注射及壓鑄成型塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉國梁

【摘 要】由于塑料包裝容器自身優(yōu)良的機械性能、化學(xué)特性和熱特性等，其在包裝領(lǐng)域中正逐漸取代其他傳統(tǒng)包裝。本文針對塑料包裝容器中注射及壓鑄成型的容器進行討論，對這類塑料包裝結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀及強度等方面予以論述。

【關(guān)鍵詞】塑料包裝；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

包裝容器作為產(chǎn)品的延伸，既能起到容納和保護商品的重要作用，又是產(chǎn)品的外在修飾和名片。近年來，伴隨著石油化工領(lǐng)域的飛速發(fā)展，塑料工業(yè)迅速崛起，塑料包裝容器在很多方面已取代用金屬、玻璃、陶瓷、木材等傳統(tǒng)材料制作的包裝容器，顯示出強大的生命力。塑料容器主要根據(jù)包裝要求進行設(shè)計。由于塑料有其特殊的物理機械性能，因此設(shè)計時必須充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點。在滿足使用要求的前提下，容器形狀應(yīng)盡可能地做到簡化模具結(jié)構(gòu)，符合成型工藝特點。塑料容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包括容器的形狀、尺寸、壁厚、斜度以及加強筋支承面、圓角、螺紋、嵌件、文字和商標(biāo)等。本文針對注射及壓鑄成型塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個方面進行討論。

1.外觀結(jié)構(gòu)

塑料包裝容器上的文字、符號與花紋有兩種形式：凸字和凹字。其要求是：凸出高度不小于0.2mm，寬度不小于0.3mm。一般以為0.8mm為宜，兩線間距不少于0.4mm，凹凸字邊框可比文字字體高出0.3mm以上，字體和符號的脫模斜度大于10°。塑料瓶邊上凹凸紋或半圓凸紋結(jié)構(gòu)尺寸也有相應(yīng)的規(guī)定。

2.壁厚

塑料包裝容器的壁厚設(shè)計十分重要，根據(jù)容器的用途、強度、結(jié)構(gòu)和重量的要求以及成型時的流動性、變形、硬化、頂出方式情況來決定，尤其是要決定能滿足性能要求的最經(jīng)濟的壁厚。因此不僅應(yīng)該知道塑料的性質(zhì)，而且要考慮成型條件。

常用熱固性塑料，小型件壁厚取1.6-2.5mm；大型件取3.2-8mm；布基酚醛塑料等流動性差的應(yīng)取較大值，但也要小于10mm；脆性塑料如礦物充填的酚醛塑料壁厚不小于3.2mm；熱塑性塑料容易制成薄壁容器，壁厚能達0.25mm。

在塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果壁厚過大，不僅造成原料浪費，而且增加了冷卻時間，影響了產(chǎn)品質(zhì)量如出現(xiàn)氣泡、縮孔、翹曲等缺陷。塑料容器除了要有必要的厚度外，還要求壁厚比較均勻，不要出現(xiàn)過厚或過薄的現(xiàn)象，否則由于收縮不均勻，造成應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋和變形等缺陷。但是任何塑料容器要達到壁厚完全一致是不可能的。如果塑料結(jié)構(gòu)必須有厚度不均勻時應(yīng)采取平緩過渡以避免突變。

一般決定塑料容器壁厚時，必須考慮以下因素：結(jié)構(gòu)強度、脫模強度、對沖擊力的分散性、嵌件處破裂情況、孔窗嵌件處產(chǎn)生的熔接痕強度、薄壁燒焦程度、厚壁處發(fā)生塌坑情況和因流動性而造成的充料不足等。

3.防變形結(jié)構(gòu)

防變形結(jié)構(gòu)可以采用改善容器形狀的辦法。例如在不影響使用的前提下，將矩型容器的四側(cè)壁均設(shè)計成向外凸出的弧形，使變形時不易覺察到。當(dāng)然，增加側(cè)壁和邊緣剛性的方法很多。如：箱型容器側(cè)壁為防止內(nèi)翹曲而進行帶狀增強。對于箱型容器等最應(yīng)注意的是其底部，這一部分是大平面，從強度及防止變形上考慮，除了設(shè)置加強筋外，還可以將底部制成波形、棱錐體，或在底部制成圓角凸起形狀，均可以達到分散應(yīng)力的作用。當(dāng)?shù)撞亢艽髸r，增大轉(zhuǎn)折處圓角的半徑值或設(shè)計成階梯形也能有效地防止變形。薄壁容器的底或蓋，如制成球面或拱曲面，也可以取得良好的效果。

