矿泉水瓶加工成型设计

矿泉水瓶加工成型设计201013020427 杨艳艳水，生命之源，和人类的生活息息相关。

在日常生活中，矿泉水跟我们接触非常密切。

在此选取了矿泉水瓶作为研究对象，来探究其是如何从原料一步一步变成一个完整的矿泉水瓶的。

1 矿泉水瓶的组成部分2 原材料的选择2.1 瓶身原材料的选用在饮料包装中，PET 瓶具有外观漂亮、设计灵活、强度高。

密封和可靠的卫生性，使聚酯瓶成为矿泉水瓶理想的包装容器，是迄今矿泉水瓶饮料唯一广泛采用的塑料容器。

因此我们选择PET 材料。

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。

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：①热定型瓶，可达到85℃灌装的要求；②PET/PEN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；③与耐热性聚芳酯等制成多层复合瓶，以提高耐热性。

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：①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；②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)；③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3～6个月的要求，还可以碱洗消毒，重复使用，从而降低成本。

2.2瓶盖原材料的选用2.2.1按瓶盖原材料分按原材料分，可分为PE盖、PP盖。

PE (聚乙烯)：密度为0.94-0.96g/cm3，加工温度约220℃；相对PP较软，单片盖较常用。

PE基本分为三大类，即高压低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）。

一般瓶盖材料通常采用高密度聚乙烯（HDPE）。

PP(聚丙烯)：密度为0.9-0.91 g/cm3，加工温度约220℃。

两者比较：⑴PP密度比PE小，PP的强度、刚度、硬度、耐热性均优于PE，可在100度左右使用；⑵PE因为较PP软，因此单片盖通常选用PE料；⑶PE、PP材料价格接近，都可用于食品包装。

2.2.2按形式分按形式分，可分为单片盖和双片盖。

单片盖：瓶盖内部无垫片，整个盖材料一样，依靠折边或内塞密封；双片盖：瓶盖内部有垫片，垫片材料较软，依靠压缩垫片的反弹力来保持密封；两者比较：⑴、单片盖没有加垫，不需要加垫机，因此设备投入较两片盖少。

并且垫片材料价格是盖体材料的两倍以上，单片盖成本比双片盖低；⑵、单片盖对瓶口尺寸、形状要求高；折边式单片盖是靠折边变形的反弹力压住瓶口外沿和端面来密封；内塞式单片盖是靠其内塞外径与瓶口内径的过盈配合起密封作用。

双片盖的垫片较软，对瓶口缺陷有较大的包容能力。

双片盖多用于汽水，如可乐、雪碧等，因为矿泉水瓶密封要求低很多，采用单片盖，材料用高密度聚乙烯（HDPE）。

2.3标签原材料的选用饮料、矿泉水瓶的外标签采用热收缩膜。

热收缩聚酯薄膜包装的优点是：①贴体透明，体现商品形象。

②紧束包装物，防散性好。

③防雨、防潮、防霉。

④无复原性，有一定防伪功能。

热收缩聚酯薄膜常用于方便食品、饮料市场、电子电器、金属制品，特别是收缩标签是其最主要的应用领域。

因为随着PET饮料瓶的快速发展，如可乐、雪碧、各种果汁等饮料瓶都需要PET热收缩膜与之配套做热封标签，它们同属于聚酯类，是环境友好材料，易于回收再生利用。

（1）PE热收缩膜广泛适用于酒类、易拉罐类、矿泉水类、各种饮料类等，该产品柔韧性好,抗撞击、抗撕裂性强，不易破损、不怕潮、收缩率大；（2）PVC薄膜具有透明度高、光泽度好、收缩率高等特点；（3）POF表面光泽度高、韧性好、抗撕裂强度大、热收缩均匀及适合全自动高速包装等特点，是传统PVC热收缩膜的换代产品。

（4）OPS热收缩薄膜具有强度高，刚性大，形状稳定，且具有良好的光泽度和透明度。

（5）PET热收缩型聚酯薄膜的特点：它在常温下稳定，加热时(玻璃化温度以上)收缩，并且是在一个方向上发生70%以上的热收缩。

矿泉水瓶标签多采用PVC热收缩膜。

3 工艺的选择及流程3.1 瓶身加工工艺的选择PET吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。

茶饮料瓶是掺混了聚萘二甲酸乙二酯(PEN)的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80℃以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求。

在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。

3.1.1设备随着科技的不断进步和生产的规模化，PET吹瓶机自动化程度越来越高，生产效率也越来越高。

设备生产能力不断提高，由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。

操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制，大大降低了工艺操作上的难度，增加了工艺的稳定性。

目前，注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL公司、德国的KRONES公司等。

虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。

3.1.2一步法注拉吹成型所谓一步法(又称热坯法)成型，是指联机操作即从瓶坯的成型、拉吹塑到瓶子的冷却取出，各工序均在一台机器上完成。

其工艺流程如下：3.1.3二步法注拉吹成型二步法(又称冷坯法)，与一步法工艺流程一致，不同之处在于瓶坯的注射成型和冷却在同一台机器上完成，而二次加热和拉伸吹塑成型在另一台机器上完成。

