摘要：当前化妆品包装材料选择依赖经验性筛选（引用《中国化妆品行业发展报告2023》数据：67%企业仍采用试错法），导致开发周期长（平均4-6 个月）、成本高（单个材料测试费用超2 万元）。本研究建立材料性能、表面性能、结构性能多维度评价体系，解决PP/ABS/PBT 快速优选的技术难题。作者对眼线液笔的包装材料进行研究，好的质量不单纯美观外壳，关键在于内部的储液与控液系统，它决定了产品的出液是否流畅细腻、上色是否均匀稳定、妆效是否持久不晕染。为了从市面上五花八门的塑料材料中快速锁定最优选择，单一评价方式不能全面评估材料性能，建立“五维体检法”：成分剖析、性格测试、抗压抗变形测试、耐候试验、工业CT 透视方法对聚丙烯（PP）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材质的眼线液笔进行测试，多维度综合量化材料特性，研究得出ABS 材质眼线液笔具有稳定的性格（兼容稳定性好）、强健的体魄（结构牢固）、出色的耐候性能（温度变化不变形）等，为ABS 材质在化妆品眼线笔包材领域中的应用开发提供理论基础和数据验证。

前言

眼线液笔作为一种精密液态眼线工具，其笔状设计结合精细刷头或海绵头，能够快速勾勒出清晰的眼线效果。这种化妆工具的包材系统是一个复杂的工程组件，主要由1.盖 2.弹簧3.内套 4.笔头5.刷套 6.引水芯7.刷套座 8.储液和控液系统9.钢柱10.底 11.塞等功能组件构成（图1）。经过市场调研发现，这些包材组件主要采用合成塑料制造，包括聚丙烯（PP）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氨酯（PU）等[1]。这些高分子材料的选择直接影响到产品的使用性能和产品稳定性。

塑料材料的性能参数对包材选材具有决定性影响。田萍[2]在医疗器械领域的研究表明，材料的生物相容性和耐化学性是需要优先考虑的指标；谭补辉[3]在食品包装领域强调了材料阻隔性能的重要性；而黄海[4]在电子产品外壳的应用中则重点关注材料的尺寸稳定性和机械强度。这些研究成果为化妆品包材的选材提供了重要的理论依据和实践指导。

在众多工程塑料中，ABS 树脂因其优异的综合性能而备受青睐。它不仅具有成本优势（市场价格比 PC 低约 ），还表现出良好的耐溶剂性（可耐受pH 2-12 的化学环境）[5]。此外，ABS 的尺寸稳定性（线性膨胀系数为 ）和成熟的注塑工艺（成型收缩率 ）[6]，使其成为化妆品包材的首选材料之一。然而，对于眼线液笔这种精密工具而言，常规ABS 材料在长期接触有机溶剂时的性能变化仍需深入研究。

本文针对PP，ABS，PBT 三种类型材质的产品，基于化学结构分析，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定材料分子结构，确保原材料符合化妆品接触材料的安全标准；表面性能测试，通过接触角测量分析材料的润湿特性，预测其与眼线液的相容性；力学性能表征，包括拉伸强度、弯曲模量和冲击强度测试，模拟实际使用中的机械载荷；热性能评估，测定线性膨胀系数（CLTE）和热变形温度（HDT），评估温度变化下的尺寸稳定性；环境可靠性测试，设计高低温循环（-20°C 至 50°C）、湿热老化（40°C/75%RH）等加速试验；微观结构分析：运用工业CT 无损检测，观察材料内部结构缺陷和组装配合情况等。通过系统的材料表征技术，分析出最适合眼线液笔的储液与控液系统组件应用的材料。

1. 实验部分

1.1 主要仪器和材料

仪器：红外光谱仪（Thermofisher iS50）、接触角测试仪（Biolin Scientific TF300-PLUS）、万能试验机（Zwick/Roell Z020）、热机械分析仪（Netzsch TMA 402F3）、高低温交变试验箱（东京理化 PR-4S）、工业 CT（Nikon XTH225）

