瓶罐封蓋結構設計

第七章 瓶罐封蓋結構設計第一節(jié) 瓶蓋第二節(jié) 密封原理第三節(jié) 密封蓋結構第四節(jié) 安全蓋結構設計第五節(jié) 方便蓋結構設計 第一節(jié) 瓶蓋 一、瓶蓋功能 瓶蓋通過與瓶口的配合、緊固在瓶口 上，為彈件內襯與瓶口的緊密接觸，并為 封合面提供必要的壓力。瓶蓋與彈性內襯 配合，使彈性內襯得以固定和定位，能準 確地與瓶口形成特定的配合關系。瓶蓋主 要有如下功能。 保護 通過有效密封，瓶蓋可以達到對內裝物的保 護性容裝： 防止內裝物及其成分從瓶口逸出； 防止氣體、水蒸汽及塵埃雜質從瓶口侵入。 方便 瓶蓋可以根據(jù)各種方便性和控制要求提供封 合-開啟-再封合的能力。 瓶蓋要適合于人工或機械封蓋； 瓶蓋要容易開啟且傾倒或分配內裝物。例如 螺旋蓋的側面滾花可以增加開蓋時的摩擦力； 瓶蓋可要求嚴格的開啟控制，如防盜蓋（顯 偷換蓋）和兒童安全蓋。 提供信息 瓶蓋是包裝容器最引人注目的部分。因為消費者在每次取用內裝物時都會看到和觸摸到他們，聽到開啟時的特殊聲響（如香檳酒瓶塞），所以可以傳達視覺、觸覺和聽覺信息。 瓶蓋可顯示商品名稱、牌號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期等一系列圖形或文字信息。 瓶蓋可以顯示開啟方法、開啟方向、用力點以及取出內裝物的方向。 瓶蓋可以印刷商品條形碼。 二、瓶蓋的基本類型密封蓋 密封蓋的主要功能是為了在大規(guī)模生產(chǎn)中提供密封和開啟密封。這類瓶蓋有用于普通密封的螺旋蓋，用于真空密封的凸耳蓋和壓合蓋，用于壓力密封的王冠蓋和滾壓蓋。方便蓋 方便蓋的主要功能是為液體、粉末、片狀或顆粒狀內裝物提供開啟和使用的方便性，使內裝物能夠從瓶罐包裝中傾倒、擠出、淋灑、噴霧等，如傾倒蓋、涂敷蓋、分配蓋等?？刂粕w 控制蓋可以對開啟方式提供某種方式的控制，如防盜蓋和兒童安全蓋。前者在開啟后可顯現(xiàn)開啟痕跡，后者則需一定的力度或復雜的開啟程序才能開啟。專用蓋 專供特殊用途而設計的瓶蓋，如排氣蓋、抗生素藥瓶蓋 等。 三、瓶蓋的材料 金屬 金屬是強度最好的瓶蓋材料。主要用于普通、真空和壓力密封。鍍錫薄鋼板和無錫薄鋼板用于生產(chǎn)連續(xù)螺紋蓋、王冠蓋、快旋蓋、撬開蓋、壓-旋蓋等。鋁及鋁合金可生產(chǎn)螺旋蓋和滾壓蓋等。 熱塑性塑料 熱塑性塑料（PP PE PS等）具有良好的耐旋緊合旋開的性能，能保持良好的密封并阻止退回；具有良好的模塑成型性，可以模塑結構復雜的功能蓋如防盜蓋、兒童安全蓋等。 熱固性塑料 熱固性塑料（木粉填料酚醛樹脂、紙?zhí)盍想迦渲?、密胺增強脲醛樹脂等）密度和硬度較高，重量較大，能有效地防止瓶蓋螺紋的滑動。 玻璃 玻璃塞和玻璃磨塞用于密封精度要求較高的化學品、化妝品及香精香料的包裝。常常用一個PE套蓋，以幫助玻璃塞摩擦配合到瓶口中。 密封材料 溶膠內襯 用具有液體流動性的PVC塑料溶膠或天然（合成）橡膠分散膠體注入金屬蓋，并且通過烘干加工使流體定型成墊片、墊圈或密封環(huán)。 模塑內襯 用PVC、PE、EVA或具有類似彈性的其他熱塑性塑料通過模塑工藝制造的具有特殊結構的內襯。 組合內襯 由復合軟木或紙漿板等彈性材料沖裁加工成被襯，不與內裝物起反應的材料加工成面襯，背襯與面襯組成內襯。 單一內襯 用PVC、PE、EVA、橡膠等片材沖裁墊片或墊圈，材料既具有彈性，又具有化學相容性。 