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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,,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,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,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,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。 沖擊實驗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、粒化強(qiáng)化等。,四、玻璃容器瓶體結(jié)構(gòu)設(shè)計 1. 形狀設(shè)計 玻璃容器的結(jié)構(gòu)形狀是玻璃容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的最主要內(nèi)容。 在設(shè)計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)計要求專門設(shè)計確定。, 在設(shè)計確定瓶罐結(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)計問題。
14、在具體形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計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 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 玻璃瓶罐罐壁的設(shè)計厚度與設(shè)計的瓶罐尺寸和質(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)。,
【課件】包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計8
