浅谈瓶罐玻璃轻量化之思考论文

浅谈瓶罐玻璃轻量化之思考论文

1 轻量瓶的分类及轻量指数L 值

基于轻量瓶的种种优点，它在世界瓶罐玻璃包装行业越来越流行，也必将成为中国玻璃包装业的发展方向。

生产轻量瓶，玻璃厂获益点:

( 1) 节省每个瓶子的原材料和能耗;

( 2) 机速更快，可生产更多瓶子;

( 3) 提高质量，瓶子卖价更高;

( 4) 提高竞争优势;

( 5) 更多产量，增加收入，提高利润率。使用轻量瓶，客户获益点:

( 1) 更好的质量，减少灌装线破损;

( 2) 包装重量较轻，降低运输成本;

( 3) 灌装机的运行速度更快，可灌装更多的瓶子;

( 4) 每个瓶子较低的单位成本;

( 5) 更好的外观，更好的市场营销;

( 6) 提高竞争优势;

( 7) 降低成本，增加收入，提高利润率。

轻量瓶依据轻量指数L 值可以分成4 类，这种分类方法是通过使用一个简单的公式来确定每个玻璃瓶各自的指数水平，它适用于所有由行列式制瓶机通过吹-吹法( Blow & Blow ) 、压-吹法( Press & Blow ) 或小口压-吹法( Narrow Neck Press & Blow ) 工艺生产的玻璃瓶。

1.1 轻量指数水平L 值的计算方法( 日本)

圆形瓶: L = 0.44×瓶重( g) /满口容量( mL) 0.77

正方形瓶: L = 0.396×瓶重( g) /满口容量( mL) 0.77

椭圆形瓶: L = 0.352×瓶重( g) /满口容量( mL) 0.77

1.2 轻量瓶分类

第1 类: L>1.4( 正常重量级)

第2 类: 1.0

第3 类: 0.7

第4 类: L< 0.7 ( 特超轻量级)

例: 某瓶罐满口容量375 mL，重量为245 g，则其指数水平

L = 0.44×245 /3750.77 = 1.12( 圆形)

L = 0.396×245 /3750.77 = 1.01( 方形)

L = 0.352×245 /3750.77 = 0.90( 椭圆形)

玻璃的理论强度和实际强度:

( 1) 玻璃的实际强度为理论强度的1 /100 以下;

( 2) 所用的玻璃产品也仅有实际强度的1 /2 左右;

( 3) 瓶身厚度2.7 mm 以下的玻璃瓶，在成形工序中若内表面黏上异物，则机械冲击强度降1 /2; 如果再加上因异物引起产生的气泡，则机械冲击强度又降1 /10。

2 生产工艺的注意点

( 1) 指数水平超过1.4 的玻璃瓶属于常规玻璃重量类别，通常这种瓶罐很适合玻璃的成型。

( 2) 指数水平在1.0～1.4 的玻璃瓶属于轻量类别，一般指数水平超过1.1 的玻璃瓶仍可采用常规的吹-吹法工艺生产，但在模具设计时需要特别小心，要特别注意模具质量及具备良好的玻璃成型设备和技术。指数水平小于或等于1.1 的玻璃瓶可以通过小口压-吹法工艺来生产。

( 3) 通常用吹-吹法工艺生产的.轻量瓶在瓶身部将带有“扑气波痕”( 即所谓两节料或断腰) ，指数水平越小，该现象越突出。这对于承受外部冲击及内部压力而言是一个弱点，易出现问题。355 mL 啤酒瓶( 吹-吹法) 、满口容量375 mL、瓶重245 g。

瓶子的强度取决于瓶身的最弱点，也就是说如果仍然有薄壁部位，瓶子重不等于强度强。典型的吹-吹法工艺产生的扑气波痕使得瓶身玻璃分布不均匀。为此改善初模的设计，以抵消或减少瓶壁厚薄不均带来的风险，进而增加瓶子的强度。采用电脑模拟软件，准确地设计出其初坯轮廓，使瓶壁的厚度得以改善，其厚薄分布变均匀。

3 小口压-吹法

指数水平在0.7～1.0 之间的玻璃瓶属于“超轻级”，这类瓶子必须用小口压-吹法工艺生产。指数水平低于0.7 的玻璃瓶是“特超轻级”，这类瓶子也必须用小口压-吹法工艺生产，但需要更可靠的玻璃成型专门技术。小口压-吹法工艺能运用于任何组数、任何料滴数和任何模具中心距。行列式制瓶机需带电子定时，并带有效的模具冷却系统，比如初/成型模侧的垂冷或轴向冷却，并且要有真空辅助。其它所需的基本成型设备为一套自动料滴重量控制系统及能在较低的操作气压下运行良好的冲头机构。拥有完善的设备来严格控制从玻璃“原料”到“成品出货”的过程。小口压-吹法工艺的成功不仅依赖于良好的玻璃成型机械和模具设备条件，还依赖于整个生产过程。