內密封材料 在防偷換瓶蓋包裝中，常用內密封材料密封 容器口。 熱感應密封 涂塑鋁箔材料在封蓋后與容器一起通過電磁場，導致鋁箔發(fā)熱，其涂塑面材即可熔化并粘附容器口緣。 壓敏密封 發(fā)泡聚苯乙烯借助表面涂布的壓敏膠粘貼容器口，壓敏膠在轉動力矩造成的壓力下粘附容器口緣。 膠粘密封 涂蠟紙漿背襯和半透明紙面襯用粘合劑粘貼容器口，然后封蓋。當開蓋時，紙漿背襯留在容器蓋內，而半透明紙則粘在容器口緣。 四、瓶蓋設計要求相容性 蓋襯、墊于內裝物應相容。密封性 襯墊、圈必須有彈性，耐熱、耐擠壓， 瓶與蓋之間的擠壓力要足夠，長期使用 不松弛。剛強性 蓋不變形（耐內壓、外壓、）。易開性 易開、快開，不傷人，不需工具。扭 矩、拉力、撬力應適當。復封性多功能性 如防盜蓋、兒童安全蓋、方便使用蓋。裝飾性 第二節(jié) 密封原理一、密封要求 瓶蓋與瓶口 瓶蓋與瓶口通過一定的連接配合形式實 現(xiàn)如下要求： 通過瓶蓋與瓶口的連接配合，把瓶蓋固定在瓶口上，同 時能夠按一定方式開啟或復蓋； 為密封接觸面提供足夠的壓力，且應壓力均布，在容器 開啟前或更長的時間內，壓力要維持恒定； 對無內襯的瓶蓋結構，與瓶口接觸密封部位應平滑、均 勻、接觸良好； 開啟、復蓋簡便、快捷、無泄漏。 瓶蓋與密封內襯 為使密封內襯準確地壓向密封接觸面，密封內襯在瓶蓋內應當定位準確，大小尺寸合適。 密封內襯與瓶口 密封內襯與瓶口的配合設計，需要確定接觸方式、接觸向積、接觸寬度及密封內襯的厚度，保證足夠的彈性和必要的剛性要求。 二、密封原理 在于對一處有可能發(fā)生泄漏（氣 體或液體內裝物）或侵入（外界環(huán)境 中空氣、水汽或雜質等）而要對其施 以密封的瓶口位置，設置一個完善的 物理壁壘。 為了達到此目的，內襯必須有足夠的彈性，以能夠填滿密封面上的任一凹凸不平之處，同時還要保持足夠的剛性，以防止在密封壓力之下擠入表面間隙之中。彈性與剛性都要持之以恒。 為獲得良好的密封效果，壓向瓶口密封面的內襯在包裝的貨架壽命期限內必須保持足夠功的壓強。在合理的范圍內，壓強越高，密封效果越好。但是，顯而易見，當壓強增加到一定程度，就會引起瓶蓋的破裂或變形、玻璃瓶口的碎裂或塑料容器的變形以及內襯的破壞，使密封自行失效。 密封壓強保證了內襯與瓶口密封面的良好接觸。瓶口密封面積越大，由瓶蓋施加負荷的面積分布越大，一定扭矩下的密封效果越差。因此，為獲得良好的密封，不一定非得采用過高的固定扭矩，在不損壞內襯及其表面的情況下，密封面的寬度應盡可能小一些。也就是說，假如小的固定扭矩要達到最大有效密封壓強，應選用窄的密封圈。 螺紋嚙合 螺紋嚙合指螺旋蓋的螺紋起點與瓶口螺紋起點之間的第一嚙合點到瓶口密封面與內襯接觸的那一點所轉過的螺紋圈數(shù)。為使內襯能夠均勻壓向瓶口密封面的整個圓周，則至少需要一個整圈的螺紋嚙合。螺紋嚙合的區(qū)域越大，瓶蓋定位越好，則保持瓶蓋在原位的固定扭矩的作用越大。 螺距決定螺紋的傾角或斜度。螺距越大，則螺紋斜度越大，瓶蓋旋上或旋下的速度越快，要取得一定圈數(shù)的螺紋嚙合的瓶蓋高度也越大。 可以確定，螺旋蓋的性能取決于螺紋嚙合及其工作螺距。 固定扭矩 一旦確定了瓶蓋及瓶口結構，對于良好密封的要求就容易解決。問題歸結于能否保證瓶蓋向瓶口施加適當?shù)膲毫?。就螺旋蓋來說，需要一個測量瓶蓋作用效果的尺度 固定扭矩。 固定扭矩可以通過扭矩測試儀來測量。