工业物理应用方案 | 软包材料强度检测

​伴随着现代商业、物流产业的快速发展，包装行业需求稳步增长。包装行业按照材质大致可分为硬包装和软包装，硬包主要是瓦楞纸板、金属、玻璃、木头等，而软包主要为纸、塑、无纺布、复合材料。

各种软包材特性：

1. 纸包装：良好的物理机械性、装潢印刷适应性、经济实用性和环保性。

2. 塑包：质轻、透明、无毒、防潮、透气性低，机械性能高。

3. 无纺布：柔软，透气，环保，抗拉、撕强度高。

4. 复合：特殊性能，如防静电耐高温等。

对包材的性能检测，主要分成外观、物理指标和力学指标。其中物理指标包括厚度、摩擦系数、光泽度、透气性、粗糙度、水分含量等；力学指标主要指强度性能，如拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、冲击强度、破裂强度、热封强度、抗压、穿刺性能等。在所有的软包材料性能检测中，强度检测是其基本重要的检测指标。而不同的类型包材强度检测的侧重点也不一样。

软包材料的强度标准列表：

1 、撕裂强度

包装材料在储存和运输过程中包装袋有可能被刺穿和损坏等，足够的抗撕裂扩展力可减少撕裂的传递，从而避免密封环境不良或泄漏、漏包等。同样，撕裂强度过大也给消费者使用开启包装时造成困难。因此，撕裂强度大小试验是验证柔性包装材料强度的一个重要的指标，对于塑料薄膜，包装袋在生产过程中的质量控制，提高性能方面有重要的参考意义。

目前包材的撕裂强度测试绝大多数采用Elmendorf法，包括纸张，薄膜，织物等。Elmendorf法是一种摆锤式撕裂法，它通过测量摆锤在一定起始高度所有的势能转化为动能后撕裂样品，再通过其势能的减少量，折算为撕裂试样所用的功,按试样原始长度计算出平均撕裂力。由于它结构简单,使用方便,测试数据稳定等诸多优点,至今仍在纺织、造纸、包装等许多行业大量使用。所不同的是各个行业的制样标准不一样。

相关设备：IP可以提供两款撕裂度仪，各有优势。

TMI 83-76 撕裂度仪

推荐配置

Messmer Buchel   83-2X 型撕裂度仪

推荐配置

 2 、破裂强度（耐破度）

通过对包材耐破度的检测来预测瓦楞纸板抵抗受到外力挤压的能力，是包材一项物理强度指标和静态抗挤压能力的反应。耐破强度反映了材料单位面积上在垂直方向所能承受均匀增大的大压强，单位以kpa表示，反映了该材料在运输的过程中，静态境况下，受挤压时保护产品的能力。

该测试通常在环形压圈的缪伦耐破度仪器(Mullen)上测定。耐破强度测试基本原理是将试样置于胶膜之上，将试样夹紧，然后均匀地施加压力，使试样在胶膜的顶压下凸起，直至试样破裂为止，此时仪器显示压力的大值即为试样耐破值。市场上目前主流是Mullen液压法。介质为硅油。

相关设备Messmer Buchel 83-2X 型撕裂度仪

3、抗张强度

抗张强度（tensile strength），又称拉伸强度，扯断强度。物体破裂(断裂)前能抵抗的大张应力称为抗张强度。用以表征材料或试件承受静态拉伸时抵抗断裂的能力或材料不致断裂所能承受的大拉力(张应力)。是金属和非金属材料的机械性能的一项指标。其测量方法通常是取所测材料制成的一段，将它拉至断裂。用大负载力除以该材料截面积即得抗张强度，单位是N/㎡。而柔性材料如纸张等，因为厚度很薄，计算方法一般是大作用力直接除以样品宽度。在标准试样方法规定的条件下，单位宽度的纸或纸板断裂前所能承受的大张力，以S表示，单位为kN/m，或者很多情况下直接用其大承受的拉力来表示（宽度一定），往往作纵向测定或横向测定，分别称做纵向抗张力或横向抗张力或者强度。

抗张测试可以根据拉伸形式分为恒速拉伸法和恒力拉伸法，按照样品放置可分为立式抗张和卧式（水平）抗张。在柔性包装行业内，一般采用的是卧式恒速拉伸法作为标准。

推荐设备：Messmer Buchel 84-56 抗张强度测试仪

 4 、弯曲挺度

挺度（一般指纸张或者纸板）或称抗挠刚度，是指在距夹具一定距离处对垂直夹着的试样施加一定负荷，试样至一定角度（15°）所需的弯矩，以g·cm表示。因挺度的大小与纸箱承受外界压力不致弯曲或被破坏有关，所以挺度一直是衡量纸和纸板耐弯曲的强度性能指标。简单来说,弯曲挺度使纸或纸板具有了抗弯、抗压、抗扭矩的能力。作为一个重要的物理性能指标，挺度的大小与纸制品的加工成型以及印刷应用都息息相关。