3.1 小口压-吹法工艺生产中的一些重要要求

( 1) 全自动配料车间来处理原料，以保证玻璃液的一致性;

( 2) 熔窑玻璃液面应该维持在1.0 mm 的波动范围内;

( 3) 料滴重量应该维持在小于1%的偏差范围内;

( 4) 行列式制瓶机应该维持在最佳的条件下使用;

( 5) 伺服电子式的翻转、钳瓶、拨瓶、供料机、剪刀和料滴分配装置等都是必不可少的;

( 6) 模具设备应维持在极佳条件下，使用冲头、初型模和闷头的容量要保持在可接受的公差范围内;

( 7) 因为小口压-吹法工艺需要在更高的机速下运行，所以初/成型模应该采用合金铸铁或者更好的材料来承受更高的成型温度、扭曲和磨损;

( 8) 口模应该采用铜合金或者更好的材料;

( 9) 冲头应该采用司钛立#12 或者碳化钨喷焊，冲头一般是不维修的，一旦受损就要作报废处理;

( 10) 需要热端和冷端喷涂来增加较薄玻璃壁表面的强度及减少摩擦。

3.2 小口压-吹法中工艺基础和前提条件

( 1) 玻璃分布的控制;

( 2) 玻璃强度的控制;

( 3) 随瓶重减轻而不断增加的机速;

( 4) 目前世界上对冲压的冲头和供料机冲料机构均采用高精度的传感器，它可极大地提高小口压-吹法工艺精准度和技术水平。

最佳的轻量瓶生产工艺过程需要较长的重热时间。良好被动重热的初坯内外表面在成型过程一直要与金属接触，正吹气前，需要一个相对低的降温梯度。重热过程可消除玻璃与初型模/冲头接触面的微小损伤。

轻量化不仅仅靠行列式制瓶机，而是事关从玻璃原料化学检验到整个生产工艺的综合技术。吹-吹法与小口压-吹法纵向剖面的比较。

4 生产玻璃瓶轻量化的要素

4.1 玻璃的均匀性、均温性

( 1) 减少玻璃液中的气泡、结石;

( 2) 熔窑/供料道的燃烧情况、出料量、条纹等;

( 3) 提高碎玻璃的品质;

( 4) 使料滴温度均一;

( 5) 消除料滴温度差异;

( 6) 让玻璃液均等地延伸;

( 7) 供料机效率。

4.2 玻璃瓶内表面缺陷( 内部异物对策)

由于是轻量瓶，瓶壁很薄，瓶内面如有微小杂物，灌装时非常容易碎裂。它一般是由以下原因引起的:

( 1) 脱模剂引起的碳异物;

( 2) 模具配件、机械配件的磨损产生的屑粒;

( 3) 溜料槽材质;

( 4) 冲头与玻璃液间的金属磨损;

( 5) 剪刀片的金属磨损;

( 6) 闷头与漏斗;

( 7) 口模和初型模间的金属磨损;

( 8) 口环与冲头之间的金属磨损。

解决方法为:

( 1) 清理冲头定位器;

( 2) 清理正吹气和冲头冷却气;

( 3) 增强冲头材质，消除磨损;

( 4) 足够的重热时间;

( 5) 提高玻璃液的熔化质量;

( 6) 清洁溜料槽系统，正确地涂层。

4.3 玻璃瓶厚度分布( 四周方向、高度方向)

为了改善瓶的圆周方向、上下( 高度) 方向的瓶身壁厚分布，应做到:

( 1) 最合适的初坯设计;

( 2) 玻璃液温度、模具温度稳定，测量模具温度并且进行控制;

( 3) 下料料滴要垂直地落入模腔。

4.4 玻璃瓶外表面保护( 冷/热端喷涂)

玻璃瓶的输送、搬运过程要防止瓶间碰撞，防止外表面产生伤痕。

( 1) 适当增加热喷量且均匀喷涂;

( 2) 冷喷剂呈雾化状态;

( 3) 实施冷热双喷涂;

( 4) 提高玻璃瓶的滑动性。

4.5 退火

减少玻璃瓶内部残余的应力，保证玻璃瓶的强度。

( 1) 最合适的温度上升、下降曲线;

( 2) 最合适的退火的时间。

4.6 自动检验( 强度、瓶壁厚度检查)要去除不良瓶，检验线上应配备:

( 1) 底部、瓶身部的负荷检验机( BIT: 瓶子撞击测试机; QS: 撞碎测试机) ;

( 2) 瓶身厚度检查机。