熱收縮（Thermal shrinkage）主要是指熱塑性材料（ABS、石蠟等）因其固有的熱膨脹率而產生的體積變化，它是收縮產生的最主要原因。由熱收縮引起的收縮量為：ΔL =δ×(L+Δ/2)×Δt
其中，δ為材料的線膨脹係數，/℃；L為零件X/Y向尺寸，mm；Δt為溫差，℃；Δ為製件的公差（按留有加工餘量進行取大補償）。
基本介紹
- 中文名：熱收縮
- 外文名：thermal shrinkage, thermal contraction
- 特性指標：收縮率、收縮張力和收縮溫度
- 熱收縮性能：包括收縮率、總收縮率和定向比
- 總收縮率：為橫向收縮率和縱向收縮率之和
簡介,性質,套用,生產,研究進展,
簡介
熱收縮材料又稱高分子形狀記憶材料, 是高分子材料與輻射加工技術結合的一種智慧型型材料， 即利用高分子聚合物 “ 彈性記憶” 原理，以橡塑材料為基料, 經混煉、 成型、 交聯、 加熱、 擴張、 冷卻定型而製成的功能性高分子材料。普通高分子材料如聚乙烯、 聚氯乙烯等通常是線形結構, 經過電子加速器等放射源的輻射作用變成網狀結構後 , 這些材料就會具備獨特的 “記憶效應” , 擴張、 冷卻定型的材料在受熱後可以重新收縮恢復原來的形狀 。熱收縮材料的記憶性能可用於製作熱收縮管材 、 膜材和異型材，主要特性是加熱收縮包覆在物體外表面 , 能夠起到絕緣、防潮、 密封、 保護和接續等作用, 收縮材料的徑向收縮率可達 50 %～ 80 %。憑藉這些特殊優異的性能，熱收縮材料廣泛套用於化工、 石油管道的密封防腐，家電、 控制電纜、 國防通訊、 電力電纜的接頭絕緣保護以及電氣部件禁止連線、 絕緣密封等領域。
性質
對於熱收縮薄膜而言，收縮率、收縮張力和收縮溫度是三個重要的特性指標，這些都同塑膠的材質、生產的工藝有關。對於典型的非結晶型聚合物，如：PS而言，逐漸升溫到 tg以下溫度前，不發生雙軸拉伸熱收縮PS膜的收縮，僅發生熱膨脹，溫度高於tg時，收縮 率隨溫度的升高而提高直到粘性流開始。收縮率同薄膜拉伸時條件有關，如果拉伸是在低 溫、高拉伸速率和驟冷的條件下進行，則加熱時，幾乎可100%地恢復拉伸前的尺寸。如果 其它條件不變，拉伸在較高溫度下進行，則由於鬆弛作用，收縮膜加熱時不能完全恢復。對於結晶型聚合物，如PET拉伸定向的薄膜而言，經過熱定型後，再加熱不會發生收縮，要 使其收縮必須加熱到熱定型溫度以上才會發生收縮，為了降低結晶型聚合物的收縮溫度，薄膜在tg(玻璃化溫度)以上的溫度下雙向拉伸(見表3-8-1)，不經過熱定型就作為熱收縮膜出售使用。
收縮薄膜在一定溫度範圍內其收縮率隨溫度的提高而提高，收縮溫度的高、低和範圍的寬、窄是熱收縮包裝加工工藝性的一 個重要因素。不同材料的收縮薄膜其收 縮溫度範圍不同，收縮溫度也有高、低之 差，如圖12-70所示。食品進行收縮包 裝時，尤其是包裝熱敏性食品，如生鮮果 蔬和肉類等，要求收縮溫度越低越好，以 免加熱收縮時較高溫度對食品帶來不利影響。
收縮膜包裝的優點是：
①收縮膜可以適用於不規則形狀和各種商品的包裝，而有良好的包裝外觀；
②收縮膜包裝透明，光澤性好，提高了商品的外觀裝飾性; 防潮性好；
③有良好的保護商品的功能，防塵性好，防竊性好；
④經濟性好，成本低，可以多件物品包紮在一起。
主要用於紙製品、建築材料、反射材料、冷凍食品、箱子、金屬和複合物箱、桶、棒、 袋裝物品等。
套用
常用收縮薄膜材料，目前常用的有PVC、PE、PP、PVDC，此外還有OPS、PET、EVA、PA和離子型聚合物等。表12-98 為常用收縮薄膜的技術性能指標。
a. PVC收縮膜： 具有收縮溫度低、範圍寬，收縮力強，速度快，透明度高等優點。缺 點是熱封性較差，熱封強度不高，而且熱封時塑膠因老化而產生異臭。還有抗衝擊強度 低，低溫下易變脆等缺點。軟質PVC單向收縮膜管主要用於小型包裝食品的多件集裝。 半硬質PVC單向收縮膜管可用於瓶裝蓋封的熱收縮外封，還可製成熱收縮套標。雙向收 縮PVC膜可用作新鮮果蔬的收縮包裝。
b. PP收縮膜： 具有優良的光澤度和透明度，包裝外觀效果好，耐油、防潮，收縮力強 等優點，但收縮溫度高且範圍窄。這種收縮膜廣泛用於各種食品的收縮包裝，而且可以滿 足各種形式包裝的需要。
c. PE收縮膜： 具有熱封性好，封口封合強度高，抗衝擊強度較高，且防潮、價低等優 點。最大的缺點是透明度差，限制了其在食品包裝上的廣泛套用。
