包装材料性能检测实验

包装材料性能检测实验实验课程（部分）实验内容掌握流延法制备塑料薄膜的工艺过程，掌握热重谱图、红外谱图的测试和分析方法，掌握包装薄膜接触角的测定方法，了解包装材料中金属含量的测定方法（12时）。流延包装膜的制备实验（4学时）包装材料热失重谱图的测定（4学时）包装材料红外谱图的测定（2学时）包装材料接触角的测定（2学时）常见包装材料重金属含量的测定（4学时，选做）掌握包装用塑料片材的一种成型方法，掌握拉伸强度和断裂伸长率、冲击强度、熔融指数的测定方法，掌握密度梯度法测定聚合物结晶度的方法，了解压缩强度、阻燃氧指数的测定方法（18学时）。

塑料包装材料的挤出造粒实验（4学时）密度梯度法测定塑料包材粒料的结晶度（4学时）塑料片材的注射成型实验（4学时）塑料包装材料熔融指数的测定（4学时）塑料包装片材的冲击强度测定（2学时）塑料包装片材的模量、强度和伸长率的测定（2学时，选做）塑料包装片材的压缩强度测定（2学时，选做）塑料包装材料氧指数的测定（4学时，选做）熟悉正交设计方法，掌握包装薄膜热封条件的控制因素，掌握热封强度的测试方法（8学时）。薄膜热封时间、压力和温度等参数的初始化实验（2学时）薄膜热封参数的正交化实验（2学时）薄膜热封强度的测定（4学时）掌握纸页抄造的方法，掌握纸浆打浆度的测定方法，掌握纸页施胶度、水分含量、定量、厚度的测定方法（10学时）。蔬菜纸（或废纸）打浆及打浆度的测定（2学时）纸页的抄造（2学时）纸页施胶度的测定（2学时）纸页水分含量的测定（2学时）纸页、纵、横向；正、反面；定量；厚度；紧度的测定；纸页显微结构的观察（2学时）流延包装膜的制备实验一、实验目的1、掌握流延法制备薄膜的方法。2、了解流延法制备薄膜的性能特点。二、实验原理将热塑性或热固性树脂配成一定粘度的溶液，然后以一定的速度流布在连续的支持体（钢带或辊筒）上，通过加热去除溶剂、固化后从载体上剥离下来即制得流延薄膜。（1）溶胶配制：PVA树脂经水浸泡＋溶剂（水）＋增塑剂（甘油）＋表面活性剂10％－35％溶液均匀溶胶（2）流延成型：

带式流延机

转鼓式流延机PVA流延薄膜生产工艺过程：三、实验步骤1、将PVA、甘油加水混匀，浸润充分膨胀；2、将膨胀后的PVA置水浴加热使溶解，备用，四层纱布过滤，稍放冷；3、常温静置，消去气泡。4、将玻璃板预热至相同温度后，涂膜，推涂成厚度均匀的薄层；5、将其凉干或低温烘干,小心揭下膜，封装于塑料袋中，即得。四、实验结果薄膜外观完整光洁，厚度一致，色泽均匀，无明显气泡。五、分析与讨论

1、配方中各成分的作用？2、制膜时，如何防止气泡产生？六、注意事项1、PVA浸泡时间要长,一定要使其充分膨胀，然后加热使溶解。2、玻璃板可用铬酸清洁液处理，洗后自然凉干，有利于脱膜。或洗净干燥后，用涂擦液体石蜡,亦可以利于脱膜。3、通过静置除去气泡。4、干燥用刀片划痕分格，封装于塑料袋中。包装材料热失重谱图的测定一、实验目的1、学习热失重分析装置的使用方法，测量物质的质量变化与温度变化之间的关系；2、掌握升温速率、失重速率的概念，绘制TG曲线，并进行一次微分计算，获得DTG曲线；3、测定样品的TG曲线。二、实验原理热重法是在程序控制温度下，测量物质的质量变化与温度关系的一种技术，其基本原理是热天平。热天平分为零位法和变位法两种。变位法，就是根据天平梁的倾斜度与质量变化呈比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法，是采用差动变压器法、光学法或电触点法测定天平梁的倾斜度，并用螺线管线圈对安装在天平系统中的永久磁铁施加力，使天平梁的倾斜复原。由于对永久磁铁所施加的力与质量变化呈比例，这个力又与流过螺线管的电流呈比例，因此只要测量并记录电流，便可得到质量变化的曲线，以质量对温度作图就可以得到热重曲线，简称TG曲线。三、实验用品仪器

