塑包装容器结构设计

<包装构造设计>李连进冯梅天津商学院包装工程系本章内容引见:第一节塑料包装容器第二节注塑容器构造设计第三节模塑容器的尺寸精度与外表质量第四节中空吹塑容器构造设计第五节热成型塑料容器构造设计第六节其它成型方式的塑料容器与制品第七节塑料包装容器的外表整饰与着色第一节塑料包装容器一、塑料包装容器的类型按塑料容器的构造和形体特征分类，塑料容器可以分为：箱类，桶类，瓶、罐类，杯、碗、盘、罩类，盒类，软管，发泡制品及塑料袋等八大类。二、塑料包装容器的资料选用1、资料选用要求〔共七点〕：力学性能热性能物理性能化学阻抗性能光学性能构造加工性能经济性二、塑料包装容器的资料选用2、塑料包装容器的常用资料三、塑料包装容器的加工成型方法1、注射成型1)定义将粉状或粒状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒内，加热熔融塑化后，借助柱塞或螺杆的推力，物料被紧缩并向前挪动，经过料筒前端的喷嘴，以很快的速度注入温度较低的闭合模具型腔中,经过一定时间的冷却定型后，开启模具即得制品。2)特点顺应广泛〔主要表现为原料广和产品广〕；成型周期短、消费效率高，易于实现自动化；能成型外形复杂，尺寸准确的制品。但设备投资大，模具构造复杂、制造费用低。适用于周转箱、集装箱、托盘、手提箱、包、盒和盖子等包装容器的成型。2、吹塑成型吹塑成型，简称吹塑。是利用气体的压力，将闭合在模具中的半溶融形状的管状型坯，吹胀成为中空塑料制品的成型方法吹塑成型适于不同口径、不同容量的瓶、罐类塑料中空容器的成型，是消费率高，质量易于控制的成型方法。吹塑成型按其型坯制造方法的不同，可分为：1〕挤出吹塑2〕注射吹塑3〕拉伸吹塑4〕多层吹塑

吹塑成型的根本工艺条件，对不同的塑料资料、不同的吹塑方式而有所不同。挤出吹塑：型坯温度涉及要素较多，需实验确定；吹塑压力0.2～1MPa；模具温度20一50℃；吹胀比2～4。注射吹塑：型坯注射压力10～40MPa；型坯温度65—℃；吹塑压力0.7～1.2MPa；吹塑模具温度20～60℃；吹胀比2～3。拉伸吹塑：不同塑料拉伸吹塑型坯温度是不同的，如PET在90～110℃范围内；空气压力，挤拉吹塑个小于0.2MPa，注拉吹塑普通调控在1.37～1.47MPa之内。3、热成型1〕真空成型2〕压力成型3、热成型3、热成型3〕对模成型4〕组合成型〔1〕凸模助压真空成型〔2〕气胀真空成型〔3〕双片中空制品热成型5〕热成型工艺条件第一节塑料包装容器4、滚塑成型5、预发泡珠粒的模塑成型第二节注塑容器构造设计一、塑料熔体的充模流动与成型1、熔体流动特性1〕塑料熔体的层流方式

6-1式中：Re：雷诺数； D：导管直径；v：液体平均速度； ρ：液体密度；μ：液体剪切黏度。2〕熔体流动速率MI是指在一定温度、一定负荷下，10分钟经过内径2.1mm、长8mm的规范口模的熔体质量，单位为g/min，MI越大，熔体流动性越好。3〕塑料熔体表观黏度

4〕温度、压力对塑料熔体黏度的影响式中：η：流体在温度t时的剪切黏度；η0：流体在温度t0时的剪切黏度；e：自然数；a：在t与t0的温差不大于50℃时为常数。一、塑料熔体的充模流动与成型2、熔合线熔合线是在塑料容器或制品上，当分流的塑料熔体相遇后熔合固化所构成的结合痕迹。这种熔合线产生的缘由有多种，好像一制品采用多流道成型嵌件的分流、流体的波状重叠等。熔合线部位是容器或制品强度最薄弱的地方，此处的强度就是容器或制品的强度。3、塑料熔体的冷却固化1〕分子定向2〕剩余应力二、塑料容器注射成型的工艺要求1、出模方向2、脱模斜度1〕确定脱模斜度的原那么2〕脱模斜度确实定3、分型面在注射模中，分开模具取出制品的界面叫分型面。二、塑料容器注射成型的工艺要求

