瓶子,瓶胚,瓶盖设计

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1、第一章 PET 饮料瓶1.1. 选材1. 顶部载荷2. 内部压力1) 直径变大，影响贴标；2) 高度变高，影响销售时上架；3) 底部突出，出现摇晃；4) 为了防止灌装时CQ逸出，在灌装之前，要有46bar的预 压；5) 有内部压力的瓶子在破坏实验时，要求测试底部不破；6) 热灌装相反，要有加强筋防止瓶子收缩。3. 操作稳定性4. 应力破裂当瓶子暴露在碱液中， 瓶子底部容易产生应力破裂， 尤其对于碳 酸饮料而言，瓶子在清洗时，或在用碱性润滑剂润滑的皮带中运输时， 会接触到碱性溶液。但瓶子的应力破裂特性与瓶胚/底部形状设计以及拉伸参数有关。5. 阻气性1) 碳酸饮料/泡沫矿物质水/啤酒等，为了防止

2、CO2逸出；2) 果汁饮料/混合牛奶果汁饮料/啤酒等，为了防止O2进入;3) 食用油为了防止水进入；4) 因为小型瓶子的“面积体积”比较大，因此阻气性比大 瓶子差； 05) 紫外线会损坏乳制品和啤酒，因此这类瓶子需要上色，或 用防紫外线树脂制造。1.2. 瓶子设计1. 如果用风送道传送，持瓶环下部必须有一小段直段；2. 填料的方式肩部形状产生影响，比如说，用旋转式填料就必须保 证填料不能中断而且不能产生过量泡沫；3. 灌装后，瓶子在输送带上运送的过程中，必须保证有堵塞时，瓶 子不会翻倒；瓶子运输时的接触点应该在贴标的上方或下方；若 是用滚子传送，为了防止翻倒，应该设计成花瓣状瓶底，但花瓣 不能

3、太窄，角度也不能太陡；4. 瓶子的容量要达标，无菌灌装时应该尽量减少空气含量；5. 碳酸饮料瓶贴标处最薄。1.3. 模具设计1. 模具选型1) 薄型模具：适用于 0.1L2L ，柔性好，左右模具和底模具分开 冷却，由于强度原因，最大只能做到 2L；2) 整体式模具：直接在座子上加工成型，生产3L3.5L 瓶子；3) 小型模具：适用于 0.1L0.6L ，散热快，无需冷却；4) 热瓶模具：左右模具加热到 120C 140C，底模加热到80 C左 右，填充温度95C，有时候铝模镀层后可以解决瓶子粘铝模的 问题而代替钢模使用，但铝的受热膨胀性却是无法解决的。2. 合模线的位置虽然对于对衬的瓶子来说，

4、 合模线的位置无关紧要， 但是为了商 标或是内嵌式把手的需求，这却是一个重要环节。同时，合理的合模 线位置，可以减少甚至消除排气孔；3. 底模与左右模合模线的位置；4. 底模最大行程；5. PET攵缩率；6. 口模冷却 模具温度较低时，采用自然冷却，模具温度较高时，采用水冷。1.4. 瓶样测试1. 主要尺寸测量 主要尺寸包括：整体直径，总体高度，运输或包装时的接触点， 贴标直径。底部不能突出。先测空瓶，灌装完后再测量，室温下存放 24 小时后再测量。由 于国家地域性的不同，有一些瓶子还要做温度测试，在38 C环境中存放 24 小时后，再做测量。热瓶热灌装后测量，冷却后将水倒出， 再做测。2.

5、壁厚测量3. 容量测试4. 顶部载荷测试用柱塞进行测试， 当瓶子出现变形时，压力会逐渐减小，机器会 自动记录最大压力值。5. 内部压力测试瓶子装满水后，用7 bar的压力压12s,继续加压，直到破瓶。 不仅可以测出什么压力下瓶子损坏， 还可以测出瓶子的哪个位置破裂， 因为确定是两边破裂而不是底部破裂对瓶子来说很重要。热瓶则相反, 用真空泵抽取瓶内的空气直到其变形, 记录此时的 真空度。6. 应力破裂抗性样瓶充入碳酸饮料，使其内部压力达到 5.3bar，各样瓶放在不同 的碱液盘子上,评判的标准是,多少时间后,瓶子开始破裂或渗漏。 液面作标记,然后记录下一段时间后,液面下降的位置。如果 20min

