pet熱灌裝瓶瓶型要素及耐熱性能的改善

1、技術(shù) 麓游 P E T熱灌裝瓶瓶型要素 摘要 分析 了P E T 熱 灌裝瓶瓶型設(shè) 計(jì)及 選擇 中需考慮的若干 變數(shù)，并提 出 了一 些 P E T熱灌裝瓶成 型過(guò)程 中改善耐 熱 性 能 的工 藝方 法 。關(guān)鍵 詞 ：P E T 熱 灌 裝 瓶 型 耐 熱性 能 ABSRA CT-An a l ys i st heke y e l e n l e nt so fb o t H es h a p ewh i c hm u s tb e

2、c o ns i d e r e dwhe nd e s i gna ndd1 0 0 ~ aP ET h e ats etb o t H e ． S e v —e r a ls o l u t i o nst oo pt i mi z et h eh e atr e s i s t i n gpr o pe r t i e sa r ea l s ob e e ni nt r o d u c e d．Ke y wo r d s ：

3、PET： he ats e t ： b ot t l es ha p e h e atr e s i s t i n g pr o p e r t y 一 、前言 生產(chǎn)低酸度 、 中性飲料 ， 如 茶、 果 汁 、 果味水 等時(shí) ， 須對(duì)灌裝后的半成品 及瓶 器進(jìn) 行滅菌處理 ，以便控制產(chǎn)品 及耐熱性能的改善 杭 州娃哈哈集 團(tuán)有 限公 司 邵金 榮 的微生物 污染?？晒┻x擇 的灌 裝方法 有 ：1 ．添加防腐劑 ；2 ．無(wú)菌或冷滅

4、菌灌裝 ；3 ．熱灌裝 ( 含氣飲料除外 ) ；4 ．巴氏滅菌。近 年以來(lái) ，熱灌 裝技 術(shù)因其安全 性 、經(jīng)濟(jì)性較好而在 我國(guó)飲料行業(yè)被 廣泛采用 ， 前景十分廣闊。 下面是筆者 在 實(shí)際工作 中，通過(guò) 對(duì)?步法熱灌裝 制瓶機(jī) 及熱灌裝設(shè)備 的工作原理探索 所得的總結(jié)分析 。謦二 ．熱灌裝工藝簡(jiǎn)述 熱灌裝工藝 中 ， 產(chǎn)品經(jīng) UHT超高 溫 滅菌處理 ( 瞬時(shí)加熱至 l 2 0 ~ C～1 4 0℃，停 留數(shù)十秒鐘 ) ，然后 降溫至

5、灌裝 溫度 ( 8 5 ℃ ～9 0 ~ C) 。灌裝封蓋后 ，瓶 身倒置或側(cè)躺 3 0 秒鐘左右 ，以便對(duì)瓶 蓋 及瓶 頸部位進(jìn) 行與瓶 身同溫度的 滅 菌處理 。瓶子在高溫 下停留一定時(shí) 間 ( 3 0 ～l 2 0 秒 )后 ，送 入冷 卻通道 ，分 段將瓶子冷卻 至 3 4 ℃ ～3 8 ℃ ( 通過(guò)冷 卻通道的時(shí) 間約為 l 2 ～2 0 分鐘 ) ， 隨 后 對(duì)瓶子進(jìn) 行貼標(biāo) 、裝箱等后道包裝 。設(shè)計(jì)耐熱瓶瓶 型時(shí) ，必須考

6、慮 以 下因素 ：1 ．灌裝后 3 0 秒鐘 內(nèi)， 瓶?jī)?nèi)正壓 上 升。這是 因?yàn)?：( 1 ) 灌裝后瓶 內(nèi)殘 留空氣溫度從 3 0 C左右上升至 8 0 ' C～9 0 ~ C；( 2 ) 雙 向拉伸取 向的 P E T瓶在受熱 后 收縮 ， 容積減 小。 在高溫下 ， 瓶子必須 能夠 承受 0 ． 1 ～0 ． 3 B a r 的正壓而不至 于產(chǎn)生 永久變形。2 ． P E T瓶在 高溫 下的容積收縮 。普通P E T瓶在

