矿泉水瓶加工成型设计.doc

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矿泉水瓶加工成型设计

201013020427杨艳艳

水，生命之源，和人类的生活息息相关。

在日常生活中，矿泉水跟我们接触非常密切。

在此选取了矿泉水瓶作为研究对象，来探究其是如何从原料一步一步变成一个完整的矿泉水瓶的。

1矿泉水瓶的组成部分

瓶身

瓶盖

标签

2原材料的选择

2.1瓶身原材料的选用

在饮料包装中，PET瓶具有外观漂亮、设计灵活、强度高。

密封和可靠的卫生性，使聚酯瓶成为矿泉水瓶理想的包装容器，是迄今矿泉水瓶饮料唯一广泛采用的塑料容器。

因此我们选择PET材料。

PET瓶目前存在的问题：

PET瓶以其优越的性能、较为低廉的成本及对环境保护的适应性，在和其他包装材料（玻璃、马口铁、PE、PVC等）瓶类的竞争中得到了迅速发展，但其耐热性不高、阻气性欠佳局限了其在热灌装和要求气密性高的场合应用，并引起人们高度重视。

在提高改进其性能的过程中，聚酯包装将获得新的发展。

改进耐热性：

普通PET瓶不能用于果汁、茶等需热灌装的物品包装。

目前通过研究，已开发了3类实用的耐热聚酯瓶：

①热定型瓶，可达到85℃灌装的要求；②PET/PEN合金瓶，PEN耐热性高，在普遍注拉吹设备上可制得符合80℃以上热灌装要求的瓶子，倘若再经热定型处理，热灌装温度可达90℃以上；③与耐热性聚芳酯等制成多层复合瓶，以提高耐热性。

提高阻气性：

尽管PET的气体阻隔性远高于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料。

但对于啤酒、自酒、香水等保鲜、保味要求较苛刻的产品仍然不能满足要求。

提高阻气性的方法主要有如下3种：

①多层复合。

以PET为主，加入PVDC、EVOH、MXD6、PEN等其他气密性好的材料做成3层或5层瓶；②采用特殊处理方法，如在PET瓶内或外层涂布环氧阻隔层，或进行等离子体处理（ACTIS技术）；③用其他阻隔性树脂成型，以PEN或PEN与PET的共聚或共混物为原料，既提高了瓶子的阻气性，又提高了瓶子的耐热性，可满足啤酒保存3～6个月的要求，还可以碱洗消毒，重复使用，从而降低成本。

2.2瓶盖原材料的选用

2.2.1按瓶盖原材料分

按原材料分，可分为PE盖、PP盖。

PE（聚乙烯）：

密度为0.94-0.96g/cm3，加工温度约220℃；相对PP较软，单片盖较常用。

PE基本分为三大类，即高压低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）。

一般瓶盖材料通常采用高密度聚乙烯（HDPE）。

PP（聚丙烯）：

密度为0.9-0.91g/cm3，加工温度约220℃。

两者比较：

⑴PP密度比PE小，PP的强度、刚度、硬度、耐热性均优于PE，可在100度左右使用；

⑵PE因为较PP软，因此单片盖通常选用PE料；

⑶PE、PP材料价格接近，都可用于食品包装。

2.2.2按形式分

按形式分，可分为单片盖和双片盖。

单片盖：

瓶盖内部无垫片，整个盖材料一样，依靠折边或内塞密封；

双片盖：

瓶盖内部有垫片，垫片材料较软，依靠压缩垫片的反弹力来保持密封；

两者比较：

⑴、单片盖没有加垫，不需要加垫机，因此设备投入较两片盖少。

并且垫片材料价格是盖体材料的两倍以上，单片盖成本比双片盖低；

⑵、单片盖对瓶口尺寸、形状要求高；折边式单片盖是靠折边变形的反弹力压住瓶口外沿和端面来密封；内塞式单片盖是靠其内塞外径与瓶口内径的过盈配合起密封作用。

双片盖的垫片较软，对瓶口缺陷有较大的包容能力。

双片盖多用于汽水，如可乐、雪碧等，因为矿泉水瓶密封要求低很多，采用单片盖，材料用高密度聚乙烯（HDPE）。

2.3标签原材料的选用

饮料、矿泉水瓶的外标签采用热收缩膜。

热收缩聚酯薄膜包装的优点是：

①贴体透明，体现商品形象。

②紧束包装物，防散性好。

③防雨、防潮、防霉。

④无复原性，有一定防伪功能。

热收缩聚酯薄膜常用于方便食品、饮料市场、电子电器、金属制品，特别是收缩标签是其最主要的应用领域。

因为随着PET饮料瓶的快速发展，如可乐、雪碧、各种果汁等饮料瓶都需要PET热收缩膜与之配套做热封标签，它们同属于聚酯类，是环境友好材料，易于回收再生利用。

（1）PE热收缩膜广泛适用于酒类、易拉罐类、矿泉水类、各种饮料类等，该产品柔韧性好,抗撞击、抗撕裂性强，不易破损、不怕潮、收缩率大；

（2）PVC薄膜具有透明度高、光泽度好、收缩率高等特点；

（3）POF表面光泽度高、韧性好、抗撕裂强度大、热收缩均匀及适合全自动高速包装等特点，是传统PVC热收缩膜的换代产品。

（4）OPS热收缩薄膜具有强度高，刚性大，形状稳定，且具有良好的光泽度和透明度。

（5）PET热收缩型聚酯薄膜的特点：

它在常温下稳定，加热时（玻璃化温度以上）收缩，并且是在一个方向上发生70%以上的热收缩。

矿泉水瓶标签多采用PVC热收缩膜。

3工艺的选择及流程

3.1瓶身加工工艺的选择

PET吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。

茶饮料瓶是掺混了聚萘二甲酸乙二酯（PEN）的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80℃以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求。