日本SHIMADZUDTG-60差热-热重同步热分析仪（TA-60工作

站），镊子，坩埚，研钵。

药品

参比物：α-AL2O3(A.R，原装进口)试样：某包装材料四、操作步骤1、熟悉差热-热重同步热分析仪的组成及相应旋钮的作用。2、开启主机电源，整机预热30min。3、根据试样测定条件选取两个铝坩埚，其中一个装上参比物α-AL2O3，按下“Open”键，升起炉盖，并将装有参比物的坩埚放置在左边检测杆托盘上，另一只空坩埚放在右边检测杆托盘上，“按下Close”键，降下炉盖，停留数十秒，按下“Display”键至质量信号稳定后，再按下“Zero”键清零。四、操作步骤4、升起炉盖，取出空坩埚，装上试样，并放回右边检测杆托盘上，降下炉盖。试样的质量应尽量与α-AL2O3的质量相同，并且控制在1~10mg之间。5、打开应用程序，设置“MeasureParameters（测量参数）”及“FileInformation（文件信息）”，开启程序“Start”，开始样品测试。6、当样品温度升到最高设定温度后，加热炉停止加热并开始自动降温。待炉温降到100C，升起炉盖，用镊子取出坩埚，处理样品残渣及坩埚，关闭各组件电源及总电源。7、清理仪器表面及桌面，做好清洁卫生。五、注意事项1.试样五水硫酸铜在实验前要研细，粒度在200目左右。装样时，样品尽量薄而均匀地平铺在坩埚底部，并在桌面轻敲坩埚以保证样品之间有良好的接触。2.在实验过程中，不能用手碰触或弯曲检测杆。3.实验过程中，取坩埚及放置坩埚都要用镊子，动作要轻巧、平稳、准确，切勿将样品撒落在炉膛里面。4.设置好参数后，再启动程序。5.实验过程中，手不要直接接触炉体，否则会遭烫伤。六、数据处理1.通过差热曲线，判断各反应是吸热反应还是放热反应，以及找出各峰的开始温度、峰温度及热量值。2.在热重曲线上找出各次失重率及起始温度。3.结合差热热重曲线分析所发生的反应过程及最终产物。

七、思考题1.哪些物质不适合做热分析检测？进行热分析的试样需要哪些预处理？2.影响热重曲线和差热曲线的因素分别有哪些？3.两种热分析技术的应用领域及发展前景？

包装材料红外谱图的测定一、实验目的1、复习对红外图谱的解析，重温红外吸收光谱分析的基本原理；2、通过红外吸收光谱的测定，熟料掌握日本岛津FT-IR的使用方法；3、测定不同塑料的红外光谱，并进行比较，了解不同塑料制品的不同组成。二、实验原理当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。二、实验原理红外光谱作为“分子的指纹”，广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。利用物质对红外光波的吸收不进行定性及定量的，不同的物质具有不同的化学键，其吸收波长不同，而对光波吸收的多少与物质的量成正比，因此可以用来定量。本实验用日本岛津FT-IR来测定不同塑料的红外吸收光谱。三、实验背景

我们通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才能成为性能良好的塑料。

四、实验仪器和试剂1、傅立叶红外光谱仪；2、某包装材料膜。

五、实验内容1、测试：将样品剪成大小适中的薄膜放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景；2、谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看是不是自己测得的物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。

六、交流与讨论1、运用红外光谱可以测定生活中许多塑料的主要成分，每一种塑料的红外光谱图略有不同，但是相同基团的振动频率是相同的，因此分析比较尤为重要。该实验使我们对日常生活用品有了一次更深层次的认识；2、对图谱分析，发现这些图像都有几个特点：峰值过高，往往有触顶现象，导致分叉峰看不出来；杂峰多，容易使得匹配度下降。但总的峰型和匹配度都比较高。而其中针对食堂塑料袋的测定结果，常见的食品包装袋以PE和PP为主，而数据库给出的物质却是4-乙苯基乙醇，完全不同，可以判断是待测物质不匹配。可能的原因：该种塑料袋廉价而有机杂质多、添加剂等干扰；

