對美軍標MIL-PRF-22191F可熱封柔性透明阻隔材料規(guī)范的分析研究

劉小平，劉振華，李守耕，尹黨輝

(軍事科學院系統(tǒng)工程研究院后勤科學與技術研究所，北京 100071)

0 前言

包裝用阻隔材料的主要作用是在軍事物流過程中，對軍用物資器材性能質(zhì)量提供全方位的保護，確保暴露極端氣候環(huán)境、地理環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境和運輸環(huán)境條件下的物資器材質(zhì)量性能不下降、技術狀態(tài)完好。隨著塑料科技的進步，包裝用阻隔膜性能得到了前所未的發(fā)展和進步，各種型式的柔性可熱封透明阻隔材料廣泛應用于食品、藥品和軍用物資器材的包裝上。食品、藥品、軍用物資器材的物流環(huán)境適應性得到了提高，保質(zhì)期、儲存期得到了不同程度的延長。軍用包裝材料標準是規(guī)范包裝材料性能指標、檢驗方法、標識標志等要求的技術文件。分析研究包裝領域代表國際先進水平的美軍標準并加以借鑒，對于改進我國相關標準內(nèi)容，提升相關產(chǎn)品性能具有重要意義。本文分析研究了美軍標準MIL-PRF-221191F《可熱封柔性透明阻隔材料》的結構、性能指標、加工要求、檢驗驗收等內(nèi)容，并與國家相關標準對比分析之后，提出了該標準的應用建議。

1 標準基本情況

在二次世界大戰(zhàn)的太平洋戰(zhàn)場上，高阻隔包裝材料聚偏二氯乙烯(PVDC)首次在美軍應用，解決了“高溫、高濕、高鹽”環(huán)境條件下，美軍食品防腐、保鮮，維修器材防銹、彈藥防潮的問題。為了規(guī)范不同供應商提供給軍方的包裝材料性能和質(zhì)量要求的一致性，美國國防部制定了多項包裝用阻隔材料軍用標準，MIL-PRF-22191[1]《可熱封柔性透明阻隔材料規(guī)范》是其中的一項。研究認為該標準的各項性能指標均領先于現(xiàn)有同類產(chǎn)品國際標準、國家標準、行業(yè)標準的規(guī)定。事實上，該標準業(yè)已成為包裝領域的國際先進標準，被眾多包裝材料公司作為高端軟包裝材料研究、生產(chǎn)加工、檢驗驗收的依據(jù)。

該標準是由美國海軍負責制定。適應美軍全球戰(zhàn)略軍事物流的需要，標準規(guī)范的阻隔材料主要用于對暴露在極端氣候環(huán)境條件下的軍用物資，如：對海上運輸物資、海島儲存物資、隨艦儲存器材等提供可靠的防護。因而，各項指標要求均較民用標準更加苛刻。

該標準最早版本的標準代號為MIL-B-22191，屬于產(chǎn)品詳細規(guī)范。隨著美國防部軍用標準政策的調(diào)整與改革，標準代號改為MIL-PRF-22191，列入性能規(guī)范范疇。也就是說標準內(nèi)容只規(guī)定透明阻隔材料的具體性能指標、檢驗方法、包裝儲運等要求，不規(guī)定具體結構和制造工藝要求。

該標準自發(fā)布以來，隨著技術的進步和使用需求的變化，先后進行了多次修訂、修改。目前，該標準的最新版本是2009年10月26日發(fā)布的F版的修正版本，即MIL-PRF-22191F(1)。

2 標準主要內(nèi)容

2.1 標準規(guī)定的產(chǎn)品類型

該標準規(guī)定了3種類型的透明阻隔膜產(chǎn)品，包括：Ⅰ - 耐油、防水蒸汽型(watervaporproof, greaseproof)；Ⅱ - 耐油、防水型(waterproof, greaseproof)；Ⅲ - 防水型(waterproof)。每種類型的透明膜又分為：適合于手動或自動密封設備使用和僅適合于自動密封設備使用2種。

