航空貨物供應鏈中防篡改膠帶的安全性測試研究

張開宇，高偉銘，覃勝男，許泰德，郭錦鴻，羅嘉欣

（中國民航大學經濟與管理學院，天津 300300）

經濟全球化的今天，物流作為一種將物品從供給地轉移到需求地的一種方式，在促進世界經濟與社會發展中發揮著重要的作用。物流一般指的是現代物流，其主要包括加工、包裝、運輸、存儲等活動，并且可以有效降低企業的物流成本，為消費者提供更好的服務。中國的物流行業出現和發展較晚，尤其航空物流起步更晚。隨著中國經濟的高速發展，物流業在航空領域也飛速發展，規模逐年擴大。據國家民航局公布的信息，2019 年民航業完成貨郵周轉量263.20 億t·km，2015—2019 年民航郵貨吞吐量穩步增長[1]。航空貨物運輸的增加，意味著貨物運輸的安全性也要提高。

王曉紅[2]的研究指出，材料防偽技術一般有防偽紙張、防偽薄膜、防偽膠帶、防偽材料、防偽金箔以及紋理防偽材料等。其中防偽膠帶（防篡改膠帶TET）是航空貨物分裝、散裝、托盤配置中最常見、應用最廣泛的一種航空貨物安全防護措施。然而大多數防篡改膠帶在貨物運輸的過程中容易受到人為或者非人為的損壞，導致額外的費用增加，使得物流成本上升。因此，本文通過對防篡改膠帶的安全性進行測試研究，以期保障航空貨物供應鏈中的貨物安全，對提高中國航空物流的安全性有著重要的作用。

1 防篡改膠帶簡介

1.1 防偽原理

將防篡改膠帶以合適的方式貼合到應試材料表面。若將膠帶剝離應試材料表面，防篡改膠帶就會在材料表面留下可辨識的防偽字跡，且無法貼回原處，從而達到防偽、防盜、防篡改、防抵賴的目的。在專利CN208500858U 中介紹了一種防篡改膠帶，如圖1所示。

圖1 防篡改膠帶結構圖

這種防篡改膠帶包括可相互剝離的揭離層和粘接層。揭離層是由離型層、透明啞光膜和油墨離型層從上到下依次復合而成；粘接層是由油墨印刷層和膠粘接層劑復合而成；油墨離型層處于透明啞光膜的中部，油墨印刷層覆蓋在油墨離型層與透明啞光膜復合為一體；在油墨離型層上印刷有防偽文字或者防偽圖案[3]。該防篡改膠帶通過膠粘接層劑粘貼在箱子或者包裹上。如果把膠帶揭開，會把揭離層和粘接層相互剝離開來，透明啞光膜與油墨離型層分離。在防篡改膠帶揭開前，透過透明啞光膜只能看見油墨離型層的油墨顏色，而揭開之后，會在應試材料表面留下防偽文字或者防偽圖案。如果想要再次粘貼復位，會由于揭離層和粘接層之間出現了空氣層，使得光線發生反射以及散射，油墨離型層上印刷的防偽文字或者防偽圖案（一般為ⅤOIDOPENED）得以顯現，從而可以得知物品是否被拆封或者盜取。

1.2 物理性質

上述專利的防篡改膠帶的粘接層由聚氨酯或者丙烯酸作粘接劑，由聚醚樹脂結構作透明啞光膜，由聚乙烯醇、硅油、光油或者硬脂酸等來作為離型層。這些材料制成的防篡改膠帶具有表1 所示的物理性質。

表1 防篡改膠帶的物理性質

1.3 殘留率

防篡改膠帶的殘留率是指當膠帶剝離應試材料表面留下的防偽字跡或者防偽圖案的面積占總貼合膠帶面積的比例。膠帶的殘留率是評價防篡改膠帶效果好壞的重要影響因素，如果防篡改膠帶的殘留率較高，說明防篡改膠帶防偽效果較好。探究不同物理條件因素影響下的防篡改膠帶的殘留率，不僅可以得知防篡改膠帶的防偽效果，還可以得知某一物品是否受到自然或者非自然因素的損壞，從而找出防篡改膠帶發揮作用的最佳物理條件。

