熱封技術及主要檢測指標

摘要：本文對目前包裝領域中使用的熱封技術進行了概要介紹，詳細介紹了材料熱封性能的評價方法，并對如何選擇實際生產使用的材料的熱封溫度進行了闡述。
關鍵詞：熱封工藝，熱封參數，熱粘性，開裂模式，熱封強度
1、熱封工藝

    熱封制袋普遍應用在日化產品包裝、食品藥品包裝等領域。由于在產品充填時包裝袋熱封處zui容易出現泄漏，而且在 實際使用時包裝袋的損傷大部分也發生在熱封部分，因此 選擇合適的熱封材料以及熱封參數可以降低生產線的廢品率，并可有效提高包裝物整體的阻隔性能。

    熱壓封合是用某種方式加熱封口處材料，使其達到粘流狀態后加壓使之粘封，一般用熱壓封口裝置或熱壓封口機完成。熱封頭是熱壓封合的執行機構，根據熱封頭的結構形式及加熱方法的不同，熱壓封口的方法可分為：普通熱壓封合法、熔斷封合、脈沖封合、超聲波封合、高頻熱封、以及感應熱封合幾種。薄膜特性不同，適用的熱封方法也不同，例如超聲波封合和高頻熱封更適用于易熱變形的薄膜，然而zui常用的熱封方法還是普通熱壓封合法。普通熱壓封合法又有平板熱封、圓盤熱封、帶式熱封以及滑動夾封合幾種，平板熱封的應用zui為普及。

2、熱封參數

    材料的熱封性能（Heatsealability）包括在熱封口仍然比較熱（尚未冷卻到環境溫度）時檢測它的熱封強度（Hot Tack）以及熱封口冷卻穩定后的熱封強度（Ultimate Strength）兩方面，要評價材料的熱封性能需要對材料進行這兩方面的綜合檢測。一般認為包裝材料的熱封性能主要由熱封溫度、熱封壓力以及熱封時間來決定，其中熱封溫度是zui關鍵的參數，而熱封強度是判斷材料熱封性能優劣的依據。

    在包裝生產線上由于從熱封制袋到內容物填充兩步操作的間隔時間很短，很多材料在熱封后封口溫度還沒有冷卻到常溫就需要進行充填內容物，熱封部分受到由填充所引起的破裂力作用，如果此時熱封部分的強度無法抵擋破裂力的作用，就會在包裝過程中出現破袋。破袋現象在高速立式成型制袋－充填－封口包裝機上比較突出，當然在熱封處冷卻不*的低速包裝機上也存在。

    考察材料熱封部分在熱封后很短的時間內（尚未冷卻）受到外力仍然保持結合在一起的能力是材料的熱粘性（Hot Tack）。技術上認為材料的熱粘性是密封劑材料在熱封溫度范圍內的粘著性能以及密封劑對多層結構其它成分的粘合強度的總和。一般情況下，材料的熱粘性比冷卻后的熱封強度要差的多，這從圖 1（摘自標準 ASTM F 2029-00）中可以明顯地看出。其中左側標有“ Equil. dwell ”的曲線是在薄膜熱封部分*冷卻后（圖中注釋這種材料的平衡保留時間是1000ms）檢測得到的熱封強度與溫度的曲線，右側標有“100ms dwell”
的曲線是熱封部分在熱封后僅間隔了 100ms（未得到充分冷卻）檢測的材料熱封強度與溫度的曲線。這兩條曲線隨溫度變化的走勢相同，但是在同一溫度下僅間隔了 100ms 就檢測的材料的表觀熱封強度要比充分冷卻后低得多。

圖 1 熱封性能檢測圖示

3、熱封試樣的開裂模式

    材料的熱封強度是單位寬度的熱封材料在熱封層面上被剝離所需要的力（如圖 2a 所示的開裂方式），然而實際測試時，試樣往往并不是在熱封層被分開而是在其未封合部位被拉斷，這樣材料的真實熱封強度要比測試結果稍大一些。試樣在熱封強度試驗過程中的開裂模式（Failure Mode）是評定試樣熱封性能的重要信息，需要操作人員仔細觀察試驗結束后材料的狀態。

    開裂模式的定義是熱封試樣在熱封強度試驗過程中當測試夾頭分離時是以何種方式斷開的，通常有以下幾種形式：從熱封面剝離（圖 2a），材料粘合層開裂（圖2b），材料熱封層與底層分層（圖2c），材料在熱封邊緣處斷裂（圖2d），在離熱封處較遠的地方斷裂或撕裂（圖 2e），材料拉長（圖2f），以及在熱封面剝離時熱封處材料出現拉長（圖2g）。

注：圖 2 摘自 ASTM F 1921-98

圖 2 熱封試樣的開裂模式

    對試樣開裂模式的正確判定能夠直接影響到對實際生產使用的熱封溫度的選擇。在繪制熱封曲線時通常取溫度間隔為 5 ～ 10℃進行試驗，并需要對每個溫度點的試樣開裂模式進行詳細說明（一般為圖示說明，可參見圖 1）。一般情況下，熱封溫度應該選擇在接近熱封層融化溫度的溫度范圍內，這個溫度一般是熱封曲線中迅速上升的剝離部分及平穩部分的轉折點所對應的溫度。如果測試材料需要用于熔合熱封，則應在高于轉折點溫度的范圍內選擇；如果測試材料需要用于能夠剝離的熱封，那應在滿足材料的應用要求的基礎上，在低于轉折點溫度的范圍內選擇合適的熱封溫度并進行試樣熱封強度的檢測。

4、總結

    通過調整材料的熱封參數可使材料達到*的熱封效果。然而隨著包裝技術的不斷改良，我們對材料熱封質量的要求不再僅局限在牢固封住這一點上，而且還要求產品在使用時能夠達到很好的易開封效果。