4、浇口的位置1〕外观影响；2〕熔合线；3〕利于排气；4〕强度；5〕浇口位置。三、塑料容器的壁厚1、确定壁厚的原那么1〕满足容器强度、刚度等运用要求；2〕保证成型件的工艺性、精度、质量。3〕满足嵌件固定及零件配合强度要求；4〕顺利脱模，不发生部分损伤；5〕节约资料、能耗，提高消费率。2、壁厚的设计1〕壁厚要均匀2〕壁厚差要限制3〕壁厚值确实定例：塑料成型件壁厚设计合理与不合理的对比实例注射成型塑料制品的壁厚与流程关系〔正比例〕：流程是塑料熔体从模具进料口流向型腔各处的间隔。当注射压力、注射温度、模具温度等已确定的情况下．壁厚越小、熔体流动阻力越大，成型越困难；同样，流程越长，成型件构造越复杂，要求的壁厚也就越大。所以，为保证塑料容器符合设计的质量要求，所确定的壁厚符合一个较为合理的数值。普通情况下、可根据表6-10所列关系式．由流程计算确定。4〕流程比熔融料流动的难易程度对塑料制件壁厚的构成影响较大。物料流动性除由塑料本身决议外，还有一个重要的要素—流动比，设计时需求校核。式中：FLR：流程比；Li：第i段流程长度，mm；ti：第i段流程的通道间隙或壁厚，mm；FLRmax：最大流程比，可由表6-11查得。计算流程比时应留意：①截面直径不等的锥形通道，其t尺寸应取大、小端平均值；②各段流程均应取最大值；③通道间隙或壁厚相等的流程可相加计算。四、塑料容器的部分构造1〕加强筋的外形和尺寸1、加强筋四、塑料容器的部分构造1、加强筋2〕加强筋设计的要求2、孔与口沿1〕孔的模塑成型当d≤1.5mm,H=(1～2)dd＞1.5mm,H=(2～4)d〔注射、模塑〕H=(2～2.5)d〔压塑〕h＞d/6〔a〕型芯一端固定〔b〕为两个一端固定，中间对接的动定型芯〔c〕型芯为一端固定，另一端有导向孔支撑2、孔与口沿2〕孔的方向3〕孔的尺寸2、孔与口沿4〕孔及口缘加强3、凸台、角台及角撑4、容器底面5、圆角能消除交构锐角引发的应力集中。圆角过渡构造能减少充模阻力，使熔料易于流动和成型。同时，模具成型件的相应圆角构造，可防止因淬火构成开裂，延伸模具的运用寿命。R/t≥0.5，r=0.5t,R=.5t6、侧凸和侧凹强迫脱模，是利用塑料的弹性变形，把塑料成型件从模具中强行脱出。显然，强迫性脱模必需有符合要求的根本条件。即强迫脱模时，弹性塑料的应变率应控制在表6-15规定的范围内。

强迫脱模，是利用塑料的弹性变形，把塑料成型件从模具中强行脱出。显然，强迫性脱模必需有符合要求的基本条件。即强迫脱模时，弹性塑料的应变率应控制在表6-15规定的范围内。根据不同资料应变率在6%～21%范围内。7、螺纹1〕模塑成型的方法2〕螺纹尺寸及工艺要求四、塑料容器的部分构造8、嵌件在塑料容器或制品的成型过程中，把金属的或非金属的零件嵌入其中，在塑料冷却后得以固定．并成为整体的一部件，被嵌入的零件称为嵌件，经过嵌件可改动部分性能〔如硬度、刚度、耐磨性等〕，提高外形与尺寸精度等，还可添加做装饰效果。l(1)嵌件的定位方式

(2)嵌件相关尺寸与工艺要求①嵌件与容器本体的结合应有足够的强度，成型后或运用时不可松动、拔出和旋转。常用方法是在嵌件嵌入外表滚花[见图6-41(a)、图6-41(b)]、开环形凹槽[见图6-41(b)]，也可打孔或开窗等(见图6-44)；②嵌件的嵌入部分，以圆形或对称截面外形为宜，保证收缩均匀；③嵌件嵌入部分的端面应与模具型腔面结合，防止溢料黏附在嵌什伸出部分或孔内；

