缝以及容易漏气的部位涂上起泡剂，然后挤压试样，同时观察试样各部位有无气泡冒出。有连续气泡冒出即为漏气。在使用机械装置挤压时，应保证装置对试样不产生损伤。

　　挤压检漏试验方法简单，但不能控制包装内外压差，适用于含气密封的包装件。

　　（6）静态检漏试验方法。在包装内封入水或其它液体，如食用植物油、酱油等。将密封好的试样按①直立、②倒置、③一侧面着地、④一端面着地、⑤另一侧面着地、6另一端着地六种放置方式各放置15min。按每种方式放置后，都应检查试样是否渗漏。

　　当按①、②、④、③方式不能稳定放置时，可作合适的挡板、挡块使试样保持稳定。

　　静态检漏试验仅适用于确定当试样置于不同位置时，内装液体是否能发生渗漏，此法适用于液体软包装的密封性检验。

　　以上介绍的六种密封性试验方法，应根据试样的结构、尺寸、内装物的情况和产品的具体规定来选择。

　　三、复合食品包装袋卫生标准

　　我国复合食品包装袋卫生标准GB9683－88如下：

　　本标准适用于由纸、塑料薄膜或铝箔经粘合剂(聚氨酯和改性聚丙烯)复合而成的食品包装袋包括蒸煮袋和普通复合袋。

　　1.感官指标。

　　(1)外观。应平整，无皱纹，封边良好。不得有裂纹、孔隙和复合层分离。

　　(2)袋装浸泡液。不得有异味、异臭、混浊和脱色现象。

　　2.理化指标。理化指标应符合下列要求：
表14-3 复合蒸煮袋的产品标准及性能

项目	指标
甲苯二胺(4%乙酸)，mg/L	＜0.004
蒸发残渣，mg/L
4%乙酸	＜30
正已烷，常温，2h	＜30
60%乙醇，常温，2h	＜30
(指聚乙烯塑料薄膜内层的复合袋）
高锰酸钾消耗量(水)，mg/L	＜10
重金属(以Pb计)，mg/L
4%乙酸	＜1

　　注：浸泡条件：a.使用温度(包括杀菌)在60～120℃，40min。

　　　　　　　　　　b.使用温度低于60℃的复合袋为60℃，2h。

　　四、耐蒸煮复合包装袋标准

　　目前我国还没有颁布蒸煮袋的统一标准，表14-14是部分复合蒸煮袋的产品标准，可供参考
。
表14-4 复合蒸煮袋的产品标准及性能

项目	试验方法	单位	RP-F	RP-T	RP-N	高级RP-F
结构			PET/AI/PO	PET/PO	NY/PO	PET/AI/特殊层/PO
外观			不透明，金属光泽	半透明	半透明	不透明
复合强度	ASTM-10578	N/20mm宽	9.8	5.9	5.9	76
封口强度	ASTM-10578	N/20mm宽	68.6	58.8	68.6	78～98
拉伸强度	ASTM-10578	N/20mm宽	78	68.6	98	127～147
伸长率	ASTM-10578	%	8	7	10	80～120
破裂强度	ASTM-1030A	N(纵)(横)	0.078 0.088	0.49～0.68 65	0.59 0.68	0.54
撕裂强度	ASTM-1029	兆帕kgf/cm	0.44(4.5)	0.39(4)	0.44(4.5)	0.69(7)
耐热温度		C	124	124	124	137
热封温度		C	180～230	150～220	150～220	190～250
透氧性	压力法98kPa(1大气压)27C，65%RH	cm3/m2·24h	0	118	55	0
透湿性		g/m2·24h	0	3	3	0

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[时间：2001-03-02  作者：魏瑞玲  来源：《印后原理及工艺》·第十四章　复合薄膜印后加工工艺]