航空货物供应链中防篡改胶带的安全性测试研究

张开宇，高伟铭，覃胜男，许泰德，郭锦鸿，罗嘉欣

（中国民航大学经济与管理学院，天津 300300）

经济全球化的今天，物流作为一种将物品从供给地转移到需求地的一种方式，在促进世界经济与社会发展中发挥着重要的作用。物流一般指的是现代物流，其主要包括加工、包装、运输、存储等活动，并且可以有效降低企业的物流成本，为消费者提供更好的服务。中国的物流行业出现和发展较晚，尤其航空物流起步更晚。随着中国经济的高速发展，物流业在航空领域也飞速发展，规模逐年扩大。据国家民航局公布的信息，2019 年民航业完成货邮周转量263.20 亿t·km，2015—2019 年民航邮货吞吐量稳步增长[1]。航空货物运输的增加，意味着货物运输的安全性也要提高。

王晓红[2]的研究指出，材料防伪技术一般有防伪纸张、防伪薄膜、防伪胶带、防伪材料、防伪金箔以及纹理防伪材料等。其中防伪胶带（防篡改胶带TET）是航空货物分装、散装、托盘配置中最常见、应用最广泛的一种航空货物安全防护措施。然而大多数防篡改胶带在货物运输的过程中容易受到人为或者非人为的损坏，导致额外的费用增加，使得物流成本上升。因此，本文通过对防篡改胶带的安全性进行测试研究，以期保障航空货物供应链中的货物安全，对提高中国航空物流的安全性有着重要的作用。

1 防篡改胶带简介

1.1 防伪原理

将防篡改胶带以合适的方式贴合到应试材料表面。若将胶带剥离应试材料表面，防篡改胶带就会在材料表面留下可辨识的防伪字迹，且无法贴回原处，从而达到防伪、防盗、防篡改、防抵赖的目的。在专利CN208500858U 中介绍了一种防篡改胶带，如图1所示。

图1 防篡改胶带结构图

这种防篡改胶带包括可相互剥离的揭离层和粘接层。揭离层是由离型层、透明哑光膜和油墨离型层从上到下依次复合而成；粘接层是由油墨印刷层和胶粘接层剂复合而成；油墨离型层处于透明哑光膜的中部，油墨印刷层覆盖在油墨离型层与透明哑光膜复合为一体；在油墨离型层上印刷有防伪文字或者防伪图案[3]。该防篡改胶带通过胶粘接层剂粘贴在箱子或者包裹上。如果把胶带揭开，会把揭离层和粘接层相互剥离开来，透明哑光膜与油墨离型层分离。在防篡改胶带揭开前，透过透明哑光膜只能看见油墨离型层的油墨颜色，而揭开之后，会在应试材料表面留下防伪文字或者防伪图案。如果想要再次粘贴复位，会由于揭离层和粘接层之间出现了空气层，使得光线发生反射以及散射，油墨离型层上印刷的防伪文字或者防伪图案（一般为ⅤOIDOPENED）得以显现，从而可以得知物品是否被拆封或者盗取。

1.2 物理性质

上述专利的防篡改胶带的粘接层由聚氨酯或者丙烯酸作粘接剂，由聚醚树脂结构作透明哑光膜，由聚乙烯醇、硅油、光油或者硬脂酸等来作为离型层。这些材料制成的防篡改胶带具有表1 所示的物理性质。

表1 防篡改胶带的物理性质

1.3 残留率

防篡改胶带的残留率是指当胶带剥离应试材料表面留下的防伪字迹或者防伪图案的面积占总贴合胶带面积的比例。胶带的残留率是评价防篡改胶带效果好坏的重要影响因素，如果防篡改胶带的残留率较高，说明防篡改胶带防伪效果较好。探究不同物理条件因素影响下的防篡改胶带的残留率，不仅可以得知防篡改胶带的防伪效果，还可以得知某一物品是否受到自然或者非自然因素的损坏，从而找出防篡改胶带发挥作用的最佳物理条件。

2 防篡改胶带残留率的影响因素

2.1 自然因素

2.1.1 环境温度

防篡改胶带的黏性主要是由胶粘剂产生，其是一种半流体，内部存在着布朗运动。当环境温度升高时，分子间作用力减小，布朗运动会加强，胶粘剂对应试板的渗透能力增强，同时应试板表面的分子活性也会因为温度升高而加强，与胶粘剂分子结合性也会增加，因此黏性就会较高，胶带的残留率升高；但是如果温度太高，胶粘剂分子太活跃，分子之间的作用力就会大大降低，分子容易失去与其他分子的作用力，就会使得黏性下降，从而降低胶带的残留率[4]。

当环境温度降低时，胶粘剂分子的布朗运动会减弱，活性降低，同时应试板表面的分子活性也会降低与胶黏剂分子的结合，两者之间的作用力下降，胶粘剂的黏性降低，从而使得胶带的残留率下降。当温度降到胶粘剂的玻璃化温度时，胶带将失去黏性，这也是许多不法分子对胶带进行篡改的手段之一。

