feng-第七章 瓶罐封蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第七章 瓶罐封蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 瓶蓋 第二節(jié) 密封原理 第三節(jié) 密封蓋結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 安全蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第五節(jié) 方便蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 瓶蓋 一、瓶蓋功能 瓶蓋通過(guò)與瓶口的配合、緊固在瓶口 上，為彈性內(nèi)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(nèi)襯 配合，使彈性內(nèi)襯得以固定和定位，能準(zhǔn) 確地與瓶口形成特定的配合關(guān)系。瓶蓋主 要有如下功能。 保護(hù) 通過(guò)有效密封，瓶蓋可以達(dá)到對(duì)內(nèi)裝物的保 護(hù)性容裝： 防止內(nèi)裝物及其成分從瓶口逸出； 防止氣體、水蒸汽及塵埃雜質(zhì)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(kāi)啟-再封合的能力。 瓶蓋要適合于人工或機(jī)械封蓋； 瓶蓋要容易開(kāi)

2、啟且傾倒或分配內(nèi)裝物。例如 螺旋蓋的側(cè)面滾花可以增加開(kāi)蓋時(shí)的摩擦力； 瓶蓋可要求嚴(yán)格的開(kāi)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?yàn)橄M(fèi) 者在每次取用內(nèi)裝物時(shí)都會(huì)看到和觸摸到他們，聽(tīng) 到開(kāi)啟時(shí)的特殊聲響（如香檳酒瓶塞），所以可以 傳達(dá)視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信息。 瓶蓋可顯示商品名稱、牌號(hào)、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(kāi)啟方法、開(kāi)啟方向、用力點(diǎn)以及 取出內(nèi)裝物的方向。 瓶蓋可以印刷商品條形碼。 二、瓶蓋的基本類(lèi)型 密封蓋密封蓋 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(kāi) 啟密封。這類(lèi)瓶蓋有用于普通密封的螺旋蓋，用于真空

3、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 方便蓋的主要功能是為液體、粉末、片狀或顆粒狀內(nèi)裝 物提供開(kāi)啟和使用的方便性，使內(nèi)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。 控制蓋控制蓋 控制蓋可以對(duì)開(kāi)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(kāi)啟后可顯現(xiàn)開(kāi)啟痕跡，后者則需一 定的力度或復(fù)雜的開(kāi)啟程序才能開(kāi)啟。 專(zhuān)用蓋專(zhuān)用蓋 專(zhuān)供特殊用途而設(shè)計(jì)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(qiáng)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(wú)錫薄鋼板用于生 產(chǎn)連續(xù)螺紋蓋、王冠蓋、快旋蓋、撬開(kāi)蓋、

4、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 緊和旋開(kāi)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(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)脂、紙?zhí)?料脲醛樹(shù)脂、密胺增強(qiáng)脲醛樹(shù)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(dòng)。 玻璃 玻璃塞和玻璃磨塞用于密封精度要求較 高的化學(xué)品、化妝品及香精、香料的包裝。常 常用一個(gè)PE套蓋，以幫助玻璃塞摩擦配合到 瓶口中。 密封材料 溶膠內(nèi)襯 用具有液體流動(dòng)性的PVC塑料溶膠或天然（合成）橡膠 分散膠體注入金屬蓋，并

5、且通過(guò)烘干加工使流體定型成墊 片、墊圈或密封環(huán)。 模塑內(nèi)襯 用PVC、PE、EVA或具有類(lèi)似彈性的其他熱塑性塑料通 過(guò)模塑工藝制造的具有特殊結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯。 組合內(nèi)襯 由復(fù)合軟木或紙漿板等彈性材料沖裁加工成被襯，不與 內(nèi)裝物起反應(yīng)的材料加工成面襯，背襯與面襯組成內(nèi)襯。 單一內(nèi)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(xué)相容性。 內(nèi)密封材料 在防偷換瓶蓋包裝中，常用內(nèi)密封材料密封容器口。 熱感應(yīng)密封 涂塑鋁箔材料在封蓋后與容器一起通過(guò)電磁場(chǎng)，導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng)力

