第九章 瓶盖结构设计.ppt

第九章 瓶盖结构设计,目的要求：,通过本章的学习，重点掌握各种密封盖的结构设计,内容：,（1）了解各种瓶盖的类型、功能和常用材料 （2）掌握密封盖的密封原理和密封类型（3）掌握密封型盖的结构 （4）了解方便型盖的结构 （5）了解智能型盖的结构 （6）了解专用盖的结构,第九章 第一节 概述,一、瓶盖的基本类型,密封盖 密封盖的主要功能是为了在大规模生产中提供密封和开 启密封。这类瓶盖有用于普通密封的螺旋盖，用于真空密封 的凸耳盖和压合盖，用于压力密封的王冠盖和滚压盖。 方便盖 方便盖的主要功能是为液体、粉末、片状或颗粒状内装 物提供开启和使用的方便性，使内装物能够从瓶罐包装中倾 倒、挤出、淋洒、喷雾等，如倾倒盖、涂敷盖、分配盖等。 控制盖 控制盖可以对开启方式提供某种方式的控制，如防盗盖 和儿童安全盖。前者在开启后可显现开启痕迹，后者则需一 定的力度或复杂的开启程序才能开启。 专用盖 专供特殊用途而设计的瓶盖，如排气盖、抗生素药瓶盖等。,二、瓶盖功能 瓶盖通过与瓶口的配合、紧固在瓶口上，为弹件内衬与 瓶口的紧密接触，并为封合面提供必要的压力。瓶盖与弹性 内衬配合，使弹性内衬得以固定和定位，能准确地与瓶口形 成特定的配合关系。瓶盖主要有如下功能。 保护 通过有效密封，瓶盖可以达到对内装物的保护性容装： 防止内装物及其成分从瓶口逸出； 防止气体、水蒸汽及尘埃杂质从瓶口侵入。, 方便 瓶盖可以根据各种方便性和控制要求提供封合-开启-再封 合的能力。 瓶盖要适合于人工或机械封盖； 瓶盖要容易开启且倾倒或分配内装物。例如螺旋盖的 侧面滚花可以增加开盖时的摩擦力； 瓶盖可要求严格的开启控制，如防盗盖（显偷换盖） 和儿童安全盖。, 提供信息 瓶盖是包装容器最引人注目的部分。因为消费者在每次 取用内装物时都会看到和触摸到他们，听到开启时的特殊声 响（如香槟酒瓶塞），所以可以 传达视觉、触觉和听觉信息。 瓶盖可显示商品名称、牌号、生产厂家、生产日期等一系列图形或文字信息。 瓶盖可以显示开启方法、开启方向、用力点以及取出内装物的方向。 瓶盖可以印刷商品条形码。,三、瓶盖的材料, 金属 金属是强度最好的瓶盖材料。主要用于普通、真空和压 力密封。镀锡薄钢板和无锡薄钢板用于生产连续螺纹盖、王 冠盖、快旋盖、撬开盖、压-旋盖等。铝及铝合金可生产螺 旋盖和滚压盖等。 热塑性塑料 热塑性塑料（PP PE PS等）具有良好的耐旋紧合旋开 的性能，能保持良好的密封并阻止退回；具有良好的模塑成 型性，可以模塑结构复杂的功能盖如防盗盖、儿童安全盖等, 热固性塑料 热固性塑料（木粉填料酚醛树脂、纸填料脲醛树脂、密 胺增强脲醛树脂等）密度和硬度较高，重量较大，能有效地 防止瓶盖螺纹的滑动。 玻璃 玻璃塞和玻璃磨塞用于密封精度要求较高的化学品、化 妆品及香精香料的包装。常常用一个PE套盖，以帮助玻璃塞 摩擦配合到瓶口中。, 密封材料 溶胶内衬 用具有液体流动性的PVC塑料溶胶或天然（合成）橡胶分散 胶体注入金属盖，并且通过烘干加工使流体定型成垫片、垫圈 或密封环。 模塑内衬 用PVC、PE、EVA或具有类似弹性的其他热塑性塑料通过模 塑工艺制造的具有特殊结构的内衬。 组合内衬 由复合软木或纸浆板等弹性材料冲裁加工成被衬，不与内 装物起反应的材料加工成面衬，背衬与面衬组成内衬。 单一内衬 用PVC、PE、EVA、橡胶等片材冲裁垫片或垫圈，材料 既具有弹性，又具有化学相容性。, 内密封材料 在防偷换瓶盖包装中，常用内密封材料密封 容器口。 热感应密封 涂塑铝箔材料在封盖后与容器一起通过电磁场，导致铝箔 发热，其涂塑面材即可熔化并粘附容器口缘。 压敏密封 发泡聚苯乙烯借助表面涂布的压敏胶粘贴容器口，压敏胶 在转动力矩造成的压力下粘附容器口缘。 