如何处理复合膜检验与实际应用的一致性问题

包装用复合膜有时会遇到实验室检测是合格的，但客户使用过程中却出现问题，或同一产品某一客户用得很好，但另一客户却不能使用。本文主要从复合膜检验结果的可靠性、复合膜的使用条件和实验条件的一致性，复合膜的检测项目与实际应用的一致性等三个方面来探讨复合膜检测结果和产品应用的一致性问题。

 

20世纪20年代开始，人们研究概率论和数理统计在质量管理中的应用，提出了验收抽样的概念，建立了规定平均检出上限(AQL)的挑选型抽样表，使质量管理从一般检验阶段进入了统计质量控制阶段。统计质量控制无论取样怎样完善，也不管抽样量有多大，对抽样检验来说都存在一个误判和漏检的问题。我们应从如下几个方面来考察复合膜的检验结果的真实可靠性。

 

1、 取样的代表性

为了使抽样检验合理有效，人们已对检验批的组成、抽样方法及批是否可接收的判断标准做了广泛的研究。我国目前已发布了23个抽样检验的国家标准，形成了较完整的抽样检验体系，其中最具代表性应用最多的抽样检验标准是计数型抽样检验的GB/T2828和计量型抽样检验的GB/T6378。许多复合膜、袋的标准都是按GB/T2828来进行抽样检测的。随机抽样在无法确知样品的信息的条件下是最佳的抽样方案，但是在得知样品的许多相关信息时，简单随机抽样就不再是最佳的抽样方案了。在包装用复合膜、袋的抽样过程中应注意如下几点。

    ①许多复合膜在加工过程中是以一定长度的重复单元在长度方向上不断“复制”而成的，因而应将复合膜看作由重复单元组成的群来看待，重复单元内部之间是相对独立的，而不同重复单元之间是“复制”关系，因而在取样时应至少在一个印刷、涂布、上胶辊、复合辊的周长长度及整幅宽度范围内取样检测，这样才能最具代表性，减少漏检现象。

②复合袋检验时，应取纵封刀长度范围内的所有连续样，并逐个进行检查，这样的样品才可以包括制袋过程中不同的横封和纵封位置的温度和压力，以及纵封的次数的所有可能性。

③耐热性、附着力、表面张力、复合强度、热封强度、厚度、上胶量、拉伸强度、摩擦系数等必须在卷幅宽度内的多个部位进行检测，这样得出的实验结果方可靠。

④拉伸强度、伸长率、热封强度、复合强度等必须对纵向和横向进行检测，因为高分子材料在加工过程中分子链的定向作用会造成的纵向和横向性能的差异。

⑤复合膜取样时，工人一般不愿取卷材中间的样，所取的样品常常为卷头或卷尾的样品，卷头和卷尾的工艺参数与正常生产时的工艺参数有一定差异，不具代表性，因而不合适。

⑥摩擦系数与空气接触有关，在检测时应多去掉几层表面的卷膜，然后再检测。我们曾对某PET/AL/PE的复合膜的卷外层和卷内层的摩擦系数进行检测，发现卷外层的静摩擦系数为0.269，动摩擦系数为0.203，而卷内层的静摩擦系数为1.398，动摩擦系数为0.571，相差达几倍。

⑦包装用复合膜、袋的检验应按批为单位进行检验，同一品种、同一规格、同一工艺、同一原材料的复合膜、袋为一批。同时还应规定一个批次的最大量。

 

2、 样品的时间性

在物理学上有一著名的测不准原理，对于一组共轭量(如时间和位置)进行测量时不能达到同时精确。复合膜的许多性质都是时间的共轭量。从严格意义上来说，当你得出了一个实验数据时，这一数据已不再是这一时刻的复合膜的数据，而是过去的复合膜的数据。在样品的时间性上应注意如下几点。

    ①复合膜除了应在标准环境(23℃±2℃,RH50%±5%)下进行检测外，还应在该环境下放置一定时间以达到平衡，拉伸强度、热封强度、剥离强度、表面张力要求平衡4小时以上，摩擦系数要求平衡16小时以上，氧气、水蒸气透过率要求平衡48小时以上。不可刚从固化室出来就立即进行检测，这样得出的实验结果可能会有很大误差。

②产品检验合格出厂后，经过一段时间的运输、仓储在药厂的车间使用，药厂生产出来的产品再经一段时间后才到消费者手中。复合膜出厂检验合格并不代表着在药厂使用时合格，药厂使用时合格并不代表着到了消费者手中合格。我们必须做产品留样观察实验，观察在储存期间复合膜的热封强度、复合强度、附着力、摩擦系数等是否会发生变化，对于热封强度还必须做热封好的样品停放和停放一段时间后再热封的两种检测。有些材料的性能在停放中会发生较大变化，如下表是我们在实际生产中发现的现象。

