饮料瓶的模具设计文献综述.doc

文献综述：PET瓶的研究现状、现阶段存在的问题与发展方向前言 聚酯是以PET为代表的热塑性线型饱和聚酯的总称，包括PET、PBT、PEN、PCT及其共聚物。PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯产品。聚酯的用途可分为纤维和非纤维两大类。世界PET的非纤用量发展较快，目前在整个PET的消费结构中已占约31，主要用于生产包装材料、胶片等。我国PET的消费结构中主要用于生产纤维，约占9596。其他非纤用量所占比例仅为35，与国际上的差距较大，但近几年非纤用量发展也较快，主要用于生产瓶和膜，总能力约16万吨年。根据目前非纤用量发展情况看，PET在非纤领域有较大发展空间。 由于PET(聚对苯二甲酸乙二酯)可以方便地通过快速冷却的方法得到基本处于非晶态、高透明、易拉伸的PET制品，所以作为包装材料时PET既可制成双向拉伸包装膜，又可由非晶态瓶坯得到高强度、高透明的拉伸吹塑瓶，还可以直接挤出或吹塑成非拉伸中空容器。PET薄膜具有透明、耐油、保香、卫生可靠和使用温度范围广等性能(高温蒸煮和冷冻包装均可)，但热封合性差，须与其他薄膜(热封层)复合使用，且价格较通用塑料薄膜高，限制了PET薄膜在包装上的应用。PET中空容器尤其是拉伸吹塑瓶，充分发挥了PET性能，对内容物有良好的展示效果，性能和成本与其他中空容器相抗衡。因此PET作包装材料时基本上都是采用拉伸吹塑成型的，其中应用最多的是几十毫升到2升的小型瓶，也有容量30升的大瓶。PET瓶由于具有比重小、手持和运输方便，强度大、不容易破损，透明度高、表面光洁和外观漂亮，卫生安全性能优良，燃烧时不产生有害气体，以及易于回收再利用等特点，在饮料：调味品、日化用品和医药品的包装中，得到越来越广泛的应用，在短短的20年左右的时间便发展成为全球最主要的饮料包装形式。它不仅广泛用于碳酸饮料、瓶装水、调味品、化妆品、白酒、干果糖果等产品的包装，而且经过特殊处理的热灌装瓶还可用于果汁和茶饮料的包装。用最先进工艺处理的PET啤酒瓶也正在进入市场，无菌灌装PET瓶也在有所发展。本文主要阐述了PET瓶的研究现状，现阶段存在的问题以及未来的发展方向。1 国内外研究现状 PET瓶业已成为我国碳酸饮料、瓶装水的最为主要的包装形式：在果汁和茶饮料等热灌装领域也获得极大发展；并正在成为最重要的食用油包装形式；调味品诸如酱油、醋等产品也开始使用PET瓶；以五粮液为先驱的白酒市场也已启动。啤酒厂商和专业制瓶厂商正密切地注视着啤酒这一巨大的市场。1.1 碳酸类饮料包装 在饮料包装中，聚酯瓶应用最为成功的是碳酸软饮料(CSD)，如可乐、雪碧等，CSD用瓶已占PET瓶总量的13。PET瓶具有外观漂亮、设计灵活、强度高、对CO。密封和可靠的卫生性，使聚酯瓶成为CSD理想的包装容器，是迄今CSD饮料唯一广泛采用的塑料容器。中国饮料工业协会1998年的统计资料表明，中国CSD饮料包装中PET瓶占574，其次是易拉罐和玻璃瓶，分别占31和7。1.2 食用油及调味类商品包装 PET瓶耐油性好、透明、无毒、无味、不易破碎，对O。的阻隔性好，对紫外线亦有较好的遮断性，可保护食用油长期免受氧化、不变质。国外已得到成功应用，国内这方面的需求还在不断上升。酱油等汁状调味品是聚酯瓶的一个巨大潜在市场。PET瓶保香性好、质轻、不易破碎等特性是其在该领域应用的有利条件。1.3 纯净水的包装 瓶装水是近年来中国饮料发展最快的品种，也是PET瓶的另一大用户，甚至已经超越碳酸饮料而成为中国使用PET瓶数量最大的产品种类。仅杭州娃哈哈1998年产量就达930150吨，广东今日集团为321455吨。此外，纯净水由于受水源的影响小而在中国迅猛崛起，现已在产量上超过矿泉水。并且，近年来中国瓶装水市场经过几轮的发展，已形成了以杭州娃哈哈为龙头的几大瓶装水生产基地。1998年仅娃哈哈、乐百氏、正广和梅林及怡宝四家公司纯净水产量合计已达108万吨。其中娃哈哈纯净水产量达到54万吨。正广和纯净水产量20万吨。PET瓶是瓶装水最为主要的包装形式，绝大部分水饮料均以PET瓶为包装。出于工艺要求的考虑，瓶装水厂主要是自己购置PET制造设备生产PET瓶，设备以一步法为主。这些设备主要来自日本的日精和青木固。随着瓶装水生产企业实力和产量的不断扩大，自1997年来，意大利SIPA的高速一步法设备进入中国，并有后来居上之势。娃哈哈和顶新集团均购置了大批该公司的设备。此外，乐百氏近年还购置了HUSKY和SIDEL的两步法设备。