2.1.2 环境湿度

一般的胶带所使用的环境相对湿度为55%～80%。当空气中的相对湿度大于80%时，空气和应试板表面会有少量水分，水分的存在阻挡了部分胶粘剂的黏性，从而降低防篡改胶带的残留率。当空气中的相对湿度太低时，胶粘剂在应试板上的渗透能力减弱。湿度降低时，空气中粉尘的浓度会上升，黏附在应试板的表面，从而影响胶带的黏性，使得胶带的残留面积下降。

2.2 非自然因素

非自然因素对残留率的影响主要来自与于人在剥离胶带时所采用的拉力方向和应试板的物理性质，以及非法分子对胶带的篡改。因此实验采用拉力器对防篡改胶带进行拉力测试，应用控制变量法从摩擦系数、剥离角度、是否由溶液处理和二次粘贴4 个方面在应试板（纸板和塑料板）上进行胶带剥离实验。每组实验都采用定长恒力进行实验，确保实验的准确性。将实验结果拍照，由计算机处理成二值化（黑白）图片，通过残留胶带所占的像素与整个图片的像素比例来计算胶带的残留率[5]。

2.2.1 应试板的摩擦系数

由于塑料板的摩擦系数可以在保证使用同类型材料的情况下，用打磨的方式来进行改变。而纸板打磨之后就会被破坏，并且打磨后表面有碎渣残留，撕开胶带时会把纸板表面也撕开，无法测量残留率。因此，在进行应试板的摩擦系数实验时，只测量了不同摩擦系数下塑料板的防篡改胶带的残留率。

实验测量了区间为[0.2，0.55]，间距为0.05 的摩擦系数下塑料板的防篡改胶带的残留率，利用软件绘制了如图2 所示的散点图以及拟合的趋势线。

图2 不同摩擦系数下的防篡改胶带的残留率

图2 的横坐标是应试板的摩擦系数，纵坐标是胶带的残留率。从实验数据可以得出胶带的残留率与应试板的摩擦系数呈现正相关的趋势，当摩擦系数增大时防篡改胶带的残留率也会上升。将上述散点图用一次函数进行拟合，如表2、表3 所示。

表2 不同摩擦系数下的胶带残留率拟合效果-方差分析

表3 不同摩擦系数下的胶带残留率拟合效果-系数

根据表2、表3 可得该散点图的拟合函数为P=11.695+54.746U，P为胶带的残留率，U为应试板的摩擦系数，其可决系数为0.533，拟合效果一般。参数和常数项的t检验均在99%的水平上显著，且函数的整体F检验合格，在99%的水平上显著。实验测得，若胶带的残留物完全残留在应试板上，其残留率为51.100%左右。通过拟合函数计算可得，若想要胶带完全残留在应试板表面，应试板的摩擦系数应为0.72 左右。

2.2.2 胶带剥离的角度

该实验测量了纸板和塑料板2 种材料在不同剥离角度下，防篡改胶带的残留率。测度的角度为[0°，75°]，间距为15°，通过软件绘制了不同剥离角度的残留率的散点图，如图3、图4 所示。

图3 塑料在不同角度剥离的防篡改胶带的残留率

图4 纸板在不同角度剥离的防篡改胶带的残留率

图3、图4 中，去除了数据中的异常值，散点图的横坐标是胶带的剥离角度，纵坐标是胶带的残留率，图3 是胶带在塑料板上的残留率，图4 是胶带在纸板上的残留率。通过实验数据散点图拟合的趋势线可知，胶带的残留率随着剥离时胶带拉扯角度的增加先上升后下降。将上述的散点图用二次函数进行拟合，如表4～表7 所示。

从表4、表5 可得，塑料板不同角度残留率的拟合函数为P=19.644 8－0.007 8ANG2+0.596 8ANG，P为胶带残留率，ANG为剥离的拉力角度，可决系数为0.502 9，拟合效果一般，各参数的t检验均在99%的水平上显著，拟合函数整体F检验合格，在99%的水平上显著。

表4 塑料板在不同的剥离角度下胶带残留率拟合效果-方差分析

表5 塑料板在不同的剥离角度下胶带残留率拟合效果-系数

从表6、表7 可得，纸板不同角度的残留率的拟合函数为P=20.911－0.005 0ANG2+0.533 2ANG，P为胶带的残留率，ANG为剥离的拉力角度，可决系数为0.453 1，拟合效果一般。各参数的t检验均在99%的水平上显著，拟合函数的整体F检验合格，在99%的水平上显著。从函数形式和趋势线可知，随着剥离角度的不断增大，胶带的残留率会有一个峰值，经计算可知，塑料板的峰值是38.27°，纸板的峰值是53.32°。实验数据表明，用不同方向的力来剥离胶带，其残留率的峰值在区间[35°，55°]之间。