挺度的测量也有不同的方法，有静态弯曲、共振法等。目前多数厂家采用的是静态弯曲法（ISO2493、GB22364）。

推荐设备：Messmer Buchel 79-56 弯曲挺度仪

       折痕挺度：在制作包装盒的过程中，经常会遇到由于压痕力过大，而纸盒从粘胶处弹开，或由于压痕力过小而变形不能形成规则的形状。折痕挺度测试就是用来测量纸板挺度及压痕力大小，从而为控制挺度与压痕力之间比例提供科学数据。

Messmer Buchel 79-15 折痕挺度仪

5 、边压强度，环压强度，平压强度

这三项指标都是用来评定瓦楞纸，瓦楞纸板纸箱的基础强度，用于反映瓦楞原瓦楞纸板纸箱的抗压性能。

纸板环压强度是指将一定尺寸的试样，插在试样座内形成圆环形，在上下压板之间施压，试样被压溃前所能承受的大力。环压强度表示纸板边缘承受压力的性能，是箱纸板和瓦楞原纸重要的强度指标。纸板环压强度影响瓦楞纸板的边压强度，而瓦楞纸板的边压强度将对纸箱的整体抗压强度产生重要影响。将一定尺寸的试样插入圆形托盘内，使试样侧边形成圆环形，然后放入压缩仪的压板上进行电动匀速压缩，当试样压溃时所显示的数值，即为环压强度，单位为N/m。

边压强度是一定宽度的试样，在单位长度上所能承受的压力，它是指承受平行于瓦楞方向压力的能力。边压强度是影响纸箱抗压强度的重要因素之一，它是瓦楞纸板生产过程中主要的质量控制项目，通过边压强度可以预测纸箱抗压强度，所以此项指标倍受重视。边压强度以N/m表示。

平压强度是衡量瓦楞纸板保持其原来厚度而不发生压溃的能力的重要指标，单位是kPa，按GB/T2679.6-1996进行测定。它与瓦楞芯的平压强度有关，也与面、里纸与瓦楞原纸黏结强度有关。

推荐设备：Messmer Buchel 17-56 压溃仪

6 、热粘强度

材料的热封性能（Heatsealability）包括在热封口仍然比较热（尚未冷却到环境温度）时检测它的热封强度（Hot Tack）以及热封口冷却稳定后的热封强度（Ultimate Strength）两方面，要评价材料的热封性能需要对材料进行这两方面的综合检测。一般认为包装材料的热封性能主要由热封温度、热封压力以及热封时间来决定，其中热封温度是关键的参数，而热封强度是判断材料热封性能优劣的依据。

在包装生产线上由于从热封制袋到内容物填充两步操作的间隔时间很短，很多材料在热封后封口温度还没有冷却到常温就需要进行充填内容物，热封部分受到由填充所引起的破裂力作用，如果此时热封部分的强度无法抵挡破裂力的作用，就会在包装过程中出现破袋。破袋现象在高速立式成型制袋－充填－封口包装机上比较突出，当然在热封处冷却不*的低速包装机上也存在。

考察材料热封部分在热封后很短的时间内（尚未冷却）受到外力仍然保持结合在一起的能力是材料的热粘性（Hot Tack）。技术上认为材料的热粘性是密封剂材料在热封温度范围内的粘着性能以及密封剂对多层结构其它成分的粘合强度的总和。一般情况下，材料的热粘性比冷却后的热封强度要差的多（标准 ASTM F 2029-00），因此热粘测试在包装工艺中是一项非常关键的检测指标。

推荐设备：TMI 75-50 SL-10热封热粘仪

7、层间结合强度（内结合强度）检测

层间结合强度是在与样品材料表面成直角的方向上施加力时，单层/多层纸张或硬纸板所承受的大载荷。层间结合强度是纸板印刷性能的重要指标，当纸板在粘性油墨胶印机印刷过程中，强度不够会使纸板内部剥离；强度不均时会影响印刷质量，可能导致纸张和硬纸板在使用粘性油墨的胶印机中平铺时出现问题。如果层间结合强度值过高，则妨碍在硬纸板上加工切口（因为目的是材料应该在切口中分层）。较高的层间结合强度值还意味着浪费原材料和能源。

推荐设备：TMI 80-20  层间结合仪（内结合强度仪）

8、厚度检测

厚度大小和均匀是软包材料具有特定保护功能的先决条件之一，是关系着后期材料使用中的各种力学强度性能重要影响因素之一，也影响后期可能的印刷工序，当然成本控制也是其中关键的一环。比如纸张和塑料薄膜厚度均匀与否带来的强度不均匀会给后期印刷工序造成重要影响。以凹版印刷为例，张力的控制与材料的材质、厚度、以及厚度的均匀性都有关系，控制不好能直接引起材料的套印不准。同时，使用这种厚度不均匀的软包作外包装，在使用时包装物易出现机械性能薄弱点，如果在包装、运输、储藏、销售过程中包装物受到较大的外力冲击，这些薄弱点易出现裂痕、孔洞等致使材料的特殊保存功能降低或*丧失。

推荐设备：Messmer buchel 49-56型厚度测试仪

TMI, Messmer Buchel隶属工业物理柔性包装检测事业部

Industrial Physics 工业物理