基于熱封合參數的食品包裝袋封口熱封合強度測試試驗研究

高 雪，張希棟，孫明達

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040)

真空包裝的食品在存放過程中，包裝袋封口強度的降低容易引起包裝袋密封性變差；特別是在流通過程中封口熱合強度的降低易使包裝袋封口處開裂導致包裝袋破損，影響食品的質量和降低包裝食品的保質期。因此，有必要研究影響食品包裝袋封口熱合強度的條件因素，為食品包裝提供試驗依據[1-3]。在食品真空包裝中，在設置的熱封合電壓、熱封合時間參數作用下，包裝袋封口處的材料逐漸熔化，在一定的壓力作用下融合為一體的過程。熱封合時間、熱封合電壓設置不合理將直接影響包裝袋的封口熱合強度[4-5]，本文主要通過設計食品包裝袋封口熱合強度測試試驗，研究包裝袋熱封合封口參數如熱封合時間、熱封合電壓對包裝袋封口強度的影響，為合理設置包裝袋熱封合封口工藝參數提供試驗依據。

1 封口熱封合強度測試指標

試驗主要研究食品包裝袋封口熱封合工藝參數熱封合電壓、熱封合時間對封口熱合強度的影響[6-7]。通過設置熱封合電壓和熱封合時間的數值使包裝袋封口處的材料經過電加熱后融合，獲得封口后的包裝袋試樣[8-9]；參照標準QB/T2358-98《塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法》，分別測試不同熱封合參數條件下的包裝袋封口試樣，分析出熱封合參數變化對包裝袋封口熱合強度的影響[10]。在標準QB/T2358-98《塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法》中，熱合強度指標表示為F/15mm，F為試樣斷裂時的負荷，單位N。對封口試樣進行實際拉伸過程中，將出現斷裂和撕裂的情況，分別為：

(1)包裝袋熱封合封口的邊緣處斷裂。

(2)包裝袋試樣封口的外側斷裂。

(3)包裝袋封口處撕裂。

而標準QB/T2358-98給出的熱合強度指標不能完整的體現和衡量試樣拉伸過程中將出現的上述3種情況。因此對上述3種情況建立3種拉伸強度指標為：

(1)

(2)

(3)

式中：σhs-1為試樣在封口處拉斷時測得的強度值；F1為試樣在封口處拉斷時測得的負荷(單位：N)；σhs-2為試樣在封口的外側拉斷時測得的強度值；F2為試樣在封口外側拉斷時測得的負荷(單位：N)；σhs-3為試樣在封口處撕裂時測得的強度值；F3為試樣在封口處撕裂時測得的負荷(單位：N)；b為試樣寬度(單位：mm)；t為試樣厚度(單位：mm)。

因此，在熱封合電壓、熱封合時間參數條件下選擇的包裝袋封口熱封合強度試驗測試指標為集合(σhs-1,σhs-2,σhs-3)中的一個元素。

2 封口熱封合強度測試試驗方案

2.1 試驗操作流程

基于熱封合參數的包裝袋封口強度測試實驗過程主要包括包裝袋封口操作、包裝袋封口強度檢測兩部分，具體試驗操作流程如圖1所示。包裝袋封口操作主要應用實驗室現有的平板真空包裝機，試樣采用復合尼龍包裝袋。通過設定熱封合電壓和熱封合時間參數對包裝袋開口處加熱和施加預壓力，使復合尼龍包裝袋開口處的材料熱熔并融合，完成包裝袋的封口過程。包裝袋封口強度測試實驗主要使用實驗室現有的拉力試驗機。通過對包裝袋封口試樣進行拉伸操作，測試出試樣拉伸直至斷裂過程的負荷-拉伸變形曲線，得到試樣拉斷時的強度值即封口抗拉強度；最后測出不同熱封合時間和熱封合電壓條件下的包裝袋封口熱封合強度值。

圖1 包裝袋封口強度測試流程圖

2.2 試驗參數的設定

(1)封口熱封合參數設定

試驗用的真空包裝機能夠提供24、30、36V三種熱封合電壓，可在0～50 s范圍內選擇熱封合保持時間。在進行封口操作時分別選擇不同的熱封合電壓值，再對每種熱封合電壓值設置不同的熱封合保持時間進行包裝袋封口操作，以獲得不同的包裝袋封口熱封合強度。

