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PET瓶库存时间长短的影响

发布时间:2022年04月28日    点击:[0]人次

PET瓶库存时间长短的影响

在我国,随着人民生活水平不断提高,碳酸饮料已越来越多地走近普通消费者。而PET瓶“爆瓶”问题一直是我们瓶厂和饮料灌装厂质量控制的难点。就拿我们平日生产的瓶子来说,当时生产中应力检测完全合格,而在仓库存放一段时间后,进入灌装厂灌装前的检测,瓶子的应力就有可能不合格。严重时将给企业在信誉和经济上带来极大的损失。

针对"爆瓶"现象,很多学者从理论上下了定义:“爆瓶”是瓶子开裂的一种外在表现,而应力则是聚合物本身受到多方向的作用力,加上外部媒介的作用而产生的瓶子底部开裂的现象。它的形成是瓶子内在和外壁存在缺陷,当受到外在能量且接触到外界一些开裂媒介时,便会沿着较短的分子链间的隙间,逐渐延伸(推进)至瓶壁的另一面,直到瓶子开裂为止。在生产和储存过程中造成PET瓶应力不好的因素有很多,但是归纳起来有以下几种:

1.PET树脂切片粘度过底;

2.底模设计不当;

3.瓶子底部成型时厚度突变;

4.外壁粗糙;

5.瓶壁带有杂质;

6.瓶子储存时间过久;

7.饮料灌装中使用不适当的润滑剂。对这些诸多易引起瓶子应力不好的因素,本文将通过对瓶子储存时间长短的讨论,探讨瓶子储存时间的控制,对瓶子应力影响。

我们通常所说的应力是PET瓶在自然环境下由环境和湿度变化引起制品的伸缩变形,在制品内产生的应力。这种应力我们称作为温度应力或热应力(ThErmal sTrEss)这种存在于制品中的伸缩变形包括两部分:即由温度变化所引起的变形(自由胀缩)和由内力引起的弹性变形。

我们假设吹制的PET瓶子在模具内的定型冷却十分优良,瓶子出模后底部各应力的和为零,其次成型瓶子内引起的弹性变形不予考虑。试验通过观察两种原料吹制成的瓶子在9℃、16℃、35℃温度下储存20天左右条件下,瓶子收缩率的变化曲线。图1、图2、图3是我们在去年用1.25L可口可乐专用瓶,做的三组试验。

从三组曲线的走势我们可以清楚看到:在10℃以下,两种原料生产的瓶子在仓库储存22天收缩率十分接近,约在0.17%。而在13℃~16℃时远东料的收缩率在0.35%,仪征为0.45%。同样在35℃高温时,远东料的收缩率达到1.2%左右,仪征料在1.3%上下。另外我们在27℃~30℃下做瓶子的快速应力试验中,也观察到用远东料吹成的瓶子在仓库储存10~12天、用仪征料生产的瓶子在库5~7天后,瓶子的应力都明显下降。

我们用图3的实验数据加以比较,可以清楚的看到:用远东料生产的瓶子收缩率达到1.1%左右时,在时间15天上有一个明显的拐点,应力测试的爆瓶概率大大增加。同样用仪征料吹制的瓶子在1.1%~1.15%收缩率时应力测试的爆瓶也迅速增加很多,而此时也正好在5~7天的时间段上。试验的结果和实际的情况似乎十分吻合。

对上述的吻合理论上认为:结晶型塑料(PET树脂是一种结晶型塑料)的收缩原因,主要受塑料热膨胀系数的影响和结晶结构形成时熔体的凝聚作用引起的。此外,塑料制品的壁厚不均匀,由厚至薄(或者相反),若是在某一处有突然变化转折,那该处的收缩率也会突然变化,此处收缩率的变化会造成该处有很大的内应力。而五角瓶瓶底的内应力主要也集中在瓶子底部的厚薄转折处。我们从上面三个图表中也可以看到:环境温度的变化和存储时间的延长,瓶子的收缩率也会随之增大。

特别在瓶子底部,由于底部五角转折厚薄不同,引起的收缩明显不同。当昼夜温差较大时,瓶子白天吸收热量,夜里释放热量,瓶底较热(厚)部分在收缩时要受到已经凝固(薄)部分的抑制,而受到拉伸应力,已凝固(薄部分则相应的受到压缩应力。使得瓶子随着仓储时间的延长,内部应力也在慢慢增大。最终产生人们内眼难易察觉到的翘曲(变形)。比较明显的事例为:模具底部有扑式的1.25L百事瓶子,储存期超过半年,就是在10℃的环境温度下,内压3.7~4.0kg/cm2时底部在两周就有明显裂痕。

相反现实生活中的吹瓶企业在吹制瓶子时,是无法使吹瓶模具的冷却效果十分优良。其冷却的好与坏也是一个相对值,因此吹出的瓶子在出模后,底部已经存在着较为严重的热应力。这是因为PET树脂聚合物在制成成品时,瓶坯从常温加热到高于玻璃化温度后,在高压气体的作用下制成一定形状的瓶子,同时在低于玻璃化温度的模具中冷却定型,在整个过程瓶子本身已经存在着温度梯度(余热)。

同理我们对理想状态下瓶子结晶度的分析,如图4所见:在理想状态下用PET树脂吹成的瓶子底部含有25%的结晶(有托瓶的半圆底),当然瓶子的结晶度与冷却设备冷却速率密切相关,冷却速率很大时,得到的结晶度很低,聚冷时可获得近似非结晶的产品,冷却速率越慢,晶体越完整,冷却过慢,晶粒趋于完善而粗大,又使制品的脆性大大增加。同样PET树脂在从高于玻璃化温度冷却至低于玻璃化温度时,冷却速率低则结晶度高,成品的收缩率也大,瓶子的翘曲(热应力)也大,这是因为制品的热应力主要与收缩不均匀、结晶度大、冷却速度低密切相关。

通过对上述PET瓶实际存在的内因和外部环境的分析,我们从理论上认识到:瓶子在理想状态下吹制、出模定型后,瓶子底部至少存有25%的结晶度,加上瓶子底部的五角设计和冷却速率的原因,其瓶底结晶度将远远大于25%以及随后的存储使得瓶子底部的收缩(应力)每恍日臻。因此为了有效的控制瓶子的收缩(应力)。我们认为最经济的办法是控制成品瓶子的库存期,故建议:环境温度在25℃~35℃时,PET瓶在仓库储存期最好控制在360h之内,15℃~25℃时,在480h之内,15℃以下在600h内。而国产原料最好控制在前述仓储时间的二分之一以内。这样做我们的产品才能基本满足客户和消费者的需要。

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