 

某AL/PE复合膜的摩擦系数与停放时间的关系

 

某PET/PET/AL/热封胶的产品与PP片热封强度与停放时间的关系

 

某粘合剂试样的留样观察记录

 

③生产过程中的取样，随机抽样并不是最好的，应根据所考查的项目选择适当的时机取样。如在制袋过程中若要考查热封强度是否合格，一般应在热封温度的最低点，并取一个完整“群”的样，并逐个进行检查。

 

3、 实验方法本身的缺陷

我国的标准制照抄照搬严重，许多标准的可操作性较差，标准的更新较慢，这些造成了有些标准的实验方法存在一些缺陷。如我国的水蒸气透过率的测定方法GB/T1037-1988《塑料薄膜和片材透过水蒸气性实验方法---杯式法》被广泛引用到复合膜的标准中，其实该标准一般只适用于水蒸气透过率大于2g/m².24h的塑料膜中使用。YBB00132002《药品包装用复合膜、袋通则》在溶出物试验中采用剪碎浸泡的方法对于表层为纸的产品是不妥当的，因为这样可能将纸中的许多物质浸出，这也不符合实际的使用情况，应按GB/T17409-1998《食品用包装材料及其制品的浸泡试验方法通则》的规定制成袋浸泡内层。若PTP铝箔的热封层有金色，YBB00152002《药品包装用铝箔》中重金属含量的检测也是不妥的，因为热封层的金色在检测过程中会干扰检测。用达因测试液检测表面张力的方法对于大量添加剂的薄膜或有涂层的薄膜是不妥的，因为达因测试液可能会与添加剂析出物或涂层发生物理或化学的作用，应用蒸馏水的接触角测定来计算其表面张力。我们常用胶粘带测试来检测涂层、镀层和油墨的附着力，若涂层和油墨表面有大量的石蜡、聚四氟乙烯蜡或硅油时，这种检测附着力的方法也不可靠的，因为这时测出的是胶粘带与被测表面的粘附力，而不是被测表面涂层的附着力。我们经常用加速老化实验来进行寿命推算，若在加速老化实验温度范围内，包装内容物或包装材料有物理或化学的突变(如熔点、沸点、玻璃化温度等)，其推算也是欠妥的，因为这种推算是建立在不同温度下反应的活化能是不变的基础上的，物理或化学的突变，其反应活化能将变化。对于含有吸附性和吸湿性较大的材料组成的复合膜，在水蒸气透过率较小又要求精确测定其水蒸气透过率的场合，用称重法测定其水蒸气透过率是不合适的，因为复合膜本身质量的变化会干扰实验结果。我们常常将两个复合膜叠在一起进行长度对比，一般情况下，上层复合膜有拉力而下层没有，因而上层的复合膜一般会偏长。现实中我们应从如下几方面进行考虑来克服实验方法本身的缺陷。

① 应了解实验的原理、理论依据、理论的前提条件(基本假设)，不能简单机械地做实验。

②应对所进行的实验方法进行验证。在验证过程中必须列出一切可能影响实验结果的影响因素，然后对各影响因素进行变动，观察它对实验结果的影响程度。例如，我们要从干燥皿中取出物品进行称样，每次取出称样的时间肯定不可能完全一样，那么我们就必须做一个实验，研究从干燥皿中取出停放不同时间的对实验结果的影响。

③ 应进行空白平行实验。

④ 应经常用标准样进行校验。

⑤ 应进行实验的稳定性和可重复性测试。

⑥ 应进行实验结果的不确定度评估。

 

检验的机能一般有三种：保证机能、预防机能、审核与评价机能。企业的检验应偏重于预防和审核机能。在标准环境下进行检验对于商检来说是很有必要的，但作为企业的检验不能只局限于标准环境下的检验，复合膜的实际使用环境与标准环境有一定差距的，具体表现如下。

 

1、 温度的不同

复合膜在包装过程中通常采用热封的方式进行密封，复合膜在使用过程中受到远高于标准室温的作用，不能用常温下的检验结果来判定复合膜在使用过程中的性能。

    ①机械强度。自动包装机用复合膜卷材不仅要在考虑常温下的机械强度，还应注意热封温度下复合膜的机械强度。一般BOPP/AL/PE、BOPP/AL/PP、BOPP/VM-CPP、BOPP/CPP、BOPP/PE等结构的产品，在常温下整体材料的强度较高，但在热封温度下，整体材料的强度很低，在一些自动包装机中很难做出美观且气密性良好的产品。

②复合强度。有一些复合膜在检验中有高的复合强度，但在实际使用过程中却离层，百思不得其解。实际上，热封离层都是由于油墨的附着力或粘合剂的粘合强度不够而产生的，通常测得的复合强度是常温下的复合强度，而复合强度受温度的影响很大。只有在热封的高温度下复合膜具有较高的粘合强度，才能保证热封时不离层。笔者对热封离层做过详细的研究，做过如下图的实验。

