马豪;杨传民;郑毅;郎咸强;董肖云
【摘 要】挂裤架
目的:为了确定利乐复合材料与PE密封条热封性能,研究利乐复合材料和PE密封条在不同热封条件下,其热封强度随热封因素变化而变化的规律.方法:通过三组单因素试验,确定热封强度受各因素影响的初始规律,得到各个热封因素取值范围,然后根据单因素热封试验结果设计响应面试验,最终通过响应面分析法分析各个热封因素对纵封热封强度的影响规律.结论:最佳的纵封热封条件:热封时间0.87s,热封温度147.77℃,热封压力200N,此时纵封热封强度为19.378N/15mm.%Objective:In order to determine the optimal parameters of the vertical sealing between tetra pak material and PE sealing strips,the rules of the change of heat sealing strength under different vertical heat sealing conditions were studied.Methods:through three set of single factor experiments,the initial regularities of the relationship between vertical heat sealing strength and those three factors affected it were determined,and the range of each factor was set up.Then based on the results of the experiments,a response surface experiment was devised.According to the analysis of the result,the law of the change of vertical heat sealing strength under different heat sealing conditions was finally found.Conclusion:the optimal vertical heat sealing condition:the heat sealing time was 0.87s,when the heat sealing temperature was 147.77℃,the heat sealing pressure was 200N,and the vertical heat sealing strength was 19.378N/15mm.
【期刊名称】《包装与食品机械》
【年(卷),期】2017(035)002
【总页数】5页(P26-30)
【关键词】利乐复合材料;纵封热封强度;热封时间;热封温度;热封压力
【作 者】马豪;杨传民;郑毅;郎咸强;董肖云
【作者单位】河北工业大学,天津 300131;天津商业大学,天津 300134;河北工业大学,天津 300131;河北工业大学,天津 300131;天津商业大学,天津 300134
【正文语种】中 文
【中图分类】TB484.1;TS206.4
利乐复合材料使用方便，可以利用设计空间制成大小、形状各异的容器，堆积存放方便，易于运输。典型的利乐无菌复合包装都要经过严格的食品加工消毒处理，包括除去杂质，除去在流通和存储过程中容易导致产品变质的细菌[1]。而由于利乐复合材料作为乳制品包装材料，性能上有良好的阻隔、耐热、耐寒、强度、印刷、热封、卫生、操作、耐化学、废弃物易处理、节能、降耗等特点[2]，可以保证乳制品在非冷藏条件下，保持新鲜达到6个月或者更久，被广泛应用于液态饮品的包装[3]。
常见的利乐包复合材料具有六层结构，包括聚乙烯层、铝箔层、纸板等。如图1所示，第一层是聚乙烯层，对印刷的图案起到保护作用，能够预防第二层纸板受到外界水分的侵蚀；第二层纸板，作为纸塑复合材料包装的基材，它无毒、刚性好、不透明、易印刷和黏贴，但同时也容易受潮，包装的精美图案正是印在了这一层；第三层也是聚乙烯层，作用为第二层纸板和第四层铝箔的粘接中介；而第四层铝箔层，作为现代包装材料最常用的种类之一，因其极好的阻隔性，可以有效地阻断氧气、水蒸气和异味；为了能够结合利用铝箔的
高阻隔性、塑膜的柔韧性及纸板的耐折耐冲击性，通常会将铝箔与纸板复合粘结在一起使用，因而第五层是粘性塑料；最后一层还是聚乙烯，既可以保证对内存饮品绝对无毒无异味影响，又是复合材料成盒过程中的必备条件。
伴随着科技的发展， PET、PP、PVC等包材，特别是纸塑复合材料的利乐包装，逐渐取代玻璃瓶包装，成为液体饮料的主要包装方式。液体饮料，尤其是乳制品的保存要求严格的隔绝外界阳光、水汽和氧气，即要求良好的包装封合效果[5]。纵封封合作为利乐包装封合过程中重要的一环，其质量的好坏决定着液体饮料包装的效果。纵封封合系统是指采用高频感应加热的方法，将已经与PE密封条完成热封的，已形成纸管状的利乐复合材料包装纸在竖直方向上进行封合[6-7]。
利乐复合材料包装过程中包括三部分热封过程，即横封封合，纵封封合和碾角处封合。本文以市售6层纸塑复合利乐复合材料、PE密封条为原材料，利用热封仪等设备，通过多次单因素试验和响应面试验设计，针对利乐复合材料纵封封合过程的热封性能进行研究。
1.1 试验材料与仪器设备
薄膜电晕处理机试验材料：采用市售六层纸塑复合利乐复合材料,PE密封条。