胶粘密封 涂蜡纸浆背衬和半透明纸面衬用粘合剂粘贴容器口，然 后封盖。当开盖时，纸浆背衬留在容器盖内，而半透明纸则 粘在容器口缘。,四、瓶盖设计要求,相容性 盖衬、垫于内装物应相容。 密封性 衬垫、圈必须有弹性，耐热、耐挤压，瓶与 盖之间的挤压力要足够，长期使用不松弛。 刚强性 盖不变形（耐内压、外压、）。 易开性 易开、快开，不伤人，不需工具。扭矩、拉力、 撬力应适当。 复封性 多功能性 如防盗盖、儿童安全盖、方便使用盖。 装饰性,第九章 第二节 密封原理,一、密封要求 瓶盖与瓶口 瓶盖与瓶口通过一定的连接配合形式实现如下要求： 通过瓶盖与瓶口的连接配合，把瓶盖固定在瓶口上，同 时能够按一定方式开启或复盖； 为密封接触面提供足够的压力，且应压力均布，在容器 开启前或更长的时间内，压力要维持恒定； 对无内衬的瓶盖结构，与瓶口接触密封部位应平滑、均 匀、接触良好； 开启、复盖简便、快捷、无泄漏。, 瓶盖与密封内衬 为使密封内衬准确地压向密封接触面，密封内衬在瓶盖内应当定位准确，大小尺寸合适。 密封内衬与瓶口 密封内衬与瓶口的配合设计，需要确定接触方式、接 触向积、接触宽度及密封内衬的厚度，保证足够的弹性和必 要的刚性要求。,二、密封原理,1.瓶口上缘密封 在于对一处有可能发生泄漏（气体或液体内装物）或侵入 （外界环境中空气、水汽或杂质等）而要对其施以密封的 瓶口位置，设置一个完善的物理壁垒。 (1)内衬必须有足够的弹性 (2)压向瓶口密封面的内衬在包装的货架寿命期限内必须保持足够的压强。 (3)密封面的宽度应尽可能小一些。, 螺纹啮合 螺纹啮合指螺旋盖的螺纹起点与瓶口螺纹起点之间的第 一啮合点到瓶口密封面与内衬接触的那一点所转过的螺纹圈数。 螺距决定螺纹的倾角或斜度。螺距越大，则螺纹斜度越大， 瓶盖旋上或旋下的速度越快，要取得一定圈数的螺纹啮合的瓶盖 高度也越大。 可以确定，螺旋盖的性能取决于螺纹啮合及其工作螺距。, 固定扭矩 一旦确定了瓶盖及瓶口结构，对于良好密封的要求就容 易解决。问题归结于能否保证瓶盖向瓶口施加适当的压力。 就螺旋盖来说，需要一个测量瓶盖作用效果的尺度 固定 扭矩。 固定扭矩可以通过扭矩测试仪来测量。 瓶盖密封的可靠性取决于内衬弹性、密封面平整等，而 不仅仅是其紧度或所施加的力矩。, 其他密封方法的机理 除了上密封面密封之外，瓶罐包装还有许多密封方法，这些方法伴随着不同的密封类型。 瓶口边缘密封 瓶口边缘密封的密封面在瓶口上部外缘。 天然或合成橡胶垫圈安放于金属凸耳盖的边缘，与瓶口外 边缘上部的锥度密封面吻合， 主要依靠瓶口凸缘所施加的压力来密封。 联合密封 联合密封即瓶口上密封面与瓶口边缘密封面的双重密封。 联合密封的技术要求比较高。, 塞封 塞封是各种材料制成的塞子通过压入配合与塞形瓶口内 缘密封面借助摩擦作用而形成的密封。有软木塞、塑料塞、 玻璃塞等。由于软木塞具有弹性、可压缩、不透气、不透 水、导热率低，可提供良好的塞封，是理想的天然材料。作 为软木塞的替代物，有带筋或不带筋的中凹塑料塞，有适应 瓶口直径逐渐变化的环裙塑料赛，都可保证更有效的塞封。 搭扣密封 具有弹性的LDPE和PC瓶盖可与瓶口进行搭扣密封。所 谓搭扣就是压向瓶口的瓶盖紧紧咬住瓶口封锁环，使环缘的 整个表面成为密封面。塑料的弹性越大，与封锁环的配合越 紧，密封效果越好。,三、密封类型, 普通密封 普通密封的瓶盖设计没有进行专门的耐压设计，但可以 保持容器的密封，并且在留有适当顶隙的情况下，可以抵御 由环境温度变化所引起的内压变化。 对于普通密封的基本要求： 内衬与内装物具有化学相容性。 内衬均匀压向瓶口密封面，螺旋盖至少应有一整圈螺纹 啮合，以获得最大的密封可靠性。