6、 后,无瓶子失效,或 40min 后有 50%瓶子失效,则合格。7. 填充满斗率测试填充头是否合适填充,若是长管填充,则可以省略此步。8. 结晶度对于热瓶来说, 其结晶度是衡量其抵抗热应力的一个标准。 一般测其 密度，将测试PET放入由一系列不同密度组成的分层溶液中，根据 PET沉入的深度，测其密度。也可用专用仪器测量，但比较昂贵。9. 掉落测试将瓶样装满水后，放上瓶盖，从 2m 处做自由落体运动。通常是 在常温下进行，但有时也在 4C或6C进行。10. 阻气性A. 阻 O2 性 为了使溶液扩散比较快，瓶样装满水后较高温度存储，瓶内 放一个Sensor,感应到的信号就是氧气当量；B. 阻 CO

7、2 性 瓶样中充入纯CQ，放到一个测量室中测量 CQ漏出量。另一 种方法是充入碳酸饮料后，存储后测量 CQ的剩余量。11. 质量分布测量将瓶样分成底部 /贴标处 /瓶身/肩部等四部分,称其重量后与标准 瓶样进行对比第二章 PET瓶胚2.1 PET 特性及其制造1. 制瓶用PET有 100120个单体2. PET是由对苯二甲酸和乙二醇进行酯化，酯化过程会产生水，并 且是个可逆过程。3. 平均分子质量是与 IV 值呈线性关系；4. 结晶状态的 PET 密度比无定型状态高，室温下， PET 密度为 1.335g/cc，PET晶体密度为 1.455g/cc;5. IV值上升，结晶速率下降。2.2 吹瓶

8、时的特性1. NSR 点：在瓶胚拉伸的过程中，如果要继续拉伸就要继续增加拉 力的点，称为NSR点；2. IV越低，NSR值越高。因为低IV值的分子链比较短，因此，因此 相比高IV值，会更好拉伸；3. 吹瓶的三个阶段：1) 弹性形变阶段；2) 屈服阶段：在应力没有增加的情况下，材料屈服；3) 应变强化阶段：应力以指数增长，此时高压气作动，瓶子硬 化；4) 温度越高，IV值越低，增加共聚物含量，NSR值越高。2.3 PET 瓶胚制造1. PET干燥PET必须干燥至50ppm以下，50ppm的含水量可以使IV值降低 0.03到 0.04。干燥条件包括时间， 温度和气流量。 中间位置的干燥速度会比其

9、他位置慢 20%，因此，必须择中选取一个干燥时间。干燥时间确定之 后，就可以确定干燥温度。干燥温度最高 171 C ,否则会因氧化而发 黄。IV值如果太低，因为NSR值较大，因此所需的高压气越低，瓶 子特性就较差。2. 瓶胚注射1) 合模后形成空腔；2) 开始注塑，虽然此时注塑压力较低，但足以让型芯运动，这 样就容易产生壁厚不均。芯型直径 17mm 以下和导向套磨损 时，此现象比较明显；3) 熔料接触到模具冷却，会堵塞后面熔料的注射，因此瓶胚头 部壁厚应该尽量小；4) 更多的熔料进入模具，牙部要有 48 个排气孔，为了使熔料 有更好的流线，型芯应该沿轴向抛光；5) 熔料填满模具，进入保压过程，

10、熔料开始收缩，熔料继续保 持填充；6) 最后冷却阶段，此时瓶胚头部依然保持一定的热量，有可能 会发白。3. 一步法和二步法的瓶胚制造1) 一步法注射成型为了优化熔料流动， “头部壁厚胚身壁厚”应该尽可能小，因 为底部在吹瓶过程中几乎不参与拉伸， 底部太厚也会形成浪费。 但对 于CSD瓶来说，底部要相对厚点。一般选取 72%80%2) 二步法注射成型二步法中使用的瓶胚温度一致， 为了使内壁温度高于外壁， 应该 尽量提高灯管功率，加大抽风功率，并增加热平衡时间。3) 一步法过程一步法中瓶胚内壁温度最高， 因此一步法中瓶胚的平均温度比二 步法的高。 但是一步法中瓶胚头部温度比牙部温度高， 有两种解决

11、方 法：减少头部壁厚或增加牙部壁厚。如果胚壁较厚，可以较好地保持 热量，因此增加壁厚的方法相对较好；一步法的另一个限制是粘性发热。在热流道中，PET熔料靠边处 比中心剪切力大，因此产生的剪切热也大。因此，很多一步法的热流 道再分为两个小的热流道， 较热的熔料往内壁流， 较冷的熔料往外壁 流。4. 选择伸长率壁厚的产生是在瓶胚的所有部位都完全屈服并且达到NSR刚刚超过NSR点时，瓶子取向完成，如果超过NSR太多，会产生“珍珠” 现象。1) 二步法轴向拉伸率为 2，径向拉伸率为 4，这是二步法中最小的拉伸率。拉伸率到11以上几乎很难达到，PET的最大拉伸率是12,轴向拉伸 率达到2.8是不允许的，

