第五章--玻璃包裝材料和容器.ppt

第五章玻璃包裝材料和容器 玻璃包裝材料的特點玻璃的化學(xué)組成及主要性能玻璃瓶罐的制造玻璃容器的包裝強度及影響因素 一 玻璃包裝材料的特點 玻璃發(fā)明與3000年前的埃及 是一種歷史悠久的包裝用材 玻璃容器的消耗量約占包裝材料總量的10 左右 作為包裝材料 其最顯著的特點表現(xiàn)為 化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良 衛(wèi)生安全 對氣體 水 油等具有高阻隔性 光亮透明 能充分顯示內(nèi)裝食品的形和色 價格便宜 易成型加工 易回收 密度大 易破碎 印刷困難 二 玻璃的化學(xué)組成及主要性能 1 玻璃的化學(xué)組成玻璃是由石英砂 SiO2 純堿 Na2CO3 石灰石 CaCO3 長石 鉀長石 鈉長石 鈣長石 以及碎玻璃等為主要原料經(jīng)高溫爐 約1600 熔融 凝固而成的固體物質(zhì) 根據(jù)所用原料及化學(xué)成分不同 玻璃可分為 鈉鈣玻璃 鉛玻璃 硼硅酸鹽玻璃等 鈉鈣玻璃中Na2O CaO含量較高 因其最容易加工成型 成本低廉 而成為瓶罐玻璃容器最常用的材料 2 玻璃的主要性能玻璃是一種非晶態(tài)剛體物質(zhì) 它沒有明顯的軟化點 當溫度升高時 玻璃就逐漸從接近固體的狀態(tài)變成接近液體狀態(tài) 表現(xiàn)出流動性 冷卻時相反 這種隨溫度變化的過程反映了其易于加工成型的特點 性能表現(xiàn)如下 化學(xué)性能 對絕大部分內(nèi)容物 玻璃是一種惰性材料 對包裝有嚴格要求的食品和藥品可改用硼硅酸鹽玻璃 物理力學(xué)性能 玻璃的抗壓強度高 但抗張強度低 表現(xiàn)出脆性高 抗沖擊強度很低的特點 它的理論強度比金屬還大 可達10KPa 但由于其表面的細微傷痕 裂紋 刮傷等缺陷 其實際強度僅為理論強度的1 玻璃的強度主要取決于玻璃的表面狀況 細微傷痕 裂紋 刮傷 光學(xué)性能 光亮 透明 內(nèi)容物可一目了然 為防止有害光線對內(nèi)容物的損害 通常采用著色的辦法來解決 琥珀色 紅色 綠色等 耐熱性 玻璃具有很高的耐熱性 能經(jīng)受殺菌 消毒等高溫處理 但普通玻璃對溫度驟變產(chǎn)生的熱沖擊適應(yīng)能力差 阻隔性 玻璃對氣體 液體及溶劑具有完全的阻隔性能 三 玻璃容器的包裝強度 1 玻璃容器的破裂分析 內(nèi)壓破裂破裂形態(tài)以裂紋起點為中心 裂紋曲線向外呈放射狀 裂紋端部為分叉形 外部沖擊破裂裂紋稍粗 破裂塊小 熱沖擊破裂破裂多發(fā)生在瓶底部或瓶壁厚薄差異較大的地方 裂紋粗 量少 2玻璃容器的包裝強度玻璃容器的包裝強度指標主要包括內(nèi)壓強度 熱沖擊強度 機械沖擊強度 垂直荷重強度及水錘強度 玻璃容器的包裝強度是其包裝應(yīng)用中最重要的性能 該性能除與玻璃的質(zhì)量 化學(xué)組成 表面及內(nèi)部缺陷 有關(guān)外 容器的形狀對強度起決定性作用 內(nèi)壓強度指容器承受最大內(nèi)部壓力的能力 它體現(xiàn)容器的綜合強度 P 2t DP 內(nèi)壓強度t 瓶壁厚度D 瓶身直徑 玻璃強度表明瓶壁越厚 形狀越接近圓形 且直徑越小 內(nèi)壓強度越大 啤酒 汽水瓶一般要求內(nèi)壓強度大于1 2MPa 普通玻璃瓶大于0 7MPa 熱沖擊強度指玻璃容器耐受冷熱溫度劇變不破碎的能力 玻璃瓶受急冷或急熱時 由于內(nèi)外熱脹冷縮的不均勻性 使瓶罐產(chǎn)生復(fù)雜的溫變應(yīng)力 當熱應(yīng)力大于容器的抗張強度時 瓶壁破裂 罐頭瓶耐受急冷溫差一般要 39 瓶壁厚度越小 溫差越小 熱應(yīng)力越小 容器的熱沖擊強度越高 但瓶壁厚度小會導(dǎo)致其他強度下降 機械沖擊強度指容器承受外部機械沖擊的能力 容器在受到各種沖擊后 翻倒 落下 在沖擊點產(chǎn)生局部應(yīng)力 造成容器破裂 壁厚越大 機械沖擊強度就越大 瓶口部分的機械沖擊強度較小 應(yīng)盡量避免該部分受到?jīng)_擊 垂直荷重強度玻璃瓶在罐裝 壓蓋 開蓋和堆垛時都受到垂直負荷 玻璃容器承受垂直負荷的能力即垂直荷重強度 它并非單純反映玻璃的抗壓強度 而是與瓶型有密切關(guān)系的綜合指標 容器肩部的曲率半徑越大 垂直荷重強度就越大 水錘強度指玻璃容器底部承受短時內(nèi)部水沖擊的能力 包裝食品在運輸過程中受到振動 沖擊時 容器內(nèi)可能出現(xiàn)上端空氣受壓 底部局部地區(qū)形成真空的現(xiàn)象 由此導(dǎo)致瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊力沖擊底部 水錘強度不足會發(fā)生破損 四 影響玻璃容器強度的主要因素1 玻璃容器的橫截面主要影響其內(nèi)壓強度 形狀越復(fù)雜 強度越低 越接近圓形 強度越高 2 玻璃容器的肩部設(shè)計曲率半徑越大各項指標越增強 3 玻璃容器的底部設(shè)計該形狀對各項強度指標影響較復(fù)雜 以第二種 瓶身向瓶底圓弧過渡的綜合強度較好 4 瓶的表面及底面設(shè)計在瓶表面圍繞容器有意識地設(shè)計出的凸條狀或點狀防沖擊箍 防沖擊箍一般分布在最容易受到?jīng)_擊的肩部和底部 它的作用主要是可以抵擋摩擦與沖擊 可使玻璃瓶的強度提高50 玻璃容器底面常設(shè)計成內(nèi)凹面 并且圍繞底面最外圈設(shè)計出點條狀凸出花紋 主要作用是增加容器的穩(wěn)定性 減少接觸面 減小溫差帶來的熱應(yīng)力 減少磨損 有利于間接提高內(nèi)壓強度