包装材料接触角的测定一、实验目的1、掌握材料接触角形成的的基本原理、以及研究方法；2、掌握利用接触角测定仪的操作方法；3、学会利用接触角进行不同材料的表面性质分析。二、实验原理本实验的原理：利用接触角测定仪，以普通的去离子水为液相，测定不同材料表面的接触角，并将接触角的大小同材料的化学性质相关联。三、仪器与试剂接触角测定仪：去离子水、微量注射器；载玻片、聚乙烯片、尼龙薄片、PET薄片、PTFE薄膜等：工业酒精。四、实验步骤1、打开接触角测定仪所用计算机、接触角测定仪电源等，并打开视频检测；2、打开光源，将用工业酒精清洗过的样品薄膜放置在样品台上，并用微量注射器缓慢地将少量去离子水滴在薄膜上；3、调整各部分位置，使光源中心、样品表面、液滴、目镜在一个水平面上，并保持直线；4、调焦，真至计算机视频中出现清晰的图像；5、利用计算机视频截取图像，读出该点的左右两个接触角θr和θl。6、在该样品再选择两个不同点并重复以上操作。五、数据处理（一）该样品的接触角（二）不同样品的接触角测定的不同材料表面的接触角，将本次实验所涉及的材料表面按照亲水／亲油性排列，并结合其化学结构与性质分析其原因。六、思考题1、液滴的大小会对接触角有什么影响吗?2、自由选择各种材料，结合化学结构示意图，举例说明如何改变其表面的亲水亲水／亲油性?塑料包装材料的挤出造粒实验一、实验目的1.了解高速混合机工作原理，并学会其操作方法；2.了解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法；3.掌握挤出造粒工艺条件及其控制。二、实验原理

挤出成型是热塑性塑料加工的重要方法之一，挤出过程是将塑料在旋转的螺杆和料筒之间输送、压缩、熔融塑化，定量地通过机头加工成型。三、实验设备及原料主要设备：双螺杆挤出机组(其结构示意图如图2-1所示)。主要原料：聚乙烯边角余料。图