这说明，实力不断壮大的中国瓶装水生产商对高速PET生产机型的需求正在转旺。1.4 啤酒包装 世界上以塑料瓶代替玻璃瓶用于啤酒包装尚处于研究开发试用阶段，我国有关部门和企业也日益关注和重视啤酒塑料包装的发展情况。PET瓶进人中国啤酒市场较为可能的方式是，在330mL的高档啤酒如纯生啤酒上首先获得应用。从国外发展经验看，330mL装啤酒也是最先尝试使用PET瓶的。这有两方面的原因：一是对小瓶而言，技术上更容易实现；二是小瓶啤酒售价较高。特别是对中国啤酒业而言，只有小瓶啤酒因产量较小，其玻璃瓶为一次性使用，售价较高。在这种前提下，啤酒企业和消费者接受PET瓶才会相对容易一些。与之相关的问题是：这样的小瓶啤酒在中国的产量不高，又反过来成为一个发展的制约因素。尽管面临着诸多困难，业界人士仍对啤酒的PET瓶包装充满信心，因为这必定是全球啤酒商和PET瓶生产商都在面对的一个课题，也是PET瓶设备制造商和专业制瓶商都期待着的一大兴奋点。1.5 农药、医药、日化产品包装 聚酯瓶可用于部分农药包装。采用回料吹制的低成本PET农药瓶已在国内投入生产。PET瓶安全、卫生，有良好的防潮、隔氧和展示功能，使得PET瓶在医药包装领域得到了应用。化妆品、洗涤剂之类的日化产品，也是聚酯瓶应用的一个巨大市场。PBT、PEN瓶的良好耐化学药品性、保香性、高透明、高光泽对紫外线的屏蔽性和造型设计的灵活性等正是化妆品等日化产品所期望的特性。因此，聚酯瓶在日化产品包装上的应用相当广泛，尤其新型阻气、紫外线屏蔽的PEN树脂瓶在香水、化妆品包装上将占领一席之地。1.6 白酒包装 1998年中国白酒的产量为585万吨。激烈的市场竞争也使部分大型白酒企业集团脱颖而出，形成了一批以五粮液为首的白酒业明星企业。例如1998年五粮液的白酒产量达12万吨以上。五粮液率先在其市场占有率很高的尖庄酒上采用了PET瓶包装，并取得了较好的效果。表明白酒市场正在为PET瓶敞开大门。从理论上讲，用于白酒的PET瓶在制造技术上并不比用于碳酸饮料和矿泉水的瓶子难。由于酒精本身具有的杀菌作用，应当说用于白酒包装的PET瓶在质量要求上并不十分苛刻。但如何改用PET瓶的好处仅局限于减少破损率上就于过简单而不能引起酒厂的兴趣。在市场激烈竞争的今天，包装已成为打开市场的一把钥匙。如何在瓶型设计和结构变化上推陈出新，发挥PET瓶在色彩、成型加工方面的优势，是进一步拓展市场的关键。而这需要设备制造商和专业制瓶商与酒厂加强沟通。根据瓶装水发展的经验和五粮液已经走出的模式，似乎中国的白酒企业也将沿用采购设备自己制造PET瓶的路子，但剖析白酒企业的现状会发现未来的走向仍然是不确定的。原因是五粮液做为白酒业的龙头企业，其经济实力远非其他企业能及。动辄几千万的投资，能够承受的企业并不多。这一点从1998年白酒企业前10名的销售收入上即可以看出。因此，可以预言，PET瓶在白酒市场上的发展将有别于瓶装水厂：个别大型白酒企业将引进PET瓶生产设备，其余有兴趣改用PET瓶的酒厂将采用外购瓶子的方式。这多少与矿泉水在我国发展初期的情况相类似。并且，尽管五粮液引进了先进的HUSKY和SIDEL的两步法设备，但对于大部分企业来说，仍将以价位相对较低的一步法设备为首选。1.7 果汁、茶饮料包装 果汁、茶饮料和牛奶等含有糖分的非碳酸饮料灌装时要求容器无菌，以免受微生物的污染。常用的灌装方式是热灌装巴氏杀菌，即产品经瞬间加热到120到140，持续几秒钟再冷却到80到90的灌装温度。这就对PET瓶产生较高的要求，要求它有较高的热定型，高温时的收缩率较低，抗压性好，以保证瓶子灌装后不发生变形。从技术角度看，生产热灌PET瓶的工艺和设备都是很成熟的。世界上主要的PET瓶设备制造商如加拿大的HUSKY和法国的SIDEL，意大利的SIPA，德国的KRUPP，日本的ASB和AKOI等厂商都有各自成型的热灌装PET瓶生产设备。在中国市场上热灌装PET瓶较少的主要原因是中国果汁和茶饮料生产的规模还比较小。果汁饮料只占全国饮料总产量的2左右。100果汁全年产量不足10万吨。即使是近年发展较快的茶饮料，1998年的产量也仅为50万吨左右。而且，象河北旭日集团的冰茶等，并不是惯常意义上的茶饮料，也无需热灌装工艺。可见，热灌装PET瓶的发展，是有赖于中国果汁型饮料和茶饮料的进一步发展的。1.8 广口容器及其他 PET广口容器并无特殊难造之处，各家设备制造商都有专用的机型。这类容器主要用于果酱等调味品以及干果类食品的包装，对容器阻隔性能的要求并不很高。在中国较少使用的原因是对用户的挖掘不够，而这类用户的用量也普遍不大。一些较慢的机型较为适宜开发这一市场。