实际上只要有3/4圈的螺 纹啮合，即可达到目的。 瓶口密封面无飞边、平滑且宽度合理（一般0.6 1.2mm），以确保荐用固定扭矩下对内衬有足够的压强。塑 料瓶罐则要避免密封面过于狭窄或尖锐而破坏内衬。,普通密封瓶盖类型与材料,真空密封 真空密封是当包装进行密封或包装产品在生产过程中容器顶 隙产生一定的真空度而造成瓶盖的气体密封。真空度在一定程 度上有利于内装物的保存。 真空密封只能使用配有橡胶圈或溶胶内衬的金属盖，这是 因为在配有普通内衬（如纸板或复合软木背衬）的任何瓶盖中 ，真空将把内衬吸向瓶口。 对于真空密封的基本要求： 多为口缘密封，内称多为环状密封圈。 盖的刚度要高，否则会产生漏气、胖听、凹听。,真空密封瓶盖类型与材料, 压力（内压）密封 压力密封所承受的压强大约为345980kPa，一般用于需 要巴氏灭菌的啤酒瓶或碳酸饮料瓶。 在压力密封中，承压面积越大，需要施加在瓶盖上的总 压力也越大。同时，瓶盖直径越大，瓶盖材料的厚度也需要 越大。否则难以承受较高压力。 但材料越厚，成本越高。因此能够承受较高内压力的瓶盖最 大直径大约为40mm。 对压力密封的基本要求： 瓶盖最大直径大约为40mm。 盖与瓶的搭扣要牢固。,压力密封瓶盖类型与材料,第九章 第三节 密封盖结构,一、冠形瓶盖 冠形瓶盖亦称王冠盖，是一种盖裙带有2124个波褶的 浅型金属盖。与冠形瓶口配，盖底带有软木、塑料或溶胶内 衬。封盖时，盖裙与瓶口封锁环啮合密封，开启需用专用启 盖器(俗称启子)开启。 适于普通密封、压力密封和真空密封，广泛应用于 白酒、啤酒、调味品和饮料的包装瓶。,王冠盖外形及结构尺寸,王冠盖 (a)外形 (b)结构尺寸,王冠盖及内衬尺寸,二、快旋盖（凸耳盖）,快旋盖又称凸耳盖。因其只需要旋转1/4圈就可以旋上或旋下 而得名。其结构如图所示，盖裙下缘内卷，并形成向里凸出的 沿周向等距离分布的耳状凸台。凸台个数按瓶盖直径的大小确 定，并与瓶口螺纹头数对等，一般快旋盖采用马口铁、薄钢板 或硬塑料制作。凸耳与瓶口间断外螺纹啮合，其啮合原理同螺 旋盖，盖子沿整个瓶口密封面的压力相当均匀。,快速盖外形及结构,快速盖（凸耳盖） (a)盖 (b)装配图,三、螺旋盖,螺旋盖是通过与瓶口螺纹相啮合而实现瓶口密封的。 塑料螺旋盖 塑料螺旋盖一般都设计成内螺纹，模塑成型。 由于我国目前尚无塑料制件的螺纹标准，通常塑料瓶盖、瓶 口螺纹套用玻璃制品螺纹结构及相关标准。螺纹牙型与瓶口 螺纹牙型一致，多采用圆形、锯齿形、梯形，圆形螺纹有利 于强制脱模。若采用60三角牙型应参照粗牙螺纹尺寸， 齿顶以平面园角过渡，并适当加大齿配合间隙。,螺旋塞,螺旋盖, 滚压盖 金属螺旋盖的螺纹为滚压成型，故称滚压盖。滚压盖采用 延展性好的铝材制成带有内衬的盖坯，然后将盖坯套在带有外 螺纹的瓶口上，顶部由上盖机机头顶压住，机头上的压辊在盖 裙上滚压出螺纹，形成与瓶口螺纹啮合的封盖结构。,滚压盖 (a)盖坯 (b)已成型盖,四、撬开盖,撬开盖，是预先成型的金属盖。当把预先成型的金属盖 压扣在玻璃容器瓶口上时，瓶盖的内衬与瓶口顶部及周围紧 密接触，实现密封。由于只是摩擦力在起作用，撬开盖在开 启后一般不会变形。,五、无衬螺旋盖,无衬螺旋盖用注射或压制方法成型，刚度应足够大，弹性要满足瓶口密封要求，有三种不同结构： (1)盖内带有一个能与瓶口内缘形成密封的内环 (2)盖内带有一个能压紧瓶口上缘的凸环 (3)盖内带有两个环状的长短内裙。 见教材 P295 图9-14,六、塞盖,塞盖是利用塞进瓶口部分产生的径向压缩力和摩擦作用 实现对瓶口的密封。所用材料多为软木、弹性塑料及橡胶等。