2 防篡改膠帶殘留率的影響因素

2.1 自然因素

2.1.1 環境溫度

防篡改膠帶的黏性主要是由膠粘劑產生，其是一種半流體，內部存在著布朗運動。當環境溫度升高時，分子間作用力減小，布朗運動會加強，膠粘劑對應試板的滲透能力增強，同時應試板表面的分子活性也會因為溫度升高而加強，與膠粘劑分子結合性也會增加，因此黏性就會較高，膠帶的殘留率升高；但是如果溫度太高，膠粘劑分子太活躍，分子之間的作用力就會大大降低，分子容易失去與其他分子的作用力，就會使得黏性下降，從而降低膠帶的殘留率[4]。

當環境溫度降低時，膠粘劑分子的布朗運動會減弱，活性降低，同時應試板表面的分子活性也會降低與膠黏劑分子的結合，兩者之間的作用力下降，膠粘劑的黏性降低，從而使得膠帶的殘留率下降。當溫度降到膠粘劑的玻璃化溫度時，膠帶將失去黏性，這也是許多不法分子對膠帶進行篡改的手段之一。

2.1.2 環境濕度

一般的膠帶所使用的環境相對濕度為55%～80%。當空氣中的相對濕度大于80%時，空氣和應試板表面會有少量水分，水分的存在阻擋了部分膠粘劑的黏性，從而降低防篡改膠帶的殘留率。當空氣中的相對濕度太低時，膠粘劑在應試板上的滲透能力減弱。濕度降低時，空氣中粉塵的濃度會上升，黏附在應試板的表面，從而影響膠帶的黏性，使得膠帶的殘留面積下降。

2.2 非自然因素

非自然因素對殘留率的影響主要來自與于人在剝離膠帶時所采用的拉力方向和應試板的物理性質，以及非法分子對膠帶的篡改。因此實驗采用拉力器對防篡改膠帶進行拉力測試，應用控制變量法從摩擦系數、剝離角度、是否由溶液處理和二次粘貼4 個方面在應試板（紙板和塑料板）上進行膠帶剝離實驗。每組實驗都采用定長恒力進行實驗，確保實驗的準確性。將實驗結果拍照，由計算機處理成二值化（黑白）圖片，通過殘留膠帶所占的像素與整個圖片的像素比例來計算膠帶的殘留率[5]。

2.2.1 應試板的摩擦系數

由于塑料板的摩擦系數可以在保證使用同類型材料的情況下，用打磨的方式來進行改變。而紙板打磨之后就會被破壞，并且打磨后表面有碎渣殘留，撕開膠帶時會把紙板表面也撕開，無法測量殘留率。因此，在進行應試板的摩擦系數實驗時，只測量了不同摩擦系數下塑料板的防篡改膠帶的殘留率。

實驗測量了區間為[0.2，0.55]，間距為0.05 的摩擦系數下塑料板的防篡改膠帶的殘留率，利用軟件繪制了如圖2 所示的散點圖以及擬合的趨勢線。

圖2 不同摩擦系數下的防篡改膠帶的殘留率

圖2 的橫坐標是應試板的摩擦系數，縱坐標是膠帶的殘留率。從實驗數據可以得出膠帶的殘留率與應試板的摩擦系數呈現正相關的趨勢，當摩擦系數增大時防篡改膠帶的殘留率也會上升。將上述散點圖用一次函數進行擬合，如表2、表3 所示。