主要仪器设备：PARAM XLW(PC)系列智能电子拉力试验机(济南兰光技术有限公司)，BRUGGER热封仪(德国HSG-C)，可调距切纸刀，钢尺，壁纸刀和剪刀。
1.2 试样准备
碱性水机利用可调距切纸刀，将利乐复合材料裁切成每张14 cm×29 cm(原纸宽度)的纸片，纸塑面朝外铝箔面朝里两两组合，PE密封条夹在两纸受热封的位置中，按照设定的热封温度、热封压力和热封时间，利用热封仪在两侧长度方向上将纸片及密封条热封成型，然后从中间裁开，按照ZNY 28004规范要求，在已封合的试样上截取宽为(15±0.1) mm,展开长度为(100±1) mm的试样，按规定裁取10条，如图2所示。
1.3 试验步骤
将试样以封口部位为中心线，展开呈180度，把试样的两端分别夹在试验机的2个夹具上，试样纵轴与上线夹具中心连线相重合。调整夹具间距离，设置试验速度为(300±20) mm/min,启动试验，夹具间距离为50 mm,试验速度为(300±20) mm/min，读取试样断裂时的最大载荷。
1.4 试验方案
1.4.1 多次单因素试验
热封时间、热封温度和热封压力是影响热封强度最重要的3个因素[8-9]，针对于有PE密封条的利乐复合材料热封过程，多次单因素试验主要是考察每个因素对纵封热封强度的影响[10-12]。通过对试验结果的分析，得出热封强度受各因素变化的影响大小的规律具体分析如下：
1.4.1.1 热封时间和热封温度对纵封热封强度的影响
固定热封压力为150 N，热封时间分别为0.5、1、1.5 s，，试验结果如图3所示。
1.4.1.2 热封温度和压力对纵封热封强度的影响fpc焊接机
固定热封时间为0.5 s，热封压力分别为100、150和200 N，试验结果如图4所示。
1.4.1.3 热封时间和热封压力对纵封热封强度的影响
固定热封温度为150 ℃，热封压力分别为100、150和200 N，试验结果如图5所示。
喉管
1.4.2 响应面试验设计
通过上述多次单因素试验可以看出，以上3组试验只能描述热封强度受3种热封因素影响的部分规律，当试验条件变化试验结果就会呈现不同的变化。响应面法可以采用二次回归方程拟合多个因素与多个响应值之间的函数关系，通过回归方程分析寻求最佳工艺参数[13-14]，因而在多次单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心设计原理[15-16]，应用Design Expert 8.0.4软件进行响应面试验设计。以热封时间、热封压力和热封温度3个因素为自变量，根据多次单因素试验确定了每一个因素的水平范围，设定热封强度的大小为响应值，以t、T和P代替热封时间、热封温度和热封压力，以R代替热封强度，设计了三因素三水平17个试验点，5个中心点的响应面分析试验，如表1所示。
2.1 多次单因素试验
2.1.1 热封时间和热封温度对纵封热封强度的影响
由图1可以看出，当热封温度小于等于130 ℃时，热封强度过小，应该予以排除，热封温度在130 ℃到150 ℃范围时，热封压力和热封时间固定，热封强度随着热封温度的增大而增大，当热封温度高于150 ℃时，热封强度随着热封温度的增大而略有下降。
2.1.2 热封温度和压力对纵封热封强度的影响
由图2可以看出，当热封时间固定为0.5 s，热封温度在130 ℃到150 ℃之间时，热封强度随着热封压力的增大而增大，当热封温度高于150 ℃时，热封强度不再随着热封压力的增大而增大，而是会略有下降，同时可以看出热封温度为120 ℃时，热封强度过低，应该予以排除。
2.1.3 热封时间和压力对纵封热封强度的影响
由图3可知，热封温度固定，当热封时间小于1 s时，热封强度随着热封时间的增加而明显增加，当热封时间大于1 s，随着热封时间增大热封强度增加不明显。比较不同热封压力下的热封强度，当热封压力较小(不大于100 N时)，热封时间小于1 s时，热封强度受热封时间影响较大，当热封压力大于150 N时，热封时间大于1 s时，热封时间对热封强度影响较小。
2.2 多因素响应面试验
根据表1的结果，利用Design Expert 8.0.4软件分析可得优化回归方程如下所示(下式中Y代
表热封强度，X1 、X2、X3分别代表热封时间、热封温度和热封压力)：
♂
各因素对热封强度的方差分析结果见表2，表中X1、X2 、X3代表热封时间、热封温度和热封强度。由表1可知，该模型的P值<0.05，表明该模型显著，失拟项P=0.27>0.05，故失拟项不显著，模型选择合适。回归模型决定系数R2=0.9580，矫正决定系数说明回归方程可以较好地描述各因素与热封强度之间的真实关系，可以通过该回归方程确定热封强度工艺条件。
由表2可知，在选取的各因素值域范围内，比较各因素的P值，对热封强度影响的各因素由大到小排序为热封压力、热封时间和热封温度，其中热封温度对热封强度影响比较小，热封温度的平方项对热封强度的影响极显著。
利用Design Expert 8.0.4软件对所得回归方程进行解析，可得当热封时间在0.5 s到1 s范围内，热封温度在140 ℃到160 ℃范围内，热封压力在100 N到200 N范围内时，热封的最佳工艺条件是：热封时间为0.87 s，热封温度为147.77 ℃，热封压力为200 N，此时的纵封热封强度为19.378 N/15 mm。
1511咖啡
利用绘图软件和上述得出的回归方程，做出热封温度与热封时间的响应面，热封温度与热封压力的响应面，热封时间与热封压力的响应面，即图6、图7和图8。
由图6到8可以看出，热封温度和对纵封热封强度的影响极为显著，而热封时间和热封压力对纵封热封强度的影响较小。
