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(lèi)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(mǎn)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(xiàn)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(mǎn)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(kāi)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(kāi)的面對(duì)模具來(lái)講叫分型面，對(duì)塑件來(lái)講叫分型線(xiàn)。分型線(xiàn)的位置有垂直于開(kāi)模方向的，有平行于開(kāi)模方向的，也有傾斜于開(kāi)模方向的。分型線(xiàn)有直線(xiàn)、折線(xiàn)和曲線(xiàn)等。分型線(xiàn)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(kāi)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(xiàn)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)?；蛐托旧稀榱朔奖闼芗哪＞咧腥〕?，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(lèi)、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?chē)芰喜牧系呐蛎浵禂?shù)接近，嵌件周?chē)蠈硬灰颂?，嵌件盡可能設(shè)計(jì)成圓形或?qū)ΨQ(chēng)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(kāi)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.