化妆品及药用PET瓶在中国也有使用，只是用量还相对较少，是一个有待进一步开发的市场。随着环境保护力度的加大，可以多次复用的PET瓶，也是新的商业机会之一。2 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。2.1 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：热定型瓶，可达到85灌装的要求；PETPEN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；与耐热性聚芳酯等制成多层复合瓶，以提高耐热性。2.2 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：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；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)；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36个月的要求，还可以碱洗消毒，重复使用，从而降低成本。因为前两种方法有透明性差、回收处理困难、工艺复杂、设备要求特殊等现象，而且虽然气密性提高了，但耐热性不行，只能适应无菌灌装的场合，我国啤酒行业大都采用灌装后巴氏消毒的技术。所以采用PEN或与PRT的共聚、共混物为原料，通过现行PET瓶吹制设备和工艺进行成型，是适合我国国情的啤酒塑料包装发展方向，值得引起有关部门和企业的重视。3 发展方向3.1 顺应国家产业政策导向，节能降耗收到良好效果 自2009年以来塑料包装容器待业经历原料价格大幅上涨和煤电运输劳动力成本激增的冲击后，经过产品结构调整，包装瓶造型设计及薄壁化技术有新的进步，同时，按照国家产业导向政策，大兴节能降耗之风。降低成本提高了企业效益，收到较好的效果。如：上海紫江特种瓶业的吹瓶生产线与百事可乐灌装线连接，现场吹瓶、打包、运输降低了成本、保证了质量，双方都获得收益。而大型中空容器成型企业及容器制造业节能技术潜力更大，其中，液压及气动系统与原料及模块的制造坯注射，开合模以及附加动作的控制都是耗能的主要部分，通过技术改造可大大节约电耗。同时开发多点径向壁厚伺服控制系统技术可降低制品的重量，既节能降耗又提高生产效率，这方面秦川未来塑机厂有新的全新，取得较好效果。国家已设立了50亿节能专项资金，用于节能的研发和推广，这方面塑料包装容器及设备企业是大有作为的，要勇于自主创新，提高技术装备水平，缩短与国外差距，我们的行业一定能得到更好发展。3.2 提高阻渗性能和耐热性能为主攻方向 当前，国际上PET瓶加工技术日新月异，层出不穷，其主要发展方向是提高阻渗性能和耐热性能。从而出现的表面涂复技术、共注射拉伸吹塑技术和共混改性技术等，这些技术国内都有引进设备。而值得引进重视的是纳米改性PET瓶新技术正在开发中，含1030的陶土纳米与尼龙复合成为高阻隔纳米改性PET啤酒瓶的主攻方向。例如，我国河南张弓集团采用纳米技术对PET啤酒瓶进行内壁涂复，提高PET瓶抗紫外线、氧、二氧化碳的优越性能，大力开发啤酒瓶、葡萄酒、鲜果汁包装瓶取得较好的效果。3.3 吹瓶技术，朝着高速、节能、安全方向发展 此外，在瓶坯方面国际上注坯系统已发展到144腔216腔，其中，96腔的周期仅有75秒，并研制出了啤酒瓶专用的多层共注射瓶坯系统。吹塑机也发展到1600瓶/腔，由此可见，我们的PET加工设备与国际技术水平差距还较大。总之，我们必须跟踪国际上PET加工技术的发展动向，建立自己的创新系统，从PET材料特性、成型加工设备技术、模具结构及瓶的造型设计等方面进行优化，使PET吹瓶技术设备朝着高速、节能、安全等方向发展，创自己的品牌，缩短与国外先进技术的距离，在激烈的竞争中立于不败之地，迎来PET包装容器的新机遇。3.4 向碳酸饮料之外领域扩展 PET瓶的使用是从碳酸饮料开始的，随着饮料数量和品种不断增加，PET瓶的使用量不断增长，目前全世界使用PET容器数量已达1500亿个，而碳酸饮料占38，我国饮料产量已达3200万吨，每年以20以上速度增长，而碳酸饮料包装中PET瓶已占到57；随着国内茶饮料市场的异军突起，茶饮料产量已达300万吨。因此热灌装(8590。C)的PET瓶以其质轻(1L容积仅569，铝罐为619，玻璃为3609)的优势，成为增长最快的品种；此外，瓶装水、包括：纯净水、矿泉水、蒸馏水已进入千家万户