软塑复合包装材料热封工艺及其机理研究

论文摘要

近年来,包装向分包化和保鲜功能化的方向发展,单层的塑料薄膜往往不能满足使用要求,于是,软塑复合包装膜在食品、药品、农作物和畜产品加工包装等各方面的应用快速增长起来,应用范围日益广泛。而复合包装袋的热封封口质量对包装过程、运输过程、储存过程以及产品分销等各个环节都有很大的影响。因此,本文针对PET/Al/PE与BOPP/PE两种有代表性的复合包装薄膜,进行热封性能检测试验,并深入研究了其热封过程的导热机理,具体包括以下工作:首先,利用热封试验仪与万能材料试验机制备热封样品并对其进行热封强度检测试验,分析了热封主要工艺参数分别对两种复合薄膜热封性能的影响,结果表明热封温度、时间与压力是完成基本封合的必要条件;在达到热封起始温度之后,热封温度成为影响热封强度的最显著因素;继续升温到一定温度后,热封强度趋于稳定。其次,采用差示扫描量热法(DSC)对两种薄膜进行热分析,获得内部热封层材料PE的熔点;对薄膜热封试样的热封区域截面的微观照片(TEM)和拉伸破坏模式进行表观判定评价,并结合工程实际,确定PET/Al/PE与BOPP/PE复合薄膜各自有效的热封温度范围。同时,考虑实际生产中生产效率和生产质量的问题,分别以缩短热封时间和提高热封强度为目标,借助于SAS统计分析软件来优化三种热封参数,并通过试验来验证其统计结果使热封温度、时间和压力基本达到了最优配比。最后,依据传热学中非稳态导热的经典理论,结合复合薄膜热封特点,研究复合薄膜热封过程中的热传导机理,建立了PET/Al/PE复合薄膜的导热模型,得出薄膜内部热封层温度与外部试验仪所设定的热封温度之间的变化关系。并利用有限元软件ANSYS,对PET /Al /PE与BOPP /PE复合薄膜分别建立二维模型,模拟热传导过程。通过施加热载荷并求解,得出不同时刻或不同热载荷下的温度分布、内部热流矢量分布图,获得复合薄膜内表面温度与外表面温度之间的具体差异和复合薄膜内表面温度随时间变化的关系曲线。同时利用分析结果,对之前的PET/Al/PE复合薄膜的导热理论模型进行验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状和发展动态
• 1.2.1 对热封材料的研究
• 1.2.2 对热封技术的研究
• 1.2.3 对热封质量的影响因素的研究
• 1.2.4 对热封质量评价的研究
• 1.2.5 对软塑热封机理和工艺特性的研究
• 1.3 课题研究目的和主要内容
• 1.3.1 课题研究目的
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 热封性能试验与结果分析
• 2.1 样品的选择
• 2.1.1 热封层材料聚乙烯（PE）
• 2.1.2 外层材料聚酯（PET）薄膜与聚丙烯（PP）薄膜
• 2.1.3 中间阻隔层铝箔（Al）
• 2.1.4 PET/Al/PE 与BOPP/PE 复合薄膜
• 2.2 试验装置
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 热封试样的制备
• 2.3.2 热封强度的检测
• 2.4 热封性能试验结果分析
• 2.4.1 PET/Al/PE 复合薄膜实验结果分析
• 2.4.2 BOPP/PE 复合薄膜试验结果分析
• 第三章 热封工艺参数的确定及优化
• 3.1 复合薄膜热封层材料（PE）的熔点测定
• 3.1.1 差示扫描量热法（DSC）的基本原理
• 3.1.2 热封材料PE 的熔点测定
• 3.2 热封样品的表观判定
• 3.2.1 关于透射式电子显微镜（TEM）
• 3.2.2 热封样品的微观表现
• 3.3 热封试样的拉伸表观判定
• 3.3.1 PET/Al/PE 试样的表观判定
• 3.3.2 BOPP/PE 试样的表观判定
• 3.4 热封温度范围的确定
• 第四章 复合包装薄膜热封工艺参数的优化
• 4.1 SAS 软件简介
• 4.2 以缩短热封时间为目标的复合薄膜热封工艺参数优化
• 4.2.1 PET/Al/PE 复合薄膜工艺参数的优化
• 4.2.2 BOPP/PE 复合薄膜工艺参数的优化
• 4.3 以提高热封强度为目标的复合薄膜热封工艺参数优化
• 4.3.1 PET/AL/PE 复合薄膜工艺参数的优化
• 4.3.2 BOPP/PE 复合薄膜工艺参数的优化
• 第五章 软塑复合包装材料热封过程的导热机理
• 5.1 热传递过程概述
• 5.1.1 导热
• 5.1.2 对流
• 5.1.3 热辐射
• 5.2 导热基本定律与导热微分方程
• 5.2.1 温度场
• 5.2.2 导热基本定律
• 5.2.3 导热微分方程及其定解条件
• 5.3 复合包装薄膜热封过程的导热机理
• 5.3.1 非稳态导热的基本原理
• 5.3.2 PET/AL/PE 复合薄膜热封导热数学模型的建立
• 第六章 复合薄膜热封过程的ANSYS 模拟分析
• 6.1 关于ANSYS
• 6.2 利用ANSYS 分析热封模型的步骤
• 6.2.1 建模
• 6.2.2 加载求解
• 6.2.3 后处理
• 6.3 PET/Al/PE 复合薄膜热封过程建模及分析
• 6.3.1 PET/Al/PE 的ANSYS 建模
• 6.3.2 对 PET/AL/PE 导热理论方程的验证
• 6.4 BOPP/PE 复合薄膜热封过程建模及分析
• 6.4.1 BOPP/PE 的ANSYS 建模
• 6.4.2 BOPP/PE 热封过程的导热分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文清单
• 附录