第五章--玻璃包装材料和容器

第五章玻璃包装材料和容器玻璃包装材料的特点玻璃的化学组成及主要性能玻璃瓶罐的制造玻璃容器的包装强度及影响因素一、玻璃包装材料的特点玻璃发明与3000年前的埃及，是一种历史悠久的包装用材，玻璃容器的消耗量约占包装材料总量的10%左右。作为包装材料，其最显著的特点表现为：化学稳定性优良，卫生安全；对气体、水、油等具有高阻隔性；光亮透明，能充分显示内装食品的形和色；价格便宜，易成型加工，易回收。密度大，易破碎，印刷困难二、玻璃的化学组成及主要性能1、玻璃的化学组成玻璃是由石英砂（SiO2）、纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、长石（钾长石、钠长石、钙长石）以及碎玻璃等为主要原料经高温炉（约1600℃）熔融、凝固而成的固体物质。根据所用原料及化学成分不同，玻璃可分为：钠钙玻璃、铅玻璃、硼硅酸盐玻璃等。钠钙玻璃中Na2O、CaO含量较高。因其最容易加工成型、成本低廉，而成为瓶罐玻璃容器最常用的材料。2、玻璃的主要性能玻璃是一种非晶态刚体物质。它没有明显的软化点。当温度升高时，玻璃就逐渐从接近固体的状态变成接近液体状态，表现出流动性。冷却时相反。这种随温度变化的过程反映了其易于加工成型的特点。性能表现如下：①化学性能：对绝大部分内容物，玻璃是一种惰性材料。对包装有严格要求的食品和药品可改用硼硅酸盐玻璃。②物理力学性能：玻璃的抗压强度高，但抗张强度低，表现出脆性高，抗冲击强度很低的特点。它的理论强度比金属还大，可达10KPa。但由于其表面的细微伤痕、裂纹、刮伤等缺陷，其实际强度仅为理论强度的1%。玻璃的强度主要取决于玻璃的表面状况（细微伤痕、裂纹、刮伤）。③光学性能：光亮、透明。内容物可一目了然。为防止有害光线对内容物的损害。通常采用着色的办法来解决（琥珀色、红色、绿色等）。④耐热性：玻璃具有很高的耐热性，能经受杀菌、消毒等高温处理。但普通玻璃对温度骤变产生的热冲击适应能力差。⑤阻隔性：玻璃对气体、液体及溶剂具有完全的阻隔性能。三、玻璃容器的包装强度1、玻璃容器的破裂分析①内压破裂破裂形态以裂纹起点为中心，裂纹曲线向外呈放射状，裂纹端部为分叉形。②外部冲击破裂裂纹稍粗，破裂块小。③热冲击破裂破裂多发生在瓶底部或瓶壁厚薄差异较大的地方，裂纹粗、量少。2玻璃容器的包装强度玻璃容器的包装强度指标主要包括内压强度、热冲击强度、机械冲击强度、垂直荷重强度及水锤强度。玻璃容器的包装强度是其包装应用中最重要的性能，该性能除与玻璃的质量（化学组成、表面及内部缺陷）有关外，容器的形状对强度起决定性作用。①内压强度指容器承受最大内部压力的能力。它体现容器的综合强度。P=σ*2t/DP---内压强度t---瓶壁厚度D---瓶身直径σ---玻璃强度表明瓶壁越厚，形状越接近圆形，且直径越小，内压强度越大。啤酒、汽水瓶一般要求内压强度大于1.2MPa，普通玻璃瓶大于0.7MPa。②热冲击强度指玻璃容器耐受冷热温度剧变不破碎的能力。玻璃瓶受急冷或急热时，由于内外热胀冷缩的不均匀性，使瓶罐产生复杂的温变应力，当热应力大于容器的抗张强度时，瓶壁破裂。罐头瓶耐受急冷温差一般要≥39℃。瓶壁厚度越小，温差越小，热应力越小，容器的热冲击强度越高。但瓶壁厚度小会导致其他强度下降。③机械冲击强度指容器承受外部机械冲击的能力。容器在受到各种冲击后（翻倒、落下），在冲击点产生局部应力，造成容器破裂。壁厚越大，机械冲击强度就越大。瓶口部分的机械冲击强度较小，应尽量避免该部分受到冲击。④垂直荷重强度玻璃瓶在罐装、压盖、开盖和堆垛时都受到垂直负荷。玻璃容器承受垂直负荷的能力即垂直荷重强度。它并非单纯反映玻璃的抗压强度，而是与瓶型有密切关系的综合指标。容器肩部的曲率半径越大，垂直荷重强度就越大。⑤水锤强度指玻璃容器底部承受短时内部水冲击的能力。包装食品在运输过程中受到振动、冲击时，容器内可能出现上端空气受压，底部局部地区形成真空的现象，由此导致瞬间产生的巨大冲击力冲击底部，水锤强度不足会发生破损。四、影响玻璃容器强度的主要因素1、玻璃容器的横截面主要影响其内压强度。形状越复杂、强度越低；越接近圆形、强度越高。2、玻璃容器的肩部设计曲率半径越大各项指标越增强。3、玻璃容器的底部设计该形状对各项强度指标影响较复杂，以第二种，瓶身向瓶底圆弧过渡的综合强度较好。4、瓶的表面及底面设计在瓶表面围绕容器有意识地设计出的凸条状或点状防冲击箍。防冲击箍一般分布在最容易受到冲击的肩部和底部。它的作用主要是可以抵挡摩擦与冲击，可使玻璃瓶的强度提高50%。玻璃容器底面常设计成内凹面，并且围绕底面最外圈设计出点条状凸出花纹。主要作用是增加容器的稳定性；减少接触面，减小温差带来的热应力；减少磨损，有利于间接提高内压强度和水锤强度。玻璃瓶的形状变化无穷，对强度影响很大。从整体的瓶型来看：瓶型接近球形，各部分之间缓和过渡，高度不大，稳定，线条简单，无尖棱尖角，有利于提高强度。本章重点玻璃容器主要的包装强度指标及影响因素