【课件】包装结构设计8

主讲人：邢浩 2015年3月,Design of package structure,包装结构设计,参考书目：,轻工业出版社（1981） 作者：范垂德 等,化学工业出版社 作者：吴波,印刷工业出版社 作者：宋宝峰,第八章 玻璃包装容器结构设计,第一节 玻璃包装容器概述 一、玻璃包装容器分类 玻璃包装 容器的种类繁 多，按照不同 的分类方法可 分类如下：, 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 由预先拉制成的玻璃管经二次加工成型的玻璃瓶。, 按色泽分 有无色透明瓶、绿色瓶、蓝色瓶、黑色瓶、琥珀色瓶和不透明的混浊玻璃瓶。 按造型分 有圆形瓶和异 形瓶。, 按瓶口大小分 有窄口瓶(小口瓶)和广口瓶(以瓶口内径30mm为分界)。 按瓶口形式分 有磨塞瓶、普通塞瓶、螺旋盖瓶、凸耳瓶、冠形盖瓶、滚压盖瓶。, 按用途分 有饮料瓶、酒瓶、输液瓶、试剂瓶、化妆品瓶等。 按容积分 有小型瓶 和大型瓶 (以 容量5L为分界)。,二、玻璃包装容器的制造工艺过程,1. 工艺过程 各种原材料经适当处理后，贮于料仓； 按配料单规定称量原材料； 原配料混合均匀，将混合后的配料加入熔窑内，经高温加热熔融、澄清成玻璃液；, 玻璃液经供料系统送入成型机成型； 成型后为消除容器制品的残余应力及提高强度，要经退火处理和后加工处理等工序； 最后经检验即得成品。,2. 成型主要方法 吹制法 a.吹管预热,b.吹气,c.内模,d.夹头,e.开口部整形,f.退火, 拉制法 a.预热,b.延展,第二节 玻璃包装容器结构设计,瓶口 瓶口顶端用于与瓶盖配合的部分。,一、玻璃包装容器的结构特征 1. 玻璃瓶罐各部的结构名称,瓶颈 介于瓶口与瓶肩之间的部位。,封合面 瓶口与瓶盖衬垫接触的部位。,封锁环 被瓶盖紧箍的瓶口部位。,瓶肩 瓶颈与瓶身的过渡部位。 瓶根 瓶身最下部向内收缩与瓶底连接的部位。,瓶底 瓶罐底部（支承面）。 凹形底 底部内凹陷的部分。,商标区 瓶身粘贴商标的区域。 灌装标线 按指标规定的灌装刻度线。,顶隙 装有被包装物的瓶罐其上部留存的空间，一般以该空间容量与公称容量之比的百分数表示。 (注意顶隙容量),2. 玻璃包装容器基本结构类型 窄口瓶 窄口瓶又称细口瓶，是瓶口内径与瓶身内径差异较大且瓶口内径小于30mm 的包装容器。,窄口瓶主要用于贮存和输运一定量的液体，如酒类、饮料、调味品等。 其最突出的特点在于瓶口小，被包装物与外界接触面积小，可保持被包装物的原始状态、风味和外观。,维客 ,瓶口内径大于30mm、无肩或少肩的称为广口瓶，常用于盛装半流体和粉状或块状固体物品；内径小于30mm的称为小口瓶，常用于盛装各种流体物品。,GBT9987-1988 玻璃瓶罐制造术语,小口瓶。它是瓶口内径小于20mm的玻璃瓶，多用于包装液体物料，如汽水、啤酒等。 大口瓶。瓶口内径在2030mm之间的玻璃瓶，形体较粗矮，如牛奶瓶。 广口瓶。又称罐头瓶，瓶口内径大于30mm，其颈部和肩部较短，瓶肩较平，多呈罐状或杯状。由于瓶口大，装料和出料均较易，多用于包装罐头食品及粘稠物料。,玻璃包装容器的含义和特点 作者：不详, 广口瓶 广口瓶是指瓶口直径与瓶身直径有一定差异且瓶口内径大于30mm 的玻璃包装容器。,可用于装填液体、固体粒料、粉料等被包装物。, 罐 罐是瓶口直径与瓶身直径差异较小的玻璃包装容器。