2.2 主要性能指標及要求

2.2.1 結構要求

該標準規(guī)定的透明阻隔材料可以是1層或多層結構。要求阻隔材料制成品或多層結構中的任何一層只允許在寬度方向(卷軸垂直方向)進行拼接。如有拼接縫存在，必須在拼接縫兩端以彩色標記進行標識，避免用戶使用該部分。

2.2.2 拼接要求

要求阻隔材料每卷的拼接不超過3處(4片)，每片長度不小于40 m。且要求卷中的拼接縫要覆蓋整個寬度，拼接部位平整，展開時不能脫開(節(jié))。片材不能有拼接出現(xiàn)。

2.2.3 形狀要求

隔材料制成品可以是卷材或片材。卷材寬度為(915±6) mm，制成品每卷長度不小于180 m。要求材料應整齊卷在內(nèi)徑不小于(76±3) mm的芯軸上，芯軸長度與卷材寬度一致，且允許3 mm的正偏差。要求芯軸具有足夠的剛度，以確保卷材在使用和搬運裝卸過程中不扭曲變形。對片材的長度、寬度，標準沒有具體規(guī)定，按訂購方要求確定。但對其公差做了要求，分別為+6 mm 和-3 mm。

2.2.4 封合條件

阻隔材料制成品的封合條件是由材料生產(chǎn)商根據(jù)產(chǎn)品特性確定，但要求能適合于市場上常用封合設備作業(yè)，如：連續(xù)旋轉熱封設備、帶式封口設備、鉗式封口設備。如果按制造商推薦的條件進行封合作業(yè)，在封合區(qū)域不能出現(xiàn)分層現(xiàn)象。同時要求在產(chǎn)品標識牌標明封合條件。

2.2.5 加工要求

標準規(guī)定阻隔材料成品表面不應有任何異物。表面均勻，無孔洞、撕裂、切口、尖銳折痕、皺褶或其他瑕疵。裁切整齊，無毛邊。

2.2.6 主要性能指標

阻隔材料的主要性能指標包括：封合強度、封合工藝、水蒸汽透過率、透明度、抗穿刺、耐油性、抗老化、耐水性、標識耐水性、儲存穩(wěn)定性等，詳見表1。

2.2.7 其他要求

標準除對透明阻隔材料的性能指標做了詳細規(guī)定之外，還對上述各項要求的檢驗條件、檢驗方法和合格判定、產(chǎn)品包裝等內(nèi)容做了規(guī)定。

3 與國家相關標準對比分析

在我國現(xiàn)行的國家標準中，與MIL-PRF-22191F《可熱封柔性透明阻隔材料》相關的標準有：GB/T 21303—2007[2]《包裝用復合膜、袋通則》、GB/T 28117—2011《食品包裝用多層共擠膜、袋》、GB/T 28118—2011《食品包裝用塑料與鋁箔復合膜、袋》、GB/T 30768—2014《食品包裝用紙與塑料復合膜、袋》、GB/T 10004—2008[3]《包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合》共5項。其中，GB/T 21303、GB/T 10004兩項標準，從適用范圍上看，與MIL-PRF-22191F(1)有相似相近之處，其余3項均為食品包裝用材料。因此，本文只對MIL-PRF-22191F和GB/T 21303、GB/T 10004進行對比分析。

表1 主要性能指標

3.1 共性特點

主要體現(xiàn)在3項標準規(guī)定的阻隔材料都具有熱封性、柔韌性和不同程度的阻隔性要求。但具體指標要求MIL-PRF-22191F規(guī)定更嚴格。

3.2 差異之處

主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 結構差異。MIL-PRF-22191F規(guī)定的透明阻隔材料強調(diào)是一層或多層結構，沒有明確具體材料構成。GB/T 21303規(guī)定了4種多層復合材料結構的產(chǎn)品，包括：紙、塑料；塑料、塑料；紙、塑料、鋁箔；塑料、鋁箔，顯然，只有塑料、塑料結構的制成品具有透明的特性。GB/T 10004在其適用范圍中，明確了該標準適用于塑料、塑料結構的多層復合膜制成品，具有透明的特質(zhì)。

