玻璃包装容器瓶体结构

包装技术与设计玻璃包装容器瓶体结构（一）壁厚与强度玻璃包装容器（1）热冲击强度玻璃的温度如发生变化，与其他物质一样，也发生伸缩现象。当玻璃表面受热或受冷，其表面先伸缩，但瓶子仍保持原来形状。由于各部分不能自由伸缩，于是就产生了复杂的应力。当应力超过玻璃强度时，瓶子就破损。就热冲击强度来说，瓶壁越薄越好。受到同样的加热或冷却，壁厚的地方温差就大，于是应力就大，也就越容易破损。玻璃容器瓶体结构1Part1．玻璃容器的强度壁厚与最大抗热冲击值的理论关系玻璃包装容器1Part假定玻璃瓶是圆筒形，则由于急冷发生的拉伸应力可用下式表示：玻璃包装容器1Part瓶子侧壁受冲击时应力的分布（2）机械冲击强度机械冲击是瓶子破损的主要原因。机械冲击所造成的破损程度根据冲击的位置、冲击的性质、瓶的形状的不同而异。图为瓶子侧壁受到冲击后产生的各种应力。由图中可以看出，打击点处产生局部应力，内面产生弯曲应力，离打击点45°处产生扭应力。在这三种应力中，扭应力的允许值最小，另外由于瓶子外表面常有伤痕，所以瓶子的破损几乎都由扭应力造成。玻璃包装容器1Part啤酒瓶冲击位置与冲击强度的关系图表示大啤酒瓶的冲击强度。数值大体与瓶径成正比，特别是在瓶口处强度更弱。在使用瓶子时，要特别注意不要对口部进行冲击。玻璃包装容器1Part瓶肩形状与垂直曲率半径(a)莎达尼酒瓶型686×100KPa(b)溜肩型548×100KPa(c)波尔多酒瓶型274×100KPa(d)端肩型34×100KPa（3）垂直负荷强度垂直负荷强度随壁厚的减薄成比例降低。当瓶子开盖或堆码时，受垂直负荷。普通瓶子垂直负荷强度很高；但轻量瓶若肩部形状设计不当，易造成垂直负荷强度很低。通常由于垂直负荷在瓶肩外表面产生一个最大的拉应力，因此，随着瓶肩形状不同，其垂直负荷强度也就不同。瓶肩形状与垂直负荷强度的关系如图。从图中看出，(a)的形状比(d)的形状的垂直负荷强度大20倍。玻璃包装容器1Part

内压力引起瓶身内应力（4）内压强度瓶内表面应力差与外表面相比，可以忽略不计。就瓶外表面来说，由一定内压力引起的应力和壁厚成线性关系。从图可见，同一壁厚的瓶外径R越大，内应力越大；同一瓶外径R，壁厚越小，内应力越大。玻璃包装容器1Part瓶身内应力计算公式如下：装入啤酒、汽水等碳酸饮料时，将产生内压，其压力一般在常温下为0.2～0.4MPa，温度达40℃时，压力上升到0.35～0.6MPa，玻璃瓶必须抗耐住这个内压。另外，内压强度在一定程度上也看做是瓶子的综合强度。式中—瓶身内应力，kPa—瓶内压力，kPa—瓶身外半径，mm—瓶身内半径，kPaRPr玻璃包装容器1Part一般说来，瓶罐形状越复杂，内压强度越低，圆柱形瓶子的内压强度最高。圆瓶的内压强度与瓶径、壁厚的关系可用下式表示：式中—最大内压强度，kPa—壁厚，mm—瓶身直径，mm—玻璃强度，kPa玻璃包装容器1Part瓶的重心位置与转倒强度的关系1-试样12-试样23-试样3（5）转倒强度转倒强度是冲击强度的一种，是将瓶子放在桌子上倒下时的强度。它与机械冲击强度不同之处在于瓶子转倒时受到的冲击因瓶子的重量、形状的不同而有很大区别。瓶子重心位置(转倒时受力中心)发生变化，其破损率也随之变化，其关系如图。由于转倒场所不同，引起破坏的程度也不同，回收瓶要求在桌子上转倒不发生损坏。瓶子的转倒强度与瓶子的稳定性有关，影响瓶子稳定性的主要因素是转倒角度与使其转倒的力量。玻璃包装容器1Part（6）水冲击强度(又称水锤强度)纸盒(箱)上受到冲击时，箱内瓶子突然往下移动，虽然移动距离很小，可是由于内装物悬空，致使瓶子与内装物之间发生空隙，瓶口空间被压缩，该压缩传给内装物，最后内装物恢复原来位置时，给瓶底一个剧烈的冲击内压力。