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1、主講人:邢浩 2015年3月,Design of package structure,包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,參考書目:,輕工業(yè)出版社(1981) 作者:范垂德 等,化學(xué)工業(yè)出版社 作者:吳波,印刷工業(yè)出版社 作者:宋寶峰,第八章 玻璃包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一節(jié) 玻璃包裝容器概述 一、玻璃包裝容器分類 玻璃包裝 容器的種類繁 多,按照不同 的分類方法可 分類如下:, 按制造方法分 a模制瓶 借助于模具成型的玻璃瓶罐。,b管制瓶 由預(yù)先拉制成的玻璃管經(jīng)二次加工成型的玻璃瓶。, 按色澤分 有無色透明瓶、綠色瓶、藍(lán)色瓶、黑色瓶、琥珀
2、色瓶和不透明的混濁玻璃瓶。 按造型分 有圓形瓶和異 形瓶。, 按瓶口大小分 有窄口瓶(小口瓶)和廣口瓶(以瓶口內(nèi)徑30mm為分界)。 按瓶口形式分 有磨塞瓶、普通塞瓶、螺旋蓋瓶、凸耳瓶、冠形蓋瓶、滾壓蓋瓶。, 按用途分 有飲料瓶、酒瓶、輸液瓶、試劑瓶、化妝品瓶等。 按容積分 有小型瓶 和大型瓶 (以 容量5L為分界)。,二、玻璃包裝容器的制造工藝過程,1. 工藝過程 各種原材料經(jīng)適當(dāng)處理后,貯于料倉; 按配料單規(guī)定稱量原材料; 原配料混合均勻,將混合后的配料加入熔窯內(nèi),經(jīng)高溫加熱熔融、澄清成玻璃液;, 玻璃液經(jīng)供料系統(tǒng)送入成型機(jī)成型; 成型
3、后為消除容器制品的殘余應(yīng)力及提高強(qiáng)度,要經(jīng)退火處理和后加工處理等工序; 最后經(jīng)檢驗(yàn)即得成品。,2. 成型主要方法 吹制法 a.吹管預(yù)熱,b.吹氣,c.內(nèi)模,d.夾頭,e.開口部整形,f.退火, 拉制法 a.預(yù)熱,b.延展,第二節(jié) 玻璃包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),瓶口 瓶口頂端用于與瓶蓋配合的部分。,一、玻璃包裝容器的結(jié)構(gòu)特征 1. 玻璃瓶罐各部的結(jié)構(gòu)名稱,瓶頸 介于瓶口與瓶肩之間的部位。,封合面 瓶口與瓶蓋襯墊接觸的部位。,封鎖環(huán) 被瓶蓋緊箍的瓶口部位。,瓶肩 瓶頸與瓶身的過渡部位。 瓶根 瓶身最下部向內(nèi)收縮與瓶底連接的部位。,瓶底 瓶罐底部(支承面)。 凹形底 底部內(nèi)凹陷的部分。,
4、商標(biāo)區(qū) 瓶身粘貼商標(biāo)的區(qū)域。 灌裝標(biāo)線 按指標(biāo)規(guī)定的灌裝刻度線。,頂隙 裝有被包裝物的瓶罐其上部留存的空間,一般以該空間容量與公稱容量之比的百分?jǐn)?shù)表示。 (注意頂隙容量),2. 玻璃包裝容器基本結(jié)構(gòu)類型 窄口瓶 窄口瓶又稱細(xì)口瓶,是瓶口內(nèi)徑與瓶身內(nèi)徑差異較大且瓶口內(nèi)徑小于30mm 的包裝容器。,窄口瓶主要用于貯存和輸運(yùn)一定量的液體,如酒類、飲料、調(diào)味品等。 其最突出的特點(diǎn)在于瓶口小,被包裝物與外界接觸面積小,可保持被包裝物的原始狀態(tài)、風(fēng)味和外觀。,維客 ,瓶口內(nèi)徑大于30mm、無肩或少肩的稱為廣口瓶,常用于盛裝半流體和粉狀或塊狀固體物品;內(nèi)徑小于30mm的稱為小口瓶,常用于盛裝
5、各種流體物品。,GBT9987-1988 玻璃瓶罐制造術(shù)語,小口瓶。它是瓶口內(nèi)徑小于20mm的玻璃瓶,多用于包裝液體物料,如汽水、啤酒等。 大口瓶。瓶口內(nèi)徑在2030mm之間的玻璃瓶,形體較粗矮,如牛奶瓶。 廣口瓶。又稱罐頭瓶,瓶口內(nèi)徑大于30mm,其頸部和肩部較短,瓶肩較平,多呈罐狀或杯狀。由于瓶口大,裝料和出料均較易,多用于包裝罐頭食品及粘稠物料。,玻璃包裝容器的含義和特點(diǎn) 作者:不詳, 廣口瓶 廣口瓶是指瓶口直徑與瓶身直徑有一定差異且瓶口內(nèi)徑大于30mm 的玻璃包裝容器。,可用于裝填液體、固體粒料、粉料等被包裝物。, 罐 罐是瓶口直徑與瓶身直徑差異較小的玻璃包裝容器。, 日用包
