對(duì)美軍標(biāo)MIL-PRF-22191F可熱封柔性透明阻隔材料規(guī)范的分析研究

劉小平，劉振華，李守耕，尹黨輝

(軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院后勤科學(xué)與技術(shù)研究所，北京 100071)

0 前言

包裝用阻隔材料的主要作用是在軍事物流過(guò)程中，對(duì)軍用物資器材性能質(zhì)量提供全方位的保護(hù)，確保暴露極端氣候環(huán)境、地理環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和運(yùn)輸環(huán)境條件下的物資器材質(zhì)量性能不下降、技術(shù)狀態(tài)完好。隨著塑料科技的進(jìn)步，包裝用阻隔膜性能得到了前所未的發(fā)展和進(jìn)步，各種型式的柔性可熱封透明阻隔材料廣泛應(yīng)用于食品、藥品和軍用物資器材的包裝上。食品、藥品、軍用物資器材的物流環(huán)境適應(yīng)性得到了提高，保質(zhì)期、儲(chǔ)存期得到了不同程度的延長(zhǎng)。軍用包裝材料標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范包裝材料性能指標(biāo)、檢驗(yàn)方法、標(biāo)識(shí)標(biāo)志等要求的技術(shù)文件。分析研究包裝領(lǐng)域代表國(guó)際先進(jìn)水平的美軍標(biāo)準(zhǔn)并加以借鑒，對(duì)于改進(jìn)我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，提升相關(guān)產(chǎn)品性能具有重要意義。本文分析研究了美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-221191F《可熱封柔性透明阻隔材料》的結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)、加工要求、檢驗(yàn)驗(yàn)收等內(nèi)容，并與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析之后，提出了該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用建議。

1 標(biāo)準(zhǔn)基本情況

在二次世界大戰(zhàn)的太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上，高阻隔包裝材料聚偏二氯乙烯(PVDC)首次在美軍應(yīng)用，解決了“高溫、高濕、高鹽”環(huán)境條件下，美軍食品防腐、保鮮，維修器材防銹、彈藥防潮的問(wèn)題。為了規(guī)范不同供應(yīng)商提供給軍方的包裝材料性能和質(zhì)量要求的一致性，美國(guó)國(guó)防部制定了多項(xiàng)包裝用阻隔材料軍用標(biāo)準(zhǔn)，MIL-PRF-22191[1]《可熱封柔性透明阻隔材料規(guī)范》是其中的一項(xiàng)。研究認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均領(lǐng)先于現(xiàn)有同類產(chǎn)品國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。事實(shí)上，該標(biāo)準(zhǔn)業(yè)已成為包裝領(lǐng)域的國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，被眾多包裝材料公司作為高端軟包裝材料研究、生產(chǎn)加工、檢驗(yàn)驗(yàn)收的依據(jù)。

該標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)海軍負(fù)責(zé)制定。適應(yīng)美軍全球戰(zhàn)略軍事物流的需要，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的阻隔材料主要用于對(duì)暴露在極端氣候環(huán)境條件下的軍用物資，如：對(duì)海上運(yùn)輸物資、海島儲(chǔ)存物資、隨艦儲(chǔ)存器材等提供可靠的防護(hù)。因而，各項(xiàng)指標(biāo)要求均較民用標(biāo)準(zhǔn)更加苛刻。

該標(biāo)準(zhǔn)最早版本的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為MIL-B-22191，屬于產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范。隨著美國(guó)防部軍用標(biāo)準(zhǔn)政策的調(diào)整與改革，標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)改為MIL-PRF-22191，列入性能規(guī)范范疇。也就是說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容只規(guī)定透明阻隔材料的具體性能指標(biāo)、檢驗(yàn)方法、包裝儲(chǔ)運(yùn)等要求，不規(guī)定具體結(jié)構(gòu)和制造工藝要求。

該標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布以來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和使用需求的變化，先后進(jìn)行了多次修訂、修改。目前，該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本是2009年10月26日發(fā)布的F版的修正版本，即MIL-PRF-22191F(1)。

2 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品類型

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種類型的透明阻隔膜產(chǎn)品，包括：Ⅰ - 耐油、防水蒸汽型(watervaporproof, greaseproof)；Ⅱ - 耐油、防水型(waterproof, greaseproof)；Ⅲ - 防水型(waterproof)。每種類型的透明膜又分為：適合于手動(dòng)或自動(dòng)密封設(shè)備使用和僅適合于自動(dòng)密封設(shè)備使用2種。

2.2 主要性能指標(biāo)及要求

2.2.1 結(jié)構(gòu)要求

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的透明阻隔材料可以是1層或多層結(jié)構(gòu)。要求阻隔材料制成品或多層結(jié)構(gòu)中的任何一層只允許在寬度方向(卷軸垂直方向)進(jìn)行拼接。如有拼接縫存在，必須在拼接縫兩端以彩色標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)識(shí)，避免用戶使用該部分。