④金属嵌件周围塑料层的厚度，应符合表6-17规定的最小壁厚条件；⑤较大嵌件在嵌入前应预热，防止因温差大而收缩不均匀、不一致；⑥嵌件与塑料容器壁的间隔不能过小，以保证模具有一定强度(见图6-45)；⑦嵌件在模具中定位方便、可靠，在高压熔料冲击下不变形。9、铰链铰链设计应留意：①铰链厚度对小型容器可薄，大型容器可厚，但不得超越0.5mm，否那么易断裂。②铰链处厚度要均匀。③模具浇注系统的设置，必需使熔体沿铰链方向从一侧流向另一侧，让聚合物分子链流经铰链而高度取向，不宜从两端相向流汇而构成熔合线。塑料容器脱模后，应趁热将铰链反复弯折数次，以获得拉伸定向效果。10、图案、文字、花纹图案、文字的设计尺寸：①线型宽度在0.8mm左右，最窄不能小于0.3mm；②凸型图案、文字的高度，线型宽度小的为0.2～0.4mm,线型宽度大的为0.4～0.8mm。凹型图案、文字的深度普通为0.4mm。线型过高、过深、线型过窄，都会使熔料充模难度添加；③线型间的间隔应不小于0.4mm；④脱模斜度为8°以上，但不能太大，太大的斜度线型趋于扁平，图案、文字的立体感、明晰感变差；⑤凹凸型的内部凸型图案、文字要比塑件外表低0.2～0.3mm，即凹型深度为凸型线型高加上0.2～0.3mm〔见图6-48(c)〕。(2)花纹塑件外表的花纹，是常见于瓶盖、旋钮等外表的凸凹纹构造，起添加摩擦力和装饰作用。花纹多为线型陈列，截面有半圆形、三角形和梯形等方式。设计时应留意以下几点：①凸凹纹的方向应与脱模方向一致；②凸凹纹之间的间距不可过小；③凸凹纹宽度普通不小于0.3～0.5mm，高度不超越其宽度；④凸凹纹不影响塑件飞边的去除。不同凸凹纹的构造、尺寸可参阅表6-18和表6-19。标志、文字和符号A．方式▲凸字：图文凸起，模具对应部分凹下，易于加工，字磨坏▲凹字：图文凹下，模具对应部分凸起，加工难，字耐磨▲凹凸字：凹坑的字，可做成镶块，常采用B．设计要点▲凸出高度应大于0.2mm,常取0.3~0.5mm；▲线条较宽时>0.3mm，常取凸起0.8mm；▲两线间距>0.4mm；▲凹凸字边框可比凸字高出0.5mm以上；▲脱模斜度大于10o。五、塑料容器的刚性构造一、模塑制品的尺寸公差1、尺寸公差规范GB/T14486-19932、模塑制品的尺寸类型3、塑料容器尺寸公差确实定注射成型的塑料容器应根据设计分清尺寸类型，然后根据所用资料，查表6-21确定公差等级，再按根本尺寸和所选用的公差等级查表6-20，确定相应公差等级的公差值，根据实践需求分配偏向。1、2级精度要求高，普通不选用。第三节模塑容器的尺寸精度与外表质量二、模塑制品的收缩率〔一〕成型收缩塑料容器在成型过程中，由于热收缩、结晶收缩、分子解定向收缩以及因弹性恢复呵斥的膨胀而引起成型收缩。成型收缩表示模具尺寸与成型容器尺寸之差：Δx=A-BΔx:成型收缩量；A:室温下模具的直线尺寸；B:室温下塑料容器的直线尺寸。1.热胀冷缩成型过程是一个加热与冷却的过程，所以，按其固有的热胀系数而产生膨胀和收缩，温度与膨胀系数成线性关系。PS:非结晶性塑料，其冷缩与密度无关。Fig.5-5,体积V与温度T成线性关系，温度下降，体积也下降。PE:结晶性塑料，密度增大，膨胀系数随温度的变化速率降低，如Fig.5-6，温度的影响逐渐变小。2.