(2)阻隔性差異。MIL-PRF-22191F對阻隔性能指標透濕率的規(guī)定較為嚴格。規(guī)定在室溫柔折、70 ℃條件下老化12 d柔折、低溫柔折后，3種狀態(tài)下的透濕率指標分別是不大于0.31、0.31、0.46 g/m2·24 h。同時，對阻隔材料制成品儲存穩(wěn)定性做了規(guī)定，要求儲存一年后進行測試，室溫柔折、70 ℃條件下老化12 d柔折后，透濕率指標均不得大于0.31 g/m2·24 h。GB/T 21303對透濕率規(guī)定了4級，其中最高級別指標為不大于1 g/m2·24 h。GB/T 10004規(guī)定的指標為不大于5.8、15 g/m2·24 h。

(3)透明度差異。MIL-PRF-22191F對阻隔材料透明度有明確規(guī)定。要求能夠識別阻隔材料背面75 mm(3 inches) 處的文字。其他兩項標準沒有具體規(guī)定。

(3)其他。除了上述幾項指標之外，MIL-PRF-22191F還規(guī)定了熱封強度、抗穿刺、抗粘連、抗卷曲、接觸腐蝕、耐油性、標簽耐水性等指標。其中，標準規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3種阻隔材料的抗穿刺指標分別為45、36、27 N，高于GB/T 21303、GB/T 10004相應規(guī)定。MIL-PRF-22191F對拉斷力、直角撕裂、斷裂伸長率、剝離力、抗擺錘沖擊沒有具體規(guī)定。

3.3 對比分析

(1)MIL-PRF-22191F是一項性能規(guī)范(performance specification)，其主要特點在于，只規(guī)定透明阻隔材料的具體性能及相關指標要求，不明確具體的結構和加工工藝。給相關產(chǎn)品承制方在產(chǎn)品設計和功能實現(xiàn)上很大的自由度。無論承制方采用一層還是多層結構，無論采用什么樣的加工工藝，只要在標準規(guī)定的條件下進行測試，其各項性能及指標滿足標準規(guī)定的要求，即為合格產(chǎn)品。承制方可以按照標準的要求，自主研發(fā)多種結構的系列產(chǎn)品，以滿足不同客戶對不同產(chǎn)品的包裝要求。

(2)從各項具體指標看，MIL-PRF-22191F的要求均高于其他兩項國家標準的規(guī)定。尤其是阻隔性指標透濕率遠遠優(yōu)于國家標準的規(guī)定，反應標準的高水平，對于延長包裝產(chǎn)品的保質(zhì)期或儲存期具有重要作用。

4 結論與建議

從筆者長期跟蹤研究包裝領域國內(nèi)外相關阻隔材料標準情況看，美軍標準MIL-PRF-22191F代表了當今包裝領域透明阻隔膜的先進水平，事實上已經(jīng)成為國外包裝材料公司開發(fā)高性能包裝用阻隔材料的重要依據(jù)之一。

軍用物資器材使用環(huán)境特殊，儲存環(huán)境條件一般，流通周期較民用產(chǎn)品長很多，對物資器材的防護包裝要求更高、更嚴格。要求包裝材料應能對暴露在極端氣候環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境、運輸環(huán)境和地理環(huán)境條件下的軍用產(chǎn)品提供可靠保護，確保其質(zhì)量完好、技術狀態(tài)不下降。長期以來由于缺乏高性能阻隔材料相關標準和產(chǎn)品的支撐，我軍物資器材防護包裝水平處于較為落后的狀態(tài)，現(xiàn)有包裝材料防護期短，防護效果差，物資器材質(zhì)量性能難以保證，損失浪費嚴重。

目前，國內(nèi)包裝用阻隔材料標準整體水平較國際先進水平有一定差距，難以滿足特殊行業(yè)對包裝材料的需求。隨著我國化工技術水平的進步，化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)具備了研發(fā)生產(chǎn)高質(zhì)量、高水平阻隔材料的能力。因此，借鑒國外先進標準，及時研究制定相關材料技術標準，具有可能性和現(xiàn)實可行性。同時，通過先進標準的貫徹實施，可引導有實力的包裝企業(yè)開發(fā)高性能阻隔材料產(chǎn)品，從而更好地滿足軍地雙方高端產(chǎn)品、有特別防護要求產(chǎn)品的包裝要求。