表6 纸板在不同的剥离角度下胶带残留率拟合效果-方差分析

表7 纸板在不同的剥离角度下胶带残留率拟合效果-系数

2.2.3 溶液的处理

该实验测量了应试板在经过乙醇或者石油醚溶液处理之后，防篡改胶带的残留率。测度的溶液体积分数区间为[35%，95%]，间距为15%，利用软件绘制了如图5、图6 的散点图和趋势线。

图5 不同体积分数的乙醇溶液处理后的防篡改胶带的残留率

图6 不同体积分数的石油醚溶液处理后的防篡改胶带的残留率

图5 是乙醇溶液处理的防篡改胶带的残留率，图6是石油醚溶液处理的防篡改胶带的残留率，横坐标轴是溶液的体积分数，纵坐标轴是胶带在应试板上的残留率。其中乙醇溶液是由水和乙醇组成，由于石油醚不溶于水，因此采用无水乙醇来溶解石油醚。由点图大致可知，用不同浓度的乙醇对应试板处理后，实验数据拟合的函数近似于一条平行于横轴的直线，因此胶带的残留率与乙醇溶液的浓度并未有直接的关系；由于乙醇对胶带未有直接的影响，因而采用乙醇来当石油醚的溶剂，其实验数据会真实反应胶带残留率与石油醚溶液浓度的关系。从散点图以及拟合函数可知，随着石油醚浓度的增大，胶带的残留率先下降后上升。

将上述图6 中的石油醚浓度对胶带残留率用二次函数进行拟合，可如表8、表9 所示。

表8 不同浓度的石油醚对胶带残留率拟合效果-方差分析

表9 不同浓度的石油醚对胶带残留率拟合效果-系数

从表8、表9 中可得，不同石油醚浓度对胶带的拟合函数为P=74.282+101.488 9ND2－134.670ND，P为胶带残留率，ND为溶液的浓度，可决系数为0.452 2，拟合效果一般，各参数的t检验均在99%的水平上显著，拟合函数整体F检验合格，在99%的水平上显著。从散点图和拟合函数可知，如果胶带经过了石油醚溶液的处理，其胶带的残留率会降低，并且呈现随着浓度的增大产生先下降后上升的趋势。

2.2.4 二次粘贴

该实验测度了二次粘贴对防篡改胶带残留率的影响，如图7 所示。

图7 中圆点折线是第一次粘贴的残留率，方点折线是二次粘贴后剥离的胶带残留率，实折线是两次剥离胶带残留率之差。从图7 可得，第一次剥离的胶带残留率通常比第二次残留率要高，并且差值在5%～18%之间。实际运输中，如果在同种材质的应试板以恒力恒定角度剥离胶带，残留率前后之差有明显区别，则有理由认为该防篡改胶带经过二次粘贴。实验结果表明，一般经过二次粘贴的胶带，在其未揭开时其表面会略微显现防篡改胶带的防伪印记。通过实验图片观测可知，一般经过二次粘贴之后，其残留痕迹和第一次剥离的残留痕迹有明显区别，边缘呈现碎片化，如图8 所示。实际运输过程中，如果剥离之后胶带的残留痕迹呈现碎片化，则有理由认定该胶带经过二次粘贴，实验现场图如图9 所示。

图7 二次粘贴对防篡改胶带残留率的影响

图8 二次粘贴呈现碎片化的防篡改胶带

图9 现场实验图

3 结论及建议

防篡改胶带是一种能够辨识物品在物流过程中是否受到自然或者非自然因素侵害的有效手段。上述的实验结果以及分析可得出，在实际生产生活中，防篡改胶带的粘贴应当尽量处于摩擦系数较大的物品上，确保胶带残留物可以完全残留在材料表面；在进行剥离时，尽可能采用45°左右的角度剥离胶带。在运输过程中，应当保持与地面相似的温度、湿度及大气压等，这些条件在飞机货舱一般都能实现。

对于防篡改胶带的防篡改检验，如果不法分子用一些特殊溶液处理之后打开包装，一般会使得胶带的残留率下降；如果发现某些物品上的胶带残留率比同样材料的残留率低，可以认为其经过了某些处理，并且通过一些技术手段可以得出其经过了何种处理；如果胶带的残留碎片化以及残留率较低，可以认为胶带经过了二次粘贴等处理；一些不法分子还会采取低温、高温等技术手段对防篡改胶带进行处理从而盗取物品，因此可以采用热敏材料，低温显色材料来对胶带进行处理，以判断货物是否被打开。防篡改胶带还有很多的性质可以去研究，例如胶带的拉伸性、温度和湿度的变化对胶带残留率的影响以及胶带在何种情况下防伪性能最好等，防篡改胶带的研究对航空物流乃至整个物流行业的安全性有着重要的影响。