在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。

3.1.1设备

随着科技的不断进步和生产的规模化，PET吹瓶机自动化程度越来越高，生产效率也越来越高。

设备生产能力不断提高，由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。

操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制，大大降低了工艺操作上的难度，增加了工艺的稳定性。

目前，注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL公司、德国的KRONES公司等。

虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。

3.1.2一步法注拉吹成型

所谓一步法（又称热坯法）成型，是指联机操作即从瓶坯的成型、拉吹塑到瓶子的冷却取出，各工序均在一台机器上完成。

其工艺流程如下：

3.1.3二步法注拉吹成型

二步法（又称冷坯法），与一步法工艺流程一致，不同之处在于瓶坯的注射成型和冷却在同一台机器上完成，而二次加热和拉伸吹塑成型在另一台机器上完成。

压拉吹成型技术是一种新型的双向拉伸成型技术，其工艺流程图为：

在加工成型PET瓶时，不管是采用“一步法”还是“二步法”，它们都是通过注射型胚、加热型胚、拉伸型胚、吹塑成型、制品脱模这五道工序来完成的。

有所不同的是，“一步法”是指用同一台设备来连续完成上述全部五道工序，而“二步法”则是指用两台或三台设备完成这些工序，且其过程是不连续的，可先注胚，然后再集中进行下面的工序。

“一步法”工艺对模具有着很高的技术要求，“三工位”对模具的要求又要比“四工位”高，而且“一步法”所需的模具也更为复杂，通常一套模具需三组或四组模具组合而成，从而导致每套模具的价格居高不下。

相对于“一步法”，“二步法”对模具的技术要求要低得多。

“二步法”又可分成两种形式，一种是把型胚的加热和拉伸放在同一设备中进行，另一种是把型胚的加热与拉伸分别放在两台设备中进行。

前一种形式的自动化程度及生产率较高，设备投资大，后一种形式主要的优点是设备投资小，对模具的技术要求不高，因而用此方法生产的PET瓶在价格上具有很大的优势。

本设计中采用二步法。

3.2瓶盖加工工艺的选择

中空吹塑成型主要适合加工包装容器和中空制品。

适于该种成型的原料有：

高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、硬聚氯乙烯（HPVC）、软聚氯乙烯（SPVC）、纤维紊塑料、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）等。

目前常用的吹塑制品原料是以聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）为主。

因为聚乙烯制品无毒，容易加工，聚氯乙烯价廉，透明性和印刷性能较好。

中空成型是把熔融状态的塑料制成型坯，置入模具内闭合模具通入压缩空气（气压为2.7～5Kg/cm），将型坯吹胀成模腔形状制品在模内保压条件下，冷却定型开模取出。

根据成型方法的不同，可以分为以下五种形式。

（1）挤出吹塑成型

目前我国以该种方法为主。

熔融型坯是用挤出机挤出。

其优点是设备和模具简单，缺点是型坯壁厚不易均匀，从而引起塑件壁厚差异。

（2）注射吹塑成型

利用注射模制成型坯，然后把热型坯移入中空吹塑模进行吹塑成型。

其优点是壁厚均匀无飞边，不需后加工。

由于坯料有底，因此制件底都无拼合缝，强度好生产效率也高。

但设备与模具价格较贵。

多用于小而精度高的制件且大批量生产。

（3）拉伸吹塑成型

这种方法是在注吹的基础上，增加了将型坯延伸的工序。

该方法和双向拉伸模的原理相同。

可使分子双轴取向、塑件透明度提高，强度增加。

尤其是可以利用这种方法使聚丙烯取代聚氯乙烯透明制品。

多用于高精度高强度高透明度的制品。

（4）多层吹塑成型

该方法有共挤吹塑法和多段注吹法。

现在实用还是共挤吹塑法。

其原理是挤出机头挤出多层型坯，供中空吹塑。

多层化的目的，无非是改善容器性能：

降低渗透性（加入聚偏氯乙烯层PVDC），遮光（黑色层）、绝热层（发泡层），降低可燃性（充填层）花色装饰（着色装饰层）等。

（5）片材吹塑成型

将压延、挤出成型的片材再加热，使之软化放入型腔，闭模后在片材中间吹入压缩空气，定型后取出制品。

本方法进一步发展即是目前的吸塑成型。

本设计选用注射成型工艺。

工艺流程：

高速混合机→密炼机密炼冷却→破碎机破碎→挤出机造粒机组→塑料的准备和预处理准备→塑料入料斗注射→塑化→准备注射→模具清理、涂脱模剂→合模→注射→保压→浇口冻结后的冷却开模→制件脱出→塑件后处理→成品→热处理→封装进仓

3.3瓶身标签加工工艺的选择

因为用吹塑设备制取收缩膜的成本大大低于压延设备，所以吹塑工艺制取收缩膜得到了广泛应用。

通过吹塑工艺要得到高收缩率的收缩膜，从原理上讲必须经过二次吹胀成型，但从加工工艺角度看，相对地可分为一次成型法和二次成型法，其区分的主要依据是从一次吹胀到二次吹胀相对连续性上予以区分。

二次成型法中一次吹胀与二次吹胀相对间断，一次吹胀后薄膜冷却大，使二次吹胀加热温度高，且对温度控制要求严格，过高、过低皆造成操作难度增大，生产不稳定，致使二次成型法中薄膜厚度不易控制困，而一次成型法中一次吹胀与二次吹胀相对连续，消除了二次成型法中所有弊端。

本设计中采用一步法吹塑工艺。

工艺流程：