瓶型及容器材料對耐環(huán)境應(yīng)力開裂影響分析

趙雅，周宇，俞璋凌（.安徽新華學(xué)院，合肥30088；.安徽藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，合肥3060）

瓶型及容器材料對耐環(huán)境應(yīng)力開裂影響分析

趙雅1，周宇1，俞璋凌2
（1.安徽新華學(xué)院，合肥230088；2.安徽藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，合肥230601）

選擇同一瓶型不同原料、不同瓶型相同原料的包裝容器樣品展開耐環(huán)境應(yīng)力開裂測試并對數(shù)據(jù)進行分析比較。從未通過測試樣品的開裂位置、截面區(qū)壁厚分布、瓶型曲率分析中看出包裝容器原材料、壁厚分布、瓶型對測試結(jié)果的影響，為企業(yè)選擇原材料及瓶型評估提供參考依據(jù)。

ESCR；瓶型；材料

1　測試概述

談到包裝容器的造型設(shè)計，有人往往認為就是一個簡單的瓶子設(shè)計，無須高技術(shù)含量，無須經(jīng)驗。實際上，日用洗滌用品屬于快速消耗品。據(jù)統(tǒng)計，僅僅聯(lián)合利華旗下的日用洗滌類產(chǎn)品國內(nèi)年銷售量為5億瓶左右，平均每分鐘灌裝120～240瓶（因瓶型不同數(shù)據(jù)有所波動）。另此，此行業(yè)一般為集中灌裝后分銷。以上行業(yè)特點，意味著包裝容器要適應(yīng)高效率的快速吹塑工藝線（120～192瓶/分鐘）、高速理瓶機（400～450瓶/分鐘）、高速貼標線（大約300瓶/分鐘）、高速灌裝線（大約250瓶/分鐘）、適應(yīng)長途運輸需求，運輸測試等要求。因此在保證高效率的前提下，一致性、高質(zhì)量的容器需滿足一系列的實驗室、生產(chǎn)實際等測試才能判斷為合格產(chǎn)品。任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題意味著新項目存在缺陷，需要及時改進處理。

包裝容器的測試項目很多，基本為兩大類。第一，滿足尺寸性要求的測試項目，如瓶蓋配合、外箱配合等。第二，滿足功能性要求的測試項目，如抗壓測試、密封性測試、環(huán)境開裂耐受性測試、抗氧化阻隔保護內(nèi)容物測試、抗跌落測試等。還要符合高速理瓶、貼標、灌裝、上蓋、裝箱、碼垛等生產(chǎn)實際的測試[1]。其中，耐環(huán)境應(yīng)力開裂（Envi?ronmental Stress Crack Resistance）簡稱ESCR測試，使塑料暴露于化學(xué)介質(zhì)中[2]，模擬極端苛刻條件下的倉儲運輸表現(xiàn)。影響此項測試結(jié)果的因素較多，本文從容器原材料及瓶型角度展開開裂測試實驗并對其分析，為企業(yè)選擇原材料及瓶型評估提供參考依據(jù)。

2　測試方法及條件

根據(jù)ESCR測試方法，遵循以下要求：

測試樣品：空瓶常溫保存72h

測試溶劑：指定溶劑或?qū)嶋H產(chǎn)品料體。

測試溶劑填裝量：90%的滿容量

測試環(huán)境：60℃（140℉）

測試時長：企業(yè)標準（如利潔時：7天；聯(lián)合利華：3天；莊臣：15天）或?qū)嶋H需求。

此次測試選擇3種代表性的圓瓶、橢圓瓶、方瓶（見圖1、圖2、圖3），分別采用原料牌號Mar?lex50100、Marlex5502、Basell5831D、CSPC5621D進行打樣，共產(chǎn)生出12類樣品。每類樣品挑選40個，指定洗潔精為測試料體，在恒溫60°烘箱，單層整齊擺放，測試時長7天，其中一個樣品出現(xiàn)開裂即為不合格。

3　測試數(shù)據(jù)及分析

在7天的耐環(huán)境應(yīng)力開裂測試中，分別對同一瓶型不同原料的樣品和不同瓶型相同原料的樣品展開測試。

3.1同一瓶型不同原料

同一瓶型不同原料測試結(jié)果見圖4.