在實際中，由于扭矩測試儀不可能置于旋蓋機壓頭之下，所以必須由測試儀施加于瓶蓋的“擰松扭矩”來間接測定。固定扭矩隨瓶蓋的直徑變化而變化，成正比關系。 瓶蓋密封的可靠性取決于內襯彈性、密封面平整等，而不僅僅是其緊度或所施加的力矩。 其他密封方法的機理 除了上密封面密封之外，瓶罐包裝還有許多密封方法，這些方法伴隨著不同的密封類型。 瓶口邊緣密封 瓶口邊緣密封的密封面在瓶口上部外緣。 天然或合成橡膠墊圈安放于金屬凸耳蓋的邊 緣，與瓶口外邊緣上部的錐度密封面吻合， 主要依靠瓶口凸緣所施加的壓力來密封。 聯(lián)合密封 聯(lián)合密封即瓶口上密封面與瓶口邊緣密封 面的雙重密封。聯(lián)合密封的技術要求比較高。 塞封 塞封是各種材料制成的塞子通過壓入配合與塞形瓶口內緣密封面借助摩擦作用而形成的密封。有軟木塞、塑料塞、玻璃塞等。由于軟木塞具有彈性、可壓縮、不透氣、不透水、導熱率低，可提供良好的塞封，是理想的天然材料。作為軟木塞的替代物，有帶筋或不帶筋的中凹塑料塞，有適應瓶口直徑逐漸變化的環(huán)裙塑料賽，都可保證更有效的塞封。 搭扣密封 具有彈性的LDPE和PC瓶蓋可與瓶口進行搭扣密封。所謂搭扣就是壓向瓶口的瓶蓋緊緊咬住瓶口封鎖環(huán)，使環(huán)緣的整個表面成為密封面。塑料的彈性越大，與封鎖環(huán)的配合越緊，密封效果越好。 三、密封類型 普通密封 普通密封的瓶蓋設計沒有進行專門的耐壓設計，但可以保持容器的密封，并且在留有適當頂隙的情況下，可以抵御由環(huán)境溫度變化所引起的內壓變化。 對于普通密封的基本要求： 內襯與內裝物具有化學相容性。 內襯均勻壓向瓶口密封面，螺旋蓋至少應有一整圈螺紋嚙合，以獲得最大的密封可靠性。實際上只要有3/4圈的螺紋嚙合，即可達到目的。 瓶口密封面無飛邊、平滑且寬度合理（一般0.61.2mm），以確保薦用固定扭矩下對內襯有足夠的壓強。塑料瓶罐則要避免密封面過于狹窄或尖銳而破壞內襯。 真空密封 真空密封是當包裝進行密封或包裝產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中容器頂隙產(chǎn)生一定的真空度而造成瓶蓋的氣體密封。真空度在一定程度上有利于內裝物的保存。 真空密封只能使用配有橡膠圈或溶膠內襯的金屬蓋，這是因為在配有普通內襯（如紙板或復合軟木背襯）的任何瓶蓋中，真空將把內襯吸向瓶口。 對于真空密封的基本要求： 多為口緣密封，內稱多為環(huán)狀密封圈。 蓋的剛度要高，否則會產(chǎn)生漏氣、胖聽、凹聽。 壓力（內壓）密封 壓力密封所承受的壓強大約為345980kPa，一般用于需要巴氏滅菌的啤酒瓶或碳酸飲料瓶。 在壓力密封中，承壓面積越大，需要施加在瓶蓋上的總壓力也越大。同時，瓶蓋直徑越大，瓶蓋材料的厚度也需要越大。否則難以承受較高壓力。但材料越厚，成本越高。因此能夠承受較高內壓力的瓶蓋最大直徑大約為40mm。 對壓力密封的基本要求： 瓶蓋最大直徑大約為40mm。 蓋與瓶的搭扣要牢固。 第三節(jié) 密封蓋結構一、冠形瓶蓋 冠形瓶蓋亦稱王冠蓋，是一種蓋裙帶有2124個波褶的淺型金屬蓋。與冠形瓶口配，蓋底帶有軟木、塑料或溶膠內襯。封蓋時，蓋裙與瓶口封鎖環(huán)嚙合密封，開啟需用專用啟蓋器(俗稱啟子)開啟。適于普通密封、壓力密封和真空密封，廣泛應用于白酒、啤酒、調味品和飲料的包裝瓶。 王冠蓋的外型及結構尺寸見圖7-1與表7-1。 