PRODUCT CLASSIFICATION
塑料包裝憑借輕量化、易加工、成本低等優(yōu)勢(shì),已成為食品、醫(yī)藥、日用品等行業(yè)的主流包裝形式。但在長(zhǎng)期儲(chǔ)存與運(yùn)輸過(guò)程中,塑料包裝會(huì)因日光輻射、溫度波動(dòng)、濕度變化等環(huán)境因素發(fā)生老化,表現(xiàn)為變色、脆化、力學(xué)性能下降,甚至喪失阻隔性,直接影響內(nèi)裝物的質(zhì)量安全。氙燈試驗(yàn)箱通過(guò)模擬全光譜太陽(yáng)光輻射及溫濕度協(xié)同作用,可在短時(shí)間內(nèi)重現(xiàn)塑料包裝的自然老化過(guò)程,為產(chǎn)品研發(fā)、材料篩選與保質(zhì)期評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。本文將系統(tǒng)解析該設(shè)備的技術(shù)原理、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及在塑料包裝檢測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用。
光譜過(guò)濾系統(tǒng):通過(guò)不同類(lèi)型的濾光片調(diào)節(jié)光譜分布,如 borosilicate 濾光片模擬透過(guò)玻璃窗的陽(yáng)光(適用于室內(nèi)儲(chǔ)存的包裝),石英濾光片則模擬直接戶(hù)外暴露環(huán)境(適用于運(yùn)輸過(guò)程中的包裝)。濾光片需定期更換(通常每 1000 小時(shí)),以保證光譜穩(wěn)定性。
輻照度控制:在 340nm 波長(zhǎng)處可調(diào)節(jié)范圍為 0.3-1.5W/m2,采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)將輻照度波動(dòng)控制在 ±3% 以?xún)?nèi)。食品包裝常用 0.55W/m2 的輻照度(模擬溫帶地區(qū)年均陽(yáng)光強(qiáng)度),而戶(hù)外使用的塑料包裝需測(cè)試 1.0W/m2 的強(qiáng)化條件。
溫濕度協(xié)同:黑板溫度可控制在 30-80℃(模擬包裝表面因陽(yáng)光照射產(chǎn)生的升溫),相對(duì)濕度 30%-95%,支持 “光照 - 黑暗" 循環(huán)模式(如 10 小時(shí)光照 / 14 小時(shí)黑暗,黑暗階段可保持高濕度模擬夜間露水)。
噴淋系統(tǒng):部分高級(jí)設(shè)備配備高壓噴淋功能(水壓 0.5-2bar),模擬降雨對(duì)包裝表面的沖刷作用,評(píng)估印刷層的耐水性與涂層附著力。
樣品制備:從同一批次塑料包裝中選取至少 5 個(gè)代表性樣品,裁剪成 100mm×150mm 的測(cè)試樣片(保留印刷層、復(fù)合層等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)),測(cè)量初始性能參數(shù)(如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、透光率、色差等)。對(duì)于密封包裝,需制作模擬包裝件(裝入實(shí)際內(nèi)容物或替代物)。
參數(shù)設(shè)定:根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇測(cè)試條件,例如:
超市貨架上的食品塑料袋:采用 borosilicate 濾光片,0.55W/m2(340nm),黑板溫度 50℃,濕度 60%,光照 168 小時(shí)(7 天);
戶(hù)外運(yùn)輸?shù)乃芰暇幙棿翰捎檬V光片,0.8W/m2(340nm),實(shí)施 “12 小時(shí)光照(60℃/50% RH)+12 小時(shí)黑暗(30℃/90% RH)" 循環(huán),共 20 個(gè)循環(huán)(480 小時(shí))。
樣品暴露:將樣片固定在樣品架上,確保受光面與光源平行,距離保持在 25-35cm,避免相互遮擋。模擬包裝件需保持密封狀態(tài),測(cè)試過(guò)程中定期觀察是否出現(xiàn)脹氣、滲漏等現(xiàn)象。
性能評(píng)估:測(cè)試結(jié)束后,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(23℃/50% RH)中放置 4 小時(shí),然后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)重新測(cè)試性能參數(shù),計(jì)算保留率或變化率。
食品包裝膜(如 PE 保鮮膜、PET 復(fù)合膜):重點(diǎn)評(píng)估阻隔性能變化,通過(guò)氣體滲透儀測(cè)量氧氣透過(guò)率(OTR)與水蒸氣透過(guò)率(WVTR),要求老化后 OTR 增長(zhǎng)不超過(guò) 20%;同時(shí)檢測(cè)拉伸強(qiáng)度保留率(應(yīng)≥80%),避免因脆化導(dǎo)致的破裂。
塑料瓶(如飲料瓶、化妝品瓶):側(cè)重力學(xué)性能與外觀,采用落錘沖擊試驗(yàn)評(píng)估抗沖擊性能(破損率≤10%),用色差儀測(cè)量 ΔE 值(應(yīng)≤3.0),檢查瓶口螺紋是否出現(xiàn)開(kāi)裂。
印刷塑料包裝(如零食包裝袋、禮品盒):關(guān)注印刷層穩(wěn)定性,通過(guò)摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試耐磨性(脫色等級(jí)≥4 級(jí)),用膠帶測(cè)試法評(píng)估附著力(剝離面積需 < 5%)。
色差(ΔE)是直觀指標(biāo),透明包裝的 ΔE 應(yīng)≤2.0,彩色包裝可放寬至 ΔE≤4.0;
粉化現(xiàn)象通過(guò)膠帶粘揭法評(píng)估,脫落的粉末量需≤5mg/100cm2;
印刷層失效多源于油墨中的顏料氧化或粘合劑降解,用 3M 膠帶測(cè)試時(shí),印刷殘留率應(yīng)≥95%。
PE/PP 等聚烯烴材料的老化主要源于自動(dòng)氧化反應(yīng),紫外光引發(fā)氫過(guò)氧化物生成,進(jìn)而導(dǎo)致分子鏈斷裂;
PET 的光降解與酯鍵水解相關(guān),在高溫高濕條件下(如 60℃/90% RH),水解速率會(huì)加快 3-5 倍;
復(fù)合包裝的層間剝離多因粘合劑(如聚氨酯)在紫外光下發(fā)生降解,導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度下降。
對(duì)于薄型薄膜(厚度 < 50μm),應(yīng)采用樣品架旋轉(zhuǎn)裝置(轉(zhuǎn)速 1-5r/min),確保受光均勻,避免局部過(guò)度老化;
含揮發(fā)性成分的包裝(如農(nóng)藥瓶),需在測(cè)試前進(jìn)行預(yù)處理(70℃烘烤 24 小時(shí)),去除殘留溶劑,防止其加速光氧化;
評(píng)估長(zhǎng)期耐候性時(shí),可采用 “輻照度階梯式提升" 法(如 0.55W/m2→0.8W/m2→1.0W/m2),通過(guò)數(shù)據(jù)擬合預(yù)測(cè)自然環(huán)境下的使用壽命。
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