, 日用包装瓶罐 用于各种日用品包装。它们的形状、结构多种多样。, 大型瓶 指瓶的容量大于5L的玻璃瓶，主要用于化工产品的盛装，一般采用磨塞封口。, 安瓿瓶 是用于包装注射用液体药物的玻璃容器。,二、玻璃包装容器瓶口结构设计,玻璃包装容器在填装被包装物后都应以适当的方法加以封口，以防止被包装物洒出或外界杂质混入，造成被包装物的损坏。 封口的要求不同，则瓶口结构也不相同。,1. 冠形瓶口 用于承受冠形瓶盖密封的瓶口。多用于啤酒、饮料以及启封后不再需要封口的各类小口瓶。,国家标准(GB 108091989)规定了冠形瓶口尺寸。,2. 螺纹瓶口 常常用于经常开启和再封而又不便使用开启工具的瓶罐。,3. 塞封瓶口 塞封瓶口是指瓶塞压入到瓶口内，并靠瓶塞在瓶口内表面的摩擦作用实现封口。,4. 真空封口瓶口 真空封口瓶口的密封是利用瓶内的真空度，通过内外压力差的作用实现的。 这种瓶 口结构多用 于罐头食品 的包装。,常见的真空封口结构有两种形式，一是凸耳盖式封口结构(图a)，另一是轧盖式真空封口结构(图b)。,5. 磨塞瓶口 磨塞瓶口用于盛装化工类易挥发性物质或易串味物质的瓶罐。 分内磨塞瓶口和外磨塞瓶口两种。磨塞的锥度规定为1：10。,6. 喷洒瓶口 喷洒瓶口主要用于花露水或香水包装玻璃瓶。 内装物可以通过瓶口喷洒出来，该瓶口小孔可用橡木塞封口或塑料盖封口。,7. 医用玻璃瓶瓶口 抗生素瓶瓶口 抗生素瓶瓶口是一种盛装抗生素针剂的小型药瓶的特殊瓶口。,抗生素瓶瓶口有两种结构形式： 模制瓶口,管制瓶口, 玻璃输液瓶瓶口,三、玻璃容器的结构强度分析,玻璃容器的结构强度是玻璃容器结构设计中需要重点考虑的问题之一。 一般玻璃容器的强度受到其形状、作用应力、表面状态、材料、生产工艺过程控制等因素的影响。,1. 玻璃瓶罐的结构强度指标 内压强度 内压强度是玻璃瓶罐强度的重要指标。 它受玻璃原材料、瓶形、生产与成型工艺等因素影响。,由薄壁圆筒强度理论： 密封容器内压力主要在容器内产生环状应力和轴向应力，且在同等条件下，轴向应力只有环状应力值的一半。 玻璃瓶罐的内压强度： =63.70MPa,瓶形对内压强度影响很大。 如果将圆形截面的瓶身内压强度定为100，则椭圆形(长短径之比为2：1)为50，正方形截面的瓶身内压强度只有圆截面的1025。, 热冲击强度 热冲击强度是指玻璃瓶罐耐骤冷骤热的强度指标。 当玻璃瓶罐受骤冷骤热作用时，由于热胀冷缩使瓶罐壁内产生复杂的温变应力，当此应力超过玻璃瓶罐的抗拉或抗压强度时，即发生破裂。,当瓶罐外部受热冲击时，受热瓶壁内产生较大的压应力，受冷则产生较大的拉应力。 而玻璃是脆性材料，其压缩强度远大于拉伸强度，所以玻璃瓶罐受热时不易破裂，而受冷则易碎。, 机械冲击强度 是玻璃瓶罐在使用过程中抗机械冲击能力的强度指标。,当瓶罐侧壁受冲击时，会产生3种主要应力： 冲击时的接触应力、瓶罐内壁的弯曲应力和瓶罐外壁的扭转剪切应力。其中接触应力和弯曲应力较大，剪切应力较小。 冲击实验表明玻璃瓶罐抗冲击强度薄弱部位位于瓶颈与瓶口处。, 垂直载荷强度 玻璃瓶罐在灌装压盖、堆码过程中，都要受到垂直方向的载荷作用。 玻璃瓶罐垂直载荷强度即为衡量玻璃瓶罐承受垂直载荷作用的强度指标，与瓶形密切相关。,一般来说普通型的玻璃瓶罐承受垂直载荷的能力很强，最少达4kN，如果结构合理、质量优良则最大可达50kN。,2. 