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  • 您的位置:互助文档网 > 求职职场 > 笔试 > 液态奶复合纸包装材料热封力... 正文 2019-11-02 10:33:15

    液态奶复合纸包装材料热封力学性能分析_复合包装材料

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    液态奶复合纸包装材料热封力学性能分析

    液态奶复合纸包装材料热封力学性能分析 摘要:试验研究分析了利乐砖(或利乐枕)的包装材 料及其容器的热封力学性能。合理选取试验材料,设计试验 方案,根据国家标准测试方法,对利乐砖(或利乐枕)的热 封强度进行试验。对比国家标准中对纸—塑—铝复合包装材 料的热封力学性能评价指标,分析了利乐复合包装材料的部 分热封力学性能。结果表明,利乐砖(或利乐枕)的包装材 料与容器可满足国家标准对纸—塑—铝复合包装材料的热 封力学性能要求。

    中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:
    1674-9324(2016)34-0266-03 一、前言 我国人均乳制品消费量呈增长趋势,但人均水平与世界 平均水平相比仍较低。目前,保鲜奶、超高温灭菌消毒奶等 产品的比重不断增加,适合不同消费群体、不同消费水平的 新产品不断开发。同时注重包装技术的开发,争取在包装技 术上显示出中国乃至东方乳品消费的特色,这样才能缩短与 乳品发达国家的差距[1]。纸—塑—铝复合包装材料目前在液态奶保鲜包装上得 到广泛的应用,具有代表性的就是利乐砖和利乐枕。在前期 调研过程中发现,实际储运过程中利乐销售包装件的破包率 较高。导致破包的因素很多,其中一个重要的原因就是热封 强度的影响。

    对液态乳制品复合纸包装材料及结构进行热封力学性 能测试分析十分必要,本文采用包装试验方法,由此找出此 种材料及包装结构热封的薄弱环节。

    二、实验部分 1.试验材料。针对纸—塑—铝复合材料特殊使用场合, 结合现有的试验条件,材料选取内蒙古伊利乳业和蒙牛乳业 的利乐砖、利乐枕的复合包装材料。

    利乐包的纸包装材料(图1)通常分为六层:PE/纸板/PE/ 铝箔/PE/PE,总厚度为320μm,最内层的PE塑料厚度为30~ 35μm,在材质成份中,长纤维优质纸浆、铝和塑料的含量 分别约为75%、5%和20%[2]。

    试验前对材料的相关数据测试结果为:250ml利乐砖(Tetra Brick),材料厚度0.8mm,其中 盒壁纸板厚度350μm,铝箔层至盒内壁厚度100μm,底平面 尺寸60mm×110mm、盒厚40mm,材料定量288g/m2。

    485ml利乐枕(Tetra Bag),材料厚度为0.5mm,灌装 后尺寸190 mm×120mm、袋厚30mm,材料定量166g/m2。

    242ml利乐枕(Tetra Bag),材料厚度为0.5mm,灌装 后尺寸155mm×105mm、袋厚20mm,材料定量166g/m2。[3] 2.试验仪器及方法。有的包装作业要求快速热封,因此 对这种复合包装材料所选用热封涂料应有更高的要求。在普 通环境条件下,它必须是具有热塑性和不粘连性。在加温加 压的条件下,它又必须变成有强烈的胶粘性,即使在热封区、 冷却区前仍然保持牢固。根据GB/T 15171-1994软包装件密 封性能试验方法[4]进行测试。本文根据拉伸试验法进行热 封强度的试验[5]。

    三、热封强度测试结果与讨论 利乐砖与利乐枕不同部位热封方法不同,顶部和底部均 采用对接的方法,两侧材料内层呈人字形对接,即一侧材料 内层与另一侧材料内层对封。而背部采用搭接的方法,一侧材料内层搭接在另一侧材料外层上方进行封接(如下页图2 所示)[6]。且在背部纵向热封前,机器将塑料密封带加入 到纸筒内部搭接的纵缝上,纵向热封器将密封带与搭接的纵 缝粘接。

    1.利乐砖热封强度。对利乐砖顶部、底部和背部热封位 置都进行了热封强度测试,测试结果如图3所示。从图3中可 以看出,背部热封强度曲线几乎呈线性变化,在最大应力达 到123N、应变达到2.7mm时曲线中断,这是由于背部属于搭 接热封方式,热封强度很高,在进行材料热封位置拉伸的过 程中,随着匀速拉伸应力也不断增大,材料本身被拉断,而 热封位置并未发生明显性状改变,这与热封方法有密切关系。