6、裝瓶罐 用于各種日用品包裝。它們的形狀、結(jié)構(gòu)多種多樣。, 大型瓶 指瓶的容量大于5L的玻璃瓶,主要用于化工產(chǎn)品的盛裝,一般采用磨塞封口。, 安瓿瓶 是用于包裝注射用液體藥物的玻璃容器。,二、玻璃包裝容器瓶口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),玻璃包裝容器在填裝被包裝物后都應(yīng)以適當(dāng)?shù)姆椒右苑饪冢苑乐贡话b物灑出或外界雜質(zhì)混入,造成被包裝物的損壞。 封口的要求不同,則瓶口結(jié)構(gòu)也不相同。,1. 冠形瓶口 用于承受冠形瓶蓋密封的瓶口。多用于啤酒、飲料以及啟封后不再需要封口的各類小口瓶。,國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 108091989)規(guī)定了冠形瓶口尺寸。,2. 螺紋瓶口 常常用于經(jīng)常開啟和再封而又不便使用開啟工具的
7、瓶罐。,3. 塞封瓶口 塞封瓶口是指瓶塞壓入到瓶口內(nèi),并靠瓶塞在瓶口內(nèi)表面的摩擦作用實(shí)現(xiàn)封口。,4. 真空封口瓶口 真空封口瓶口的密封是利用瓶內(nèi)的真空度,通過內(nèi)外壓力差的作用實(shí)現(xiàn)的。 這種瓶 口結(jié)構(gòu)多用 于罐頭食品 的包裝。,常見的真空封口結(jié)構(gòu)有兩種形式,一是凸耳蓋式封口結(jié)構(gòu)(圖a),另一是軋蓋式真空封口結(jié)構(gòu)(圖b)。,5. 磨塞瓶口 磨塞瓶口用于盛裝化工類易揮發(fā)性物質(zhì)或易串味物質(zhì)的瓶罐。 分內(nèi)磨塞瓶口和外磨塞瓶口兩種。磨塞的錐度規(guī)定為1:10。,6. 噴灑瓶口 噴灑瓶口主要用于花露水或香水包裝玻璃瓶。 內(nèi)裝物可以通過瓶口噴灑出來,該
8、瓶口小孔可用橡木塞封口或塑料蓋封口。,7. 醫(yī)用玻璃瓶瓶口 抗生素瓶瓶口 抗生素瓶瓶口是一種盛裝抗生素針劑的小型藥瓶的特殊瓶口。,抗生素瓶瓶口有兩種結(jié)構(gòu)形式: 模制瓶口,管制瓶口, 玻璃輸液瓶瓶口,三、玻璃容器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,玻璃容器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是玻璃容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題之一。 一般玻璃容器的強(qiáng)度受到其形狀、作用應(yīng)力、表面狀態(tài)、材料、生產(chǎn)工藝過程控制等因素的影響。,1. 玻璃瓶罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo) 內(nèi)壓強(qiáng)度 內(nèi)壓強(qiáng)度是玻璃瓶罐強(qiáng)度的重要指標(biāo)。 它受玻璃原材料、瓶形、生產(chǎn)與成型工藝等因素影響。,由薄壁圓筒強(qiáng)度理論: 密封容器內(nèi)壓力主要在容器內(nèi)產(chǎn)生環(huán)狀應(yīng)力和軸向應(yīng)力,
