在即食肉類產品的終端銷售包裝中,常采用透明的熱收縮薄膜進行二次裹包,以達到緊貼產品、提升外觀、防止散落及附加品牌印刷的效果。然而,若薄膜的收縮特性與產品形狀、生產線熱通道參數不匹配,會導致包裝褶皺、破膜、局部過熱損傷產品表面或收縮不全影響美觀等問題。某大型肉類加工企業在為其新推出的方形切片火腿腸引入全自動熱收縮包裝線時,就遇到了成品包裝良率不穩定的挑戰。
一、 具體問題:新產線方形火腿腸包裝的良率波動
該企業新產線設計為將6根方形截面火腿腸排列成矩形陣列,然后自動覆膜并進入熱縮通道。初期試產時,包裝成品良率僅在85%左右波動,不良現象主要分為三類:1)包裝表面出現縱向或斜向的明顯皺褶;2)在火腿腸的邊角處,薄膜收縮過度導致局部變薄發白,甚至破裂;3)部分包裝底部收縮不完全,薄膜松弛。設備供應商已多次調整熱風溫度、風速和輸送帶速度,但改善有限,且一種問題的改善往往會加劇另一種問題。包裝工程師懷疑,問題根源可能在于所選用的三層共擠聚烯烴收縮膜本身的收縮特性不適合方形產品的幾何結構,但缺乏數據來證明并指導新膜材的篩選。
二、 應用RSY-02熱縮試驗儀進行的膜材性能診斷與篩選
企業技術中心使用RSY-02熱縮試驗儀,對現用膜及多種候選膜材進行了系統的收縮性能定量分析,以液體介質加熱模擬均勻受熱環境,排除了生產線熱風不均勻的干擾。
1. 現用膜材的性能基線測試與問題關聯
測試方法:從現用膜卷(記為M-Current)上裁取橫向(TD,垂直于卷材方向)和縱向(MD)的試樣。在RSY-02中,設定一系列溫度點(110°C, 120°C, 130°C, 140°C),將試樣浸入硅油中加熱10秒后迅速冷卻。精確測量加熱前后尺寸,計算MD和TD兩個方向的收縮率及兩者的比值(TD/MD收縮比)。
關鍵數據發現:
M-Current膜在130°C(接近產線實際有效溫度)下,TD方向收縮率達55%,而MD方向收縮率僅為18%,TD/MD收縮比高達3.06。
進一步觀察發現,該膜的收縮在溫度超過120°C后變得非常劇烈且快速。
問題關聯分析:極高的橫向收縮率和不對稱的收縮比,是導致包裝問題的直接原因。在包裹方形產品時,過高的橫向收縮力使薄膜在轉角處承受極大應力,導致發白或破裂;而縱向收縮力不足,無法有效收緊底部,且劇烈的收縮過程對溫度波動極其敏感,易產生隨機皺褶。
2. 候選膜材的定量化篩選
測試方法:采購了三種標稱適用于“重型不規則產品”的收縮膜(記為M-A, M-B, M-C)。在RSY-02上執行相同的多溫度點收縮率測試。
數據發現:
M-A膜:在130°C下,TD收縮率45%,MD收縮率25%,TD/MD收縮比為1.8。收縮過程相對平緩。
M-B膜:在130°C下,TD收縮率48%,MD收縮率30%,TD/MD收縮比為1.6。其收縮啟動溫度略低,但在125-135°C區間變化平緩。
M-C膜:性能與現用膜類似,不對稱性顯著(TD/MD比>2.5)。
理論優選:從收縮特性看,M-B膜具有更均衡的縱橫收縮比,且收縮過程平穩,理論上能更好地適應方形產品的幾何形狀,均勻施加收縮力。
3. 模擬實際約束狀態的驗證測試
創新測試:為更真實模擬薄膜在實際包裝中受產品約束的情況,實驗室設計了一個簡易夾具,將薄膜試樣預先包裹在一個方形木塊(模擬產品陣列)上并固定兩端,然后整體浸入RSY-02的硅油浴中在130°C下加熱。
觀察與驗證:
使用M-Current膜時,木塊邊角處的薄膜明顯被拉薄,出現應力發白紋路,與生產線現象一致。
使用M-B膜時,薄膜均勻貼緊木塊各面,邊角覆蓋良好,無明顯應力集中現象。冷卻后,薄膜在木塊表面狀態平整。
三、 數據驅動的工藝重置與標準建立
基于RSY-02提供的清晰數據,企業協同設備商實施了系統性的改進:
更換核心膜材:果斷將現用膜M-Current更換為M-B膜。采購部門依據RSY-02測試報告中的關鍵性能數據(130°C下TD: 48±3%, MD: 30±3%)作為新的采購技術標準。
優化生產線參數:由于M-B膜的收縮特性更溫和,設備工程師得以將熱縮通道的溫度設定從原來波動較大的高溫區間,下調并穩定在一個更窄、更高效的區間(如125-128°C)。風速也相應調低,降低了能耗和產品表面過熱風險。
建立膜材入廠檢驗規范:質量部門將RSY-02的收縮率測試納入每批次收縮膜的必檢項目。規定在130°C硅油介質中測試,TD和MD收縮率必須符合新標準范圍,且TD/MD收縮比需在1.4-1.8之間,從而從源頭控制了材料性能的一致性。
四、 實施成效與延伸價值
更換膜材并調整工藝后,新產線的包裝一次良率穩定提升至98.5%以上,三類主要缺陷基本消失。不僅如此,由于工藝窗口變寬,生產線對微小溫度波動的容忍度提高,運行更穩定。
此次案例的關鍵啟示在于,對于熱收縮包裝這類高度依賴材料與設備交互的工藝,單純調整設備參數往往治標不治本。RSY-02熱縮試驗儀的價值在于,它將薄膜這一“活性”材料的核心熱力學性能(收縮率、各向異性、溫度敏感性)進行了獨立、精準的量化。這使得企業能夠從復雜的生產問題中,剝離出材料因素的貢獻,從而做出精準的更換決策,并將成功的性能參數固化為長期有效的質量控制標準,實現了從“救火”到“防火”的質控模式轉變。

