热封工艺探讨

热封强度即是平常由铜棒探测的封口牢度，正规的测试方法是测封口剥离强度，与复合膜剥离强度的测试方法一样。

一、热封机理

最常见的是扩散理论：认为热封制袋时在热量和压力的作用下，处于熔融状态的热封界面之间大分子互相渗透、扩散，从而使两个表面融结在一起。

二、热封工艺参数对热封强度的影响

⑴热封温度 制袋操作中，热封温度是影响封口牢度最主要的原因。树脂加热到一定温度，开始熔解，该点称熔点，热封必须在熔点以上进行，这是不言而喻的，但最佳温度取决于树脂融体的粘度。有资料表明，树脂热封时最佳黏度为108泊，相当于糊状的胶印油墨黏度，该点一般处于熔点至分解温度之间的三分之二处。

以上所举只是大体范围，树脂牌号不同性能各异，例如LDPE树脂密度越大，熔融温度越高。聚乙烯密度0.92，熔融温度110度；密度0.94，熔融温度120度；熔融温度130度的聚乙烯密度为0.96，树脂密度越小，热封温度自然就越低。

熔体流动速率MFI更直接与热封性有关。LDPE国标GB11115―89规定代号为D的熔体流动速率测试条件为190度，2.16kg负荷。相同条件下，流动速度高的熔体黏度低这意味着达到热封黏度所需温度越低。一般吹膜树脂MFI为2，如2F2B，流延PE树脂的MFI为3，热封性比吹膜好。

以上谈的热封性与热封强度是有区别的。热封性能好指的是热封温度范围宽，要求的工艺条件不严格也能得到高的热封强度。HDPE热封强度高于LDPE，但LDPE的热封性却比HDPE好。LLRPE有良好的热封性能，特别是热封面污染严重也不影响热封性，同时热封强度也较高。

⑵热封压力 用黏合剂复合需要压力，热封也需一定的压力，正常的热封压力使已熔融的薄膜表面密切结合，而又让有一定黏度的熔融树脂能承受而不至压垮（变薄）。标准热封压力是2~3公斤/厘米2。烫刀宽度改变或制袋宽度改变会影响热封压力（压强），要注意调整，防止产生根切故障。

制袋机热封压力是通过压簧，汽缸产生，烫刀下部的硅橡胶软衬主要是为了纠正烫刀平整度误差和薄膜厚度偏差。硅橡胶的硬度对制袋压力有一定影响，同时对热封时间也有影响，这是下面要谈的。

⑶热封时间 它是指封口在烫刀下停留的时间，具体操作中表现为制袋速度。热量从烫刀传递到四氟乙烯编织布，再通过印刷基材到达热切层。在整个热封截面存在温度梯度。热封时间越短，薄膜越厚，气温越低，薄膜内外温度越大。单面压烫的制袋机，内外温差更严重，正因为存在烫刀与热封层的温度差，所以烫刀设定温度高于实际所需温度（一般为140~180℃）当热封时间增长，实际提高了热封层温度；加厚了复合膜厚度，实际上减低了热封层温度；室温降低使复合膜温度下降，也降低了热封层温度；这些可变因素都要通过改变设定烫刀热封温度来解决。

上面提到的硅橡胶硬度及烫刀上刀座横梁与支撑的间隙（“华周”制袋机为0.5~3毫米，轻机三厂制袋机为1.5~2毫米）也影响热封时间。操作时要注意它们的变化，作为有影响的因素考虑。

⑷“根切”故障 制袋操作中，热封温度、时间、压力直接影响热封强度。但最佳工艺参数是什么？复合膜热封层性能受树脂牌影响，复合膜种类也各异，再加上其他可变因素，因此不可能得出不变的数据。但是最佳工艺可以用封口剥离测试方法得知，能得到最佳剥离强度的工艺，既是该膜该条件下的最佳热封工艺。

观察封口断面，正常熔合断面厚度大于有“根切”故障的熔合断面。

（见图）

正常样品受拉力作用在A–A面上进行封口剥离试验，而且“根切”的试样受拉力作用在B–B面上作拉断试验。当受力时，应力集中，当超过该点可承受的极限应力时，就在该点发生破裂并迅速向两边扩展，所以其断裂口为线状，正常热封的封口测试时整个热封面受力，超负荷时破裂在热封面上发生。由于热封面上，热封强度不尽相当，其破裂口为不规则状。（见图）

用拉力机测试封口剥离强度时，封口剥离强度大于等于下表值即为正常。小于下列值有两个可能：一是产生“根切”，二是热封不牢（温度不够）这是很容易判断的。

由“根切”故障的模型图可以看出根切现象是薄膜封口部分热封层厚度严重变薄，这主要与制袋工艺条件及烫刀表面状况有关。下面列表简要说明造成复合袋根切的原因及对策。

三、其他影响热封强度的因素

⑴内层热封材料厚度 本质上，热封材料厚度与封口剥离强度无关。从国标剥离强度分析，合格的热封面剥离强度应等于热封材料本身的抗拉强度。国标规定LDPE抗拉强度为112公斤/厘米2。

作拉伸测试时，应力集中在最小断面，而最小断面还是在热封面的边缘。热封压力一方面迫使热封接，界面的树脂大分子渗透、扩散、增强了热封界面的剥离强度，另一方面多少会削弱热封层的厚度，这种情况严重即产生“根切”。有资料说明，热封时，封口边缘材料厚度的损失不得大于10~15%，即抗拉强度损失不大于10~15%是合格的。热封材料越厚，断面越大，抗拉强度也增强。

⑵复合剥离强度 上面分析似乎说明正常热封口拉伸时也应该像“根切”一样断裂成一条线，其实不然。原因是外层材料复合后与热封层的剥离强度补强了热封层，这与增厚热封层的作用一样。高的复合剥离强度有助于防止封口薄弱处被拉断，这是有利的。伴随着时间的延长，复合剥离强度会有所下降，随之补强减弱、复合袋如有“根切”会显露出来，因此使“根切”故障具有隐蔽性。

⑶四氟乙烯编织布 为了提高热封强度，热封刀下往往衬垫四氟乙烯编织布、使热封边产生均匀的花纹加强筋结构。滚轮式热封刀具去除直接在上面刻制格子纹，也有同样作用。

⑷电晕处理的影响 因氧化反应而发生的分子接枝，交联作用，会明显提高薄膜的热封温度，而由交联造成的网状结构会阻碍融体的渗透，从而降低热封强度。

⑸化学助剂的影响 如开口剂、抗静电剂及填料，它们都是不融物质，聚集在热封区域，会造成微小的空穴，或包含微量空气，这些部位将首先形成薄弱环节。

⑹其他 薄膜平整度和厚薄公差会使热封温度，压力不均匀地传递到热封区域。而封口宽度却与热封强度无关，但会影响封口的密封性能。所以液体包装，真空包装及充氮包装等，热封边应适当宽一些为好。

四、结语 制袋过程中出现质量问题是连续的，一旦发生会造成较大的经济损失。所以，必须正确地设定制袋工艺，仔细检查设备各部分状态。每更换一个产品，每设定一个工艺条件就要测封口剥离强度。每班生产要详细记录工艺状态，以便判断质量和积累工艺数据。只有认真熟练的操作，及时检测，反馈，出现问题及时纠正，才能避免质量事故的发生，提高产品合格率。