这一冲击下产生两种情况：一是在万分之一秒内产生245~1766kPa的压力，这时底部的压力相当高，而接近瓶口空间的压力瞬间猛然减低；二是约在百万分之一秒时间内局部产生高达350~3500MPa的压力。上述两种力重合在一起，便引起各种形态的水冲击。水冲击强度不是瓶子本身强度，而作为包装强度来处理。玻璃包装容器1Part玻璃容器的壁厚玻璃容器的重量决定于设计尺寸，而壁厚的选择能否同容器尺寸保持正确的比例并满足产品性质的要求，取决于设计者的经验。如果壁厚过大，致使玻璃料熔化和容器冷却的热耗大为增加，而且在瓶壁内产生应力，使容器在脱模和冷却时产生变形。换言之，壁厚并不提高容器的强度，反而增加瓶重，延长生产周期，造成产品缺陷。同时玻璃容器的壁厚要均匀，如果结构上需要壁厚变化，则应呈平缓的圆弧状过渡。玻璃包装容器1Part与塑料容器一样，在压制法生产中，为了易于从玻璃制品中拔出冲头或从模具中取出制品，玻璃容器的内外侧壁必须具有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于压制制品的深度或高度以及玻璃料的收缩率。如果没有脱模斜度，则容器出模就要不断摩擦模具侧壁，结果导致模壁变形或者表面出现细沟纹。细沟纹导致容器侧壁出现细裂纹，而且进一步引起脱模困难。当然，脱模斜度不单纯是为了便于从玻璃制品中拔出冲头，有时则出于结构上的要求，例如脱模斜度可以使容器壁厚得以增强或削弱；有时则利用脱模斜度调节玻璃料在模壁和冲头之间的流动速度，因为玻璃断面变化及其冷却，可以使玻璃料在模腔内的流动性降低。玻璃包装容器1Part脱模斜度表为压制法生产玻璃容器的最小脱模斜度。表中数据来自生产实践及以普通钠钙玻璃为原料的实验结果。玻璃包装容器1Part瓶底圆角取决于成型模与底模的结合方式。若成型模同底模的结合系垂直于瓶轴线，即圆角向瓶身的过渡处是水平的，则应选用表中的尺寸数据。根据这些数据所得的瓶底形状，在瓶壁较薄的情况下，就能避免瓶底凹陷；玻璃包装容器1Part瓶底圆角如果圆角位于瓶根，即成型模身以挤压法制造，则选用表所列尺寸。该系列尺寸也适合瓶根壁加厚的瓶型，如果在瓶根处有一厚壁，就不会出现瓶底凹陷；玻璃包装容器1Part对于双圆角瓶底，尺寸可参考表，双圆角底适合瓶径较大的瓶子，它可以更好地承受内应力。按表中确定的数据是否正确，可通过作图检验。玻璃包装容器1Part内凹底能保证瓶子的稳定性。由于瓶型种类及制瓶机械的不同，其形状和尺寸多种多样。机械化制瓶常用球冠形截面内凹底，尺寸数据见表。玻璃包装容器1Part（一）瓶肩、瓶底结构与强度玻璃包装容器1Part玻璃容器的形状Ⅰ型瓶为大的平面肩，瓶子外侧肩面受到冲击或划伤时，应力就更大，抗垂直负荷就差。这种形状的瓶肩抗机械冲击强度本来就差，装了内装物再倒置过来，因有很大的平面肩，所以抗水冲击强度差。从强度观点来看，这种形状不太好。玻璃包装容器1PartⅡ型瓶其圆锥角度被改良，垂直负荷强度稍强，但此角度对机械冲击或擦伤还不太好，不过其应力多少比Ⅰ型瓶分散，所以对水冲击的抵抗略为增强。玻璃包装容器1PartⅢ型瓶瓶肩角度直立，弯曲点有两处，其中一处起缓冲作用。应力分布均匀，对垂直负荷最好。又由于在肩口受到的应力较少，所以抗机械冲击强度也不错。对水冲击也有更强的抵抗力。玻璃包装容器1Part玻璃包装容器1PartⅡ型瓶抗机械冲击较好，因为弯曲的大部分在底圆的曲面上，接触点在上部，所以几乎不易受擦伤。抗扭转应力的破坏也很强。又由于瓶根处不易擦伤，所以抗热冲击也较好。对垂直负荷来讲，虽在笔直部分的应力大部分传下来，但还是较好的。对水冲击来说，与Ⅰ型瓶相比，由于负荷平均分布，也比较好。玻璃包装容器1PartⅢ型瓶加上一个球形突出部，对机械冲击抵抗较好，抗垂直负荷尚可，抗热冲击也是较好的。但对水冲击的抵抗特别不好，这是由于内部应力与表面伤痕集中在同一位置上。因此，设计时要避