瓶罐封盖结构设计

第七章 瓶罐封盖结构设计第一节 瓶盖第二节 密封原理第三节 密封盖结构第四节 安全盖结构设计第五节 方便盖结构设计 第一节 瓶盖 一、瓶盖功能 瓶盖通过与瓶口的配合、紧固在瓶口 上，为弹件内衬与瓶口的紧密接触，并为 封合面提供必要的压力。瓶盖与弹性内衬 配合，使弹性内衬得以固定和定位，能准 确地与瓶口形成特定的配合关系。瓶盖主 要有如下功能。 保护 通过有效密封，瓶盖可以达到对内装物的保 护性容装： 防止内装物及其成分从瓶口逸出； 防止气体、水蒸汽及尘埃杂质从瓶口侵入。 方便 瓶盖可以根据各种方便性和控制要求提供封 合-开启-再封合的能力。 瓶盖要适合于人工或机械封盖； 瓶盖要容易开启且倾倒或分配内装物。例如 螺旋盖的侧面滚花可以增加开盖时的摩擦力； 瓶盖可要求严格的开启控制，如防盗盖（显 偷换盖）和儿童安全盖。 提供信息 瓶盖是包装容器最引人注目的部分。因为消费者在每次取用内装物时都会看到和触摸到他们，听到开启时的特殊声响（如香槟酒瓶塞），所以可以传达视觉、触觉和听觉信息。 瓶盖可显示商品名称、牌号、生产厂家、生产日期等一系列图形或文字信息。 瓶盖可以显示开启方法、开启方向、用力点以及取出内装物的方向。 瓶盖可以印刷商品条形码。 二、瓶盖的基本类型密封盖 密封盖的主要功能是为了在大规模生产中提供密封和开启密封。这类瓶盖有用于普通密封的螺旋盖，用于真空密封的凸耳盖和压合盖，用于压力密封的王冠盖和滚压盖。方便盖 方便盖的主要功能是为液体、粉末、片状或颗粒状内装物提供开启和使用的方便性，使内装物能够从瓶罐包装中倾倒、挤出、淋洒、喷雾等，如倾倒盖、涂敷盖、分配盖等。控制盖 控制盖可以对开启方式提供某种方式的控制，如防盗盖和儿童安全盖。前者在开启后可显现开启痕迹，后者则需一定的力度或复杂的开启程序才能开启。专用盖 专供特殊用途而设计的瓶盖，如排气盖、抗生素药瓶盖 等。 三、瓶盖的材料 金属 金属是强度最好的瓶盖材料。主要用于普通、真空和压力密封。镀锡薄钢板和无锡薄钢板用于生产连续螺纹盖、王冠盖、快旋盖、撬开盖、压-旋盖等。铝及铝合金可生产螺旋盖和滚压盖等。 热塑性塑料 热塑性塑料（PP PE PS等）具有良好的耐旋紧合旋开的性能，能保持良好的密封并阻止退回；具有良好的模塑成型性，可以模塑结构复杂的功能盖如防盗盖、儿童安全盖等。 热固性塑料 热固性塑料（木粉填料酚醛树脂、纸填料脲醛树脂、密胺增强脲醛树脂等）密度和硬度较高，重量较大，能有效地防止瓶盖螺纹的滑动。 玻璃 玻璃塞和玻璃磨塞用于密封精度要求较高的化学品、化妆品及香精香料的包装。常常用一个PE套盖，以帮助玻璃塞摩擦配合到瓶口中。 密封材料 溶胶内衬 用具有液体流动性的PVC塑料溶胶或天然（合成）橡胶分散胶体注入金属盖，并且通过烘干加工使流体定型成垫片、垫圈或密封环。 模塑内衬 用PVC、PE、EVA或具有类似弹性的其他热塑性塑料通过模塑工艺制造的具有特殊结构的内衬。 组合内衬 由复合软木或纸浆板等弹性材料冲裁加工成被衬，不与内装物起反应的材料加工成面衬，背衬与面衬组成内衬。 单一内衬 用PVC、PE、EVA、橡胶等片材冲裁垫片或垫圈，材料既具有弹性，又具有化学相容性。 内密封材料 在防偷换瓶盖包装中，常用内密封材料密封 容器口。 