结晶收缩如Fig.5-7，塑料内部构造由不定型变为结晶态，塑料体积产生了变化，随着温度下降体积急速收缩。收缩率大，结晶化加速了体积收缩。3.分子解定向收缩熔体：注射成型中，熔融的热塑性塑料流动时沿流道方向分子定向〔拉长〕，而在冷却过程中，被拉长的分子恢复到原来的形状，产生收缩。片材：分子沿拉伸方向定向。4.弹性恢复〔记忆效应〕塑件出模后，解除了制品压力，制品恢复到原来形状而产生弹性恢复。熔体〔在成型压力下紧缩〕，出模后体积长大〔但量小〕。片材拉伸解除后减少〔量大〕。〔二〕成型收缩的主要影响要素1.成型工艺条件⑴加热温度这一要素与其他要素相比，对成型收缩影响小，粒温高，易流动，各层料流之间的剪切作用小〔粘度梯度小〕，分子定向程度低，故收减少。⑵成型力〔注射压力〕影响中等。注射压力增高，塑料在摸具内熔融粘度差下降，因此，各层之间作用的剪切力变小，所以，收缩也小；其次，注射压力大，弹性恢复也大，总体收减少。如Fig.5-9.结晶性塑料由于结晶化，其收缩率与注射压力呈曲线变化，PS呈直线变化。⑶模具温度影响大。模具温度影响高温树脂的固化。对于结晶性塑料，当温度降低到熔点以下就开场结晶，结晶速率遭到冷却速率的控制，而冷却速率又遭到模温的控制，所以，模具温度直接影响制品的结晶度和结晶构型。模温高，料冷却慢，可充分结晶，收缩率大〔5%〕，而普通非结晶塑料的收缩率仅为1%，这时热收缩占主导位置。假设模具温度高，那么容器脱模后的热收缩量大，所以成型收缩率也大。⑷成型时间〔速度〕如Fig.5-11，注射成型时间是指螺杆在前进中紧缩熔体物料充溢模腔，并坚持一定压力的时间。在模腔内时间长，普通可减少收缩。〔结晶性塑料除外〕⑸冷却时间冷却时间对塑料制品的影响因塑料种类、制品厚度、熔体温度、模具温度和结晶过程的不同而异。对于非结晶塑料来说，冷却时间对收缩率的影响不大，而结晶性塑料，假设冷却时间长，结晶可以充分进展，结晶度增高，成型收缩率增大。但普通来说，冷却时间长，冷却可以均匀进展，模具内的物料可以充分固化，制品尺寸接近模具尺寸，因此成型收缩率降低〔图5-12〕。2.容器壁厚壁厚影响塑料容器的冷却速度，壁厚大冷却速率慢，收缩率随壁厚的添加而变大。这是由于当壁厚增大时，模腔内温度和压力的梯度也增大，充模压力降低，同时由于塑料的导热性差，壁厚越大，内部冷却越缓慢，结晶化时间越长，所以收缩率也越大〔图5-14〕。3.容器外形构造①容器外形越复杂或内有嵌件的，收缩率小，内应力大；②薄壁容器比厚壁容器的收缩率要小。4.浇口尺寸所谓浇口〔铸口〕，指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，除了主流道浇口以外的各种浇口，其断面尺寸普通都比分流道的断面尺寸小，长度也很短，起着调理控制料流速度和补料时间的作用。其断面外形普通呈圆形或矩形。在注射压力一定的情况下，浇口面积越大，成型收缩越小。但这种影响不很大(图5-15)。5.热处置与时效时效：塑件刚出模的尺寸和经过假设干小时后的尺寸，由于时效时间长短不同其收缩也不同，普通在脱模后10小时内变化最大〔收缩70-80%〕，24小时以后根本定型，变化趋于平缓，但最后稳定要经过30-60天。热处置：进展热处置时也会产生收缩。普通模温越高，壁厚越大，后收缩越小。加热缓冷，消除内应力，塑件强度好，但收缩量增大。〔三〕模塑制品成型收缩率

