食品包裝抗內(nèi)部加壓損壞試驗(yàn)介紹

范珺

密封是包裝的首要功能，也是對(duì)內(nèi)容物影響最大的因素。對(duì)于食品來說，氧氣、水蒸氣等氣體和液體透過包裝的泄漏點(diǎn)進(jìn)入包裝，會(huì)加速內(nèi)容物的變質(zhì)。當(dāng)前，熱封技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品軟包裝袋的制作工藝中，熱封操作的高溫處理會(huì)影響附近包裝材料的機(jī)械強(qiáng)度，因此不同材料間的連接部位通常也是包裝物整體密封性的薄弱部位。當(dāng)對(duì)此類包裝加壓時(shí)，袋體各處所有壓力分布不均，最先出現(xiàn)泄漏的位置往往是承壓強(qiáng)度最低的部分，所以要正確評(píng)價(jià)熱封軟包裝的密封性能必須對(duì)成品包裝進(jìn)行內(nèi)加壓密封性檢測(cè)。

內(nèi)加壓密封性測(cè)試

密封性試驗(yàn)是破壞性試驗(yàn)，不可能對(duì)所有商品都進(jìn)行檢測(cè)，所以利用有限的樣品盡量多地獲得精確、有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于密封性檢測(cè)來講非常重要。以往密封性檢測(cè)的結(jié)果多采用通過或未通過來表示，無法讓檢驗(yàn)者對(duì)泄漏情況，包裝熱封質(zhì)量等形成清楚的認(rèn)知，從而難以對(duì)包裝密封工藝做進(jìn)一步優(yōu)化。

內(nèi)加壓密封性測(cè)試，亦稱作“包裝物抗內(nèi)部加壓損壞試驗(yàn)方法”，是密封性測(cè)試的量化方法，通過向包裝內(nèi)充入一定壓力的氣體，能精確測(cè)定包裝的最大耐破力。在此基礎(chǔ)上，維持一定的充氣壓力進(jìn)行測(cè)試即可獲得包裝承壓且不破裂的最長(zhǎng)時(shí)間。內(nèi)加壓法用于快速衡量包裝在壓差環(huán)境下出現(xiàn)破裂的趨勢(shì)，能夠在生產(chǎn)過程和包裝不同周期中對(duì)析包裝結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行快速評(píng)估，并為改善包裝結(jié)構(gòu)、選擇更合適的包裝材料提供依據(jù)，同時(shí)也為堆放、貯存、運(yùn)輸、沖擊等試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁└鼫?zhǔn)確的破損臨界條件。在實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸過程中，內(nèi)容物包裝后往往層層疊放在一起，包裝內(nèi)的壓力隨著空氣轉(zhuǎn)移到四周熱封邊位置，而非自由膨脹。而在內(nèi)加壓法測(cè)試中，由于包裝材料具備一定的拉伸強(qiáng)度和柔韌性，隨著充入氣體的增加會(huì)造成包裝發(fā)生明顯形變，自由膨脹。因此，為了使測(cè)試過程更加貼近于包裝的真實(shí)倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸狀態(tài)，采用約束板試驗(yàn)裝置不失為一個(gè)好方法。使用約束板試驗(yàn)裝置能準(zhǔn)確、定量地限制包裝袋的膨脹、變形，大大降低了薄膜所受壓力并將壓力集中、均勻地分布到袋子四周的熱封邊上。

內(nèi)加壓密封性測(cè)試方法

根據(jù)ASTM F1140標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)加壓密封性測(cè)試包含“破裂試驗(yàn)”和“蠕變?cè)囼?yàn)”兩種模式。測(cè)試包裝的封口狀態(tài)不同，其測(cè)試過程也會(huì)存在一定的差異。

破裂試驗(yàn)

“破裂試驗(yàn)”指的是將試樣包裝放置在正壓法密封試驗(yàn)裝置中，對(duì)包裝內(nèi)部持續(xù)充氣加壓，直至包裝出現(xiàn)破裂現(xiàn)象結(jié)束試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果為包裝在破裂前瞬間的最大壓力。試驗(yàn)所用的氣源和增壓設(shè)備必須具備一定的容量和能力，在包裝破裂之前保持對(duì)包裝內(nèi)部持續(xù)增加。

制取試樣

要選取足夠數(shù)量的樣本以檢測(cè)樣本的各項(xiàng)性能。使用有外觀缺陷或其他不正常的樣本可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)造成影響。忽視樣本的缺陷則可能會(huì)造成結(jié)果的偏差。

