玻璃包裝容器瓶體結(jié)構(gòu)

包裝技術(shù)與設(shè)計(jì)玻璃包裝容器瓶體結(jié)構(gòu)（一）壁厚與強(qiáng)度玻璃包裝容器（1）熱沖擊強(qiáng)度玻璃的溫度如發(fā)生變化，與其他物質(zhì)一樣，也發(fā)生伸縮現(xiàn)象。當(dāng)玻璃表面受熱或受冷，其表面先伸縮，但瓶子仍保持原來形狀。由于各部分不能自由伸縮，于是就產(chǎn)生了復(fù)雜的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過玻璃強(qiáng)度時(shí)，瓶子就破損。就熱沖擊強(qiáng)度來說，瓶壁越薄越好。受到同樣的加熱或冷卻，壁厚的地方溫差就大，于是應(yīng)力就大，也就越容易破損。玻璃容器瓶體結(jié)構(gòu)1Part1．玻璃容器的強(qiáng)度壁厚與最大抗熱沖擊值的理論關(guān)系玻璃包裝容器1Part假定玻璃瓶是圓筒形，則由于急冷發(fā)生的拉伸應(yīng)力可用下式表示：玻璃包裝容器1Part瓶子側(cè)壁受沖擊時(shí)應(yīng)力的分布（2）機(jī)械沖擊強(qiáng)度機(jī)械沖擊是瓶子破損的主要原因。機(jī)械沖擊所造成的破損程度根據(jù)沖擊的位置、沖擊的性質(zhì)、瓶的形狀的不同而異。圖為瓶子側(cè)壁受到?jīng)_擊后產(chǎn)生的各種應(yīng)力。由圖中可以看出，打擊點(diǎn)處產(chǎn)生局部應(yīng)力，內(nèi)面產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，離打擊點(diǎn)45°處產(chǎn)生扭應(yīng)力。在這三種應(yīng)力中，扭應(yīng)力的允許值最小，另外由于瓶子外表面常有傷痕，所以瓶子的破損幾乎都由扭應(yīng)力造成。玻璃包裝容器1Part啤酒瓶沖擊位置與沖擊強(qiáng)度的關(guān)系圖表示大啤酒瓶的沖擊強(qiáng)度。數(shù)值大體與瓶徑成正比，特別是在瓶口處強(qiáng)度更弱。在使用瓶子時(shí)，要特別注意不要對口部進(jìn)行沖擊。玻璃包裝容器1Part瓶肩形狀與垂直曲率半徑(a)莎達(dá)尼酒瓶型686×100KPa(b)溜肩型548×100KPa(c)波爾多酒瓶型274×100KPa(d)端肩型34×100KPa（3）垂直負(fù)荷強(qiáng)度垂直負(fù)荷強(qiáng)度隨壁厚的減薄成比例降低。當(dāng)瓶子開蓋或堆碼時(shí)，受垂直負(fù)荷。普通瓶子垂直負(fù)荷強(qiáng)度很高；但輕量瓶若肩部形狀設(shè)計(jì)不當(dāng)，易造成垂直負(fù)荷強(qiáng)度很低。通常由于垂直負(fù)荷在瓶肩外表面產(chǎn)生一個(gè)最大的拉應(yīng)力，因此，隨著瓶肩形狀不同，其垂直負(fù)荷強(qiáng)度也就不同。瓶肩形狀與垂直負(fù)荷強(qiáng)度的關(guān)系如圖。從圖中看出，(a)的形狀比(d)的形狀的垂直負(fù)荷強(qiáng)度大20倍。玻璃包裝容器1Part

內(nèi)壓力引起瓶身內(nèi)應(yīng)力（4）內(nèi)壓強(qiáng)度瓶內(nèi)表面應(yīng)力差與外表面相比，可以忽略不計(jì)。就瓶外表面來說，由一定內(nèi)壓力引起的應(yīng)力和壁厚成線性關(guān)系。從圖可見，同一壁厚的瓶外徑R越大，內(nèi)應(yīng)力越大；同一瓶外徑R，壁厚越小，內(nèi)應(yīng)力越大。玻璃包裝容器1Part瓶身內(nèi)應(yīng)力計(jì)算公式如下：裝入啤酒、汽水等碳酸飲料時(shí)，將產(chǎn)生內(nèi)壓，其壓力一般在常溫下為0.2～0.4MPa，溫度達(dá)40℃時(shí)，壓力上升到0.35～0.6MPa，玻璃瓶必須抗耐住這個(gè)內(nèi)壓。另外，內(nèi)壓強(qiáng)度在一定程度上也看做是瓶子的綜合強(qiáng)度。