［摘要］ 分析了PET熱灌裝瓶瓶型設(shè)計及選擇中需考慮的若干變數(shù),，并提出了一些PET熱灌裝瓶成型過程中改善耐熱性能的工藝方法。
［關(guān)鍵詞］ PET 熱灌裝 瓶型 耐熱性能
[Abstract] Analysis the key elements of bottle shape which must be considered when design and choose a PET heat set bottle. Several solutions to optimize the heat resisting properties are also been introduced.
[Key Words] PET; heat set; bottle shape; heat resisting property
一,、前言
生產(chǎn)低酸度,、中性飲料，如茶,、果汁,、果味水等時，須對灌裝后的半成品及瓶器進行滅菌處理,，以便控制產(chǎn)品的微生物污染,。可供選擇的灌裝方法有：
1. 添加防腐劑,；
2. 無菌或冷滅菌灌裝,；
3. 熱灌裝（含氣飲料除外）；
4. 巴氏滅菌,。
近年以來,，熱灌裝技術(shù)因其安全性、經(jīng)濟性較好而在我國飲料行業(yè)被廣泛采用,，前景十分廣闊,。下面是筆者在實際工作中，通過對一步法熱灌裝制瓶機及熱灌裝設(shè)備的工作原理探索所得的總結(jié)分析,。
二．熱灌裝工藝簡述
熱灌裝工藝中,，產(chǎn)品經(jīng)UHT超高溫滅菌處理（瞬時加熱至1200C~1400C，停留數(shù)十秒鐘）,，然后降溫至灌裝溫度（850C~900C）,。灌裝封蓋后，瓶身倒置或側(cè)躺30秒鐘左右,，以便對瓶蓋及瓶頸部位進行與瓶身同溫度的滅菌處理,。瓶子在高溫下停留一定時間（30~120秒）后，送入冷卻通道,，分段將瓶子冷卻至340C~380C（通過冷卻通道的時間約為12~20分鐘）,，隨后對瓶子進行貼標、裝箱等后道包裝,。
三．耐熱瓶瓶型設(shè)計要點
設(shè)計耐熱瓶瓶型時,，必須考慮以下因素：
1. 灌裝后30秒鐘內(nèi)，瓶內(nèi)正壓上升,。這是因為：
�,。�1） 灌裝后瓶內(nèi)殘留空氣溫度從300C左右上升至800C~900C；
�,。�2） 雙向拉伸取向的PET瓶在受熱后收縮,，容積減小,。在高溫下，瓶子必須能夠承受0.1~0.3Bar的正壓而不至于產(chǎn)生永久變形,。
2. PET瓶在高溫下的容積收縮,。普通PET瓶在850C時收縮率可達20%。但是,，使用耐熱瓶專用PET粒子吹制的耐熱瓶的收縮率通常在1%~1.5%之間,；
3. 灌裝后收縮量及灌裝點變化。灌裝溫度越高,。瓶器容積收縮越大,。實驗表明，在860C~900C間的容積收縮率對溫度上升尤其敏感,。灌裝點高度越低,，灌裝后瓶內(nèi)殘留空氣容積越大，瓶器收縮也越大,。這是因為瓶內(nèi)殘留空氣容積越大,，抵抗瓶器收縮變形的能力越小。通常,，熱灌裝瓶灌裝點在瓶器支撐環(huán)處,。
圖1 熱灌裝瓶容積收縮率與灌裝溫度的關(guān)系
4. 吹塑成型后循環(huán)吹氣冷卻時間對瓶器容積、結(jié)晶度和剛度均有影響,。循環(huán)吹氣冷卻時間越長,，瓶器容積越大。因此,，設(shè)計瓶型時務(wù)必考慮使用最低的高壓空氣消耗量來達到瓶子的最佳性能,。
5. 熱灌裝后的飲料降至室溫時，因飲料在不同溫度下比重的變化導(dǎo)致瓶內(nèi)液體容積下降2%左右,。同時,，溫度下降還導(dǎo)致瓶內(nèi)殘留空氣在液體中的溶解度上升。這一切都導(dǎo)致瓶內(nèi)殘留空氣的容積膨脹,，產(chǎn)生0.2~0.3倍大氣壓的負壓,。灌裝后空腔部分（殘留空氣）壓力和瓶器溫度、時間的關(guān)系曲線見下圖,。