材料：PP 材料（李长荣化学工业股份有限公司PT-231）、ABS 材料（镇江奇美化工有限公司PA-757K）、PBT材料（南通星辰合成材料有限公司1221FC）

1.2 实验方法

1.2.1 FTIR 测试

红外光谱仪是一种基于物质对红外光吸收特性的分析仪器，通过检测分子振动与转动引起的特征吸收峰，揭示物质组成及结构信息。

对于塑料材料而言，通常选用全反射模式测试，仪器的波数范围选择 ，将塑料材料压制成较为平坦的片状。扫描环境背景，将测试样品置于全反射附件后，压力塔压紧，开启测试，得到材料的红外光谱图，通常将谱图的纵坐标调整为透过率。根据所测试到的特征峰的峰位，判定官能团，鉴定材质类型。

1.2.2 接触角

接触角仪是用于测量液体在固体表面形成的接触角的精密仪器，通过量化润湿性、表面能等参数，服务于材料科学、界面化学、涂层开发及生物医学等领域。接触角原理是在水平固体表面放置液滴，通过光学系统测量固-液-气三相接触点处的切线夹角（图2）。

接触角测试选取座滴法，将样品表面擦拭清洁并晾干备用，设备水平校准后，将实验室（超纯水18.2 MΩ·cm）预先排空和上吸滴液管，滴液体积5 μl，注射速率 ，针头距离材料平面垂直距离2mm；触发滴液时，手动匀速按压滴落装置，滴液沉积后，高速相机会立即开始拍摄，每秒 10 帧，连续采集 8s 图像，拍摄结束后切入单元分析，自动计算接触角均值。接触角越大，材料的润湿性越低，被测样品疏水性能就越好。

1.2.3 力学测试

万能试验机是一种多功能材料力学性能测试设备，通过施加拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种载荷，定量分析材料的强度、韧性、弹性等关键性能指标。

按国标 GB/T 1040.1 和 GB/T 1040.2 将材料注塑成 1A 型拉伸样条，在恒温恒湿环境（23±2℃， ）中调节至少 16h。设置仪器参数，夹具间距 115mm，引伸计夹具间距 75mm，横梁位移速率 1mm/min，测试拉伸模量。

1.2.4 线性膨胀系数测试

热机械分析仪（TMA）是一种通过程序控温与力学加载相结合的高精度仪器，用于测量材料在温度变化下的尺寸变化、热膨胀系数、玻璃化转变温度（Tg）及应力松弛等关键参数，广泛应用于高分子材料、金属陶瓷、电子封装及生物材料等领域。

制备样品按国标 GB/T 1040.1 和 GB/T 1040.2 将材料注塑成 1A 型拉伸样条，将样条的中间部分切割成10＼*10mm 左右的方块。设置仪器参数：温度范围（-50℃）＼～50℃，力值50mN，升降温速率 ，测试线性

膨胀系数。

1.2.5 高低温交变测试

高低温交变测试，通过高低温度交变冲击 揭示材料的潜在缺陷，是化妆品包装、电子元件等产品可靠性验证的重要手段。

材料的高低温交变处理在气候试验箱中进行，初始温度为室温 25℃；保持 24H。温度先以 的升温速率从室温升至高温45℃;保持24H，再以1.6℃/min的降温速率降至低温点-18℃；保持24H，随后再以相同升温速率升至高温点 25℃；保持 24H，作为一次高低温循环，单次交变累计时长为96H。重复此循环2 次，评估交变温度对材料是否有不良影响，包含外观、功能、结构等，通过多维度检测综合评估失效风险。

1.2.6 CT 测试

工业计算机断层扫描（Industrial Computed Tomography， ICT）应用于工业中的成像技术。其基本原理是依据辐射装置发射的 X 射线在被检测物体中的减弱和吸收特性。通过多角度投影数据重建物体内部结构，然后用计算机信息处理和图像重建技术，以图像形式显示出来。在化妆品包材眼线液笔的质量控制中，工业CT 可提供微米级分辨率的结构可视化与量化分析。