二、快旋蓋（凸耳蓋） 快旋蓋又稱凸耳蓋。因其只需要旋轉1/4圈就可以旋上或旋下而得名。其結構如圖7-2所示，蓋裙下緣內卷，并形成向里凸出的沿周向等距離分布的耳狀凸臺。凸臺個數(shù)按瓶蓋直徑的大小確定，并與瓶口螺紋頭數(shù)對等，一般快旋蓋采用馬口鐵、薄鋼板或硬塑料制作。凸耳與瓶口間斷外螺紋嚙合，其嚙合原理同螺旋蓋，蓋子沿整個瓶口密封面的壓力相當均勻。 三、螺旋蓋 螺旋蓋是通過與瓶口螺紋相嚙合而實現(xiàn)瓶口密封的。 塑料螺旋蓋 塑料螺旋蓋一般都設計成內螺紋，模塑成型。由于我國目前尚無塑料制件的螺紋標準，通常塑料瓶蓋、瓶口螺紋套用玻璃制品螺紋結構及相關標準。螺紋牙型與瓶口螺紋牙型一致，多采用圓形、鋸齒形、梯形，圓形螺紋有利于強制脫模。若采用60三角牙型應參照粗牙螺紋尺寸，齒頂以平面園角過渡，并適當加大齒配合間隙。 滾壓蓋 金屬螺旋蓋的螺紋為滾壓成型，故稱滾壓蓋(見圖7-4)。滾壓蓋采用延展性好的鋁材制成帶有內襯的蓋坯，然后將蓋坯套在帶有外螺紋的瓶口上，頂部由上蓋機機頭頂壓住，機頭上的壓輥在蓋裙上滾壓出螺紋，形成與瓶口螺紋嚙合的封蓋結構。滾比蓋尺寸見表7- 2。 四、撬開蓋 撬開蓋，是預先成型的金屬蓋。當把預先成型的金屬蓋壓扣在玻璃容器瓶口上時，瓶蓋的內襯與瓶口頂部及周圍緊密接觸，實現(xiàn)密封。由于只是摩擦力在起作用，撬開蓋在開啟后一般不會變形。見圖9-13（孫誠P416）。 五、連底環(huán)密封蓋 六、塞蓋 塞蓋是利用塞進瓶口部分產(chǎn)生的徑向壓縮力和摩擦作用實現(xiàn)對瓶口的密封。所用材料多為軟木、彈性塑料及橡膠等。 第四節(jié) 安全蓋結構設計 一、防盜蓋 防盜蓋，作為商業(yè)安全措施，是在密封 蓋的結構上增加一種顯現(xiàn)或阻止非法開啟、 盜用內裝物的結構也就是防盜結構。 扭斷式防盜蓋 鋁扭斷式防盜蓋 是在滾壓蓋的結構上增加了防盜環(huán)結構，一般采用鋁板經(jīng)沖裁、拉伸成型、采用嵌入式內襯、模塑內襯或溶膠內襯。 扭斷式防盜蓋的封蓋形式如圖7- 8所示： 塑料扭斷式防盜蓋 撕拉箍防盜蓋 圖7-10所示為口服液瓶撕拉鋁蓋，蓋內帶有襯墊或襯塞。這種瓶蓋結構開啟后不能復原，具有安全及防盜功能。 組合式多功能瓶蓋 二、安全蓋 安全蓋是針對瓶的內裝物不適于兒童接觸或食用而設計的功能性瓶蓋。設計的依據(jù)是根據(jù)五歲以下兒童的智力特點和力量特點，使其在短時間內難以想出或掌握開蓋方法，或是雖知道了怎樣開啟瓶蓋，但因手的力量不足而難以開啟瓶蓋，體現(xiàn)了對特定對象的安全性。 暗碼蓋 塑料壓旋蓋 孫誠教材圖9-35 擠旋蓋 擠旋蓋也是出內、外蓋組成。內蓋為螺旋蓋，內螺紋與瓶口螺紋嚙合，實現(xiàn)封蓋瓶口，外表面為縱向凹凸棱。 第五節(jié) 方便蓋結構設計 方便蓋是指為消費者開啟或取用內裝物提供方便的瓶蓋。一、方便開啟瓶蓋 針蓋與塞蓋 針蓋與塞蓋是用于軟管管嘴的封蓋。其結構如圖7-16所示。 推拉蓋 鉸鏈蓋 肘節(jié)式轉動蓋 其結構如圖7-19所示。 二、方便取用瓶蓋 控流蓋 其結構如圖7-20所示。 涂敷蓋 其結構如圖7-21所示，為鞋油涂抹蓋結構。圖7-22所示為滾涂蓋?？捎糜谡吵硪后w類的包裝瓶。 分配蓋 其結構如圖7-23所示。 滴液蓋 其結構見圖7-24 瓶蓋的主要功能？對密封結構的要求是什么？密封類型有哪幾種？安全蓋有幾種，根據(jù)什么原理進行設計？什么是方便蓋，有哪些種類？