兩面相交的尖角部分由于內(nèi)應(yīng)力集中，在受力或受沖擊振動時會發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中由于模塑內(nèi)應(yīng)力而開裂。為了減少其變形角隅處要做成圓角，以分散應(yīng)力。同時圓角可改善塑料的充模特性，使其容易流動并制得完整無缺的制品。另外，塑料制品的圓角也使得模具型腔對應(yīng)部位亦呈圓角，從而增加了模具的堅固性。實踐證明，單靠增加壁厚的方法來提高容器的強度，是不正確的因為易產(chǎn)生縮孔和凹痕。因此也可以采用加強筋以改善容器結(jié)構(gòu)的方法。加強筋除了增強容器的強度和剛度外，還可以改善塑料成型時的流動情況尤其加強筋是沿塑料流向時。加強筋的布置應(yīng)避免或減少塑料局部集中，否則會產(chǎn)生縮孔或氣泡。

4.工藝性結(jié)構(gòu)

塑料在模具中成型，為了將塑料從模具中取出，模具分開的面對模具來講叫分型面，對塑件來講叫分型線。分型線的位置有垂直于開模方向的，有平行于開模方向的，也有傾斜于開模方向的。分型線有直線、折線和曲線等。分型線的位置直接影響模具加工和使用難易程度以及制品的外觀尺寸精度。因此，除了必須開設(shè)在塑件斷面輪廓最大的地方，才能使塑件順利地從型腔中脫出來，還應(yīng)盡力做到分型線要設(shè)在塑件表面看不到的地方。

由于塑料在冷卻時的收縮，會使塑料成型品緊包在陽?；蛐托旧?。為了方便塑件從模具中取出，與脫模方向平行的塑件表面，都應(yīng)具有合理的脫模斜度。如果脫模斜度過小，則脫模困難如果斜度過大，會影響塑件的尺寸精度。其大小因塑件形狀、材料種類、模具結(jié)構(gòu)以及加工方法而異。

5.局部結(jié)構(gòu)

鉸鏈：用聚丙烯塑料制作帶蓋包裝容器，可以將蓋、盒及薄膜鉸鏈一次注塑成型，成為鏈體結(jié)構(gòu)。其鉸鏈的厚度因容器大小而異，但最厚不得大于0.5mm，而且厚度要均勻。

孔與側(cè)凹：孔使塑件上有熔接孔，它會削弱其強度，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計時周邊要加厚；孔與孔的間距宜取孔徑的2倍，孔和塑件端部的，間距最好在孔徑的3倍以上。

對于與塑料流動方向垂直的盲孔，當(dāng)孔徑D<1.5mm時，型芯有彎曲的危險，因此深度最好不超過孔徑的2倍。兩顆芯對接的通孔，上下孔有偏心的可能，所以要將其中一個孔加大。

嵌件：嵌件在成型過程中，為增強塑件的強度和剛度，有時在包裝容器上加上金屬或非金屬嵌件。由于嵌件容器會降低生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)過程不易實現(xiàn)自動化，因此要盡量避免設(shè)計嵌件或者采用后裝配。嵌件設(shè)計要盡量做到嵌件材料和周圍塑料材料的膨脹系數(shù)接近，嵌件周圍料層不宜太簿，嵌件盡可能設(shè)計成圓形或?qū)ΨQ形狀嵌件要避免尖角，轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)計成圓角小型圓柱形嵌件可采用開槽或滾花結(jié)構(gòu)。

螺紋：塑料包裝容器的螺紋在模塑中直接成型，精度要求不高，螺牙斷面為圓形或梯形。這樣既不影響塑料的脫模，也不會降低塑料的使用壽命。

【參考文獻】

[1]翟彤.基于Solid Works的包裝容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].包裝工程，2005，（26）：6.

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