試樣封裝

開口包裝是一種采用熱封工藝形成的一邊開口式軟包裝袋。對(duì)于此類測(cè)試對(duì)象，需要采用LSSD-01P開口包裝試驗(yàn)裝置。首先雙手捏住開口兩側(cè)，使軟包裝袋上下兩層分離。把被測(cè)包裝開口部位放在上端固定橫梁和下端可活動(dòng)橫梁中間，使充氣口位于上下兩層中間，雙手拉緊包裝袋兩端啟動(dòng)夾緊開關(guān)，上下兩端衡量閉合夾緊包裝袋封口，如圖1所示。

封閉包裝指的是已完成密封的包裝袋。將全封閉包裝放入LSSD-01泄漏與密封測(cè)試儀的試驗(yàn)臺(tái)上，小心把充氣探針刺入包裝袋的中心點(diǎn)位置。由于包裝材料具有易撕裂性，通常于被刺入之前，在被刺入點(diǎn)表面緊貼一枚圓形橡膠片，以對(duì)刺入點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化處理，如圖2。

開始試驗(yàn)

啟動(dòng)LSSD-01泄漏與密封測(cè)試儀，選擇“破裂測(cè)試”，開始試驗(yàn)。過程中氣體通過充氣口進(jìn)入包裝袋內(nèi)，包裝袋緩慢膨脹。與此同時(shí)，“試驗(yàn)界面”會(huì)實(shí)時(shí)顯示“壓力”變化的數(shù)值。待包裝袋破裂后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示“最大破裂壓力”值，并記錄包裝的破裂位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用新試樣代替舊試樣繼續(xù)試驗(yàn)。一般情況下破裂試驗(yàn)不得少于3次。

蠕變?cè)囼?yàn)

蠕變?cè)囼?yàn)又分為兩種形式，即“蠕變?cè)囼?yàn)”和“蠕變至破裂試驗(yàn)”。“蠕變?cè)囼?yàn)”是將包裝袋夾持到試樣裝置中，對(duì)包裝內(nèi)部充氣加壓至一定壓力，例如70%～90%，觀察包裝是否能保持一定的時(shí)間不破裂。而“蠕變至破裂”是在蠕變?cè)囼?yàn)的基礎(chǔ)上，保持較高的壓力，保證包裝在合理的時(shí)間內(nèi)，如15s出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果為包裝發(fā)生破裂所需的時(shí)間。

約束板測(cè)試

上述內(nèi)加壓密封性的試驗(yàn)方法適用于測(cè)試包裝對(duì)加壓壓力的整體抵抗能力。試驗(yàn)時(shí)，壓力在包裝密封區(qū)域的分布并不均勻，在不受約束的條件下，包裝袋中心點(diǎn)膨脹，直徑最大，壓力也最高。因此，這種試驗(yàn)方法并不能對(duì)密封區(qū)域壓力較弱部分進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定。

約束板是一種試樣固定裝置，加壓過程中，包裝袋位于兩個(gè)平行的剛性約束板之間，以限制包裝膨脹和外形變形，但是周圍密封區(qū)域不受限制，如圖3。在正壓法密封性測(cè)試中，將包裝置于約束板中進(jìn)行內(nèi)加壓，施加的壓力可以均勻分布在包裝袋周圍的密封區(qū)域，進(jìn)而保持包裝袋尺寸的穩(wěn)定性。包裝袋的密封通常位于包裝袋四周的位置。通過這種方法，可以最大限度地對(duì)受壓力較低的密封區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，得出包裝破裂所需要的壓力。

特殊包裝的內(nèi)加壓密封性測(cè)試

某些食品對(duì)透氣性有著特殊要求，例如成品果蔬，由于其封裝后需要維持呼吸作用以保持新鮮，因此需要采用多孔包裝材制成包裝。顧名思義，多孔材料的透氣性較佳，在進(jìn)行充氣內(nèi)加壓的時(shí)候，若氣體從氣孔中泄漏的速率大于氣體充入的速率，會(huì)導(dǎo)致包裝內(nèi)無法儲(chǔ)存足夠量的空氣，造成氣壓較低、壓力不足，無法引起待測(cè)包裝密封邊的破裂或達(dá)到預(yù)期保壓壓力水平。對(duì)于這類待測(cè)包裝，可采用標(biāo)貼或者膠帶封堵包裝材料表面，以防止氣體逃逸。需要注意的是，一方面要確保封堵材料在多孔性包裝材料表面分布的一致性和均勻性，另一方面封堵材料不能對(duì)測(cè)試包裝的密封起到強(qiáng)化作用，以免影響測(cè)試結(jié)果。

綜上所述，內(nèi)加壓密封性測(cè)試相較傳統(tǒng)負(fù)壓密封測(cè)試更加全面、系統(tǒng)、能有效分析造成包裝破損的根本原因，進(jìn)而改良包裝制作工藝或更換包裝材料。另外，此方法同時(shí)適用于食品包裝容器、瓶蓋、軟管等，因此具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。