热感应密封 涂塑铝箔材料在封盖后与容器一起通过电磁场，导致铝箔发热，其涂塑面材即可熔化并粘附容器口缘。 压敏密封 发泡聚苯乙烯借助表面涂布的压敏胶粘贴容器口，压敏胶在转动力矩造成的压力下粘附容器口缘。 胶粘密封 涂蜡纸浆背衬和半透明纸面衬用粘合剂粘贴容器口，然后封盖。当开盖时，纸浆背衬留在容器盖内，而半透明纸则粘在容器口缘。 四、瓶盖设计要求相容性 盖衬、垫于内装物应相容。密封性 衬垫、圈必须有弹性，耐热、耐挤压， 瓶与盖之间的挤压力要足够，长期使用 不松弛。刚强性 盖不变形（耐内压、外压、）。易开性 易开、快开，不伤人，不需工具。扭 矩、拉力、撬力应适当。复封性多功能性 如防盗盖、儿童安全盖、方便使用盖。装饰性 第二节 密封原理一、密封要求 瓶盖与瓶口 瓶盖与瓶口通过一定的连接配合形式实 现如下要求： 通过瓶盖与瓶口的连接配合，把瓶盖固定在瓶口上，同 时能够按一定方式开启或复盖； 为密封接触面提供足够的压力，且应压力均布，在容器 开启前或更长的时间内，压力要维持恒定； 对无内衬的瓶盖结构，与瓶口接触密封部位应平滑、均 匀、接触良好； 开启、复盖简便、快捷、无泄漏。 瓶盖与密封内衬 为使密封内衬准确地压向密封接触面，密封内衬在瓶盖内应当定位准确，大小尺寸合适。 密封内衬与瓶口 密封内衬与瓶口的配合设计，需要确定接触方式、接触向积、接触宽度及密封内衬的厚度，保证足够的弹性和必要的刚性要求。 二、密封原理 在于对一处有可能发生泄漏（气 体或液体内装物）或侵入（外界环境 中空气、水汽或杂质等）而要对其施 以密封的瓶口位置，设置一个完善的 物理壁垒。 为了达到此目的，内衬必须有足够的弹性，以能够填满密封面上的任一凹凸不平之处，同时还要保持足够的刚性，以防止在密封压力之下挤入表面间隙之中。弹性与刚性都要持之以恒。 为获得良好的密封效果，压向瓶口密封面的内衬在包装的货架寿命期限内必须保持足够功的压强。在合理的范围内，压强越高，密封效果越好。但是，显而易见，当压强增加到一定程度，就会引起瓶盖的破裂或变形、玻璃瓶口的碎裂或塑料容器的变形以及内衬的破坏，使密封自行失效。 密封压强保证了内衬与瓶口密封面的良好接触。瓶口密封面积越大，由瓶盖施加负荷的面积分布越大，一定扭矩下的密封效果越差。因此，为获得良好的密封，不一定非得采用过高的固定扭矩，在不损坏内衬及其表面的情况下，密封面的宽度应尽可能小一些。也就是说，假如小的固定扭矩要达到最大有效密封压强，应选用窄的密封圈。 螺纹啮合 螺纹啮合指螺旋盖的螺纹起点与瓶口螺纹起点之间的第一啮合点到瓶口密封面与内衬接触的那一点所转过的螺纹圈数。为使内衬能够均匀压向瓶口密封面的整个圆周，则至少需要一个整圈的螺纹啮合。螺纹啮合的区域越大，瓶盖定位越好，则保持瓶盖在原位的固定扭矩的作用越大。 螺距决定螺纹的倾角或斜度。螺距越大，则螺纹斜度越大，瓶盖旋上或旋下的速度越快，要取得一定圈数的螺纹啮合的瓶盖高度也越大。 可以确定，螺旋盖的性能取决于螺纹啮合及其工作螺距。 固定扭矩 一旦确定了瓶盖及瓶口结构，对于良好密封的要求就容易解决。问题归结于能否保证瓶盖向瓶口施加适当的压力。就螺旋盖来说，需要一个测量瓶盖作用效果的尺度 固定扭矩。 