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利乐复合材料力学性能的研究

作者: 刘璐

  Research on the Mechanical Properties of TETRA PAK
  
   Liu Lu
  (西安工业大学机电工程学院,西安 710021)
  (School of Mechatronic Engineering,Xi'an Technology University,Xi'an 710021,China)
  
  摘要: 本文阐述了利乐包的结构、材料,并对利乐包的各项力学性能进行实验测试,进而讨论利乐包的环压、拉伸强度以及纸盒的抗压强度,分析了利乐材料外界压力下的变化过程以及能够影响其力学性能的因素。使读者了解利乐包的结构、材料特点,对日常生活中奶制品包装有较为全面的认识。
  Abstract: This paper described the structure, materials of Tetra Pak, and made experimental test for the mechanical properties of Tetra Pak, then discussed the ring pressure, tensile strength of Tetra Pak and compressive strength of cartons, and analyzed its change process under the external pressure and factors influencing its mechanical properties, making readers understand the structure, materials of Tetra Pak and know about package of dairy products in daily life.
  关键词: 利乐包 包装 抗压强度
  Key words: Tetra Pak;packaging;compressive strength
  中图分类号:TB484.1; TB487文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)32-0029-02
  0引言
  随着人民生活水平的提高,液态饮品的消费量日益增大,为了方便存储、运输,又能满足健康、环保、促销为一体的目标,对液态饮品的包装提出了更高的要求。目前,市场上液态饮品的包装形式千姿百态,变化万千,本文将系统阐述液态饮品包装――利乐包的材料结构、力学性能及影响其抗压性能的各项因素。
  1利乐包的结构、材料
  利乐包的结构、材料:一般的无菌利乐包,具有六层结构,由外至内依次是聚乙烯层、纸板、聚乙烯层、铝簿、粘性塑料、聚乙烯层,见图1。
  ①第一层是聚乙烯层(Polyethylene),它保护利乐包的图案、阻止纸板吸收外界水分,热封成盒;
  ②第二层是纸板(Paper),它是利乐包的基材,在其表面印刷图文信息(占纸厚75%);
  ③第三层是聚乙烯层(Polyethylene),它是铝簿、纸板的粘附层(介质);
  ④第四层是铝簿(Aluminium foil),它可以阻挡紫外线、细菌进入利乐包内部,也是灌装过程中加热的媒介(占纸厚5%);
  ⑤第五层是粘性塑料(Polyethylene),它是内层聚乙烯与铝箔的粘附介质、有效地对酸性饮品实现无菌包装;
  ⑥第六层又是聚乙烯层(Polyethylene),它是通过热封成盒,形成无菌包装的必要材料。
  利乐包常用于液态食品的包装,因此利乐包材料的安全、卫生性越来越引起人们的关注,所以在原料的选择、生产过程、流通过程中均要符合食品卫生法的要求。例如:利乐包使用的纸张必须由纯净的漂白浆制成,不能采用废纸为原料,目前一般采用100%的针叶木纸浆为原料,用长网造纸机抄制,要求纸板横幅定量一致,物理强度好。目前一般用的纸张厚度在70g/m2以上,国内大部分采用的是从瑞典、芬兰等北欧国家进口的光面涂布纸;生产过程用水质量必须符合《生产饮用水卫生标准》GB5749;印刷油墨不但要无毒、耐热、耐磨擦、耐射线,且油墨无转移并有利于纸容器的回收;印刷后油墨中的溶剂全部挥发,对于UV油墨要彻底固化;用于纸容器的铝簿,不得采用回收铝;聚乙烯材料需无毒;同时印刷生产车间卫生和职工个人卫生必须符合卫生标准[1]。
  2利乐包的材料力学性能
  2.1 试验材料
  2.1.1 名称:伊利优酸乳250mL利乐砖(Tetra Brik)牛奶包装件(见图1)及卷材。
  2.1.2 定量:G=267.2g/m2
  2.1.3 盒壁纸板厚度:D=327μm,铝箔层至盒内壁厚度:h=100μm。
  2.1.4 底平面尺寸:60mm×104mm,盒厚:40mm。
  2.2 试验仪器ER-120A电子分析天平;100cm2纸张厚度测定仪ZUS-4型;Elmandorf单撕裂度仪;MIT耐折度仪;16D型卧式挺度仪;YQ-Z-40A型压缩试验仪;液晶电子拉力试验机EMT2503;BK-52型戳穿度仪;04BOM型耐破度仪。
  2.3 试验环境恒温恒湿实验室,温度25℃,相对湿度60%。
  2.4 试验说明按GB450取样,按GB10739进行温湿度预处理,切取各个项目的试样。试验之前,对所有试样在该温度、湿度条件下预处理至少24h,然后进行各项试验测试[2]。
  2.5 实验数据对250ml利乐包及其复合材料进行的各项实验项目结果,如表1。
  2.6 试验分析在环压试验中,当材料处于弹性变形阶段的时候,应变ε随着应力σ的增加而增加,呈一定的正比关系,材料所受应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到一个值后,塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。而后,当塑性应变过量的时候,应力开始急剧增大,直至材料完全压溃,此时试样已受到严重破坏,无法恢复,见表2。
  在拉伸试验中,可以看出材料的应力应变呈正比关系,应力σ增大,应变ε也相应的增大,直至断裂。在整个拉伸过程中没有明显的屈服点,由此可判断材料呈现一定脆性,见图3。
  在利乐纸盒抗压强度测试中,纸板受平压或侧压时,应变增加不大,当卸去载荷时,纸板又恢复到原来的状态;继续加压出现非弹性区,应变增加较大,并形成一个波谷;随着应力不断增加而产生最大应变;加压到一定程度后,纸板已不可能产生应变,而失去应力,此时的应力是纸盒所体现的抗压能力,见图4。
  3总结
  3.1 材料的耐折度,挺度、撕裂度、拉伸强度、环压强度等性能受纤维排列方向影响较大,这主要是由于纤维在纵向与横向中分子微粒间的结合力不同,进而造成一些机械性能在方向上的差异,但戳穿强度、耐破度所受的影响较小[3]。
  3.2 在弹性形变发生时,组成纤维的分子微粒彼此之间的相对位置发生了变话,整个纤维的形状也发生了变化,使得利乐复合材料的弹性形变具有非线性特征;而在塑性变形发生时,随着纤维接触面分子键的破坏,纤维发生不逆转移动,形成永久变形,无法恢复。
  3.3 本文通过试验获得了利乐复合材料的力学特性及其抗压强度的σ-ε曲线,对进一步研究建立利乐包装力学模型奠定了理论基础。
  参考文献:
  [1]王莉.利乐包的印制及回收工艺探讨[J].包装工程2006:79-81.
  [2]郭彦峰,许文才.包装测试技术[M].化学工业出版社,2006,03.
  [3]Sek M, Kirkpatrick J. Characteristics of Corrugated Fiberboard as a Cushioning Material in Protective Packaging[C]. Proceedings of 10th IAPRI World Conference on Packaging, Australia, Melbourne,1997:257-266.
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  作者简介:刘璐(1984-),女,陕西宝鸡人,硕士研究生,研究方向为运输包装与现代物流。

论文来源:《价值工程》 2011年第32期
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