7、8 5 ℃時(shí)收縮率 可達(dá) 2 0 ％。但是 ，使 用耐熱瓶專(zhuān)用 P E T粒子吹制 中國(guó)裝一04 ／ 2 ． _ 、維普資訊 http://www.cqvip.com 技術(shù) 前沿 的耐熱 瓶的收縮率 通常在 1 ％～1 ． 5 ％之 間；3 ．灌裝 后收縮 量及灌裝點(diǎn)變化 。灌 裝溫 度越高 。 瓶 器容積收縮越大 。 實(shí) 驗(yàn)表 明，在 8 6 ~ C～9 0 ~ C間的容積收縮 率 對(duì)溫 度上升尤其 敏感 。灌裝 點(diǎn)高度 越低 ， 灌

8、裝后瓶 內(nèi)殘 留空 氣容積越大 ，瓶器收縮也越 大。這是 因?yàn)槠?內(nèi)殘 留 空氣容積越大 ，抵 抗瓶 器收縮 變形的 能力越 小。 通常 ， 熱灌裝瓶灌裝點(diǎn)在瓶 器支撐環(huán) 處。圖 1熱灌裝瓶 容積收縮率 與灌裝溫度 的 關(guān) 系4 ．吹塑成型后循環(huán)吹氣冷卻時(shí) 間 對(duì)瓶 器容積 、 結(jié) 晶度和剛度均有影響。循環(huán) 吹氣冷卻時(shí) 間越長(zhǎng) ，瓶器容積越 大 。 因此 ， 設(shè)計(jì)瓶 型時(shí)務(wù)必考 慮使 用最 低的高 壓空氣消耗量來(lái) 達(dá)到瓶子的最 佳性能

9、。5 ．熱灌裝 后的飲料 降至室溫時(shí) ，因飲料 在 不同溫度 下比重的變化導(dǎo)致 瓶 內(nèi)液體容積下降 2 ％左右。同時(shí) ， 溫 度下降還導(dǎo)致瓶 內(nèi)殘留空氣在液體 中 的溶 解度 上升 。這 一切 都導(dǎo)致瓶 內(nèi)殘 留空 氣的容積膨脹 ，產(chǎn)生 0 ． 2 ～0 ． 3 倍 大氣壓的 負(fù)壓 。 灌裝后空腔部分 ( 殘留 空氣) 壓 力和瓶器溫度、 時(shí)間的關(guān)系曲 線(xiàn) 見(jiàn)下圖。壓 因此 ， 耐 熱瓶 必須 符合以下要求：( 1 ) 高溫 下 ( 8

10、 5 ℃ ～9 0 ' C)容 積 收縮率在 1 ％～1 ． 5 ％之 間；( 2 ) 3 0 ％以上的結(jié) 晶度 ，確保良 好 的耐熱性能和較 弱的水分吸附能 力 ( 瓶壁吸附 的水分象分子鏈 間的潤(rùn)滑劑一 樣 降低瓶子的機(jī)械性能 ；( 3 ) 合理 的壁 厚分布 ，避免熱灌 裝 后的非線(xiàn)性收縮 ( 變形 ) ；( 4 ) 瓶身采取特殊的板框形結(jié) 構(gòu) 設(shè)計(jì)， 瓶底設(shè)有 內(nèi)凹加強(qiáng)筋 ， 用以承受 瓶 子冷卻至室溫 后瓶 內(nèi)負(fù)壓。l