工业CT 设备的基本工作流程：预热后完成设备空载扫描校准，运动轴校准；扫描参数设置：电压155 kV、电流 、功率40w、曝光时间设定500 ms、拍摄张数：2500 张（360°旋转，确保高信比）；在温度23±2℃，湿度不大于60 %的环境中材料装夹固定（避免重影），用X 射线进行旋转连续扫描，探测器同步接收射线成像，通过FDK 算法快速图像重建，转换为三维体数据，分析产品内部结构、结构尺寸、流动路径等。

2 结果与讨论

2.1 FTIR 分析

2.1.1 PP 材料的 FTIR 分析

PP 材料红外光谱图显示，PP 材料的特征吸收峰主要来源于脂肪烃类官能团的振动，主要为CH， ， ，C-C 等官能团，图 3 中波数 2950-2850 cm 1处的 C-H 伸缩振动（CH？、CH？），波数 1470-1450 cm 1处的 CH弯曲振动，波数 1375 cm？ 1附近的 CH？对称弯曲振动，波数 1160-1150 cm？ 1区域的 C-C 骨架振动。故选用2950、1454、1376 cm 1作为 PP 的特征吸收峰。

2.1.2 ABS 材料的 FTIR 分析

ABS 材料主要由丙烯腈（Acrylonitrile， A）、丁二烯（Butadiene， B）和苯乙烯（Styrene， S）共聚而成，其红外光谱（FTIR）中的特征官能团主要为CH，C≡N，苯环，C=C 等，图4 中对应波数分别为：波数2950-2850 cm？ 1处的 C-H 伸缩振动（CH？、CH？），波数 1470-1450 cm 1处的 CH？弯曲振动，波数 2230-2260 cm 1处的 C≡N伸缩振动（腈基）具有强吸收峰，波数1640-1660 cm？ 1处的C=C 伸缩振动（脂肪族烯烃）强度中等，苯环的特征吸收峰主要来自其苯乙烯（Styrene， S），其波数 1600、1580、760、700 cm？ 1处的苯环 C=C 骨架振动，进行苯环共轭双键的骨架振动。故选用2920、1600、1452、760cm？ 1附近作为ABS 的特征吸收峰。

2.1.3 PBT 材料的 FTIR 分析

PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）的红外光谱（FTIR）中，苯环的特征吸收峰主要来自其CH，苯环，酯基等官能团。图 5 中对应波数分别为：波数 2950-2850 cm 1处的 C-H 伸缩振动（CH），波数 1710-1730 cm 1处的酯基 C=O 伸缩振动，波数 1575 cm 1、 1处的苯环 骨架振动，波数 1090-1100cm 1处的脂肪族 C-O-C伸缩振动，波数 850-875cm 1处的对二取代苯 C-H 面外弯曲振动，故选用 2960、1711、1505、873cm 1作为 PBT的特征吸收峰。

2.2 接触角分析

作者将PP、ABS、PBT 材料进行接触角CA 测量（图）， PP 材料接触角平均值为 ，ABS 材料接触角平均值为 ，PBT 材料接触角平均值为 ，CA 结果显示：ABS 材料 材料 PBT 材料，ABS 材料相对PP 材料、PBT 材料的疏水性较好。PP、ABS、PBT 材料接触角数据见表1。

2.3 力学分析

通过万能试验机对拉伸样条进行拉伸模量测试，数值越高，表示材料的刚性越好，受力不易变形。 PP、ABS、PBT 三种材料的拉伸模量结果详见表 拉伸模量结果显示：PBT 材料 ABS 材料＞PP 材料，PBT 材料相对PP 材料、ABS 材料的刚性较好。

2.4 线性膨胀系数分析

通过热机械分析仪对拉伸样条进行线性膨胀系数测试，线性膨胀系数数据越小，表示材料的尺寸稳定性越好，冷热冲击后尺寸不易发生变化。PP、ABS、PBT 三种材料的线性膨胀系数结果详见表 线性膨胀系数结果显示：PP 材料＞PBT 材料 ABS 材料，ABS 材料相对PP 材料、PBT 材料的尺寸稳定性较好，冷热冲击后尺寸不易发生变化。

