淺析塑膠瓶蓋與玻瓶適配拔脫性能的影響因素

凌生愉，王傳龍，楊吉紅，胡昌紅，劉楊，郭姍

(四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644000)

近年來，隨著生活品質(zhì)的不斷提高，社會(huì)越來越關(guān)注食品衛(wèi)生安全問題，而一些不法分子采用非法手段，將塑膠瓶蓋從配套玻瓶口部整體拔脫，進(jìn)而進(jìn)行造假牟利或惡意破壞，該行為已經(jīng)嚴(yán)重影響到白酒包裝的使用安全性能，危害公共安全，損害消費(fèi)者的合法權(quán)益，破壞企業(yè)品牌形象。為此，本文探究影響塑膠瓶蓋與玻瓶配合拔脫力的影響因素，找到提升整體拔脫性能的改進(jìn)方向，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員不斷推陳出新，使用設(shè)計(jì)手段研發(fā)更為安全可靠且適應(yīng)性強(qiáng)的產(chǎn)品。為消費(fèi)者權(quán)益提供保障，進(jìn)一步提高白酒企業(yè)的品牌影響度和社會(huì)公信力，利于塑膠瓶蓋長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。

1 塑膠瓶蓋的組成

瓶蓋是白酒包裝重要組成部分，目前塑膠瓶蓋在白酒包裝市場(chǎng)應(yīng)用廣泛，常用塑膠瓶蓋由外蓋、下管、內(nèi)蓋、瓶口、內(nèi)塞等多個(gè)部件組成，外蓋和下管主要起外觀裝飾作用，內(nèi)蓋、瓶口、內(nèi)塞三個(gè)部件相互配合起到密封、固定等功能性作用，瓶蓋各部件相互配合，環(huán)環(huán)相扣。塑膠瓶蓋常用結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 塑膠瓶蓋常用結(jié)構(gòu)示意圖

2 塑膠瓶蓋的材料選擇

根據(jù)塑膠瓶蓋各個(gè)部件的作用，選取適宜的材料，在保證白酒包裝功能性的同時(shí)，提升產(chǎn)品的外觀裝飾性及整體品質(zhì)。外蓋、下管及其他裝飾件等外部件通常采用ABS、PS 等材料，利于產(chǎn)品效果表現(xiàn)，內(nèi)蓋常用HDPE、PP 等材料，既能有良好的密封性能，又能達(dá)到較好的開啟體驗(yàn)，內(nèi)塞常用LDPE 保證瓶蓋的密封性能。

作為塑膠瓶蓋主要部件之一的塑料瓶口，由于其功能的特殊性，且需與食用白酒直接接觸，其材料的使用安全性引起了各生產(chǎn)廠家的重視。國(guó)家衛(wèi)生部公告對(duì)食品包裝所用材料進(jìn)行了規(guī)定，其中不含AS 材料，此外隨著嬰兒奶瓶暴露出的雙酚A 問題，PC 材料用于食品包裝，其安全問題也備受爭(zhēng)議，雖然當(dāng)前國(guó)內(nèi)暫無(wú)明確規(guī)定不可以使用，但國(guó)際上已經(jīng)有國(guó)家限制了不許食品包裝使用含有雙酚A 的PC 材料。

因此，塑料瓶口通常采用PET 材料取代有安全隱患的PC、AS 材料，但由于PET 材料韌性好、剛性差的材料特性，部分力臂較長(zhǎng)的瓶蓋，其整體重心居于上部，在非法拔蓋時(shí)更容易使力，使瓶蓋產(chǎn)品出現(xiàn)從玻瓶口部拔脫的問題。

3 塑膠瓶蓋與玻瓶配合拔脫性能分析

3.1 塑膠瓶蓋拔脫影響因素分析

塑膠瓶蓋與玻瓶瓶口配合主要通過瓶口卡齒與玻瓶瓶唇卡緊，當(dāng)瓶蓋受到的向上外力大于其最大分離變形力，瓶蓋整體將從玻瓶脫離，該變形力稱為拔脫力。非正常拔蓋時(shí)，瓶口卡勾從玻瓶瓶唇脫離，造成塑膠瓶蓋整體拔脫。拔脫力大小與塑料瓶口形狀、尺寸、材料和玻瓶瓶唇的直徑、瓶唇R值等有關(guān)。如圖2、3 所示。

圖2 玻瓶瓶口結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 配合結(jié)構(gòu)圖

3.2 拔脫力試驗(yàn)分析

3.2.1 試驗(yàn)工具選擇

采用力高檢測(cè)設(shè)備，設(shè)置速度為100 mm/min，用工裝包裹瓶蓋進(jìn)行拉拔測(cè)試。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行拉拔檢測(cè)時(shí)，3 爪（如圖4）的拉拔工裝很容易受力不平穩(wěn)，導(dǎo)致瓶蓋歪斜拔出，采用相同玻瓶測(cè)試，都出現(xiàn)拉拔力數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍大的情況，影響了數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性。為此，我們經(jīng)過多次試驗(yàn)和改型，將測(cè)試工裝改為兩半式, 如圖5 所示。采用此兩半工裝后，能大大提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖4 3 爪工裝圖

