矽膠餐具的耐溫範圍與高溫變形測試方法

上個月處理一個連鎖咖啡店的客訴案件時,遇到了一個典型的矽膠餐具品質問題。這家咖啡店採購了 2,000 個矽膠杯蓋,用於外帶咖啡服務。使用一個月後,店長發現部分杯蓋在裝入熱咖啡後會輕微變形,導致密封性下降,顧客投訴咖啡容易灑出。我們將樣品送回實驗室測試後發現,這批杯蓋使用的矽膠材質耐溫範圍僅為 -20°C 至 180°C,而熱咖啡的溫度通常在 85°C 至 95°C 之間,理論上不應該變形。進一步分析後發現,問題出在杯蓋的結構設計上:杯蓋邊緣較薄,在高溫下容易軟化,加上咖啡杯內部的蒸氣壓力,導致杯蓋逐漸變形。這個案例凸顯了矽膠餐具採購中的關鍵問題:耐溫範圍標示與實際使用性能之間的差距。作為產品測試工程師,我從技術角度解析矽膠材質特性、耐溫範圍標準與高溫變形測試方法。

矽膠餐具的耐溫範圍是採購決策的核心指標。食品級矽膠(通常為鉑金硫化矽膠或過氧化物硫化矽膠)的理論耐溫範圍為 -40°C 至 230°C,遠優於 PP(最高 120°C)與 PLA(最高 60°C)等材質。然而,「耐溫範圍」與「不變形溫度」是兩個不同的概念。耐溫範圍指的是材料在該溫度下不會發生化學分解或釋放有害物質,而不變形溫度則是指材料在該溫度下能維持原有形狀與機械性能。對於矽膠餐具來說,即使耐溫範圍達到 230°C,若產品結構設計不佳或矽膠硬度不足,仍可能在 100°C 左右就開始軟化變形。企業在採購矽膠餐具時,不能只看耐溫範圍標示,還需要了解產品的實際使用溫度與結構強度。

矽膠硬度是影響高溫變形的關鍵因素。矽膠硬度通常以邵氏硬度(Shore A)表示,數值範圍從 10A(非常軟)到 80A(較硬)。一般食品級矽膠餐具的硬度在 40A 至 60A 之間,這個硬度範圍能提供良好的柔軟度與耐用性。然而,硬度越低的矽膠,在高溫下越容易軟化變形。以矽膠杯蓋為例,若硬度低於 45A,在 90°C 的熱飲中可能會出現輕微變形。若硬度高於 60A,雖然耐高溫性能較好,但柔軟度下降,使用者在開合杯蓋時可能會感到較硬,影響使用體驗。企業在採購矽膠餐具時,應該根據使用場景選擇適當的硬度:若用於高溫食品(例如熱湯、熱飲),建議選擇 50A 至 60A 的矽膠;若用於常溫或低溫食品(例如沙拉、冷飲),可以選擇 40A 至 50A 的矽膠,提供更好的柔軟度。

高溫變形測試是評估矽膠餐具品質的重要方法。國際標準 ASTM D638 提供了塑膠材料拉伸性能的測試方法,但這個標準主要針對常溫環境,並未涵蓋高溫下的變形行為。對於矽膠餐具,更實用的測試方法是「熱變形溫度測試」(Heat Deflection Temperature, HDT)。這個測試會將矽膠樣品放置在特定溫度的烤箱中,施加一定的負載,觀察樣品在多長時間內會發生變形。根據測試結果,可以判斷矽膠餐具在實際使用中的耐高溫性能。以矽膠杯蓋為例,測試時會將杯蓋放置在 100°C 的烤箱中,施加相當於熱飲蒸氣壓力的負載(約 0.5 kg),觀察 30 分鐘內杯蓋是否會變形。若杯蓋在測試中保持原有形狀,表示產品具有良好的耐高溫性能。

結構設計對矽膠餐具的耐高溫性能有重大影響。即使使用高品質的食品級矽膠,若結構設計不當,仍可能在高溫下變形。以矽膠便當盒為例,若盒蓋邊緣過薄(厚度小於 2mm),在裝入熱食後,蒸氣壓力會導致盒蓋向上凸起,影響密封性。若盒蓋設計有加強筋或較厚的邊緣(厚度 3mm 以上),能有效抵抗蒸氣壓力,維持密封性。部分高階矽膠餐具會在關鍵部位使用雙層結構或內嵌金屬框架,進一步提升耐高溫性能與結構強度。企業在採購矽膠餐具時,應該仔細檢查產品的結構設計,特別是容易受力的部位(例如杯蓋邊緣、便當盒轉角),確認厚度與加強結構是否足夠。

食品安全性是矽膠餐具採購的另一個重要考量。食品級矽膠分為鉑金硫化矽膠與過氧化物硫化矽膠兩種。鉑金硫化矽膠的純度較高,不含有害物質,適合用於嬰兒用品與高溫食品接觸。過氧化物硫化矽膠的成本較低,但可能含有微量的過氧化物殘留,若未經過充分的後處理,可能會在高溫下釋放異味。企業在採購矽膠餐具時,應該要求供應商提供 FDA 或 LFGB 食品安全認證,確認產品符合食品接觸材料標準。此外,應該進行「氣味測試」:將矽膠餐具放入 100°C 的熱水中浸泡 30 分鐘,若有明顯異味,表示矽膠品質不佳或後處理不完全,不建議採購。

成本與耐用度的平衡是採購決策的關鍵。高品質的鉑金硫化矽膠餐具,每套成本約為港幣 30 至 50 元,比過氧化物硫化矽膠餐具(每套約港幣 15 至 25 元)高出 50% 至 100%。然而,鉑金硫化矽膠的耐用度更高,可以重複使用 500 次以上,而過氧化物硫化矽膠在經過 200 次高溫清洗後,可能會出現變色、變硬或龜裂等問題。以一家連鎖咖啡店為例,若每天使用 100 個矽膠杯蓋,採用鉑金硫化矽膠杯蓋的初期投資約為港幣 4,000 元,但可以使用 5 年以上。若採用過氧化物硫化矽膠杯蓋,初期投資約為港幣 2,000 元,但每 2 年需要更換一次,5 年總成本約為港幣 5,000 元。長期來看,選擇高品質矽膠餐具反而更划算。

企業驗收矽膠餐具時,應該建立明確的測試標準。首先,要求供應商提供矽膠材質的硬度報告(Shore A),確認硬度符合使用需求。其次,要求提供耐溫範圍測試報告,確認產品在目標使用溫度下不會發生化學分解。第三,進行高溫變形測試:將餐具放入 100°C 的烤箱中,施加模擬使用負載,觀察 30 分鐘內是否會變形。第四,進行氣味測試:將餐具放入 100°C 的熱水中浸泡 30 分鐘,確認無異味。第五,要求提供 FDA 或 LFGB 食品安全認證,確認產品符合食品接觸材料標準。最後,建議進行小批量試用,在實際使用環境中測試耐高溫性能與耐用度,確認產品符合預期後再進行大批量採購。

矽膠餐具的採購不僅是材質選擇,更是對產品設計與品質控制的全面評估。選擇高品質的食品級矽膠,並確保產品結構設計合理,能有效避免高溫變形問題,提升使用者體驗。若您正在規劃矽膠餐具採購專案,建議優先考慮鉑金硫化矽膠產品,並要求供應商提供完整的測試報告與食品安全認證。我們能根據您的使用場景與預算,提供客製化的矽膠餐具採購方案與品質保障服務,歡迎透過 WhatsApp 與我們聯絡。

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