2.5 高低温交变测试分析

将PP、ABS、PBT 三种材料注塑成型为包装容器，待充分冷却后，将容器在高低温交变气候试验箱中进行，高低温循环3 次后，在标准光源下检查产品外观、气味、气密性的结果详见表4。

2.6 工业 CT 测试分析

2.6.1 三维图像重建

对工业CT 进行系统几何校准，包括X 射线（焦点位置）、旋转台中心轴和探测器的对中校准，确保样品旋转时不会偏离扫描视野。随后，执行空白扫描（Blank Scan）以采集本底噪声数据，用于后续扫描图像校正。在样品开始检测之前，对PP（聚丙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）和PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）材料进行恒温恒湿（21±1）℃；（55±5）%RH 的预处理，以确保扫描数据的准确性。重建后的三维数据可导入专业分析软件VG Studio MAX 进行内部结构分析。

2.6.2 储液与控液系统充盈状态

将重构的数据模型导入VG Studio MAX3.0，通过表面定义、滤波降噪，调整灰度值，可以清晰看出眼线液在组件中的充盈状态，正视图、俯视图不同维度均可以分析得出PP 材料充盈量为最多，储液系统为饱和状态（图6），ABS 材料充盈量最少，约占储液系统的1/3（图8）；PBT 材料组件充盈量为中等效果。

2.6.3 尺寸测量

按照测量方法对 PP、ABS、PBT 三种材料组件同坐标位置[X：6.064，Y：5.328，Z：0.000] 进行间隙测量，每个位置测量2 次，取均值为实测值，测量结果如表5 所示，测量的平均值进行对比， 计算绝对误差和相对误差，分析得出变形程度PP 材料＞PBT 材料 ABS 材料

2.6.4 内部缺陷特征提取

通过分析眼线液笔储液与控液系统内部结构，精准定位初泄漏位置（图 9），从储液管经引水芯，导流，途径刷套装渗透至笔盖，PP、ABS、PBT 三种材料，ABS、PBT 组件功能正常，PP 组件功能失效，漏液严重。

3 结论

眼线液笔储液与控液系统结构变形、尺寸缩水导致的干涉部件失效；气密功能缺失，造成产品渗液质量问题，直接影响产品质量形象和消费者使用体验。建立快速筛选方案，通过研究数据表明： PP 材料模量低、线性膨胀系数高，经过装配和冷热冲击后产品易变形，会造成漏液。PBT 材料疏水性较差，通过毛细作用沿材料表面间隙渗出而造成功能失效。ABS 材料模量高，线性膨胀系数低，水接触角大等，其在多项测试评估中表现较优的性能，本研究建立材料性能-表面性能-结构性能多参数评价体系，单次筛选成本从2.15 万元将至0.73 万元（参考测试委托服务报价单数据），降低了 ；实现开发选材周期从三个月缩短至两周，产品质量得到保证和提升、为产品高效开发和眼线液高质量精准选材，提供了检测量化依据。

参考文献

[1]刘丽，贡辉.眼线液笔包材对防腐剂的吸附研究[J].日用化学品科学，2022，45（05）：37-40.

[2]田萍.塑料性能与选材关系的探讨[J].太原科技，2008，（11）：27-28.

[3]谭补辉.浅析塑料产品选材方法[J].商品与质量，2012，（S8）：156.

[4]黄海，刘廷华.塑料物性数据库在塑料选材与模具设计中的应用及发展[5]郭建兵，严伟，秦舒浩，等.ABS 复合材料耐溶剂的研究[J].塑料，2008，37（05）：80-82.

[6] 曹勇飞， 宋月涛，李兆启， 等.透明 ABS 热塑性塑料的工艺介绍和市场应用[J].橡塑技术与装备，2025，51（03）：1-4