d. 其他收縮膜： PVDC收縮膜主要用作肉類製品的腸衣包裝。PET和OPS收縮膜 在食品包裝上常用作收縮標籤。PA收縮膜也可用於肉類製品的收縮包裝。PET和PA收縮膜作為高性能包裝材料， 其強度高，阻隔性好，價格也較高。
生產
收縮膜包裝最早是法國在1936年開始套用的，在20世紀60年代開始得到了廣泛的應 用。其生產方法最為普通的是用圓形口模擠出吹脹法或狹長形口模擠出流延法生產，對於 PVC而言，還可以使用壓延法和溶劑流延法來生產，薄膜厚度均勻性好，但由於生產設備 投資大，生產成本高，很少採用。收縮薄膜是用聚合物片材或管材於軟化點以上的溫度下 拉伸使聚合物鏈發生定向，用冷卻方法固定住這種定向而成的。當使用時，只要把這種薄 膜包裝物品後再加熱到拉伸時的溫度，薄膜就會收縮，把拉伸時儲存的應力和能量釋放出 來。薄膜的收縮性由定向過程中的拉伸程度決定了的，也同聚合物的組成、生產時的工藝條件有關。收縮膜的收縮總量可達15%～80%，而一般用途只需15%～30%，奇異形狀的 商品需要50%以上的收縮率，一般需要縱橫向平衡收縮率的收縮膜，但對於套管狀物品的包裝和收縮標籤膜而言，則只需要單方向上的收縮性就行。
收縮溫度一般在65.5～176.6℃ (150℉～350℉)之間，隨膜的種類而異，如：PVC收 縮膜的收縮溫度為65.5～148.8℃(150℉～300℉)，而PP的收縮溫度為165.5℃ (330℉)。 有些熱收縮薄膜有良好的溫度允許度，可以多次加熱從而獲得不同收縮率的包裝。原則上 是使用最小的熱能和時間以得到充分的收縮 (表3-8-13)。
註：①做好標記的收縮膜浸在100℃ (212℉) 水中5s後測定的收縮率；
②把待測的收縮膜條夾持在BLH型SR4張力儀上，浸在100℃以下的水中讀到的最大值為收縮張力；
③較高的溫度可以有較快的收縮速度，但應注意不要超過熔點；
④收縮必須是在生產薄膜過程中受到過拉伸的膜，改性是使用的共聚物和/或不同密度的摻混PP，這些薄膜在 接近熔點時都會收縮；
⑤這個重荷可引伸到托盤、箱體、棒、片纏包裝。
研究進展
國外高分子材料輻射加工行業發展於 20 世紀 50年代, 並由美國瑞侃公司在 1959 年申請了第一個聚乙烯熱收縮管專利。經過五十餘年的發展, 瑞侃公司已經發展成為擁有 8 000 名員工、 3 000 余種熱收縮產品規格、 年產值近 30 億美元的大型跨國公司 。全球範圍內, 美國瑞侃公司和日本住友公司分別在電力和電子類熱收縮材料市場中居於領先地位 。整體來看,世界熱收縮材料市場目前處於成長階段 , 市場需求年均增速達到 20 %左右 。
國內對熱收縮材料的基礎研究基本與國際同步,但產業化生產則相對滯後 。20 世紀 50 年代末在中科院長春應化所即建立了我國第一個高分子輻射化學研究室 , 進行基礎研究。 20 世紀 60 年代開始了熱收縮材料和電線輻射交聯研究，並成功地套用於 “東方紅” 人造衛星。為發展輻射加工工業, 籌建了我國第一個輻射中試基地 (今天的吉林輻射化學工業公司前身), 奠定了熱收縮材料在我國研製生產的基礎。 20世紀 80 年代初我國開始熱收縮材料產業化生產的有三個地區 :吉林省的套用化學所、 輻射化學所和吉林省機電設計研究院;四川省的成都雙流電纜廠和核工業九院、 四川大學 (原成都科技大學)及成都郵電研究所 ;湖北省的武漢電纜附屬檔案廠及湖北省化學所 。但最終成功實現產業化生產的是套用化學所和成都雙流電纜廠, 並在其周邊形成產業集群 , 帶動了全國熱收縮材料的產業發展 。20 世紀 80 年代中 , 長春應化所建廠生產 , 1994 年建立了長春熱收縮材料股份有限公司 (CIAC), 為產業化、規模化打下了基礎，1997年成功上市，簡稱中科英華, 成為中國科學院和國內熱收縮材料行業首家上市公司。
隨著熱收縮材料市場的急劇擴大 , 在其周圍形成了電力附屬檔案生產廠家集群, 隨後其部分人員和技術南下到了廣東、 浙江等。由於觀念 、 機制、 周邊的市場需求和投資力度的原因, 目前電器熱收縮小管企業 50 %以上集中在廣東，其中長園 、 沃爾 、 凱恆和宏商等均屬楚翹。成都電纜廠在通信電纜熱收縮套管上的成功 , 引導在四川形成了通訊電纜附屬檔案生產廠家的集群 , 主要集中在成都,以通信接續、 管道防腐和電纜附屬檔案為主 , 億元以上規模企業有:西普 、 天邑、 雙流三家 , 千萬級企業 10餘家 , 如久遠、 長江 、 華益等 。專業輻照加工單位有核動力研究院、 四川大學 ;另在綿陽、 廣元 、 樂山等地合計近 10 家熱收縮製品企業。總之 , 國內熱收縮企業當前處於快速發展階段。