(2)封口熱封合強度測試參數設定

測試包裝袋封口熱封合強度使用實驗室現有的拉力試驗機。在拉力試驗機的操作軟件中編輯出測試試驗編號，用于對每次測試的封口熱封合強度數據的分類分析。在操作軟件中輸入試樣的寬度和厚度數值，為了保證每個包裝袋的取樣數量能夠達到10個以上和便于計算試樣的截面積，取樣時的試樣寬度為15mm；試樣厚度用可變壓力厚度計測得的平均值為0.092mm。在操作軟件中編輯測試方法，由于試樣容易拉斷，拉伸速度設定為50±5mm/min。

3 封口熱封合強度測試結果與分析

3.1 測試結果

測量出熱封合電壓為24、30、36V，熱封合間為5～50s時試樣斷裂情況包括封口邊緣處斷裂、封口的外側和封口處撕裂，見表1～表3。

表1 熱封合電壓24V 熱封合時間5～50s包裝袋試樣斷裂類型

表2 熱封合電壓30V 熱封合時間5～50s包裝袋試樣斷裂類型

表3熱封合電壓36V熱封合時間5～50s包裝袋試樣斷裂類型

Lab.3 Types of package samples pulling off under heat-sealing voltage 36V and heat-sealing time 5～50s

斷裂類型5101520253035404550封口處撕裂√√×××××---封口邊緣處斷裂××××√√√---封口外側斷裂××√√×××---

在表1～表3中，“√”表示在熱封合電壓和熱封合時間作用下發生的斷裂類型，“×”表示在熱封合電壓和熱封合時間作用未發生的斷裂類型，“-”表示在熱封合電壓和熱封合時間作用下包裝袋樣發生燒蝕現象，試樣失效。

測量出熱封合電壓為24V、30V、36V，熱封合間為5～50s時試樣熱封合強度值，如圖2～圖4所示。

圖2 熱封合電壓24V熱封合時間5～50s試樣熱封合強度

圖3 熱封合電壓30V熱封合時間5～50s試樣熱封合強度

圖4 熱封合電壓36V熱封合時間5～50s試樣熱封合強度

3.2 結果分析

依據表2-表4，分析在不同熱封合電壓和熱封合時間作用下包裝袋試樣斷裂特點如下：

(1)熱封合電壓為24V，熱封合時間為5～15s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時間為20～45s，包裝袋試樣在封口外側斷裂。

(2)熱封合電壓為30V，熱封合時間為5～10s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時間為15～40s，包裝袋試樣在封口外側斷裂；熱封合時間為45～50s，包裝袋試樣在封口邊緣處斷裂。

(3)熱封合電壓為36V，熱封合時間為5～10s，包裝袋試樣在封口處撕裂；熱封合時間為15～20s，包裝袋試樣在封口外側斷裂；熱封合時間為25～35s，包裝袋試樣在封口邊緣處斷裂；熱封合時間為40～50s，包裝袋試樣封口處燒蝕，試樣失效。

依據圖2-圖4，分析在不同熱封合電壓和熱封合時間作用下包裝袋試樣熱封合強度變化如下：

(1)熱封合電壓為24V，熱封合時間為20s，包裝袋試樣封口熱封合強度值最大，為32.09N/mm；熱封合時間超過20s，熱封合強度值呈現下降趨勢。

(2)熱封合電壓為30V，熱封合時間為15s，包裝袋試樣封口熱封合強度值最大，為32.01N/mm；熱封合時間超過15s，熱封合強度值呈現下降趨勢。

(3)熱封合電壓為36V，熱封合時間為25s，包裝袋試樣封口熱封合強度值最大，為33.02N/mm；熱封合時間超過15s，熱封合強度值呈現下降趨勢。

4 結 論

分析上述試驗結果，改變熱封合電壓參數和熱封合時間參數，食品包裝袋試樣拉伸時存在封口處撕裂、封口處斷裂和封口外側斷裂3種斷裂形式。為保證試樣在封口外側斷裂情況下能夠具有較高的熱封合強度值，合理設置熱封合電壓參數和熱封合時間參數包括：

(1)熱封合電壓參數為24V，熱封合時間參數設置為20～25s，

(2)熱封合電壓參數為30V，熱封合時間參數設置為15～20s，

(3)熱封合電壓參數為36V，熱封合時間參數設置為15～20s。

因此通過合理地設定熱封合時間參數和熱封合電壓參數，能夠保證食品包裝袋試樣封口具有較高的熱封合強度。

【參 考 文 獻】

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