压拉吹成型技术是一种新型的双向拉伸成型技术，其工艺流程图为：在加工成型PET瓶时，不管是采用“一步法”还是“二步法”，它们都是通过注射型胚、加热型胚、拉伸型胚、吹塑成型、制品脱模这五道工序来完成的。

有所不同的是，“一步法”是指用同一台设备来连续完成上述全部五道工序，而“二步法”则是指用两台或三台设备完成这些工序，且其过程是不连续的，可先注胚，然后再集中进行下面的工序。

“一步法”工艺对模具有着很高的技术要求，“三工位”对模具的要求又要比“四工位”高，而且“一步法”所需的模具也更为复杂，通常一套模具需三组或四组模具组合而成，从而导致每套模具的价格居高不下。

相对于“一步法”，“二步法”对模具的技术要求要低得多。

“二步法”又可分成两种形式，一种是把型胚的加热和拉伸放在同一设备中进行，另一种是把型胚的加热与拉伸分别放在两台设备中进行。

前一种形式的自动化程度及生产率较高，设备投资大，后一种形式主要的优点是设备投资小，对模具的技术要求不高，因而用此方法生产的PET瓶在价格上具有很大的优势。

本设计中采用二步法。

3.2 瓶盖加工工艺的选择中空吹塑成型主要适合加工包装容器和中空制品。

适于该种成型的原料有：高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、硬聚氯乙烯(HPVC)、软聚氯乙烯(SPVC)、纤维紊塑料、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等。

目前常用的吹塑制品原料是以聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)为主。

因为聚乙烯制品无毒，容易加工，聚氯乙烯价廉，透明性和印刷性能较好。

中空成型是把熔融状态的塑料制成型坯，置入模具内闭合模具通入压缩空气(气压为2.7～5Kg/cm )，将型坯吹胀成模腔形状制品在模内保压条件下，冷却定型开模取出。

根据成型方法的不同，可以分为以下五种形式。

（1）挤出吹塑成型目前我国以该种方法为主。

熔融型坯是用挤出机挤出。

其优点是设备和模具简单，缺点是型坯壁厚不易均匀，从而引起塑件壁厚差异。

（2）注射吹塑成型利用注射模制成型坯，然后把热型坯移入中空吹塑模进行吹塑成型。

其优点是壁厚均匀无飞边，不需后加工。

由于坯料有底，因此制件底都无拼合缝，强度好生产效率也高。

但设备与模具价格较贵。

多用于小而精度高的制件且大批量生产。

（3）拉伸吹塑成型这种方法是在注吹的基础上，增加了将型坯延伸的工序。

该方法和双向拉伸模的原理相同。

可使分子双轴取向、塑件透明度提高，强度增加。

尤其是可以利用这种方法使聚丙烯取代聚氯乙烯透明制品。

多用于高精度高强度高透明度的制品。

（4）多层吹塑成型该方法有共挤吹塑法和多段注吹法。

现在实用还是共挤吹塑法。

其原理是挤出机头挤出多层型坯，供中空吹塑。

多层化的目的，无非是改善容器性能：降低渗透性(加入聚偏氯乙烯层PVDC)，遮光(黑色层)、绝热层(发泡层)，降低可燃性(充填层)花色装饰(着色装饰层)等。

（5）片材吹塑成型将压延、挤出成型的片材再加热，使之软化放入型腔，闭模后在片材中间吹入压缩空气，定型后取出制品。

本方法进一步发展即是目前的吸塑成型。

本设计选用注射成型工艺。

工艺流程：高速混合机→密炼机密炼冷却→破碎机破碎→挤出机造粒机组→塑料的准备和预处理准备→塑料入料斗注射→塑化→准备注射→模具清理、涂脱模剂→合模→注射→保压→浇口冻结后的冷却开模→制件脱出→塑件后处理→成品→热处理→封装进仓3.3 瓶身标签加工工艺的选择因为用吹塑设备制取收缩膜的成本大大低于压延设备，所以吹塑工艺制取收缩膜得到了广泛应用。

通过吹塑工艺要得到高收缩率的收缩膜，从原理上讲必须经过二次吹胀成型，但从加工工艺角度看，相对地可分为一次成型法和二次成型法，其区分的主要依据是从一次吹胀到二次吹胀相对连续性上予以区分。

二次成型法中一次吹胀与二次吹胀相对间断，一次吹胀后薄膜冷却大，使二次吹胀加热温度高，且对温度控制要求严格，过高、过低皆造成操作难度增大，生产不稳定，致使二次成型法中薄膜厚度不易控制困，而一次成型法中一次吹胀与二次吹胀相对连续，消除了二次成型法中所有弊端。

本设计中采用一步法吹塑工艺。

工艺流程：。