第五章__玻璃包裝材料和容器(08年)

1、第五章 玻璃包裝材料和容器n玻璃包裝材料的特點(diǎn)n玻璃的化學(xué)組成及主要性能n玻璃瓶罐的制造n玻璃容器的包裝強(qiáng)度及影響因素一、玻璃包裝材料的特點(diǎn) 玻璃發(fā)明與3000年前的埃及，是一種歷史悠久的包裝用材，玻璃容器的消耗量約占包裝材料總量的10%左右。作為包裝材料，其最顯著的特點(diǎn)表現(xiàn)為： 化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，衛(wèi)生安全；對(duì)氣體、水、油等具有高阻隔性；光亮透明，能充分顯示內(nèi)裝食品的形和色；價(jià)格便宜，易成型加工，易回收。 密度大，易破碎，印刷困難二、玻璃的化學(xué)組成及主要性能1、玻璃的化學(xué)組成 玻璃是由石英砂（SiO2）、純堿（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、長石（鉀長石、鈉長石、鈣長石）以及碎玻璃等為主要

2、原料經(jīng)高溫爐（約1600）熔融、凝固而成的固體物質(zhì)。 根據(jù)所用原料及化學(xué)成分不同，玻璃可分為：鈉鈣玻璃、鉛玻璃、硼硅酸鹽玻璃等。鈉鈣玻璃中鈉鈣玻璃中Na2O、 CaO含量較高含量較高。因其最容易加工成型、成本低廉，而成為瓶罐玻璃容器最常用的材料瓶罐玻璃容器最常用的材料。2、玻璃的主要性能 玻璃是一種非晶態(tài)剛體物質(zhì)。它沒有明顯的軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度升高時(shí)，玻璃就逐漸從接近固體的狀態(tài)變成接近液體狀態(tài)，表現(xiàn)出流動(dòng)性。冷卻時(shí)相反。這種隨溫度變化的過程反映了其易于加工成型的特點(diǎn)。 性能表現(xiàn)如下： 化學(xué)性能：對(duì)絕大部分內(nèi)容物，玻璃是一種惰性材料惰性材料。對(duì)包裝有嚴(yán)格要求的食品和藥品可改用硼硅酸鹽玻璃。 物理力學(xué)

3、性能：玻璃的抗壓強(qiáng)度高，但抗張強(qiáng)度低，表現(xiàn)出脆性高，抗沖擊強(qiáng)度很低的特點(diǎn)。它的理論強(qiáng)度比金屬還大，可達(dá)10KPa。但由于其表面的細(xì)微傷痕、裂紋、刮傷等缺陷，其實(shí)際強(qiáng)度僅為理論強(qiáng)度的1%。玻璃的強(qiáng)度主要取決于玻璃的表面狀況玻璃的強(qiáng)度主要取決于玻璃的表面狀況（細(xì)微傷痕、裂紋、刮傷）（細(xì)微傷痕、裂紋、刮傷）。 光學(xué)性能：光亮、透明光亮、透明。內(nèi)容物可一目了然。為防止有害光線對(duì)內(nèi)容物的損害。通常采用著色的辦法來解決（琥珀色、紅色、綠色等）。 耐熱性：玻璃具有很高的耐熱性，能經(jīng)受殺菌、消毒等高溫處理。但普通玻璃對(duì)溫度驟變產(chǎn)生的熱沖熱沖擊適應(yīng)能力差擊適應(yīng)能力差。 阻隔性：玻璃對(duì)氣體、液體及溶劑具有完全的完

4、全的阻隔性能。阻隔性能。三、玻璃容器的包裝強(qiáng)度1、玻璃容器的破裂分析、玻璃容器的破裂分析 內(nèi)壓破裂 破裂形態(tài)以裂紋起點(diǎn)為中心，裂紋曲線向外呈放射狀，裂紋端部為分叉形。 外部沖擊破裂 裂紋稍粗，破裂塊小。 熱沖擊破裂 破裂多發(fā)生在瓶底部或瓶壁厚薄差異較大的地方，裂紋粗、量少。2 玻璃容器的包裝強(qiáng)度玻璃容器的包裝強(qiáng)度 玻璃容器的包裝強(qiáng)度指標(biāo)主要包括內(nèi)壓強(qiáng)度、熱沖內(nèi)壓強(qiáng)度、熱沖擊強(qiáng)度、機(jī)械沖擊強(qiáng)度、垂直荷重強(qiáng)度及水錘強(qiáng)度。擊強(qiáng)度、機(jī)械沖擊強(qiáng)度、垂直荷重強(qiáng)度及水錘強(qiáng)度。 玻璃容器的包裝強(qiáng)度是其包裝應(yīng)用中最重要的性能，該性能除與玻璃的質(zhì)量（化學(xué)組成、表面及內(nèi)部缺陷）有關(guān)外，容器的形狀對(duì)強(qiáng)度起決定性作用容