9、且在同等條件下,軸向應(yīng)力只有環(huán)狀應(yīng)力值的一半。 玻璃瓶罐的內(nèi)壓強(qiáng)度: =63.70MPa,瓶形對內(nèi)壓強(qiáng)度影響很大。 如果將圓形截面的瓶身內(nèi)壓強(qiáng)度定為100,則橢圓形(長短徑之比為2:1)為50,正方形截面的瓶身內(nèi)壓強(qiáng)度只有圓截面的1025。, 熱沖擊強(qiáng)度 熱沖擊強(qiáng)度是指玻璃瓶罐耐驟冷驟熱的強(qiáng)度指標(biāo)。 當(dāng)玻璃瓶罐受驟冷驟熱作用時,由于熱脹冷縮使瓶罐壁內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的溫變應(yīng)力,當(dāng)此應(yīng)力超過玻璃瓶罐的抗拉或抗壓強(qiáng)度時,即發(fā)生破裂。,當(dāng)瓶罐外部受熱沖擊時,受熱瓶壁內(nèi)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力,受冷則產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。 而玻璃是脆性材料,其壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拉伸強(qiáng)度,所以玻璃瓶罐受熱時不易破裂,而受冷則
10、易碎。, 機(jī)械沖擊強(qiáng)度 是玻璃瓶罐在使用過程中抗機(jī)械沖擊能力的強(qiáng)度指標(biāo)。,當(dāng)瓶罐側(cè)壁受沖擊時,會產(chǎn)生3種主要應(yīng)力: 沖擊時的接觸應(yīng)力、瓶罐內(nèi)壁的彎曲應(yīng)力和瓶罐外壁的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力。其中接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力較大,剪切應(yīng)力較小。 沖擊實(shí)驗(yàn)表明玻璃瓶罐抗沖擊強(qiáng)度薄弱部位位于瓶頸與瓶口處。, 垂直載荷強(qiáng)度 玻璃瓶罐在灌裝壓蓋、堆碼過程中,都要受到垂直方向的載荷作用。 玻璃瓶罐垂直載荷強(qiáng)度即為衡量玻璃瓶罐承受垂直載荷作用的強(qiáng)度指標(biāo),與瓶形密切相關(guān)。,一般來說普通型的玻璃瓶罐承受垂直載荷的能力很強(qiáng),最少達(dá)4kN,如果結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量優(yōu)良則最大可達(dá)50kN。,2. 玻璃瓶罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,玻璃瓶罐的造
11、型變化無窮,但其結(jié)構(gòu)形狀對強(qiáng)度有很大的影響。 按照力學(xué)原理,瓶形越接近球形其強(qiáng)度就越大,瓶形越復(fù)雜,強(qiáng)度就越小。, 瓶身形狀對強(qiáng)度的影響 瓶身形狀即玻璃瓶罐的橫截面形狀,它主要影響瓶罐的內(nèi)壓強(qiáng)度。 一般瓶罐形狀越復(fù) 雜,其強(qiáng)度越低;具有 的銳角越多,強(qiáng)度越差。, 瓶肩形狀對強(qiáng)度的影響 瓶肩是瓶頸與瓶身的過渡部分,其形狀主要影響瓶罐的垂直載荷強(qiáng)度。 從使用和制造出發(fā),應(yīng)以曲線逐漸緩和地過渡。,在實(shí)際上,瓶肩多用圓弧過渡。一般瓶肩弧線曲率半徑越大,垂直載荷強(qiáng)度越高。, 瓶身下部與瓶底過渡部分對強(qiáng)度的影響 瓶身下部與瓶底過渡部分對強(qiáng)度的影響較復(fù)雜,對前述玻璃瓶罐四大強(qiáng)
12、度指標(biāo)均有不同程度的影響。 從綜合性能來看,瓶 身向瓶底過渡不可垂直硬 拐,以平緩圓滑過渡的構(gòu) 型較好。, 瓶罐表面狀態(tài)對強(qiáng)度的影響 玻璃瓶罐的表面,在制造、運(yùn)輸、使用過程中,不可避免地產(chǎn)生許多細(xì)小缺陷。 這些缺陷將嚴(yán)重地降低玻璃瓶罐的強(qiáng)度。 在設(shè)計(jì)上,一般可采用強(qiáng)化處理來提高其強(qiáng)度。, 瓶罐壁厚對強(qiáng)度的影響 瓶罐壁厚與強(qiáng)度的關(guān)系為: 壁厚由薄變厚時,瓶罐的內(nèi)壓強(qiáng)度提高,熱沖擊強(qiáng)度降低,機(jī)械沖擊強(qiáng)度提高,垂直載荷強(qiáng)度按比例提高。, 玻璃瓶罐的使用年限對強(qiáng)度的影響 玻璃瓶罐承受內(nèi)壓的強(qiáng)度會隨使用年限逐年降低。, 表面強(qiáng)化處理對強(qiáng)度的影響 對玻