11、 四 - 翻 瓶工 藝 中 改 善 弗子耐熱性能的措施 ( 1 ) 合理 設(shè)計(jì)瓶坯 。最優(yōu)化的瓶 坯形狀設(shè) 計(jì)有助于改善瓶子 的壁厚分 布狀況 ，避 免在瓶身 同區(qū)域 產(chǎn)生扭 曲或收縮變形 ；( 2 ) 嚴(yán)格控制注射和拉坯 吹塑 工藝參數(shù)以 及各區(qū)域溫度 分布 ，避免 殘余應(yīng)力在 P E T 玻璃化溫 度 ( > 7 5 ℃)下釋放而導(dǎo)致瓶子變形 ；( 3 ) 瓶坯 注射 冷卻時(shí) 間控制 。嚴(yán) 格控制瓶坯 注射冷卻時(shí) 間，讓瓶坯盡

12、 早脫模 。 這樣 即可縮短成型 周期 ， 提高 瓶子產(chǎn) 量 ，又可 因較高 的殘余溫度而 誘發(fā)球狀結(jié) 晶。球狀結(jié) 晶的晶體直徑 極小 ，僅為 0 ． 3 ～0 ． 7 微米 ，并不影響 透 明度 。圖 5 耐 熱 瓶 結(jié) 晶度 、 容 積 收 縮率 與瓶 坯 注射 冷卻 時(shí) 間 的 關(guān) 系( 4 ) 吹塑模調(diào)溫技 術(shù)的運(yùn)用。 通常 用 熱油循環(huán)法給 吹塑模加溫 。吹塑模 調(diào)溫共有三種循環(huán) ：— — 瓶身熱油 循環(huán)。將吹塑模加 熱至

13、1 2 0 ~ C～1 4 0 ~ C。這樣 ，瓶坯 與吹 塑模 型腔 間的溫度差減 小 ，促發(fā)進(jìn)一 步結(jié)晶。 延長(zhǎng)吹塑保壓時(shí) 間 ， 使瓶壁 與 型腔長(zhǎng) 時(shí)間接觸 ，有 充足時(shí)間來(lái)提高 瓶身結(jié) 晶度 ， 達(dá)到 3 5 ％左右 ， 但 又不犧 牲透 明度 。 1 O 0 ~ C以下的模溫對(duì)瓶 身結(jié) 晶度的影響極小 ， 因?yàn)?， 瓶 身結(jié) 晶發(fā)生 在 1 0 0 ℃以上。圖 4 耐 熱 瓶 結(jié) 晶 度 與 吹 塑 模 具 溫 度 的 關(guān)

14、系— — 瓶 底冷卻水循環(huán) 。瓶 子底部 保持 低溫 ( 1 O ℃ ～3 0 ~ C) ，避免未經(jīng)拉 伸的瓶 底部分過(guò)度結(jié) 晶而發(fā) 白；— — 瓶頸調(diào)溫 ( 選 用) 。非結(jié)晶瓶 口部分從注 塑模 脫模后一直處 十完全 冷卻狀態(tài) 。非結(jié) 晶瓶 口多數(shù)采 用加強(qiáng)瓶 口設(shè)計(jì) ( 增 加瓶 口壁厚) ，從而改善 封 口性 能， 避 免壓蓋過(guò)程 中瓶 口變形 。通常 ， 灌裝后瓶 口 橢 圓度控制 在0 ． 2 毫 米以?xún)?nèi) ，螺紋 外徑收縮

15、率低于 0 ． 6 ％。( 5 ) 循環(huán)吹氣技 術(shù)。 當(dāng)采用熱吹塑 模時(shí) ，如何控制 瓶子脫模 后變形至關(guān) 重要 。吹 塑模開(kāi)模前吹 人空氣并排空 循環(huán) ， 對(duì)瓶 身進(jìn) 行冷 卻并 定形 ， 從 而控 制脫模后的 變形量。循環(huán)冷 卻空氣的 進(jìn)氣通過(guò) 與初吹、_ 一次 吹相 同的通道 ，但從拉坯桿頭部小孔經(jīng)拉坯桿內(nèi)排氣。循環(huán)吹氣時(shí)『 日 J 約為0 ． 5 ～2 秒 。 因此 ， 耐 熱瓶制瓶機(jī) 的高壓空 氣消耗量比普通 瓶制瓶機(jī)高得 多