同向旋转双螺杆挤出机组的结构示意图1.机座

2.动力部分

3.加料部分

4.机筒

5.排气口

6.机头

7.冷却装置

8.切粒装置1．接通电源，设定料筒各段温度，将料筒温度加热到聚乙烯的Tf-Td之间，恒温30min。2．启动主机，注意主机电流变化。直流电动机通过皮带轮、减速器带动螺杆转动，通过控制屏上的“螺杆转速”调节旋钮确定螺杆的转速。3．将清洗干净的聚乙烯边角余料，有秩序地放入挤出机料斗中。调节喂料螺杆至一定转速，使喂料速度与挤出速度相互配合。4．挤出圆条之后，经水槽冷却，牵引，然后切粒成型。四、实验步骤1．挤出机各段温度；2．挤出机螺杆转数；3．挤出造粒工艺路线；4．挤出机型号，主要技术参数；5．挤出造粒结果及分析。五、实验数据记录及结果处理密度梯度法测定塑料包材粒料的结晶度一、实验目的1．掌握用密度梯度法测定聚合物密度、结晶度的基本原理和方法。2．利用文献上某些结晶性聚合物PE和PP晶区和非晶区的密度数据，计算结晶度。二、实验原理由于高分子结构的不均一性，大分子内摩擦的阻碍等原因，聚合物的结晶总是不完善的，而是晶相与非晶相共存的两相结构，结晶度fw即表征聚合物样品中晶区部分重量占全部重量的百分数。在结晶聚合物中（如PP、PE等），晶相结构排列规则，堆砌紧密，因而密度大；而非晶结构排列无序，堆砌松散，密度小。所以，晶区与非晶区以不同比例两相共存的聚合物，结晶度的差别反映了密度的差别。测定聚合物样品的密度，便可求出聚合物的结晶度。三、仪器与试剂带磨口塞玻璃密度梯度管、恒温槽、测高仪、标准玻璃小球一组、密度计、磁力搅拌器。水、工业乙醇、聚乙烯、聚丙烯（小粒样品）。四、实验步骤1、把待测样品用容器分别盛好，放入60℃的真空烘箱中，干燥24h，取出放于干燥器中待测。2、取准备好的样品（聚乙烯、聚丙烯）先用轻液浸润试样，避免附着气泡，然后轻轻放入管中，平衡后，测定试样在管中的高度，重复测定3次。3、测试完毕，用金属丝网勺按由上至下的次序轻轻地逐个捞起小球，并且事先将标号袋由小到大严格排好次序，使每取出一个小球即装入相应的袋中，待全部玻璃小球及试样依次捞起后，盖上密度梯度管盖子。五、数据记录及处理标定曲线，按下表记录实验数据，并作出标定曲线。塑料片材的注射成型实验一、实验目的1、了解螺杆式注塑机的基本结构，熟悉注射成型的原理。2、掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。3、掌握注射盛开工艺条件对注射制品质量的影响，学会注塑工艺条件设定的基本方法。二、实验原理注射成型适用于热塑性和热固性塑料，是高聚物的一种重要的成型方法。注射成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体树脂在注注机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热使树脂塑化成黏流态，后经移动，螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱膜取出制品。三、实验设备和原料1、主要设备注射成型机。它包括注射装置、锁模装置、液压传动系统和电路控制系统等，其结构示意图所示。四、实验步骤具体准备工作如下。①详细观察、了解注塑机的结构、工作原理，安全操作等。②了解聚丙烯的规格及成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，并对原料进行预热干燥备用。③安装模具并进行试模。a.闭模及低压闭模。由行程开关切换实现慢速→快速→停止的启模过程。b.注塑机机座前进后退及高压闭关紧。c.注射d.保压e.加料预塑。可选择固定加料或前加料或后加料等不同方式。f.开模。由行程开关切换实现慢速→快速→慢速→停止的启模过程。g.螺杆退回上述操作程序重复几次，观察注射取得榈的情况，调整工作正常。五、实验结果分析1、分析所得的试样制品的外观质量，从记录的每次实验工艺条件分析对比试样质量的关系。制品的外观质量包括颜色、透明度、有无缺料、凹痕、气泡和银纹等。2、将取得的试样制品，参考高分子材料性能测试实验进行力学性能等方面的测试分析。六、思考题1、注射成型时模具的动力速度有何特点？2、试分析注射壁薄、壁厚制品各容易出现哪些缺陷？工艺上如何进行调整？3、试分析PE、PP、PS、PC、PA、ABS等，哪些树脂注射进需要干燥？为什么？塑料包装材料熔融指数的测定一、实验目的1．测定聚合物的熔融指数；2.了解热塑性塑料在熔融状态（即粘液态）时流动粘性的特性及其重要性；3.学习使用XNR-400A型熔融指数仪。二、实验原理熔融指数指热塑性高聚物在规定的温度、压力条件下熔体在10min通过标准毛细管的质量值，其单位是g/10min，习惯用MI表示，又称熔融流动指数（MFI）。熔融指数可以用来区别不同的热塑性材料在熔融状态时的流动性，对同一品牌的高聚物可用MI来比较其相对分子质量的大小，MI越小，其相对分子质量越高，反之MI越大，其相对分子质量越小，说明它的流动性好，其加工性能就相应好一些，但聚合物其它性能如断裂强度、硬度、耐老化稳定性等将差一些。用MI表征高聚物熔体的粘度，作为流动物性指标已在国内外广泛采用。三、实验仪器及样品1、仪器XNR-400A型熔融指数仪。2、电子天平。3、样品某包装材料。四、实验步骤1.