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1、主講人：邢浩 2015年3月,Design of package structure,包裝結構設計,,參考書目：,輕工業(yè)出版社（1981） 作者：范垂德 等,化學工業(yè)出版社 作者：吳波,印刷工業(yè)出版社 作者：宋寶峰,第八章 玻璃包裝容器結構設計,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，經(jīng)高溫加熱熔融、澄清成玻璃液；, 玻璃液經(jīng)供料系統(tǒng)送入成型機成型； 成型
3、后為消除容器制品的殘余應力及提高強度，要經(jīng)退火處理和后加工處理等工序； 最后經(jīng)檢驗即得成品。,2. 成型主要方法 吹制法 a.吹管預熱,b.吹氣,c.內模,d.夾頭,e.開口部整形,f.退火, 拉制法 a.預熱,b.延展,第二節(jié) 玻璃包裝容器結構設計,瓶口 瓶口頂端用于與瓶蓋配合的部分。,一、玻璃包裝容器的結構特征 1. 玻璃瓶罐各部的結構名稱,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 底部內凹陷的部分。,
4、商標區(qū) 瓶身粘貼商標的區(qū)域。 灌裝標線 按指標規(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數(shù)表示。 (注意頂隙容量),2. 玻璃包裝容器基本結構類型 窄口瓶 窄口瓶又稱細口瓶，是瓶口內徑與瓶身內徑差異較大且瓶口內徑小于30mm 的包裝容器。,窄口瓶主要用于貯存和輸運一定量的液體，如酒類、飲料、調味品等。 其最突出的特點在于瓶口小，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)、風味和外觀。,維客 ,瓶口內徑大于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 玻璃瓶罐制造術語,小口瓶。它是瓶口內徑小于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 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、結構多種多樣。, 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構設計,玻璃包裝容器在填裝被包裝物后都應以適當?shù)姆椒右苑饪?，以防止被包裝物灑出或外界雜質混入，造成被包裝物的損壞。 封口的要求不同，則瓶口結構也不相同。,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。,國家標準(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，并靠瓶塞在瓶口內表面的摩擦作用實現(xiàn)封口。,4. 真空封口瓶口 真空封口瓶口的密封是利用瓶內的真空度，通過內外壓力差的作用實現(xiàn)的。 這種瓶 口結構多用 于罐頭食品 的包裝。,常見的真空封口結構有兩種形式，一是凸耳蓋式封口結構(圖a)，另一是軋蓋式真空封口結構(圖b)。,5. 磨塞瓶口 磨塞瓶口用于盛裝化工類易揮發(fā)性物質或易串味物質的瓶罐。 分內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構形式： 模制瓶口,管制瓶口, 玻璃輸液瓶瓶口,三、玻璃容器的結構強度分析,玻璃容器的結構強度是玻璃容器結構設計中需要重點考慮的問題之一。 一般玻璃容器的強度受到其形狀、作用應力、表面狀態(tài)、材料、生產工藝過程控制等因素的影響。,1. 玻璃瓶罐的結構強度指標 內壓強度 內壓強度是玻璃瓶罐強度的重要指標。 它受玻璃原材料、瓶形、生產與成型工藝等因素影響。,由薄壁圓筒強度理論： 密封容器內壓力主要在容器內產生環(huán)狀應力和軸向應力，
9、且在同等條件下，軸向應力只有環(huán)狀應力值的一半。 玻璃瓶罐的內壓強度： =63.70MPa,瓶形對內壓強度影響很大。 如果將圓形截面的瓶身內壓強度定為100，則橢圓形(長短徑之比為2：1)為50，正方形截面的瓶身內壓強度只有圓截面的1025。, 熱沖擊強度 熱沖擊強度是指玻璃瓶罐耐驟冷驟熱的強度指標。 當玻璃瓶罐受驟冷驟熱作用時，由于熱脹冷縮使瓶罐壁內產生復雜的溫變應力，當此應力超過玻璃瓶罐的抗拉或抗壓強度時，即發(fā)生破裂。,當瓶罐外部受熱沖擊時，受熱瓶壁內產生較大的壓應力，受冷則產生較大的拉應力。 而玻璃是脆性材料，其壓縮強度遠大于拉伸強度，所以玻璃瓶罐受熱時不易破裂，而受冷則
