瓶盖注塑新工艺

作者：Sven Engelmann, Julia Flückiger

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 饮料瓶盖新产品开发的目标往往是生产出体积小巧，但设计巧妙且成本效益更高的产品。产品研发者不断给模具制造商和注塑设备制造商带来新的挑战—即使是大批量高产出，所有功能需求都要得到满足。 在许多消费者眼里，PET瓶只是一个便于抓握使用的日常物件，他们不会想到仅仅一个小小瓶盖，要满足安全性能佳，易于开启，再次拧紧又能保证气密性，这已经凝聚了多少研发人员的心血与努力。瓶盖和瓶颈成品往往需要具备诸多精密特性，例如，排气效率、开启扭力和耐压性，等等，这些性能都需要经过实验室里艰苦地研发和测试。同时，瓶盖的设计还常常推陈出新，因为制造商也需要兼顾产品对消费者的吸引力。 林林总总的饮料瓶盖 自从诞生之日起，五花八门的塑料饮料瓶盖，就一直经历着发展与变迁。当然，不同类型的瓶身要求不同的瓶盖设计。瓶盖的直径和形状主要是由瓶颈和螺纹的类型决定的。瓶子用来灌装的液体，也就是饮料，也起到重要的作用。因此，针对不同的用途，有瓶盖专门用于碳酸软饮料（CSD），用于纯净水，以及用于热灌装（HF）用途。 瓶盖决不能影响饮料的味道，也就是其感官特性。当然，瓶盖使用的塑料也必须要杜绝对消费者健康的影响。 根据不同类型，饮料瓶盖的生产工艺可以采用压塑或注塑。本文在这里仅讨论注塑工艺生产的瓶盖。注塑瓶盖可能由一个、两个甚至更多部分组成，两件式瓶盖在生产中，其组成部分可能单独生产出，再经过组装工序被组合在一起，或者直接通过双组份注塑生产出。双组份注塑往往仅适用于被经济或功能原因限定的用途，整体趋势还是以一体式瓶盖为主流，因其巨大的材料和成本节约优势，适用于多种饮料包装。 越精密的瓶盖设计，往往具备越多特定功能，例如，被称作“运动瓶盖”的这款，瓶盖包括有螺纹底座，作为按压瓶盖上部分，和作为防尘盖的顶盖（见图1）。防尘盖也可设计为拉盖形式。尽管这样类型的瓶盖，与简单螺纹盖相比，生产工序相对复杂，但已经成为运动饮料产品不可或缺的一部分。因其便于饮用的设计，运动瓶盖已不仅限于运动使用，例如，可用于在移动中消耗的饮料。这样的元件可使用叠层模具进行生产，如有大量生产需要，亦可使用立体模具系统。 随着瓶盖在精密设计和生产策略中所占比重的增加，如今它们已经成为饮料整体设计的一部分。例如，瓶盖本身带有粉末，当第一次开启时，粉末便会散落进瓶中，与液体饮料混合。这样以来，以精确比例进行计量调配的成分，就正好在饮用之前，刚刚混合成为一瓶饮料。添加剂粉末在混合之前进行隔离，不仅保证了饮品气味的最佳状态，也延长了产品的保质期。 融入饮料整体设计的瓶盖 为了提高效率，立体模具（制造商：德国哈斯拉赫Foboha有限责任公司）和拥有2700kN合模力的F系全电动注塑设备（型号：F 270 Cube，制造商：德国马尔特丁根Ferromatik Milacron有限责任公司）投入生产。该系统可生产瓶盖的上部和下部，并在模具中进行组装（见图2）。 新近研发的三明治注塑（共注塑）工艺，可将阻隔层整合进瓶盖。值得注意的是，它可将熔体流直接结合，并实现完全平衡填充。这项“Iris共注塑”技术（德国巴登-巴登Mold-Masters Europa有限责任公司）在瓶盖中使用3~5%阻隔材质，实现了平衡填充。当需要杜绝气态扩散时，便可采用该工艺。生产系统可阻止氧气进入包装，从而保证了饮料更长的保质期。同时，只要选取适当的材料，还可实现防潮功能。 塑料瓶盖的生产要求材料、注塑模具与注塑设备之间的完美匹配。随后，外围设备和系统，例如，冷却和传输系统，也可成功引入生产。 