注射及壓鑄成型塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉國(guó)梁

【摘 要】由于塑料包裝容器自身優(yōu)良的機(jī)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(duì)塑料包裝容器中注射及壓鑄成型的容器進(jìn)行討論，對(duì)這類塑料包裝結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀及強(qiáng)度等方面予以論述。

【關(guān)鍵詞】塑料包裝；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

包裝容器作為產(chǎn)品的延伸，既能起到容納和保護(hù)商品的重要作用，又是產(chǎn)品的外在修飾和名片。近年來(lái)，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(qiáng)大的生命力。塑料容器主要根據(jù)包裝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于塑料有其特殊的物理機(jī)械性能，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點(diǎn)。在滿足使用要求的前提下，容器形狀應(yīng)盡可能地做到簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，符合成型工藝特點(diǎn)。塑料容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括容器的形狀、尺寸、壁厚、斜度以及加強(qiáng)筋支承面、圓角、螺紋、嵌件、文字和商標(biāo)等。本文針對(duì)注射及壓鑄成型塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面進(jìn)行討論。

1.外觀結(jié)構(gòu)

塑料包裝容器上的文字、符號(hào)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(hào)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(jì)十分重要，根據(jù)容器的用途、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和重量的要求以及成型時(shí)的流動(dòng)性、變形、硬化、頂出方式情況來(lái)決定，尤其是要決定能滿足性能要求的最經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dá)0.25mm。

在塑料包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果壁厚過(guò)大，不僅造成原料浪費(fèi)，而且增加了冷卻時(shí)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(guò)厚或過(guò)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(dá)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(shí)應(yīng)采取平緩過(guò)渡以避免突變。

一般決定塑料容器壁厚時(shí)，必須考慮以下因素：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、脫模強(qiáng)度、對(duì)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(qiáng)度、薄壁燒焦程度、厚壁處發(fā)生塌坑情況和因流動(dòng)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(jì)成向外凸出的弧形，使變形時(shí)不易覺(jué)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(jìn)行帶狀增強(qiáng)。對(duì)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(qiáng)度及防止變形上考慮，除了設(shè)置加強(qiáng)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(dá)到分散應(yīng)力的作用。當(dāng)?shù)撞亢艽髸r(shí)，增大轉(zhuǎn)折處圓角的半徑值或設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，甚至在脫模過(guò)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(shí)圓角可改善塑料的充模特性，使其容易流動(dòng)并制得完整無(wú)缺的制品。另外，塑料制品的圓角也使得模具型腔對(duì)應(yīng)部位亦呈圓角，從而增加了模具的堅(jiān)固性。實(shí)踐證明，單靠增加壁厚的方法來(lái)提高容器的強(qiáng)度，是不正確的因?yàn)橐桩a(chǎn)生縮孔和凹痕。因此也可以采用加強(qiáng)筋以改善容器結(jié)構(gòu)的方法。加強(qiáng)筋除了增強(qiáng)容器的強(qiáng)度和剛度外，還可以改善塑料成型時(shí)的流動(dòng)情況尤其加強(qiáng)筋是沿塑料流向時(shí)。加強(qiáng)筋的布置應(yīng)避免或減少塑料局部集中，否則會(huì)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(duì)模具來(lái)講叫分型面，對(duì)塑件來(lái)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(lái)，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(shí)的收縮，會(huì)使塑料成型品緊包在陽(yáng)?；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(guò)小，則脫模困難如果斜度過(guò)大，會(huì)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(huì)削弱其強(qiáng)度，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)于與塑料流動(dòng)方向垂直的盲孔，當(dāng)孔徑D<1.5mm時(shí)，型芯有彎曲的危險(xiǎn)，因此深度最好不超過(guò)孔徑的2倍。兩顆芯對(duì)接的通孔，上下孔有偏心的可能，所以要將其中一個(gè)孔加大。

嵌件：嵌件在成型過(guò)程中，為增強(qiáng)塑件的強(qiáng)度和剛度，有時(shí)在包裝容器上加上金屬或非金屬嵌件。由于嵌件容器會(huì)降低生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)過(guò)程不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此要盡量避免設(shè)計(jì)嵌件或者采用后裝配。嵌件設(shè)計(jì)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(jì)成圓形或?qū)ΨQ形狀嵌件要避免尖角，轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)計(jì)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(huì)降低塑料的使用壽命。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]金國(guó)斌.塑料包裝容器設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.