5、器的形狀對(duì)強(qiáng)度起決定性作用。內(nèi)壓強(qiáng)度 指容器承受最大內(nèi)部壓力的能力。它體現(xiàn)容器的綜合強(qiáng)度。 P=* 2t / D P-內(nèi)壓強(qiáng)度 t -瓶壁厚度 D-瓶身直徑 -玻璃強(qiáng)度 表明瓶壁越厚，形狀越接近圓形，且直徑越小，內(nèi)壓強(qiáng)度越大。 啤酒、汽水瓶一般要求內(nèi)壓強(qiáng)度大于1.2MPa，普通玻璃瓶大于0.7MPa。 熱沖擊強(qiáng)度 指玻璃容器耐受冷熱溫度劇變不破碎的能力。玻璃瓶受急冷或急熱時(shí)，由于內(nèi)外熱脹冷縮的不均勻性，使瓶罐產(chǎn)生復(fù)雜的溫變應(yīng)力，當(dāng)熱應(yīng)力大于容器的抗張強(qiáng)度時(shí)，瓶壁破裂。罐頭瓶耐受急冷溫差一般要39。 瓶壁厚度越小，溫差越小，熱應(yīng)力越小，容器的熱沖擊強(qiáng)度越高。但瓶壁厚度小會(huì)導(dǎo)致其他強(qiáng)度下降。機(jī)械沖

6、擊強(qiáng)度 指容器承受外部機(jī)械沖擊的能力。容器在受到各種沖擊后（翻倒、落下），在沖擊點(diǎn)產(chǎn)生局部應(yīng)力，造成容器破裂。 壁厚越大，機(jī)械沖擊強(qiáng)度就越大。瓶口部分的機(jī)械沖擊強(qiáng)度較小，應(yīng)盡量避免該部分受到?jīng)_擊。 垂直荷重強(qiáng)度 玻璃瓶在罐裝、壓蓋、開蓋和堆垛時(shí)都受到垂直負(fù)荷。玻璃容器承受垂直負(fù)荷的能力即垂直荷重強(qiáng)度。它并非單純反映玻璃的抗壓強(qiáng)度，而是與瓶型有密切關(guān)系的綜合指標(biāo)。容器肩部的曲率半徑越大，垂直荷重強(qiáng)度就越大。水錘強(qiáng)度 指玻璃容器底部承受短時(shí)內(nèi)部水沖擊的能力。包裝食品在運(yùn)輸過程中受到振動(dòng)、沖擊時(shí)，容器內(nèi)可能出現(xiàn)上端空氣受壓，底部局部地區(qū)形成真空的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊力沖擊底部，水錘強(qiáng)度不

7、足會(huì)發(fā)生破損。四、影響玻璃容器強(qiáng)度的主要因素1、玻璃容器的橫截面 主要影響其內(nèi)壓強(qiáng)度。形狀越復(fù)雜、強(qiáng)度越低；越接近圓形、強(qiáng)度越高。2、玻璃容器的肩部設(shè)計(jì)曲率半徑越大各項(xiàng)指標(biāo)越增強(qiáng)。 3、玻璃容器的底部設(shè)計(jì) 該形狀對(duì)各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)影響較復(fù)雜，以第二種，瓶身向瓶底圓弧過渡的綜合強(qiáng)度較好。 4、瓶的表面及底面設(shè)計(jì) 在瓶表面圍繞容器有意識(shí)地設(shè)計(jì)出的凸條狀或點(diǎn)狀防沖擊箍。防沖擊箍一般分布在最容易受到?jīng)_擊的肩部和底部。它的作用主要是可以抵擋摩擦與沖擊，可使玻璃瓶的強(qiáng)度提高50%。 玻璃容器底面常設(shè)計(jì)成內(nèi)凹面，并且圍繞底面最外圈設(shè)計(jì)出點(diǎn)條狀凸出花紋。主要作用是增加容器的穩(wěn)定性；減少接觸面，減小溫差帶來的熱應(yīng)力；減少磨損，有利于