12、CSD瓶拉伸率通常达到10以上。两种直径和长度一样，底部不同的瓶子，虽然拉伸率相同，但是 可以用不同的瓶胚成型2) 椭圆或长方形瓶长宽比是应该考虑的主要因素， 长宽比越大， 瓶子的短边越容易先冷却。解决办法有以下几种：将模具加热到60C可以延缓冷却；在模具的长边方向钻大量的排气孔， 可以增加长边拉伸速率， 但排气 孔的直径不能超过1mm采用偏置加热方式，可以通过反射板夹缝吹 风加热，或通过控制自转来产生偏置加热，不管是哪种偏置加热，都 应该可以锁定瓶胚的旋转。椭圆或长方形瓶轴向拉伸率不能太大， 因为如果轴向拉伸率太大， 瓶胚离底模就有更大的行程，会导致底部成型不良或壁厚太薄。3) 一步法因为在

13、一些机器上， 瓶胚内部的温度很难控制， 尽管一步法的瓶 胚平均温度高于二步法， 但是越冷的瓶胚意味着周期的延长和成型的 不良，因此，一步法中的瓶胚较厚。一步法的轴向拉伸率为22.2，径向拉伸率为 3.53.7 。一步法的优点是， 温度调整比较容易， 用与型芯相似的铝棒调整 瓶胚的温度， 虽然会使内壁的温度比外部低， 但壁厚会对其进行一定 的补偿。2.4 瓶胚设计方法1. 通过观察瓶胚的横截面，可以得到以下结论：1) 型芯没有一处的直径比牙部的内径大，型芯的拔模斜度最少 20；2) 型腔部分应该有相应的拔模斜度；3) 瓶胚一般都会有一个向外倾斜的过渡区。这一部分跟牙部模 具连在一起。如果模具牙部

14、越长，就会产生冷却不足等延长 周期的问题。2. 伸长率1) CSD瓶需要用高IV树脂，伸长率在11以上，这就使得瓶胚 变厚，进而影响到周期；2) 非碳酸饮料使用低IV值PET产生的AA值较少，因为不用 承受内应力，因此可以将循环时间作为设计的主要考虑因素；3) 热瓶用PET含有共聚物，可以降低结晶度，可以提高NSR值， 热瓶的拉伸率较低以降低热收缩；4) 在NSR范围内，多数厂商喜欢高的伸长率，这样可以更多地 用温度来调整壁厚的问题。3. 重量估算用常温下无定型状态PET密度1.33g/cc进行计算；4. 壁厚壁厚通过影响冷却时间，影响周期；5. 在设计瓶胚之前，要具备以下几点：1) 瓶样或瓶

15、图；2) 牙部重量和尺寸图；3) 瓶子的用途；4) PET类型；5) 列表计算瓶胚会长率和重量。6. 建议性的设计方法1) 胚身重量=瓶胚总重量-持瓶环及其以下牙部质量；2) 通过瓶子尺寸，应用范围所对应的伸长率以及PET种类来计算瓶胚原始尺寸；3）牙部尺寸决定了持瓶环下方直段的内外径，其内径决定了型芯的最大外径；4）持瓶环下方的直段长度与瓶子一样；5）瓶胚长度（除牙部和直段）=瓶子高度（除牙部和直段）/轴向 伸长率6）瓶胚头部的厚度会影响成型时的结晶度。对 CSD瓶而言，瓶 子底部受到的内应力最大，在图上画一个点，定义球区内壁 的中心位置；7）瓶胚肩部高度= 瓶胚高度（除牙部和直段）x瓶子肩部高度瓶子肩部高度8）根据肩部形状的不同，瓶胚可大致分成两种A. 外部锥度，胚身直径 直段外径型芯头部外径是由胚身长度及拔模斜度所决定的，画个半圆 弧，其中一个端点是球区内壁中心点，再作一条直线，一端 与此半圆相切，另一端与直段相连；设定壁厚，计算瓶胚重量，再根据所需重量，重新定义壁厚， 画个半圆弧，其中一端与瓶胚球区外表面中心点重合，如果 球区的壁厚与胚