13、璃瓶罐表面強(qiáng)化處理,可提高其綜合強(qiáng)度。 強(qiáng)化方法主要有: 涂覆表面涂層、物理強(qiáng)化、化學(xué)強(qiáng)化、?;瘡?qiáng)化等。,四、玻璃容器瓶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 形狀設(shè)計(jì) 玻璃容器的結(jié)構(gòu)形狀是玻璃容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最主要內(nèi)容。 在設(shè)計(jì)過程中涉及的條件較多,應(yīng)綜合考慮。 玻璃容器基本形狀的確定主要取決于所盛裝的被包裝物品種和數(shù)量。, 具體的確定方法有以下幾種: a根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的尺寸和造型結(jié)構(gòu)確定; b參考廠商現(xiàn)有的瓶罐結(jié)構(gòu)式樣來具體確定; c依據(jù)設(shè)計(jì)要求專門設(shè)計(jì)確定。, 在設(shè)計(jì)確定瓶罐結(jié)構(gòu)形狀時, 首先要考慮也是最重要的是瓶罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 其次再考慮造型設(shè)計(jì)問題。
14、在具體形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要需考慮以下幾點(diǎn): a. 瓶罐各部壁厚要均勻,防止突變;,b. 瓶罐的棱角應(yīng)呈圓弧形; c. 為提高瓶罐強(qiáng)度,應(yīng)考慮在表面采用起棱措施; d. 瓶罐的結(jié)構(gòu)形狀,應(yīng)便于成型、起模,盡量避免采用任何輔助工序; e. 大型瓶罐應(yīng)采取措施,防止瓶壁翹曲。,2. 瓶體主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 瓶身直徑與瓶高尺寸 酒瓶和醫(yī)用玻璃瓶有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),其他玻璃容器國內(nèi)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 瓶口內(nèi)徑 瓶口內(nèi)徑與封口方式即瓶蓋和瓶塞有關(guān),且受瓶容的制約。, 瓶底結(jié)構(gòu)尺寸 瓶底的結(jié)構(gòu)形式有4種: a 平底結(jié)構(gòu) 這種瓶底結(jié)構(gòu)較少使用;,b 腳底結(jié)構(gòu) 瓶底因在瓶根處有一厚壁,不會出現(xiàn)凹底缺陷;,c 雙圓角瓶底結(jié)構(gòu) 此種瓶底適合于瓶徑較大的瓶罐,使瓶罐能夠更好地承受內(nèi)壓力;,d 內(nèi)凸底結(jié)構(gòu) 此種瓶底具有較強(qiáng)的抗內(nèi)壓能力,且瓶罐整體穩(wěn)定性好。,,3. 壁厚設(shè)計(jì) 玻璃瓶罐罐壁的設(shè)計(jì)厚度與設(shè)計(jì)的瓶罐尺寸和質(zhì)量有關(guān)。 壁厚過大并不提高玻璃瓶罐的強(qiáng)度,反而增大瓶罐的質(zhì)量;同時內(nèi)應(yīng)力大,出模時易產(chǎn)生變形。使用時抗熱沖擊性能差。 最理想的情況是瓶罐壁薄而合理,壁厚均勻。,4. 脫模斜度 為便于成型的玻璃瓶罐從模具中脫出,應(yīng)把玻璃瓶罐與模腔及模芯的所有接觸面設(shè)計(jì)成具有一定斜度的斜面。 斜度大小與脫模方式、接觸面的線度、脫模冷卻速度、模具表面粗糙度以及玻璃的收縮率等有關(guān)。,