 

 

图中B号胶在常温下有很高的复合强度，但在100℃的环境下只有极低的复合强度，因而在包装机测试中离层；A号胶虽然在常温下的复合强度不如B号胶，但在100℃的环境下的复合强度却比A号胶高很多，因而在包装机测试中不离层。当A号胶在固化剂:主剂=8:100的比例明显的偏低情况下，虽然在常温下仍有很高的复合强度，但在100℃的条件下却只有很低的复合强度，因而包装机测试也离层。

③摩擦系数。包装过程中摩擦系数既是拖动力又是阻力，其大小应控制在适当的范围内，自动包装用复合膜一般要求有较小的内层摩擦系数和合适的外层摩擦系数。在包装过程中，复合膜在热封前的成型料斗位置的温度一般为50℃－65℃，而实验室一般只检测内层材料在室温下的摩擦系数，因而对使用过程中的指导不大。下表是不同复合膜的摩擦系数与温度的关系。

 

不同内层材料复合膜的动摩擦系数与温度的关系

 

从上表我们可以看出①号样室温的摩擦系数最小，但在60℃时其摩擦系数最大，完全拉不动。实践证明①号样在包装机上不能正常运行，②号样可勉强进行，③④⑤号样在包装机上能良好运行。

④热封强度。一般在某一特定温度下检测热封强度，然而在实际应用中，复合膜的热封温度与实验室的温度存在一定差异，同时在包装机热封模具的不同位置的温度不同，有时可能差距较大，因而要做出一条热封强度与热封温度的关系曲线图，方可全面了解复合膜的热封性能。实验条件下热封强度相同的两种复合膜，若热封强度和热封温度曲线不一样，在实际使用过程中会存在较大差异。

 

2、 其它条件不一致

① 我们一般很少留意热封位置上的剥离强度。而许多的离层是在力的作用下从热封位置开始的，因此热封位置上的剥离强度相当重要。在实际应用过程中，热封位置的复合强度与其它位置的复合强度可能有很大差异，可能会大些，也可能会小些，因各材料和粘合剂而异，一般镀铝层的热位置上的剥离强度会变小。

    ②立式自动填充包装机有合撑式包装机和滚轮式包装机两种，合撑式包装机采用间歇式运动与实验条件相近，实验的数据指导性较强，而滚轮式包装机采用连续滚压的方式与实验条件相差甚远，实验数据的指导作用不大。

    ③在检测热封强度时，一般是在无任何作用力和污染物的条件下进行的，实际使用过程中往往有填充物污染热封口，因而我们需要进行热封的抗封口污染实验。在自动包装的填充过程中，热封还未充分冷却，就进行了物料的填充，物料填充的作用力会影响未充分冷却的封口，因而有必要进行复合膜的热粘强度的检测。

④摩擦系数一般检测复合膜的热封层与热封层的摩擦系数，除袋的开口性外，影响复合膜卷材使用的主要是复合膜的内外层材料与包装机的导辊及成型料斗之间的摩擦系数，特别是复合膜的内层材料与成型料斗(一般为不锈钢)的摩擦系数。复合膜的热封层之间的摩擦系数与复合膜的内层与不锈钢之间的摩擦系数并无某种必然关系。下表是某一添加剂用量对摩擦系数的影响。

 

添加剂用量对热封层动摩擦系数的影响

从上表可以看出助剂添加0.14%后热封层/热封层的动摩擦系数降低一半，但热封层/不锈钢的摩擦系数基本上没有影响。我们应检测复合膜与不锈钢的摩擦系数来了解复合膜的上机性能。

⑤采用压差法测量氧气透过率时，是在相对湿度RH0%的情况下检测，复合膜实际并不在这一条件下使用，特别是湿度对某些材料的氧气透过量影响很大。

 

科学实验总是想用一些简单的指标对事物的特性进行描述，然而事物往往又是千变万化错综复杂的，很难用简单的一些指标来衡量的。在复合膜的检测中也存在一些实验检测项目与实际应用不一致的情况。

 