圖2 灌裝后空腔部分（殘留空氣）壓力和瓶器溫度,、時間的關(guān)系曲線
因此，耐熱瓶必須符合以下要求：
（1） 高溫下（850C~900C）容積收縮率在1%~1.5%之間,；
（2） 30%以上的結(jié)晶度,，確保良好的耐熱性能和較弱的水分吸附能力（瓶壁吸附的水分象分子鏈間的潤滑劑一樣降低瓶子的機械性能；
（3） 合理的壁厚分布,，避免熱灌裝后的非線性收縮（變形）,；
（4） 瓶身采取特殊的板框形結(jié)構(gòu)設(shè)計，瓶底設(shè)有內(nèi)凹加強筋,，用以承受瓶子冷卻至室溫后瓶內(nèi)負壓,。
四．制瓶工藝中改善瓶子耐熱性能的措施
（1） 合理設(shè)計瓶坯,。最優(yōu)化的瓶坯形狀設(shè)計有助于改善瓶子的壁厚分布狀況,，避免在瓶身不同區(qū)域產(chǎn)生扭曲或收縮變形；
�,。�2） 嚴格控制注射和拉坯-吹塑工藝參數(shù)以及各區(qū)域溫度分布,，避免殘余應(yīng)力在PET玻璃化溫度（>750C）下釋放而導(dǎo)致瓶子變形；
�,。�3） 瓶坯注射冷卻時間控制,。嚴格控制瓶坯注射冷卻時間，讓瓶坯盡早脫模,。這樣即可縮短成型周期,，提高瓶子產(chǎn)量，又可因較高的殘余溫度而誘發(fā)球狀結(jié)晶,。球狀結(jié)晶的晶體直徑極小,，僅為0.3~0.7微米，并不影響透明度,。
圖3 耐熱瓶結(jié)晶度,、容積收縮率與瓶坯注射冷卻時間的關(guān)系
（4）吹塑模調(diào)溫技術(shù)的運用,。通常用熱油循環(huán)法給吹塑模加溫,。吹塑模調(diào)溫共有三種循環(huán)：
- 瓶身熱油循環(huán)。將吹塑模加熱至1200C~1400C,。這樣,，瓶坯與吹塑模型腔間的溫度差減小，促發(fā)進一步結(jié)晶,。延長吹塑保壓時間,，使瓶壁與型腔長時間接觸，有充足時間來提高瓶身結(jié)晶度,，達到35%左右,，但又不犧牲透明度。1000C以下的模溫對瓶身結(jié)晶度的影響極小,，因為,，瓶身結(jié)晶發(fā)生在1000C以上。
圖4 耐熱瓶結(jié)晶度與吹塑模具溫度的關(guān)系
——瓶底冷卻水循環(huán)。瓶子底部保持低溫（100C~300C）,，避免未經(jīng)拉伸的瓶底部分過度結(jié)晶而發(fā)白,；
——瓶頸調(diào)溫（選用）。非結(jié)晶瓶口部分從注塑模脫模后一直處于完全冷卻狀態(tài),。非結(jié)晶瓶口多數(shù)采用加強瓶口設(shè)計（增加瓶口壁厚）,，從而改善封口性能，避免壓蓋過程中瓶口變形,。通常,，灌裝后瓶口橢圓度控制在0.2毫米以內(nèi)，螺紋外徑收縮率低于0.6%,。
�,。�5）循環(huán)吹氣技術(shù)。當采用熱吹塑模時,，如何控制瓶子脫模后變形至關(guān)重要,。吹塑模開模前吹入空氣并排空循環(huán)，對瓶身進行冷卻并定形,，從而控制脫模后的變形量,。循環(huán)冷卻空氣的進氣通過與初吹、二次吹相同的通道,，但從拉坯桿頭部小孔經(jīng)拉坯桿內(nèi)排氣,。循環(huán)吹氣時間約為0.5~2秒。因此,，耐熱瓶制瓶機的高壓空氣消耗量比普通瓶制瓶機高得多,。
隨著實踐經(jīng)驗的進一步豐富，熱灌裝瓶生產(chǎn)技術(shù)也正在突飛猛進地發(fā)展,。主要的發(fā)展趨勢包括在不降低灌裝溫度的前提下瓶子重量的不斷減輕,，非結(jié)晶瓶口的廣泛運用等。迎合環(huán)保概念,，外觀時尚簡潔的新瓶型正在越來越多地受到消費者的青睞,。
|
浙公網(wǎng)安備 33038102331908號