1.常用塑料的线收缩率

式中：S：模塑制品成型收缩率，％；L：模塑成型后，制品在规范环境放置24h后的尺寸，mm；LM：模具相应尺寸，mm。2.体收缩率SV≈3S3.模具线性尺寸A=SB+B=B(1+S)普通在模具设计时，知数据为塑件尺寸B和按资料种类给出的成型收缩率S，据此计算出未知模具尺寸A。三、模具与塑料容器的尺寸关系1、径向尺寸2、深度尺寸3、中心距尺寸四、尺寸精度及其影响要素

实践尺寸与根本尺寸(或名义尺寸)的差值，即是实践偏向，亦即是尺寸误差。尺寸误差越小，尺寸精度越高。塑料容器同其它塑料制品一样，由于材料性质和工艺方法的缘由，尺寸精度比较低。1、影响要素1〕成型资料塑料本身成型收缩范围大，原料中含有水分及挥发性物质、原料的配置、批量的大小、结晶形态、保管方法和保管时间等的不同都会呵斥收缩不稳定。

2)成型工艺条件成型的温度、注射压力、注射时间及冷却时间等条件的动摇都会影响到成型收缩率的动摇，从而影响制件定型后的尺寸。3〕塑料制品的构造尺寸

构造均匀对称，加强筋和其它刚性构造设计合理，壁厚均匀，嵌件少．塑料成型收缩变形就小。大型塑料制品要比小型塑料制品收缩变形大，厚壁要比薄壁的收缩变形大。4〕模具的构造尺寸由于模具和塑料制品的外形、尺寸相关，塑料制品的尺寸精度要受模具成那么零件制造精度及其磨损的影响。模具成型零件制造误差越大，磨损越严重，塑料制品的误差就越大。同时，模具成型零件的装配精度、注塑机的合模精度都会经过模具把误差反映到成型的塑料制品上来。2．尺寸误差的构成塑料收缩率动摇引起的误差δs随制件尺寸添加成正比地添加；模具制造误差引起的误差δz随制件尺寸添加成立方根添加；模具磨损引起的误差δc随制件尺寸添加而缓慢地添加。因此，收缩率动摇对大中型塑件公差影响最大。由于各项误差的积累，塑件的精度总低于模具成型部件的制造精度。为了可靠，塑件设计时选用的公差Δ必需大于成型的最大公差δ，即Δ＞δ。五、模塑容器的外表质量1、外表粗糙度2、外表缺陷常见的外表缺陷有：凹陷、气孔、斑纹、剥层、烧焦、翘曲、无光泽、颜色不均、龟裂及飞边等。第四节中空吹塑容器构造设计一、概念二、中空吹塑容器的型坯1、吹胀比中空容器最大外形尺寸与型坯最大尺寸之比.式中：BR：吹胀比；D：中空容器最大外形尺寸，mm；DP：型坯最大尺寸，mm。1、吹胀比第三节注射和模压成型容器构造设计2、延伸比容器的长度与型坯长度之比，即是延伸比延伸比,反映了型坯在轴向的延伸倍数。式中：SR：延伸比；C：容器长度，mm； b：型坯长度，mm。3、型坯截面外形对纵截面为非柱形轮廓的中空容器，其型坯的壁厚按轴向也应是变化的。一定高度的径向尺寸越大，型坯壁厚越厚，保证不同的径向尺寸按同一吹胀比吹胀成型(见图6—55)。4、机头尺寸当挤出机机头挤出型坯时，按熔体流动的黏弹特性，型坯尺寸要大于口模尺寸。用膨胀率表示型坯的膨胀程度。式中：S：聚合物熔体的膨胀率；DP：型坯实践尺寸，mm；DK：机头口模直径，mm。机头的芯轴〔模芯〕直径由下式确定：式中：DX：机头芯轴直径，mm；DK：机头口模直径，mm； W：中空容器质量，kg；ρ：聚合物密度，g／cm2； L：中空容器长度，mm。模口的间隙尺寸由下式确定：式中：G：模口间隙，mm； t：中空容器壁厚，mm； BR：吹胀比； S：膨胀率。三、吹塑模具型腔尺寸中空吹塑容器的外形及尺寸要求并不很严厉，但对容器瓶口的成型〔或是外表设计有图案、花纹的容器，有定量要求的容器等〕，必需思索成型收缩率的影响。普通地讲，模具型腔尺寸等于容器外形尺寸与收缩率之和。常用塑料吹塑成型的收缩率见表6-33。四、吹塑容器构造设计1、容器的外形吹塑容器的外形，应横向、纵向一致思索，力求整体外型美，保证必要的强度、刚度，同时要便于脱模。常见吹塑容器截向有圆形、正方形、长方形、三角形、椭圆形、球形及异型等。2、容器的壁厚中空吹塑制品，特别是挤出吹塑制品．其壁厚普通难于到达均匀一致。所以，设计上给出的壁厚要求普通是指最小壁厚或平均壁厚。3、容器瓶口1〕螺纹瓶口

2〕非螺纹瓶口4、过渡圆角容器不同面交接的棱边、棱角，如侧壁与底部、侧壁与侧壁、侧壁与顶面、壁与把手的交接，都应设计成圆弧过渡构造。三角界面设计成球面过渡。圆弧、球面构造易于成型，力学性能良好。圆弧半径的大小可根据整体造型和强度要求确定。5、把手把手分连体和分体两种根本方式，如下图。6、瓶肩构造四、吹塑容器构造设计7、瓶底构造8、器壁构造1〕商标区商标区可以作为标贴区，也可以在区内直接吹塑成型文字或图案(见图6-67)。容器外表的凹凸棱边、阶形面、文字标志和花纹图案等、应设1/15的脱模斜度