玻璃瓶罐的结构强度分析,玻璃瓶罐的造型变化无穷，但其结构形状对强度有很大的影响。 按照力学原理，瓶形越接近球形其强度就越大，瓶形越复杂，强度就越小。, 瓶身形状对强度的影响 瓶身形状即玻璃瓶罐的横截面形状，它主要影响瓶罐的内压强度。 一般瓶罐形状越复 杂，其强度越低；具有 的锐角越多，强度越差。, 瓶肩形状对强度的影响 瓶肩是瓶颈与瓶身的过渡部分，其形状主要影响瓶罐的垂直载荷强度。 从使用和制造出发，应以曲线逐渐缓和地过渡。,在实际上，瓶肩多用圆弧过渡。一般瓶肩弧线曲率半径越大，垂直载荷强度越高。, 瓶身下部与瓶底过渡部分对强度的影响 瓶身下部与瓶底过渡部分对强度的影响较复杂，对前述玻璃瓶罐四大强度指标均有不同程度的影响。 从综合性能来看，瓶 身向瓶底过渡不可垂直硬 拐，以平缓圆滑过渡的构 型较好。, 瓶罐表面状态对强度的影响 玻璃瓶罐的表面，在制造、运输、使用过程中，不可避免地产生许多细小缺陷。 这些缺陷将严重地降低玻璃瓶罐的强度。 在设计上，一般可采用强化处理来提高其强度。, 瓶罐壁厚对强度的影响 瓶罐壁厚与强度的关系为： 壁厚由薄变厚时，瓶罐的内压强度提高，热冲击强度降低，机械冲击强度提高，垂直载荷强度按比例提高。, 玻璃瓶罐的使用年限对强度的影响 玻璃瓶罐承受内压的强度会随使用年限逐年降低。, 表面强化处理对强度的影响 对玻璃瓶罐表面强化处理，可提高其综合强度。 强化方法主要有： 涂覆表面涂层、物理强化、化学强化、粒化强化等。,四、玻璃容器瓶体结构设计 1. 形状设计 玻璃容器的结构形状是玻璃容器结构设计的最主要内容。 在设计过程中涉及的条件较多，应综合考虑。 玻璃容器基本形状的确定主要取决于所盛装的被包装物品种和数量。, 具体的确定方法有以下几种： a根据国家标准(GB)、国际标准(ISO)或行业标准推荐的尺寸和造型结构确定； b参考厂商现有的瓶罐结构式样来具体确定； c依据设计要求专门设计确定。, 在设计确定瓶罐结构形状时， 首先要考虑也是最重要的是瓶罐的结构强度。 其次再考虑造型设计问题。 在具体形状结构设计中主要需考虑以下几点： a. 瓶罐各部壁厚要均匀，防止突变；,b. 瓶罐的棱角应呈圆弧形； c. 为提高瓶罐强度，应考虑在表面采用起棱措施； d. 瓶罐的结构形状，应便于成型、起模，尽量避免采用任何辅助工序； e. 大型瓶罐应采取措施，防止瓶壁翘曲。,2. 瓶体主要结构尺寸设计 瓶身直径与瓶高尺寸 酒瓶和医用玻璃瓶有统一标准，其他玻璃容器国内尚无统一标准。 瓶口内径 瓶口内径与封口方式即瓶盖和瓶塞有关，且受瓶容的制约。, 瓶底结构尺寸 瓶底的结构形式有4种： a 平底结构 这种瓶底结构较少使用；,b 脚底结构 瓶底因在瓶根处有一厚壁，不会出现凹底缺陷；,c 双圆角瓶底结构 此种瓶底适合于瓶径较大的瓶罐，使瓶罐能够更好地承受内压力；,d 内凸底结构 此种瓶底具有较强的抗内压能力，且瓶罐整体稳定性好。,3. 壁厚设计 玻璃瓶罐罐壁的设计厚度与设计的瓶罐尺寸和质量有关。 壁厚过大并不提高玻璃瓶罐的强度，反而增大瓶罐的质量；同时内应力大，出模时易产生变形。使用时抗热冲击性能差。 最理想的情况是瓶罐壁薄而合理，壁厚均匀。,4. 脱模斜度 为便于成型的玻璃瓶罐从模具中脱出，应把玻璃瓶罐与模腔及模芯的所有接触面设计成具有一定斜度的斜面。 斜度大小与脱模方式、接触面的线度、脱模冷却速度、模具表面粗糙度以及玻璃的收缩率等有关。,