從圖4中可以看出：同一個瓶型因為選擇原料的不同，發(fā)現(xiàn)樣品開裂的時間有差異。CSPC5621D和Marlex5502第三天有開裂，測試未過；Ba?sell5831D第四天存在開裂，測試未通過；Mar?lex50100在第14天未發(fā)現(xiàn)開裂，順利通過測試。

3.2不同瓶型相同原料

不同瓶型相同原料測試結(jié)果見圖5。

從圖5中，看似最簡單最常見的瓶型1在測試過程中的結(jié)果出人意料。原料為Marlex5502、Ba?sell5831D、CSPC5621D瓶型1均未通過，只有材料Marlex 50100通過測試。原料為Marlex50100、Mar?lex5502、Basell5831D、CSPC5621D的瓶型2和瓶型3都能順利通過7天開裂測試，即使在第14天未也發(fā)現(xiàn)開裂。

現(xiàn)對開裂滲透區(qū)進行分析，發(fā)現(xiàn)瓶型1在加熱過程中，較其他兩個瓶型底部明顯出現(xiàn)凸起，開裂位置基本都出現(xiàn)在底部凸起與瓶身轉(zhuǎn)折處，且方向與加工合模線垂直（見圖6）。對開裂樣品進行如圖6位置的切割，測量截面區(qū)，裂紋位置的容器壁厚從1.38mm驟變到4.22 mm（見圖7）。

同時用軟件分析開裂區(qū)曲率分布[3]，可以看出開裂紋與瓶子曲率突變區(qū)相互重合（如圖8）。

分析可以看出，相對其他二種瓶型，圓形瓶子在測試過程中更易產(chǎn)生瓶底凸起，與瓶身轉(zhuǎn)折區(qū)的曲率變化區(qū)相互疊加，同時加工工藝導(dǎo)致的壁厚分布不均，三者相互作用使其在驟變區(qū)形成內(nèi)應(yīng)力[4]集中，產(chǎn)生開裂。

4　小結(jié)

通過對以上數(shù)據(jù)的分析和對開裂區(qū)調(diào)查及軟件分析，得出以下結(jié)論。影響ESCR測試通過與否的因素有：

1）材料，分子結(jié)構(gòu)、聚合方式等因素導(dǎo)致材料本身耐受性區(qū)別，不同牌號塑料本身的ESCR很不相同，勢必影響生產(chǎn)加工出的包裝容器。

2）壁厚分布，壁厚分布不均勻?qū)е聭?yīng)力集中，同等條件下，開裂概率更高；

3）瓶型設(shè)計的不同，導(dǎo)致底部加熱變形量的差異，部分瓶型變形量大，產(chǎn)生應(yīng)力，誘發(fā)開裂。因此在設(shè)計階段有目的地加強底部強度，以防止加熱變形，同時引導(dǎo)瓶底與瓶身過渡區(qū)的平滑過渡，避免曲面驟變。

[1]郭彥峰.包裝測試技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]周維祥.塑料測試技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

[3]李楊，陳曲.基于SolidWorks的包裝容器快速設(shè)計——以紅酒瓶設(shè)計為例[J].包裝學(xué)報，2012(1):53-56.

[4]H T Wang，B R Pan,Q G Du.The strain in the test environ?mental stress cracking of plastics[J].Polymer Testing，2003 (22)：125-128.

(責任編輯：郝安林）

An Analysis on ESCR Influence of Container Style and Material

ZHAO Ya1，ZHOU Yu1，YU Zhang-ling2
(1.Anhui Xinhua university,Hefei 230088,China；2.Artistic Vocational College of Anhui,Hefei 230001,China)

Environmental Stress Crack Resistance(ESCR)has been tested on samples of packaging container based on the same bottle with different materials and the same material with different bottles.Reliable basis for enterprises selecting raw materials and evaluating the bottle type can be got by the test result that the impact analysis of the raw material of packaging container,the wall thickness distribution and the type of bottle on the crack position.

ESCR;container style;material

TB47

A

1673-2928（2015）02-0013-03

2014-10-27

趙雅（1981-），女，河南南陽人，安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院講師，研究方向：產(chǎn)品造型設(shè)計。