10、易碎。, 機械沖擊強度 是玻璃瓶罐在使用過程中抗機械沖擊能力的強度指標。,當瓶罐側壁受沖擊時，會產生3種主要應力： 沖擊時的接觸應力、瓶罐內壁的彎曲應力和瓶罐外壁的扭轉剪切應力。其中接觸應力和彎曲應力較大，剪切應力較小。 沖擊實驗表明玻璃瓶罐抗沖擊強度薄弱部位位于瓶頸與瓶口處。, 垂直載荷強度 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度即為衡量玻璃瓶罐承受垂直載荷作用的強度指標，與瓶形密切相關。,一般來說普通型的玻璃瓶罐承受垂直載荷的能力很強，最少達4kN，如果結構合理、質量優(yōu)良則最大可達50kN。,2. 玻璃瓶罐的結構強度分析,玻璃瓶罐的造
11、型變化無窮，但其結構形狀對強度有很大的影響。 按照力學原理，瓶形越接近球形其強度就越大，瓶形越復雜，強度就越小。, 瓶身形狀對強度的影響 瓶身形狀即玻璃瓶罐的橫截面形狀，它主要影響瓶罐的內壓強度。 一般瓶罐形狀越復 雜，其強度越低；具有 的銳角越多，強度越差。, 瓶肩形狀對強度的影響 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度。 從使用和制造出發(fā)，應以曲線逐漸緩和地過渡。,在實際上，瓶肩多用圓弧過渡。一般瓶肩弧線曲率半徑越大，垂直載荷強度越高。, 瓶身下部與瓶底過渡部分對強度的影響 瓶身下部與瓶底過渡部分對強度的影響較復雜，對前述玻璃瓶罐四大強
12、度指標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 型較好。, 瓶罐表面狀態(tài)對強度的影響 玻璃瓶罐的表面，在制造、運輸、使用過程中，不可避免地產生許多細小缺陷。 這些缺陷將嚴重地降低玻璃瓶罐的強度。 在設計上，一般可采用強化處理來提高其強度。, 瓶罐壁厚對強度的影響 瓶罐壁厚與強度的關系為： 壁厚由薄變厚時，瓶罐的內壓強度提高，熱沖擊強度降低，機械沖擊強度提高，垂直載荷強度按比例提高。, 玻璃瓶罐的使用年限對強度的影響 玻璃瓶罐承受內壓的強度會隨使用年限逐年降低。, 表面強化處理對強度的影響 對玻
13、璃瓶罐表面強化處理，可提高其綜合強度。 強化方法主要有： 涂覆表面涂層、物理強化、化學強化、?；瘡娀?。,四、玻璃容器瓶體結構設計 1. 形狀設計 玻璃容器的結構形狀是玻璃容器結構設計的最主要內容。 在設計過程中涉及的條件較多，應綜合考慮。 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)國家標準(GB)、國際標準(ISO)或行業(yè)標準推薦的尺寸和造型結構確定； b參考廠商現(xiàn)有的瓶罐結構式樣來具體確定； c依據(jù)設計要求專門設計確定。, 在設計確定瓶罐結構形狀時， 首先要考慮也是最重要的是瓶罐的結構強度。 其次再考慮造型設計問題。
14、在具體形狀結構設計中主要需考慮以下幾點： a. 瓶罐各部壁厚要均勻，防止突變；,b. 瓶罐的棱角應呈圓弧形； c. 為提高瓶罐強度，應考慮在表面采用起棱措施； d. 瓶罐的結構形狀，應便于成型、起模，盡量避免采用任何輔助工序； e. 大型瓶罐應采取措施，防止瓶壁翹曲。,2. 瓶體主要結構尺寸設計 瓶身直徑與瓶高尺寸 酒瓶和醫(yī)用玻璃瓶有統(tǒng)一標準，其他玻璃容器國內尚無統(tǒng)一標準。 瓶口內徑 瓶口內徑與封口方式即瓶蓋和瓶塞有關，且受瓶容的制約。, 瓶底結構尺寸 瓶底的結構形式有4種： a 平底結構 這種瓶底結構較少使用；,b 腳底結構 瓶底因在瓶根處有一厚壁，不會出現(xiàn)凹底缺陷；,c 雙圓角瓶底結構 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壓力；,d 內凸底結構 此種瓶底具有較強的抗內壓能力，且瓶罐整體穩(wěn)定性好。,,3. 壁厚設計 玻璃瓶罐罐壁的設計厚度與設計的瓶罐尺寸和質量有關。 壁厚過大并不提高玻璃瓶罐的強度，反而增大瓶罐的質量；同時內應力大，出模時易產生變形。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，應把玻璃瓶罐與模腔及模芯的所有接觸面設計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。,
【課件】包裝結構設計8