6、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(dāng)開(kāi)蓋時(shí)，紙漿背襯留在容器蓋內(nèi)，而半透明紙則粘 在容器口緣。 四、瓶蓋設(shè)計(jì)要求 相容性 蓋襯、墊于內(nèi)裝物應(yīng)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(zhǎng)期使用 不松弛。 剛強(qiáng)性 蓋不變形（耐內(nèi)壓、外壓、）。 易開(kāi)性 易開(kāi)、快開(kāi)，不傷人，不需工具。扭 矩、拉力、撬力應(yīng)適當(dāng)。 復(fù)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(guò)一定的連接配合形式實(shí) 現(xiàn)如下要求： 通過(guò)瓶蓋與瓶口的連接配合，把瓶蓋固定在

7、瓶口上，同 時(shí)能夠按一定方式開(kāi)啟或復(fù)蓋； 為密封接觸面提供足夠的壓力，且應(yīng)壓力均布，在容器 開(kāi)啟前或更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，壓力要維持恒定； 對(duì)無(wú)內(nèi)襯的瓶蓋結(jié)構(gòu)，與瓶口接觸密封部位應(yīng)平滑、均 勻、接觸良好； 開(kāi)啟、復(fù)蓋簡(jiǎn)便、快捷、無(wú)泄漏。 瓶蓋與密封內(nèi)襯 為使密封內(nèi)襯準(zhǔn)確地壓向密封接觸面， 密封內(nèi)襯在瓶蓋內(nèi)應(yīng)當(dāng)定位準(zhǔn)確，大小尺寸 合適。 密封內(nèi)襯與瓶口 密封內(nèi)襯與瓶口的配合設(shè)計(jì)，需要確定 接觸方式、接觸面積、接觸寬度及密封內(nèi)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(duì)一處有可能發(fā)生泄漏（氣 體或液體內(nèi)裝物）或侵入（外界環(huán)境 中空氣、水汽或雜質(zhì)等）而要對(duì)其施 以密封的瓶口位置，設(shè)置一

8、個(gè)完善的 物理壁壘。 為了達(dá)到此目的，內(nèi)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(shí)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(nèi) 襯在包裝的貨架壽命期限內(nèi)必須保持足夠功的壓強(qiáng)。 在合理的范圍內(nèi)，壓強(qiáng)越高，密封效果越好。但是， 顯而易見(jiàn)，當(dāng)壓強(qiáng)增加到一定程度，就會(huì)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(nèi)襯的破壞，使密封自行失效。 1.密封壓強(qiáng) 密封壓強(qiáng)保證了內(nèi)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(fù)荷 的面積分布越大，一定扭矩下的密封效果越 差。因此，為

9、獲得良好的密封，不一定非得 采用過(guò)高的固定扭矩，在不損壞內(nèi)襯及其表 面的情況下，密封面的寬度應(yīng)盡可能小一些。 也就是說(shuō)，假如小的固定扭矩要達(dá)到最大 有效密封壓強(qiáng)，應(yīng)選用窄的密封圈。 螺紋嚙合 螺紋嚙合指螺旋蓋的螺紋起點(diǎn)與瓶口螺紋起點(diǎn) 之間的第一嚙合點(diǎn)到瓶口密封面與內(nèi)襯接觸的那一 點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的螺紋圈數(shù)。為使內(nèi)襯能夠均勻壓向瓶口 密封面的整個(gè)圓周，則至少需要一個(gè)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

10、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(jié)構(gòu)，對(duì)于良好密封的 要求就容易解決。問(wèn)題歸結(jié)于能否保證瓶蓋向瓶口 施加適當(dāng)?shù)膲毫?。就螺旋蓋來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)測(cè)量瓶 蓋作用效果的尺度 固定扭矩。 固定扭矩可以通過(guò)扭矩測(cè)試儀來(lái)測(cè)量。在實(shí)際 中，由于扭矩測(cè)試儀不可能置于旋蓋機(jī)壓頭之下， 所以必須由測(cè)試儀施加于瓶蓋的“擰松扭矩”來(lái)間 接 測(cè)定。固定扭矩隨瓶蓋的直徑變化而變化，成正比 關(guān)系。 瓶蓋密封的可靠性取決于內(nèi)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(jī)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(lèi)型。 瓶口邊緣密封 瓶口