固定扭矩可以通过扭矩测试仪来测量。在实际中，由于扭矩测试仪不可能置于旋盖机压头之下，所以必须由测试仪施加于瓶盖的“拧松扭矩”来间接测定。固定扭矩随瓶盖的直径变化而变化，成正比关系。 瓶盖密封的可靠性取决于内衬弹性、密封面平整等，而不仅仅是其紧度或所施加的力矩。 其他密封方法的机理 除了上密封面密封之外，瓶罐包装还有许多密封方法，这些方法伴随着不同的密封类型。 瓶口边缘密封 瓶口边缘密封的密封面在瓶口上部外缘。 天然或合成橡胶垫圈安放于金属凸耳盖的边 缘，与瓶口外边缘上部的锥度密封面吻合， 主要依靠瓶口凸缘所施加的压力来密封。 联合密封 联合密封即瓶口上密封面与瓶口边缘密封 面的双重密封。联合密封的技术要求比较高。 塞封 塞封是各种材料制成的塞子通过压入配合与塞形瓶口内缘密封面借助摩擦作用而形成的密封。有软木塞、塑料塞、玻璃塞等。由于软木塞具有弹性、可压缩、不透气、不透水、导热率低，可提供良好的塞封，是理想的天然材料。作为软木塞的替代物，有带筋或不带筋的中凹塑料塞，有适应瓶口直径逐渐变化的环裙塑料赛，都可保证更有效的塞封。 搭扣密封 具有弹性的LDPE和PC瓶盖可与瓶口进行搭扣密封。所谓搭扣就是压向瓶口的瓶盖紧紧咬住瓶口封锁环，使环缘的整个表面成为密封面。塑料的弹性越大，与封锁环的配合越紧，密封效果越好。 三、密封类型 普通密封 普通密封的瓶盖设计没有进行专门的耐压设计，但可以保持容器的密封，并且在留有适当顶隙的情况下，可以抵御由环境温度变化所引起的内压变化。 对于普通密封的基本要求： 内衬与内装物具有化学相容性。 内衬均匀压向瓶口密封面，螺旋盖至少应有一整圈螺纹啮合，以获得最大的密封可靠性。实际上只要有3/4圈的螺纹啮合，即可达到目的。 瓶口密封面无飞边、平滑且宽度合理（一般0.61.2mm），以确保荐用固定扭矩下对内衬有足够的压强。塑料瓶罐则要避免密封面过于狭窄或尖锐而破坏内衬。 真空密封 真空密封是当包装进行密封或包装产品在生产过程中容器顶隙产生一定的真空度而造成瓶盖的气体密封。真空度在一定程度上有利于内装物的保存。 真空密封只能使用配有橡胶圈或溶胶内衬的金属盖，这是因为在配有普通内衬（如纸板或复合软木背衬）的任何瓶盖中，真空将把内衬吸向瓶口。 对于真空密封的基本要求： 多为口缘密封，内称多为环状密封圈。 盖的刚度要高，否则会产生漏气、胖听、凹听。 压力（内压）密封 压力密封所承受的压强大约为345980kPa，一般用于需要巴氏灭菌的啤酒瓶或碳酸饮料瓶。 在压力密封中，承压面积越大，需要施加在瓶盖上的总压力也越大。同时，瓶盖直径越大，瓶盖材料的厚度也需要越大。否则难以承受较高压力。但材料越厚，成本越高。因此能够承受较高内压力的瓶盖最大直径大约为40mm。 对压力密封的基本要求： 瓶盖最大直径大约为40mm。 盖与瓶的搭扣要牢固。 第三节 密封盖结构一、冠形瓶盖 冠形瓶盖亦称王冠盖，是一种盖裙带有2124个波褶的浅型金属盖。与冠形瓶口配，盖底带有软木、塑料或溶胶内衬。封盖时，盖裙与瓶口封锁环啮合密封，开启需用专用启盖器(俗称启子)开启。适于普通密封、压力密封和真空密封，广泛应用于白酒、啤酒、调味品和饮料的包装瓶。 王冠盖的外型及结构尺寸见图7-1与表7-1。 