圖5 兩半工裝圖

3.2.2 玻瓶瓶唇R 對(duì)拔脫性能的影響

在相同試驗(yàn)條件下、采用相同瓶蓋、瓶唇直徑為上限的玻瓶瓶口與瓶唇不同R值玻瓶組裝，進(jìn)行拔脫試驗(yàn)；

圖6 試驗(yàn)1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：

圖6 實(shí)驗(yàn)1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

試驗(yàn)結(jié)論：

（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出，瓶蓋拔脫力整體趨勢(shì)為：玻瓶瓶唇R值越小，拔脫力越大，瓶唇R值越大，瓶口卡齒和玻瓶瓶唇卡住的有效位置越少，越容易拔脫，拔脫力不穩(wěn)定；

（2）當(dāng)R值=0.2 時(shí)，拔脫力最大，且數(shù)值較穩(wěn)定；

（3）當(dāng)R值=0.4 時(shí)，與R值=0.2 時(shí)比較，中位數(shù)下降了9%

（3）當(dāng)R值=0.6 時(shí)，與R值=0.2 時(shí)比較，中位數(shù)下降了22% ；

（4）當(dāng)R值=0.8 時(shí)，與R值=0.2 時(shí)比較，中位數(shù)下降了30% ；

（5）當(dāng)R值=1.0 時(shí)，與R值=0.2 時(shí)比較，中位數(shù)下降了42% ；

3.2.3 玻瓶瓶唇直徑對(duì)拔脫性能的影響

在相同試驗(yàn)條件下、采用相同瓶蓋、相同瓶唇R與不同瓶唇直徑的玻瓶瓶口組裝，進(jìn)行拔脫試驗(yàn)。

圖7 試驗(yàn)2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：

圖7 實(shí)驗(yàn)2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

結(jié)論：

（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出，瓶蓋拔脫力整體趨勢(shì)為：在玻瓶瓶唇R值固定的情況下，玻瓶瓶唇直徑越大，即玻瓶與瓶蓋有效配合尺寸越多，拔脫力越大。

（2）當(dāng)瓶唇直徑為上限值=25.7 時(shí)，拔脫力最大。

（3）當(dāng)瓶唇直徑為中值=25.5 時(shí)，與上線值比較，中位數(shù)下降了7.5%。

（3）當(dāng)瓶唇直徑為下限值=25.3 時(shí)，與上線值比較，中位數(shù)下降了16%。

（4）當(dāng)瓶唇直徑為超下限值=25.1 時(shí)，與上線值比較，中位數(shù)下降了38%。

3.2.4 瓶口卡齒結(jié)構(gòu)對(duì)拔脫性能的影響

圖8 在相同試驗(yàn)條件下、采用玻瓶瓶口為中值的樣品與不同瓶口卡齒形狀的瓶蓋組裝，進(jìn)行拔脫試驗(yàn)。

圖8 瓶口卡齒示意圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1，表2。

表1 瓶口卡齒參數(shù)

表2 不同瓶口卡齒形狀拔脫力試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)論：

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在相同條件下，塑料瓶口卡齒的形狀確實(shí)對(duì)拔脫力有影響，卡齒角度在60° 的時(shí)候，瓶蓋在裝配過程中更能裝配到位，有直段面的要比沒直段面的性能更好，拔脫力也相對(duì)穩(wěn)定。

瓶口D、E 的拔脫力較大，數(shù)值也較穩(wěn)定。部分卡齒結(jié)構(gòu)彈性不佳，裝配時(shí)若玻瓶尺寸公差較大時(shí)，卡齒不能正常彈開，裝配不到位，這種情況拔脫力就很小。結(jié)合瓶蓋包裝實(shí)際使用情況，當(dāng)瓶蓋的拔脫力較大時(shí)，采用人手徒手拔蓋的可能性較小，強(qiáng)行拔蓋，將對(duì)瓶蓋外觀有所損壞，不能被再次利用。

4 提升塑膠瓶蓋與玻瓶瓶口適配拔脫性能的方向

通過幾組對(duì)比試驗(yàn)，找到了塑膠瓶蓋與玻瓶適配防拔脫性能的影響因素，論證了拔脫性能與玻瓶瓶唇直徑、瓶唇R的大小、瓶口結(jié)構(gòu)有關(guān)，在今后的設(shè)計(jì)中，要提前對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行控制。

（1）將玻瓶瓶唇R值及瓶唇直徑納入檢測(cè)指標(biāo)，優(yōu)化玻瓶瓶口模具結(jié)構(gòu)和工藝，嚴(yán)格控制R值大小范圍及瓶唇直徑公差；

（2）根據(jù)不同規(guī)格尺寸的瓶蓋，優(yōu)化塑料瓶口卡齒截面形狀、尺寸、卡齒數(shù)量等，提升卡齒彈性及強(qiáng)度，利于整體瓶蓋順利裝配，提高瓶蓋整體部件的拔脫力。

（3）基于PET 瓶口材料特性，優(yōu)化材料配方，提高PET 材料剛性，提高PET 瓶口自身強(qiáng)度，有助于提升整體拔脫性能。通過嵌件技術(shù)，將PET 與金屬等強(qiáng)度更佳的材料結(jié)合，更能有效提升瓶蓋整體拔脫力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析出了影響瓶蓋整體拔脫力大小的影響因素，能為設(shè)計(jì)人員在塑膠瓶蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提供指導(dǎo)依據(jù)，提高瓶蓋產(chǎn)品開發(fā)成功率，減少模具和成本投入，提升瓶蓋與酒瓶配合性能，有利于白酒包裝市場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證食品安全，對(duì)塑膠瓶蓋行業(yè)發(fā)展具有推動(dòng)作用。