11、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(lái)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(shù)要求比較高。 塞封 塞封是各種材料制成的塞子通過(guò)壓入配合與塞形瓶口內(nèi) 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(dǎo)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(yīng) 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

12、瓶蓋可與瓶口進(jìn)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(gè)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(lèi)型 普通密封 普通密封的瓶蓋設(shè)計(jì)沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的耐壓設(shè)計(jì)，但可以 保持容器的密封，并且在留有適當(dāng)頂隙的情況下，可以抵御 由環(huán)境溫度變化所引起的內(nèi)壓變化。 對(duì)于普通密封的基本要求： 內(nèi)襯與內(nèi)裝物具有化學(xué)相容性。 內(nèi)襯均勻壓向瓶口密封面，螺旋蓋至少應(yīng)有一整圈螺紋 嚙合，以獲得最大的密封可靠性。實(shí)際上只要有3/4圈的螺紋 嚙合，即可達(dá)到目的。 瓶口密封面無(wú)飛邊、平滑且寬度合理（一般0.6 1.2mm），以確保薦用固定扭矩下對(duì)內(nèi)襯有足夠的

13、壓強(qiáng)。塑 料瓶罐則要避免密封面過(guò)于狹窄或尖銳而破壞內(nèi)襯。 真空密封 真空密封是當(dāng)包裝進(jìn)行密封或包裝產(chǎn)品在生產(chǎn) 過(guò)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(nèi)裝物的保存。 真空密封只能使用配有橡膠圈或溶膠內(nèi)襯的金屬 蓋，這是因?yàn)樵谂溆衅胀▋?nèi)襯（如紙板或復(fù)合軟木背 襯）的任何瓶蓋中，真空將把內(nèi)襯吸向瓶口。 對(duì)于真空密封的基本要求： 多為口緣密封，內(nèi)稱多為環(huán)狀密封圈。 蓋的剛度要高，否則會(huì)產(chǎn)生漏氣、胖聽(tīng)、凹聽(tīng)。 壓力（內(nèi)壓）密封 壓力密封所承受的壓強(qiáng)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

14、的總壓力也越大。同時(shí)，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(nèi)壓力 的瓶蓋最大直徑大約為40mm。 對(duì)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(jié)構(gòu) 一、冠形瓶蓋 冠形瓶蓋亦稱王冠蓋，是一種蓋裙帶有21 24個(gè)波褶的淺型金屬蓋。與冠形瓶口配合， 蓋底帶有軟木、塑料或溶膠內(nèi)襯。封蓋時(shí)，蓋 裙與瓶口封鎖環(huán)嚙合密封，開(kāi)啟需用專(zhuān)用啟蓋 器(俗稱啟子)開(kāi)啟。 適于普通密封、壓力密封和真空密封，廣泛應(yīng) 用于白酒、啤酒、調(diào)味品和飲料的包裝瓶。 王冠蓋的外型及結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖7-1與表7-1。 二、快旋

15、蓋（凸耳蓋） 快旋蓋又稱凸耳蓋。因其只需要旋轉(zhuǎn)1/4圈就可 以旋上或旋下而得名。其結(jié)構(gòu)如圖7-2所示，蓋裙下 緣內(nèi)卷，并形成向里凸出的沿周向等距離分布的耳 狀凸臺(tái)。凸臺(tái)個(gè)數(shù)按瓶蓋直徑的大小確定，并與瓶 口螺紋頭數(shù)對(duì)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(gè)瓶口密封面的壓力相 當(dāng)均勻。 三、螺旋蓋 螺旋蓋是通過(guò)與瓶口螺紋相嚙合而實(shí)現(xiàn)瓶口密 封的。 塑料螺旋蓋 塑料螺旋蓋一般都設(shè)計(jì)成內(nèi)螺紋，模塑成型。 由于我國(guó)目前尚無(wú)塑料制件的螺紋標(biāo)準(zhǔn)，通常塑料 瓶蓋、瓶口螺紋套用玻璃制品螺紋結(jié)構(gòu)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 螺紋牙型與瓶口螺紋牙型一致，多采用圓形、