式中—瓶身內(nèi)應(yīng)力，kPa—瓶內(nèi)壓力，kPa—瓶身外半徑，mm—瓶身內(nèi)半徑，kPaRPr玻璃包裝容器1Part一般說來，瓶罐形狀越復(fù)雜，內(nèi)壓強(qiáng)度越低，圓柱形瓶子的內(nèi)壓強(qiáng)度最高。圓瓶的內(nèi)壓強(qiáng)度與瓶徑、壁厚的關(guān)系可用下式表示：式中—最大內(nèi)壓強(qiáng)度，kPa—壁厚，mm—瓶身直徑，mm—玻璃強(qiáng)度，kPa玻璃包裝容器1Part瓶的重心位置與轉(zhuǎn)倒強(qiáng)度的關(guān)系1-試樣12-試樣23-試樣3（5）轉(zhuǎn)倒強(qiáng)度轉(zhuǎn)倒強(qiáng)度是沖擊強(qiáng)度的一種，是將瓶子放在桌子上倒下時(shí)的強(qiáng)度。它與機(jī)械沖擊強(qiáng)度不同之處在于瓶子轉(zhuǎn)倒時(shí)受到的沖擊因瓶子的重量、形狀的不同而有很大區(qū)別。瓶子重心位置(轉(zhuǎn)倒時(shí)受力中心)發(fā)生變化，其破損率也隨之變化，其關(guān)系如圖。由于轉(zhuǎn)倒場所不同，引起破壞的程度也不同，回收瓶要求在桌子上轉(zhuǎn)倒不發(fā)生損壞。瓶子的轉(zhuǎn)倒強(qiáng)度與瓶子的穩(wěn)定性有關(guān)，影響瓶子穩(wěn)定性的主要因素是轉(zhuǎn)倒角度與使其轉(zhuǎn)倒的力量。玻璃包裝容器1Part（6）水沖擊強(qiáng)度(又稱水錘強(qiáng)度)紙盒(箱)上受到?jīng)_擊時(shí)，箱內(nèi)瓶子突然往下移動(dòng)，雖然移動(dòng)距離很小，可是由于內(nèi)裝物懸空，致使瓶子與內(nèi)裝物之間發(fā)生空隙，瓶口空間被壓縮，該壓縮傳給內(nèi)裝物，最后內(nèi)裝物恢復(fù)原來位置時(shí)，給瓶底一個(gè)劇烈的沖擊內(nèi)壓力。這一沖擊下產(chǎn)生兩種情況：一是在萬分之一秒內(nèi)產(chǎn)生245~1766kPa的壓力，這時(shí)底部的壓力相當(dāng)高，而接近瓶口空間的壓力瞬間猛然減低；二是約在百萬分之一秒時(shí)間內(nèi)局部產(chǎn)生高達(dá)350~3500MPa的壓力。上述兩種力重合在一起，便引起各種形態(tài)的水沖擊。水沖擊強(qiáng)度不是瓶子本身強(qiáng)度，而作為包裝強(qiáng)度來處理。玻璃包裝容器1Part玻璃容器的壁厚玻璃容器的重量決定于設(shè)計(jì)尺寸，而壁厚的選擇能否同容器尺寸保持正確的比例并滿足產(chǎn)品性質(zhì)的要求，取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。如果壁厚過大，致使玻璃料熔化和容器冷卻的熱耗大為增加，而且在瓶壁內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，使容器在脫模和冷卻時(shí)產(chǎn)生變形。換言之，壁厚并不提高容器的強(qiáng)度，反而增加瓶重，延長生產(chǎn)周期，造成產(chǎn)品缺陷。同時(shí)玻璃容器的壁厚要均勻，如果結(jié)構(gòu)上需要壁厚變化，則應(yīng)呈平緩的圓弧狀過渡。玻璃包裝容器1Part與塑料容器一樣，在壓制法生產(chǎn)中，為了易于從玻璃制品中拔出沖頭或從模具中取出制品，玻璃容器的內(nèi)外側(cè)壁必須具有一定的脫模斜度，脫模斜度的大小取決于壓制制品的深度或高度以及玻璃料的收縮率。如果沒有脫模斜度，則容器出模就要不斷摩擦模具側(cè)壁，結(jié)果導(dǎo)致模壁變形或者表面出現(xiàn)細(xì)溝紋。細(xì)溝紋導(dǎo)致容器側(cè)壁出現(xiàn)細(xì)裂紋，而且進(jìn)一步引起脫模困難。