    从图中可以看出在底部和顶部热封强度拉伸试验中,初 期应变随应力增加也不断增大,底部热封最大应力达到 23.349N、应变达到3.603mm时出现峰值,此时材料热封位置 发生断裂分离,之后继续匀速拉伸,曲线出现拐点,但并没 有中断,而是随应变不断增加应力呈平缓下降趋势,直到热 封材料完全从封口处分离开,最终应变达到19.5mm。顶部热 封最大应力达到18.268N、应变达到4.260mm时出现峰值和拐 点,最终应变达到20.4mm,应力归零。以上曲线表明,当达 到峰值后材料封口处断裂但并没完全分离,这是因为材料内 层封接层均有塑料PE,当拉伸到最大值时,两侧封接材料基本分离,但由于PE属热塑性材料,此部分材料仍具有粘合力。

    随着继续拉伸,应力缓慢下降而应变不断增加,直到最终塑 料断裂分离。当外界压力消除后,塑料PE层特别是热封处留 有残余内应力,该内应力有可能使热封处断裂强度降低。

    表1对利乐砖顶部、底部和背部的热封强度测试数据进 行了对比。从表中可以看出底部和顶部的断裂伸长率均远远 高于背部,但并非说明背部热封强度不够,因为背部测试值 均为材料本身断裂的测试值。液体食品无菌包装用纸基复合 材料国家标准中[7],对纸—塑—铝复合材料的热封性能并 无明确要求,但试验已经表明,利乐砖材料的热封性能基本 符合要求,达到应用标准。

    2.利乐枕热封强度。利乐枕背部热封强度曲线变化与利 乐砖背部热封强度曲线趋势一致,在最大应力达到93.265N、 应变达到4.742mm时曲线中断,原因与利乐砖背部热封强度 变化相同。

    在利乐枕底部和顶部热封强度拉伸试验中,初期应变随 应力增加也不断增大。底部热封强度拉伸最大应力达到 23.020N、应变达到1.647mm时出现峰值,此时材料热封位置 发生断裂分离,之后继续匀速拉伸,曲线出现拐点,但并没 有中断,而是随应变不断增加应力呈平缓下降趋势,直到热封材料完全从封口处分离开。顶部热封强度拉伸最大应力达 到22.861N、应变达到1.780mm时出现峰值和拐点。同样,利 乐枕的拉伸应力达到峰值后材料封口处断裂但并没完全分 离,原因与利乐砖相同。

    表2对利乐枕顶部、底部和背部的热封强度测试数据 进行了对比,显然底部和顶部的断裂伸长率均远远高于背部, 但并非说明背部热封强度不够,因为背部测试值均为材料本 身断裂的测试值。

    同样,在国家标准中对纸—塑—铝复合材料的热封性能 并无明确要求,但试验已经表明,利乐枕的材料的热封性能 基本符合实践要求,达到应用标准。

    3.利乐砖与利乐枕热封强度对比。利乐砖与利乐枕背部 承受最大力均远比底部和顶部承受的最大力要大(图4), 砖与枕相比又更强些,说明背部热封强度均能够承受较大外 力,背部热封位置均不会是破裂的薄弱环节。砖与枕的底部 和顶部承受最大力基本变化不大,但由于砖具有固定容器结 构,相对于枕来说受到外力时热封位置可以得到一定保护。

    利乐枕顶部与底部热封位置在受到外力时,相应承受的力应 更大些,所以一定程度上利乐枕顶部和底部热封位置相对较 薄弱。图中还表明,相对于背部,砖与枕的顶部和底部断裂 拉伸强度较小,但拉伸断裂伸长率较高,说明虽然复合材料中纸板和铝箔发生断裂,但热封后的内层PE粘合强度要高于 复合材料本身内层PE的拉伸强度。

    利乐砖在最大力时的变形均比利乐枕大,说明利乐砖复 合材料在承受外力后的塑性要比利乐枕好些,这样能够保证 利乐砖材料受到外力时能发生较大变形,能减少容器发生破 裂的情况。

    四、结论 热封强度的试验表明:利乐材料顶部和底部热封强度测 试中,当拉伸到最大值时,两侧封接材料基本分离,但由于 内层封接层PE属热塑性材料,封接点仍具有粘合力,随着继 续拉伸,塑料才断裂分离。利乐材料背部由于热封方式的不 同,热封强度大于材料本身的抗拉强度,热封效果好。热封 时,当外力消除后热封处仍留有残余内应力,该内应力有可 能使热封处断裂强度降低。

    参考文献:
    [1]马梅.提高我国乳品消费水平的对策研究[J].内蒙 古农业大学学报,2007,(04):14-16.[2]孟宪文.利乐无菌包装产品加热方法的研究[J].包 装工程,2007,(02):52-53. [3]张向宁.液态奶复合纸包装材料结构力学性能分析 [J].内蒙古工业大学学报,2013,32(4). [4]GB/T 15171-1994—1994.软包装件密封性能试验方 法[S].北京:中国标准出版社,1994. [5]郭彦峰,许文才.包装测试技术[M].北京:化学工业 出版社,2006:54-55. [6]孟昭宁.复合包装材料及胶粘剂的应用[J].湖南包 装,2006,(04):36-37. [7]GB/T 18192-2008—0001液体食品无菌包装用纸基复 合材料[S].北京:中国标准出版社,2008.

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