   1、复合膜是由多层材料复合而成的，因此人们对剥离强度特别关注，对实际上更为重要的热封强度却被低估了其重要性。事实上我们所检测出的剥离强度为T型剥离强度，我们在实际应用过程中复合膜的离层极少是T型剥离离层的，T型剥离强度对实际的应用的指导性不大。有研究表明同一复合膜，使用不同粘合剂，并未发现T型剥离强度高，其热封强度就一定高，相反有些样品T型剥离强度很高，但其热封强度却很低。事实上离层是常常由于两层合基材之间产生的剪切力使粘合层破坏的结果，离层的破坏主要是剪切破坏，复合膜的T型剥离破坏主要是拉伸破坏，其机理不同。严格来说，不能用T型剥离强度的比较来判定产生离层的可能性，相同的T型剥离强度，粘合层的厚度和软硬程度不同，也会产生不同的离层结果。不含铝箔的复合膜由于塑料具有较大的变形能力，一般不易产生热封离层，含铝箔的复合膜在AL/PE层，由于PE的弹性模量很低，有很大的变形能力，因而也不容易产生热封离层。复合膜的热封离层一般发生在PET/AL层，特别是当PET有满版油墨时，特别容易产生热封离层。铝箔与印刷膜产生热封离层后，铝箔失去了支撑的强度层，因而在铝箔离层的过程中也常常伴随铝箔的压穿和断裂。

 

2、我们常用热封强度来表代封口性能，热封强度是热封样条在热封强度检测时的最大值。热封强度是一个很重要的指标，它表明了封口所能承受内容物的重量。如果热封强度很小，无法承受运输等过程中内容物的重量，封口就会被破坏。但这只是描述了封口性能的静态要求，在实际使用过程中，包装封口所要承担的大部分都是动态的负荷，例如商品在运输途中的颠簸，在搬运时的抛接，在上货架和客户选购时的跌落等。只用一个表现静态特性的热封强度是不能完全代表封口特性的。因而人们提出了另一封口指标“封口破坏能”，与封口强度不同的是，封口破坏能记录的是破坏一个封口所需要的能量。封口破坏能反映了封口的抗冲击性能，其除了与热封强度有关外，还与复合材料本的柔软性、可延伸性等有关，实际上是反映了封口的韧性。同一重量的内容物从静态来看，所需的封口强度一样，但从动态来看，包装1000克的饺子和1000克汤圆所需的封口性能是有很大差别的。

 

3、我们通过检测氧气透过率和水蒸气透过率来评价复合膜的阻隔性能，而任何实验测得的水蒸气透过率和氧气透过率都是正面渗透、侧面渗透和泄漏的总和，只有在侧面渗透和泄漏可以忽略的条件下，所测得的数据才是复合膜的水蒸气透过率和氧气透过率。在多层共挤复合膜的氧气透过率检测中对试样的边缘进行密封处理中，发现氧气透过率降低了23%－69%，这说明边缘渗透和泄漏的影响不小。包装件与复合膜是两个不同的概念。包装件存在热封边的渗透问题，一般复合材料热封边的渗透是可以忽略的，但对于纯铝复合膜这样的高阻隔性材料，应考虑包装袋热封边的渗透。热封边应有足够的宽度，热封材料必须要有一定的阻隔性能。笔者曾在三边封的纯铝复合袋中装入无水氯化钙置于50℃，RH100%的环境中测量增重，历时一年，测得当封边宽度为8mm时水蒸气透过率为0.0014g/m².24h，而封边宽度为20mm时水蒸气透过率为0.0008g/m².24h，进一步的研究表明，当铝箔厚度在15µm以上时纯铝复合袋的阻隔性能完全决定于封边宽度和封边质量。在实际应用过程中，即使是同一产品同一包装材料，不同装量的产品其保质期也是不同的，一般大包装的产品要比小包装的产品具有更长的保质期。

 

4、我们通常检测薄膜的表面张力来衡量薄膜的复合性能。其实薄膜表层10Å范围内的物质会影响表面张力，而影响薄膜粘合性能的厚度为表层的100Å，有较大差异。由于薄膜添加剂析出的影响，有时材料具有很高的表面张力，但其复合强度却很低。由于薄膜添加剂析出的影响，较厚的聚乙烯膜，一般需要有较高的表面处理度方可得到较佳的复合强度。同是表面张力36达因/厘米的PE，一个是刚出来的，另一个是从40达因/厘米降下来的，其复合强度也不一样，一般刚出来的复合强度要低一些。

 

5、我们经常用摩擦系数来衡量袋子的开口性能，其实摩擦系数和开口性仍存在一定差异，同一结构，同一摩擦系数，挺性不同其开口性就不同，同一结构，同一摩擦系数，不同的大小的袋子其开口性也不一样，一般特别小的袋子其开口性要差些。

 

6、我们在厚度的检测过程中，经常检测厚度的偏差，其实影响复合膜收卷的并不是厚度偏差，而是厚度偏差的分布。

 

目前产品质量控制的重点已从事后控制转为事前控制，产品质量已从简单的产品检验发展到了全面的质量管理和质量体系认证。产品质量观已从符合型质量观过度到了适应型质量观。在21世纪的今天，我们应以一个开放的心态来对待，以一个严谨的态度来面对复合膜的检测结果与复合膜使用性能的关系。