2.2.2 拼接要求

要求阻隔材料每卷的拼接不超過(guò)3處(4片)，每片長(zhǎng)度不小于40 m。且要求卷中的拼接縫要覆蓋整個(gè)寬度，拼接部位平整，展開(kāi)時(shí)不能脫開(kāi)(節(jié))。片材不能有拼接出現(xiàn)。

2.2.3 形狀要求

隔材料制成品可以是卷材或片材。卷材寬度為(915±6) mm，制成品每卷長(zhǎng)度不小于180 m。要求材料應(yīng)整齊卷在內(nèi)徑不小于(76±3) mm的芯軸上，芯軸長(zhǎng)度與卷材寬度一致，且允許3 mm的正偏差。要求芯軸具有足夠的剛度，以確保卷材在使用和搬運(yùn)裝卸過(guò)程中不扭曲變形。對(duì)片材的長(zhǎng)度、寬度，標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有具體規(guī)定，按訂購(gòu)方要求確定。但對(duì)其公差做了要求，分別為+6 mm 和-3 mm。

2.2.4 封合條件

阻隔材料制成品的封合條件是由材料生產(chǎn)商根據(jù)產(chǎn)品特性確定，但要求能適合于市場(chǎng)上常用封合設(shè)備作業(yè)，如：連續(xù)旋轉(zhuǎn)熱封設(shè)備、帶式封口設(shè)備、鉗式封口設(shè)備。如果按制造商推薦的條件進(jìn)行封合作業(yè)，在封合區(qū)域不能出現(xiàn)分層現(xiàn)象。同時(shí)要求在產(chǎn)品標(biāo)識(shí)牌標(biāo)明封合條件。

2.2.5 加工要求

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定阻隔材料成品表面不應(yīng)有任何異物。表面均勻，無(wú)孔洞、撕裂、切口、尖銳折痕、皺褶或其他瑕疵。裁切整齊，無(wú)毛邊。

2.2.6 主要性能指標(biāo)

阻隔材料的主要性能指標(biāo)包括：封合強(qiáng)度、封合工藝、水蒸汽透過(guò)率、透明度、抗穿刺、耐油性、抗老化、耐水性、標(biāo)識(shí)耐水性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性等，詳見(jiàn)表1。

2.2.7 其他要求

標(biāo)準(zhǔn)除對(duì)透明阻隔材料的性能指標(biāo)做了詳細(xì)規(guī)定之外，還對(duì)上述各項(xiàng)要求的檢驗(yàn)條件、檢驗(yàn)方法和合格判定、產(chǎn)品包裝等內(nèi)容做了規(guī)定。

3 與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

在我國(guó)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，與MIL-PRF-22191F《可熱封柔性透明阻隔材料》相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 21303—2007[2]《包裝用復(fù)合膜、袋通則》、GB/T 28117—2011《食品包裝用多層共擠膜、袋》、GB/T 28118—2011《食品包裝用塑料與鋁箔復(fù)合膜、袋》、GB/T 30768—2014《食品包裝用紙與塑料復(fù)合膜、袋》、GB/T 10004—2008[3]《包裝用塑料復(fù)合膜、袋干法復(fù)合、擠出復(fù)合》共5項(xiàng)。其中，GB/T 21303、GB/T 10004兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，從適用范圍上看，與MIL-PRF-22191F(1)有相似相近之處，其余3項(xiàng)均為食品包裝用材料。因此，本文只對(duì)MIL-PRF-22191F和GB/T 21303、GB/T 10004進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 主要性能指標(biāo)

3.1 共性特點(diǎn)

主要體現(xiàn)在3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的阻隔材料都具有熱封性、柔韌性和不同程度的阻隔性要求。但具體指標(biāo)要求MIL-PRF-22191F規(guī)定更嚴(yán)格。

3.2 差異之處

主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 結(jié)構(gòu)差異。MIL-PRF-22191F規(guī)定的透明阻隔材料強(qiáng)調(diào)是一層或多層結(jié)構(gòu)，沒(méi)有明確具體材料構(gòu)成。GB/T 21303規(guī)定了4種多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，包括：紙、塑料；塑料、塑料；紙、塑料、鋁箔；塑料、鋁箔，顯然，只有塑料、塑料結(jié)構(gòu)的制成品具有透明的特性。GB/T 10004在其適用范圍中，明確了該標(biāo)準(zhǔn)適用于塑料、塑料結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合膜制成品，具有透明的特質(zhì)。