16、鋸齒 形、梯形，圓形螺紋有利于強(qiáng)制脫模。若采用60 三角牙型應(yīng)參照粗牙螺紋尺寸，齒頂以平面園角 過(guò)渡，并適當(dāng)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(jiàn)圖7-4)。滾壓蓋采用延展性好的鋁材制 成帶有內(nèi)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(jī)機(jī)頭頂壓住， 機(jī)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(jié)構(gòu)。滾比蓋尺寸見(jiàn)表 7- 2。 四、撬開(kāi)蓋 撬開(kāi)蓋，是預(yù)先成型的金屬蓋。當(dāng) 把預(yù)先成型的金屬蓋壓扣在玻璃容器瓶 口上時(shí)，瓶蓋的內(nèi)襯與瓶口頂部及周?chē)?緊密接觸，實(shí)現(xiàn)密封。由于只是摩擦力 在起作用，撬開(kāi)蓋在開(kāi)啟后一般不會(huì)變 形。見(jiàn)圖9-13（孫誠(chéng)

17、P416）。 五、連底環(huán)密封蓋 六、塞蓋 塞蓋是利用塞進(jìn)瓶口部分產(chǎn)生的徑向壓縮力 和摩擦作用實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、防盜蓋（pilfer proof ） 防盜蓋，作為商業(yè)安全措施，是在密封 蓋的結(jié)構(gòu)上增加一種顯現(xiàn)或阻止非法開(kāi)啟、 盜用內(nèi)裝物的結(jié)構(gòu)也就是防盜結(jié)構(gòu)。 扭斷式防盜蓋 鋁扭斷式防盜蓋 是在滾壓蓋的結(jié)構(gòu)上增加了防盜環(huán)結(jié)構(gòu)，一般 采用鋁板經(jīng)沖裁、拉伸成型、采用嵌入式內(nèi)襯、模 塑內(nèi)襯或溶膠內(nèi)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(nèi)帶有襯 墊或襯塞。這種瓶

18、蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)啟后不能復(fù)原，具有安 全及防盜功能。 組合式多功能瓶蓋 外蓋1 旋動(dòng)傾倒口2 控流內(nèi)塞3 內(nèi)套4 瓶口5 二、安全蓋 安全蓋是針對(duì)瓶的內(nèi)裝物不適于兒童接 觸或食用而設(shè)計(jì)的功能性瓶蓋。設(shè)計(jì)的依據(jù) 是根據(jù)五歲以下兒童的智力特點(diǎn)和力量特點(diǎn)， 使其在短時(shí)間內(nèi)難以想出或掌握開(kāi)蓋方法，或 是雖知道了怎樣開(kāi)啟瓶蓋，但因手的力量不足 而難以開(kāi)啟瓶蓋，體現(xiàn)了對(duì)特定對(duì)象的安全 性。 暗碼蓋 塑料壓旋蓋 孫誠(chéng)教材圖9-35 擠旋蓋 擠旋蓋也是出內(nèi)、外 蓋組成。內(nèi)蓋為螺旋蓋， 內(nèi)螺紋與瓶口螺紋嚙合， 實(shí)現(xiàn)封蓋瓶口，外表面 為縱向凹凸棱。 第五節(jié) 方便蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方便蓋是指為消費(fèi)者開(kāi)啟或取用內(nèi)裝物 提供方便的瓶蓋。 一、方便開(kāi)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(jié)構(gòu)如圖 7-16所示。