,第九章 第四节 铝易开盖结构设计,一、铝易开盖结构,一、铝易开盖结构,二、铝易开盖制造工艺,易开盖的制造工艺过程是： 落料基本盖冲压成形圆边注胶起泡刻线铆合压 拱（汽水盖）入库。其中基本盖成形过程同三片罐底盖的成 形基本相同：落料冲压成形圆边注胶； 与三片罐底盖不同的是易拉盖无膨胀圈，但具有拉环和刻线， 组装拉环和冲制刻线的工艺过程是：起泡刻线铆合压拱 （汽水盖）。 1、基本盖的生产工艺,2、基本盖的圆边（也称预卷、卷边）,4、组合冲床 注胶以后的所有工序都是在一个步进式的多工位冲床中 完成的，我们称这种冲床为组成冲床，组合模具就安装在这 个多工位组合冲床上面。,5、起泡 起泡是制作铆钉的第一步，其目的是将盖中间部分的材料通过一个挤压的加工工艺，推积到盖中间部分，以保证制作铆钉所需要的材料，如图所示。从图中可以看出，起泡的上模是可浮动的，这种设计可保证上下模的同心，以保证起泡圆弧部分的均匀。另外，盖中间部分是不受力的，其目的是保持中间部分材料内涂层的强度。,6、第一、二次铆钉成形 两次铆钉成形模具原理都一样，采用两次铆钉成形的目的是减少铆钉成形时的拉力，减少铆钉和各部材料的变形，提高其强度。另外也保证铆钉内部的涂层在拉伸时不被破坏。其原理如图所示。,7、加强筋、防转泡 加强筋的制作是为了防止拉环在启开时产生的应力过大，破坏盖的开启。防转泡位于盖拉环的两侧。防转泡的制作是为了防止拉坏偏离预先设定的位置。加强筋和防转泡 8、刻线 拉环式易开盖的刻线如图所示。后面环盖铆合后拉环可以通过铆钉将刻线的这片材料拉掉，使之脱离盖子。,9、铆合 铆合工位即是将拉环铆合到盖上的过程。上切刀将桥架上的拉环从拉环条上切落并套在拉环爪上再向下运动将拉环孔套在盖子的铆钉中，再由铆合上模和铆合下模一起将拉环与铆钉铆接起来。如图所示，其中右图为铆合处局部放大的示意图。,10、压拱 在盖平面圆弧处开始将盖平面压成拱形。这主要是针对汽水盖，因为汽水或啤酒饮料内有一定的压力。将盖压成拱形可以提高盖子的抗内压能力。盖的压拱如图所示。,11、拉环的制作 拉环制作也是在组合冲床中进行，与盖组合是同步的。由一个拉环条料送进装置将拉环条以步进的方式送进拉环模，分别通过冲定位孔、分离孔、手指孔、铆孔、切缝、预卷边、向下90卷边、终卷边、铆钉孔成形等工序。制作的拉环连接于拉环条上，通过一个桥架送到组合模第五站，最终与盖铆合成形,第九章 第五节 方便盖结构设计,方便盖是指为消费者开启或取用内装物提供方便的瓶盖。 一、方便开启瓶盖 针盖与塞盖 针盖与塞盖是用于软管管嘴的封盖。其结构如图, 推拉盖 铰链盖, 肘节式转动盖,二、方便取用瓶盖, 控流盖, 涂敷盖 其结构如图所示，为鞋油涂抹盖结构。可用于粘稠液体类的 包装瓶。, 分配盖 滴液盖,第九章 第六节 安全盖结构设计,一、防盗盖 防盗盖，作为商业安全措施，是在密封盖的结构上增加一种 显现或阻止非法开启、盗用内装物的结构也就是防盗结构。 扭断式防盗盖 铝扭断式防盗盖 在滚压盖的结构上增加了防盗环结构，一般采用铝板经冲裁、 拉伸成型、采用嵌入式内衬、模塑内衬或溶胶内衬。, 塑料扭断式防盗盖, 撕拉箍防盗盖 所示为口服液瓶撕拉铝盖，盖内带有衬垫或衬塞。这 种瓶盖结构开启后不能复原，具有安全及防盗功能。, 组合式多功能瓶盖,二、儿童安全盖(Children Relief C over),安全盖是针对瓶的内装物不适于儿童接触或食用而设计 的功能性瓶盖。设计的依据是根据五岁以下儿童的智力特点 和力量特点，使其在短时间内难以想出或掌握开盖方法，或 是虽知道了怎样开启瓶盖，但因手的力量不足而难以开启瓶 盖，体现了对特定对象的安全性。, 暗码盖, 塑料压旋盖, 挤旋盖 挤旋盖也是出内、外 盖组成。内盖为螺旋盖， 内螺纹与瓶口螺纹啮合， 实现封盖瓶口，外表面 为纵向凹凸棱。,4.压拔盖,