二、快旋盖（凸耳盖） 快旋盖又称凸耳盖。因其只需要旋转1/4圈就可以旋上或旋下而得名。其结构如图7-2所示，盖裙下缘内卷，并形成向里凸出的沿周向等距离分布的耳状凸台。凸台个数按瓶盖直径的大小确定，并与瓶口螺纹头数对等，一般快旋盖采用马口铁、薄钢板或硬塑料制作。凸耳与瓶口间断外螺纹啮合，其啮合原理同螺旋盖，盖子沿整个瓶口密封面的压力相当均匀。 三、螺旋盖 螺旋盖是通过与瓶口螺纹相啮合而实现瓶口密封的。 塑料螺旋盖 塑料螺旋盖一般都设计成内螺纹，模塑成型。由于我国目前尚无塑料制件的螺纹标准，通常塑料瓶盖、瓶口螺纹套用玻璃制品螺纹结构及相关标准。螺纹牙型与瓶口螺纹牙型一致，多采用圆形、锯齿形、梯形，圆形螺纹有利于强制脱模。若采用60三角牙型应参照粗牙螺纹尺寸，齿顶以平面园角过渡，并适当加大齿配合间隙。 滚压盖 金属螺旋盖的螺纹为滚压成型，故称滚压盖(见图7-4)。滚压盖采用延展性好的铝材制成带有内衬的盖坯，然后将盖坯套在带有外螺纹的瓶口上，顶部由上盖机机头顶压住，机头上的压辊在盖裙上滚压出螺纹，形成与瓶口螺纹啮合的封盖结构。滚比盖尺寸见表7- 2。 四、撬开盖 撬开盖，是预先成型的金属盖。当把预先成型的金属盖压扣在玻璃容器瓶口上时，瓶盖的内衬与瓶口顶部及周围紧密接触，实现密封。由于只是摩擦力在起作用，撬开盖在开启后一般不会变形。见图9-13（孙诚P416）。 五、连底环密封盖 六、塞盖 塞盖是利用塞进瓶口部分产生的径向压缩力和摩擦作用实现对瓶口的密封。所用材料多为软木、弹性塑料及橡胶等。 第四节 安全盖结构设计 一、防盗盖 防盗盖，作为商业安全措施，是在密封 盖的结构上增加一种显现或阻止非法开启、 盗用内装物的结构也就是防盗结构。 扭断式防盗盖 铝扭断式防盗盖 是在滚压盖的结构上增加了防盗环结构，一般采用铝板经冲裁、拉伸成型、采用嵌入式内衬、模塑内衬或溶胶内衬。 扭断式防盗盖的封盖形式如图7- 8所示： 塑料扭断式防盗盖 撕拉箍防盗盖 图7-10所示为口服液瓶撕拉铝盖，盖内带有衬垫或衬塞。这种瓶盖结构开启后不能复原，具有安全及防盗功能。 组合式多功能瓶盖 二、安全盖 安全盖是针对瓶的内装物不适于儿童接触或食用而设计的功能性瓶盖。设计的依据是根据五岁以下儿童的智力特点和力量特点，使其在短时间内难以想出或掌握开盖方法，或是虽知道了怎样开启瓶盖，但因手的力量不足而难以开启瓶盖，体现了对特定对象的安全性。 暗码盖 塑料压旋盖 孙诚教材图9-35 挤旋盖 挤旋盖也是出内、外盖组成。内盖为螺旋盖，内螺纹与瓶口螺纹啮合，实现封盖瓶口，外表面为纵向凹凸棱。 第五节 方便盖结构设计 方便盖是指为消费者开启或取用内装物提供方便的瓶盖。一、方便开启瓶盖 针盖与塞盖 针盖与塞盖是用于软管管嘴的封盖。其结构如图7-16所示。 推拉盖 铰链盖 肘节式转动盖 其结构如图7-19所示。 二、方便取用瓶盖 控流盖 其结构如图7-20所示。 涂敷盖 其结构如图7-21所示，为鞋油涂抹盖结构。图7-22所示为滚涂盖。可用于粘稠液体类的包装瓶。 分配盖 其结构如图7-23所示。 滴液盖 其结构见图7-24 瓶盖的主要功能？对密封结构的要求是什么？密封类型有哪几种？安全盖有几种，根据什么原理进行设计？什么是方便盖，有哪些种类？