(2)阻隔性差異。MIL-PRF-22191F對(duì)阻隔性能指標(biāo)透濕率的規(guī)定較為嚴(yán)格。規(guī)定在室溫柔折、70 ℃條件下老化12 d柔折、低溫柔折后，3種狀態(tài)下的透濕率指標(biāo)分別是不大于0.31、0.31、0.46 g/m2·24 h。同時(shí)，對(duì)阻隔材料制成品儲(chǔ)存穩(wěn)定性做了規(guī)定，要求儲(chǔ)存一年后進(jìn)行測(cè)試，室溫柔折、70 ℃條件下老化12 d柔折后，透濕率指標(biāo)均不得大于0.31 g/m2·24 h。GB/T 21303對(duì)透濕率規(guī)定了4級(jí)，其中最高級(jí)別指標(biāo)為不大于1 g/m2·24 h。GB/T 10004規(guī)定的指標(biāo)為不大于5.8、15 g/m2·24 h。

(3)透明度差異。MIL-PRF-22191F對(duì)阻隔材料透明度有明確規(guī)定。要求能夠識(shí)別阻隔材料背面75 mm(3 inches) 處的文字。其他兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有具體規(guī)定。

(3)其他。除了上述幾項(xiàng)指標(biāo)之外，MIL-PRF-22191F還規(guī)定了熱封強(qiáng)度、抗穿刺、抗粘連、抗卷曲、接觸腐蝕、耐油性、標(biāo)簽?zāi)退缘戎笜?biāo)。其中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3種阻隔材料的抗穿刺指標(biāo)分別為45、36、27 N，高于GB/T 21303、GB/T 10004相應(yīng)規(guī)定。MIL-PRF-22191F對(duì)拉斷力、直角撕裂、斷裂伸長(zhǎng)率、剝離力、抗擺錘沖擊沒(méi)有具體規(guī)定。

3.3 對(duì)比分析

(1)MIL-PRF-22191F是一項(xiàng)性能規(guī)范(performance specification)，其主要特點(diǎn)在于，只規(guī)定透明阻隔材料的具體性能及相關(guān)指標(biāo)要求，不明確具體的結(jié)構(gòu)和加工工藝。給相關(guān)產(chǎn)品承制方在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)上很大的自由度。無(wú)論承制方采用一層還是多層結(jié)構(gòu)，無(wú)論采用什么樣的加工工藝，只要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行測(cè)試，其各項(xiàng)性能及指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，即為合格產(chǎn)品。承制方可以按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，自主研發(fā)多種結(jié)構(gòu)的系列產(chǎn)品，以滿足不同客戶對(duì)不同產(chǎn)品的包裝要求。

(2)從各項(xiàng)具體指標(biāo)看，MIL-PRF-22191F的要求均高于其他兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。尤其是阻隔性指標(biāo)透濕率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高水平，對(duì)于延長(zhǎng)包裝產(chǎn)品的保質(zhì)期或儲(chǔ)存期具有重要作用。

4 結(jié)論與建議

從筆者長(zhǎng)期跟蹤研究包裝領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外相關(guān)阻隔材料標(biāo)準(zhǔn)情況看，美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-22191F代表了當(dāng)今包裝領(lǐng)域透明阻隔膜的先進(jìn)水平，事實(shí)上已經(jīng)成為國(guó)外包裝材料公司開(kāi)發(fā)高性能包裝用阻隔材料的重要依據(jù)之一。

軍用物資器材使用環(huán)境特殊，儲(chǔ)存環(huán)境條件一般，流通周期較民用產(chǎn)品長(zhǎng)很多，對(duì)物資器材的防護(hù)包裝要求更高、更嚴(yán)格。要求包裝材料應(yīng)能對(duì)暴露在極端氣候環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、運(yùn)輸環(huán)境和地理環(huán)境條件下的軍用產(chǎn)品提供可靠保護(hù)，確保其質(zhì)量完好、技術(shù)狀態(tài)不下降。長(zhǎng)期以來(lái)由于缺乏高性能阻隔材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的支撐，我軍物資器材防護(hù)包裝水平處于較為落后的狀態(tài)，現(xiàn)有包裝材料防護(hù)期短，防護(hù)效果差，物資器材質(zhì)量性能難以保證，損失浪費(fèi)嚴(yán)重。

目前，國(guó)內(nèi)包裝用阻隔材料標(biāo)準(zhǔn)整體水平較國(guó)際先進(jìn)水平有一定差距，難以滿足特殊行業(yè)對(duì)包裝材料的需求。隨著我國(guó)化工技術(shù)水平的進(jìn)步，化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)具備了研發(fā)生產(chǎn)高質(zhì)量、高水平阻隔材料的能力。因此，借鑒國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)研究制定相關(guān)材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有可能性和現(xiàn)實(shí)可行性。同時(shí)，通過(guò)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施，可引導(dǎo)有實(shí)力的包裝企業(yè)開(kāi)發(fā)高性能阻隔材料產(chǎn)品，從而更好地滿足軍地雙方高端產(chǎn)品、有特別防護(hù)要求產(chǎn)品的包裝要求。