表2 不同摩擦系數下的膠帶殘留率擬合效果-方差分析

表3 不同摩擦系數下的膠帶殘留率擬合效果-系數

根據表2、表3 可得該散點圖的擬合函數為P=11.695+54.746U，P為膠帶的殘留率，U為應試板的摩擦系數，其可決系數為0.533，擬合效果一般。參數和常數項的t檢驗均在99%的水平上顯著，且函數的整體F檢驗合格，在99%的水平上顯著。實驗測得，若膠帶的殘留物完全殘留在應試板上，其殘留率為51.100%左右。通過擬合函數計算可得，若想要膠帶完全殘留在應試板表面，應試板的摩擦系數應為0.72 左右。

2.2.2 膠帶剝離的角度

該實驗測量了紙板和塑料板2 種材料在不同剝離角度下，防篡改膠帶的殘留率。測度的角度為[0°，75°]，間距為15°，通過軟件繪制了不同剝離角度的殘留率的散點圖，如圖3、圖4 所示。

圖3 塑料在不同角度剝離的防篡改膠帶的殘留率

圖4 紙板在不同角度剝離的防篡改膠帶的殘留率

圖3、圖4 中，去除了數據中的異常值，散點圖的橫坐標是膠帶的剝離角度，縱坐標是膠帶的殘留率，圖3 是膠帶在塑料板上的殘留率，圖4 是膠帶在紙板上的殘留率。通過實驗數據散點圖擬合的趨勢線可知，膠帶的殘留率隨著剝離時膠帶拉扯角度的增加先上升后下降。將上述的散點圖用二次函數進行擬合，如表4～表7 所示。

從表4、表5 可得，塑料板不同角度殘留率的擬合函數為P=19.644 8－0.007 8ANG2+0.596 8ANG，P為膠帶殘留率，ANG為剝離的拉力角度，可決系數為0.502 9，擬合效果一般，各參數的t檢驗均在99%的水平上顯著，擬合函數整體F檢驗合格，在99%的水平上顯著。

表4 塑料板在不同的剝離角度下膠帶殘留率擬合效果-方差分析

表5 塑料板在不同的剝離角度下膠帶殘留率擬合效果-系數

從表6、表7 可得，紙板不同角度的殘留率的擬合函數為P=20.911－0.005 0ANG2+0.533 2ANG，P為膠帶的殘留率，ANG為剝離的拉力角度，可決系數為0.453 1，擬合效果一般。各參數的t檢驗均在99%的水平上顯著，擬合函數的整體F檢驗合格，在99%的水平上顯著。從函數形式和趨勢線可知，隨著剝離角度的不斷增大，膠帶的殘留率會有一個峰值，經計算可知，塑料板的峰值是38.27°，紙板的峰值是53.32°。實驗數據表明，用不同方向的力來剝離膠帶，其殘留率的峰值在區間[35°，55°]之間。

表6 紙板在不同的剝離角度下膠帶殘留率擬合效果-方差分析

表7 紙板在不同的剝離角度下膠帶殘留率擬合效果-系數

2.2.3 溶液的處理

該實驗測量了應試板在經過乙醇或者石油醚溶液處理之后，防篡改膠帶的殘留率。測度的溶液體積分數區間為[35%，95%]，間距為15%，利用軟件繪制了如圖5、圖6 的散點圖和趨勢線。

圖5 不同體積分數的乙醇溶液處理后的防篡改膠帶的殘留率

圖6 不同體積分數的石油醚溶液處理后的防篡改膠帶的殘留率

圖5 是乙醇溶液處理的防篡改膠帶的殘留率，圖6是石油醚溶液處理的防篡改膠帶的殘留率，橫坐標軸是溶液的體積分數，縱坐標軸是膠帶在應試板上的殘留率。其中乙醇溶液是由水和乙醇組成，由于石油醚不溶于水，因此采用無水乙醇來溶解石油醚。由點圖大致可知，用不同濃度的乙醇對應試板處理后，實驗數據擬合的函數近似于一條平行于橫軸的直線，因此膠帶的殘留率與乙醇溶液的濃度并未有直接的關系；由于乙醇對膠帶未有直接的影響，因而采用乙醇來當石油醚的溶劑，其實驗數據會真實反應膠帶殘留率與石油醚溶液濃度的關系。從散點圖以及擬合函數可知，隨著石油醚濃度的增大，膠帶的殘留率先下降后上升。