经济型一体式瓶盖的制造 用于生产一体式瓶盖的模具和注塑设备需要充分考虑更多细节。因为使用到很多其他包装材料，产品研发人员和设备供应商为该系统的开发及使用付出了多少努力，并不是随便一个外行人一眼便能看出的。 多年来，瓶盖解决方案供应商瑞士Corvaglia Mould公司和注塑设备制造商Ferromatik Milacron，致力于研发塑料饮料瓶盖的生产系统。为了确保高效生产，注塑模具的设计必须十分精密（见图3），并且注塑设备连同其驱动装置，都必须能够承受最大运行速率和加速度。此外，注塑设备必须有刚性好而稳定的结构来保护模具，使其在精确定位的动作中免受磨损。 本着材料和成本节约的原则，Corvaglia研发出一款新型一体式饮料瓶盖，原材料采用HDPE材质。与传统的37mm瓶盖虽然近似，但该产品33mm的直径却使其更有利可图（见图4）。瓶盖还特别设计用在热灌装领域。因为整个瓶体在进行改良时是作为一个完整体系加以考量，所以瓶颈也势必要随之调整为33mm直径。 事实胜于雄辩，瓶盖的改良在相当大程度上减少了材料消耗：瓶盖自身的重量从3.5减少到2.45g，节省了1.05g的材料消耗。不止如此，瓶颈的原材料使用也得以下降，从37mm瓶盖的7.48g，下降到33mm瓶盖的3.5g，这意味着瓶颈少用了约3.98g的材料。在标准瓶的情况下，这就意味着从34g降低到28.9g，总减少量是5.1g。瓶身和瓶盖的重量节约合计6.15g。更小的瓶盖（直径33mm）也更易于抓握；瓶口缩小也使用户直接从瓶中饮用饮料更加方便。 一体式瓶盖的另一优势是，可直接使用现有制造系统。与两件式瓶盖相反，一体式瓶盖并不需要用到薄膜或者中间层。然而，一体式瓶盖也要求特殊设计来阻止微泄漏。热灌装无可避免会产生瓶盖的高压，而冷却环节又会出现低压，关键点便是这两者之间的无压力状态。瓶盖必须有良好的气密性，在冷却环节中才能充分阻挡冷却液进入容器，这一点是通过瓶盖精密的结构设计来实现的。当旋紧时，两件式瓶盖可提供充足的张力，从而确保了气密性。冷却后，瓶盖在真空状态下出现凹陷变形，进一步加强了气密性（见图5）。 这款两件式瓶盖的生产，是采用F350混合动力注塑设备，其合模力达3500kN，配有64腔高性能注塑模具（见图6）。该设备配备Advanced Performance (APh 70)液压注塑单元，专门适用于高速生产加工。 高性能设备与增强顶出力 F系采用标准化设计。根据目标用途，设备能够被配置成全电动，混合动力或者液压系统。注塑单元可细分为： ● 普通性能(注射压力最高可达2300bar，注射量最高可达330 mm/s), ● 先进性能(注射压力最高可达2300bar，注入量最高可达500 mm/s), ● 超高性能(注射压力最高可达2500bar，注入量最高可达1200 mm/s)。 后者也可选择提供注射压力高达3000bar。这样的高性能注塑单元也经常被用于薄壁包装生产领域。F系设备的模块化设计使其合模力范围可从500到6500kN。 在注塑模具中使用精确冷却系统，可实现4.2s的生产周期。设备必须提供充分的塑化性能，为此特别配备直径为70mm，长径比为25的高产量螺杆用于聚烯烃材料加工，这保障了良好的熔体同质性。上述种种组件的得力结合，64腔模可实现产量为每小时54860个瓶盖。 用于瓶盖生产时，注塑设备还特别需要具备高顶出力。否则，在相对长的生产间歇之后，元件从模芯的移除问题将会十分棘手。若顶出力不够，元件经过先前的收缩，根本无法脱模。(end)

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