熟悉仪器，并检查仪器是否水平，料筒、压料杆、出料口是否清洁。2.将试样进行干燥。3.插上电源插头，按下面板上电源开关和照明开关，面板上PV、SV显示器和底部照明灯即亮。面板上显示器首先出现类型显示，再自动变换到输入范围显示，然后自动变换到SV、PV显示模式，并开始升温。四、实验步骤4.将标准口模（出料口）放入料筒，插入活塞杆，开始升温，到达实验所需温度后，恒温至少15min。5.称取3～4g试样，拔出活塞杆，经过漏斗向料筒装料，首次少量加入，用料杆压实后，再少量加入，反复进行，这样有助于防止气泡，对于流动率大的尤为重要。试样用量取决于MI的大小。一般加料量在一定范围内对结果影响不大。6.重新插入活塞杆，用手压活塞杆（或加上负荷），使活塞杆在5min左右下降到下环形记号与料筒口相平，弃去流出试样，加上所需负荷21.18N，开始切割试样，每间隔一定时间切取一个料段，保留连续切取的无气泡样条3～5个。取样毕，将料压完，取下砝码。四、实验步骤7.取出活塞杆和标准口模，趁热用软纱布擦干净，标准口模内余料用专门的顶针清除，把清料杆挂上纱布，边推边旋转清洗料筒，更换纱布，直到料筒干净为止。8.取5个无气泡的切割段分别称重（精确到0.0001g），若最大值与最小值超过平均值的10％，则需要重新取样进行测定。9.按下式计算其熔融指数MI。MI=m·600/t（g/10min）式中m－料段质量（算术平均值），g；t－切割料段所需时间，s。试验结果取两位有效数。五、实验报告要求1.简述实验原理，操作及注意事项。2.作好原始记录，包括试样名称，物理形状，试样干燥处理条件，标准口模内径，温度和负荷。3.计算MI值。六、实验注意事项1.料筒，压料杆，毛细管属于精密仪器要轻拿轻放，不可掉落地下，清理时切忌擦伤。2.清理时要戴手套，防止烫伤。3.加金属重物压出余料时，要求总力不超过250N，切忌用人的压力把余料挤出，以防压料杆和出料托板等因受力不当和超载而变形。所切取的几个料段中，最大值与最小值之差不能超过平均值的10％。塑料包装片材的冲击强度测定一、目的要求1．掌握XCJ-50型冲击试验机的使用。2．测定聚丙烯、聚氯乙烯型材的冲击强度。二、实验原理国内对塑料冲击强度的测定一般采用简支梁式摆锤冲击实验机进行。试样可分为无缺口和有缺口两种。有缺口的抗冲击测定是模拟材料在恶劣环境下受冲击的情况。冲击实验时，摆锤从垂直位置挂于机架扬臂上，把扬臂提升一扬角α，摆锤就获得了一定的位能。释放摆锤，让其自由落下，将放于支架上的样冲断，向反向回升时，推动指针，从刻度盘读读出冲断试样所消耗的功A，就可计算出冲击强度。试样断裂所吸收的能量部分，）二、实验原理试样断裂所吸收的能量部分，表面上似乎是面积现象，实际上它涉及到参加吸收冲击能的体积有多大，是一种体积现象。若某种材料在某一负荷下（屈服强度）产生链段运动，因而使参与承受外力的链段数增加，即参加吸收冲击能的体积增加，则它的冲击强度就大。脆性材料一般多为劈面式断裂，而韧性材料多为不规整断裂，断口附近会发白，涉及的体积较大。若冲击后韧性材料不断裂，但已破坏，则抗冲强度以“不断”表示。三、仪器与试样XCJ-50型冲击试验机聚丙烯、聚氯乙烯样条1、试样长120±2mm，宽15±0.2mm，厚10±0.2mm。缺口试样：缺口深度为试样厚度的1/3，缺口宽度为2±0.2mm，缺口处不应有裂纹。2、每个样品样条数不少于5个。3、单面加工的试样，加工面朝冲锤，缺口试样，缺口背向冲锤，缺口位置应与冲锤对准。4、热固性材料在25±5℃，热塑性塑料在25±2℃，相对湿度为65±5％的条件下放置不少于16小时。5、凡试样不断或断裂处不在试样三等分中间部分或缺口部分，该试样作废，另补试样。四、测试步骤1．据材料及选定试验方法，装上适当的摆锤（50J、30J、15J、7J、5J）。2．检查和调整被动指针的位置，使摆锤在铅垂位置时主动指针与被动指针靠紧，指针指示的位置与最大指标值相重合。3．空击试验：以检查指针装配是否良好，空击值误差应在规定范围内。4．根据实际需要，调整支承刀刃的距离为70mm或40mm。5．检查零点，且每做一组试样校准一次。6．放置样品。试样放置在托板上，其侧面应与支承刀刃靠紧，若带缺口的试样，应用0.02mm的游标卡尺找正缺口在两支承刀刃的中心。7．测量试样中间部位的宽和厚，准确至0.05mm，缺口试样测量缺口的剩余厚度。8．冲击试验：上述完成后，可放摆试验，冲击后，从刻度盘上记录冲断功的数值。五、结果处理1．观察并记录材料断裂面情况。2.据冲断功计算冲击强度。算出各试样的平均值进行试样间比较。薄膜的热封强度的测定一、实验目的1、通过实验了解测试塑料包装袋热封强度的实际意义。2、掌握塑料薄膜热封加工操作原理及参数控制。3、学习塑料薄膜热封强度测试操作方法。二、实验原理在进行热封强度试验时，首先是用热封试验机，制作热封试样，然后对试样进行热封强度试验(拉伸)。不断加大拉伸负荷，直到热封部分破裂为止。读取试样断裂时的最大载荷(N／15cm)即为试样的热封强度。被封材料先被夹紧，然后使电阻丝(通常是镍铬合金丝)短时通电，所谓脉冲是指镍铬丝通过电阻或称“焦尔热”得到的能量或热量脉冲。然后热量传送到被封材料上去，在适当的温度下进行热封。热封试验条件是；通电电压，通电时间、冷却时间、温度及压力，可以根据试验条件进行调节。三、实验设备1、脉冲式热封机，连续式薄膜热封机。