將上述圖6 中的石油醚濃度對膠帶殘留率用二次函數進行擬合，可如表8、表9 所示。

表8 不同濃度的石油醚對膠帶殘留率擬合效果-方差分析

表9 不同濃度的石油醚對膠帶殘留率擬合效果-系數

從表8、表9 中可得，不同石油醚濃度對膠帶的擬合函數為P=74.282+101.488 9ND2－134.670ND，P為膠帶殘留率，ND為溶液的濃度，可決系數為0.452 2，擬合效果一般，各參數的t檢驗均在99%的水平上顯著，擬合函數整體F檢驗合格，在99%的水平上顯著。從散點圖和擬合函數可知，如果膠帶經過了石油醚溶液的處理，其膠帶的殘留率會降低，并且呈現隨著濃度的增大產生先下降后上升的趨勢。

2.2.4 二次粘貼

該實驗測度了二次粘貼對防篡改膠帶殘留率的影響，如圖7 所示。

圖7 中圓點折線是第一次粘貼的殘留率，方點折線是二次粘貼后剝離的膠帶殘留率，實折線是兩次剝離膠帶殘留率之差。從圖7 可得，第一次剝離的膠帶殘留率通常比第二次殘留率要高，并且差值在5%～18%之間。實際運輸中，如果在同種材質的應試板以恒力恒定角度剝離膠帶，殘留率前后之差有明顯區別，則有理由認為該防篡改膠帶經過二次粘貼。實驗結果表明，一般經過二次粘貼的膠帶，在其未揭開時其表面會略微顯現防篡改膠帶的防偽印記。通過實驗圖片觀測可知，一般經過二次粘貼之后，其殘留痕跡和第一次剝離的殘留痕跡有明顯區別，邊緣呈現碎片化，如圖8 所示。實際運輸過程中，如果剝離之后膠帶的殘留痕跡呈現碎片化，則有理由認定該膠帶經過二次粘貼，實驗現場圖如圖9 所示。

圖7 二次粘貼對防篡改膠帶殘留率的影響

圖8 二次粘貼呈現碎片化的防篡改膠帶

圖9 現場實驗圖

3 結論及建議

防篡改膠帶是一種能夠辨識物品在物流過程中是否受到自然或者非自然因素侵害的有效手段。上述的實驗結果以及分析可得出，在實際生產生活中，防篡改膠帶的粘貼應當盡量處于摩擦系數較大的物品上，確保膠帶殘留物可以完全殘留在材料表面；在進行剝離時，盡可能采用45°左右的角度剝離膠帶。在運輸過程中，應當保持與地面相似的溫度、濕度及大氣壓等，這些條件在飛機貨艙一般都能實現。

對于防篡改膠帶的防篡改檢驗，如果不法分子用一些特殊溶液處理之后打開包裝，一般會使得膠帶的殘留率下降；如果發現某些物品上的膠帶殘留率比同樣材料的殘留率低，可以認為其經過了某些處理，并且通過一些技術手段可以得出其經過了何種處理；如果膠帶的殘留碎片化以及殘留率較低，可以認為膠帶經過了二次粘貼等處理；一些不法分子還會采取低溫、高溫等技術手段對防篡改膠帶進行處理從而盜取物品，因此可以采用熱敏材料，低溫顯色材料來對膠帶進行處理，以判斷貨物是否被打開。防篡改膠帶還有很多的性質可以去研究，例如膠帶的拉伸性、溫度和濕度的變化對膠帶殘留率的影響以及膠帶在何種情況下防偽性能最好等，防篡改膠帶的研究對航空物流乃至整個物流行業的安全性有著重要的影響。