當(dāng)然，脫模斜度不單純是為了便于從玻璃制品中拔出沖頭，有時(shí)則出于結(jié)構(gòu)上的要求，例如脫模斜度可以使容器壁厚得以增強(qiáng)或削弱；有時(shí)則利用脫模斜度調(diào)節(jié)玻璃料在模壁和沖頭之間的流動(dòng)速度，因?yàn)椴Ａ嗝孀兓捌淅鋮s，可以使玻璃料在模腔內(nèi)的流動(dòng)性降低。玻璃包裝容器1Part脫模斜度表為壓制法生產(chǎn)玻璃容器的最小脫模斜度。表中數(shù)據(jù)來自生產(chǎn)實(shí)踐及以普通鈉鈣玻璃為原料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。玻璃包裝容器1Part瓶底圓角取決于成型模與底模的結(jié)合方式。若成型模同底模的結(jié)合系垂直于瓶軸線，即圓角向瓶身的過渡處是水平的，則應(yīng)選用表中的尺寸數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)所得的瓶底形狀，在瓶壁較薄的情況下，就能避免瓶底凹陷；玻璃包裝容器1Part瓶底圓角如果圓角位于瓶根，即成型模身以擠壓法制造，則選用表所列尺寸。該系列尺寸也適合瓶根壁加厚的瓶型，如果在瓶根處有一厚壁，就不會(huì)出現(xiàn)瓶底凹陷；玻璃包裝容器1Part對于雙圓角瓶底，尺寸可參考表，雙圓角底適合瓶徑較大的瓶子，它可以更好地承受內(nèi)應(yīng)力。按表中確定的數(shù)據(jù)是否正確，可通過作圖檢驗(yàn)。玻璃包裝容器1Part內(nèi)凹底能保證瓶子的穩(wěn)定性。由于瓶型種類及制瓶機(jī)械的不同，其形狀和尺寸多種多樣。機(jī)械化制瓶常用球冠形截面內(nèi)凹底，尺寸數(shù)據(jù)見表。玻璃包裝容器1Part（一）瓶肩、瓶底結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度玻璃包裝容器1Part玻璃容器的形狀Ⅰ型瓶為大的平面肩，瓶子外側(cè)肩面受到?jīng)_擊或劃傷時(shí)，應(yīng)力就更大，抗垂直負(fù)荷就差。這種形狀的瓶肩抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度本來就差，裝了內(nèi)裝物再倒置過來，因有很大的平面肩，所以抗水沖擊強(qiáng)度差。從強(qiáng)度觀點(diǎn)來看，這種形狀不太好。玻璃包裝容器1PartⅡ型瓶其圓錐角度被改良，垂直負(fù)荷強(qiáng)度稍強(qiáng)，但此角度對機(jī)械沖擊或擦傷還不太好，不過其應(yīng)力多少比Ⅰ型瓶分散，所以對水沖擊的抵抗略為增強(qiáng)。玻璃包裝容器1PartⅢ型瓶瓶肩角度直立，彎曲點(diǎn)有兩處，其中一處起緩沖作用。應(yīng)力分布均勻，對垂直負(fù)荷最好。又由于在肩口受到的應(yīng)力較少，所以抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度也不錯(cuò)。對水沖擊也有更強(qiáng)的抵抗力。玻璃包裝容器1Part玻璃包裝容器1PartⅡ型瓶抗機(jī)械沖擊較好，因?yàn)閺澢拇蟛糠衷诘讏A的曲面上，接觸點(diǎn)在上部，所以幾乎不易受擦傷。抗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的破壞也很強(qiáng)。又由于瓶根處不易擦傷，所以抗熱沖擊也較好。對垂直負(fù)荷來講，雖在筆直部分的應(yīng)力大部分傳下來，但還是較好的。對水沖擊來說，與Ⅰ型瓶相比，由于負(fù)荷平均分布，也比較好。玻璃包裝容器1PartⅢ型瓶加上一個(gè)球形突出部，對機(jī)械沖擊抵抗較好，抗垂直負(fù)荷尚可，抗熱沖擊也是較好的。但對水沖擊的抵抗特別不好，這是由于內(nèi)部應(yīng)力與表面?zhèn)奂性谕晃恢蒙?。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要避