淺析非耐壓吹塑PET瓶儲(chǔ)運(yùn)過程中變形的原因

■文/周文會(huì)，李玉乾

（1.嘉藝(上海)包裝制品有限公司；2.熙可食品科技(上海)有限公司）

PET作為一種聚酯類塑料，是英文Polyethylene terephthalate的縮寫，簡稱PET或PETP。中文名稱為聚對(duì)苯二甲酸類塑料。由于其透明度好，抗沖擊能力強(qiáng)且相對(duì)輕量低價(jià)，目前廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)，不僅在軟包裝領(lǐng)域內(nèi)被大量使用，還成為替代玻璃和金屬容器的良好材料。

使用在快消品中的，如飲料，油品等PET吹塑瓶，其成型工藝為注射拉伸吹瓶。這種瓶子一般重量低瓶壁薄，一方面可以節(jié)省成本；另一方面也產(chǎn)生了不良的影響，如抗壓能力差、耐真空度較差，在使用過程中就容易產(chǎn)生瓶體變形的問題。

此種吹塑瓶在實(shí)際使用中分耐內(nèi)壓的瓶子和不耐內(nèi)壓的瓶子兩種。耐內(nèi)壓的瓶比如碳酸飲料使用的瓶子，在包裝完成后瓶內(nèi)具有一定的內(nèi)壓力。由于這種包裝瓶內(nèi)存在一定量的氣體，所以在貨架期，瓶內(nèi)的氣壓始終是高于外界大氣壓的。這種情況下的瓶子本身會(huì)因?yàn)楸诒?dǎo)致的空瓶抗壓和耐真空度不好，但是其滿瓶抗壓卻很高，也不易發(fā)生變形的問題。而不耐內(nèi)壓力的瓶由于瓶內(nèi)沒有多余的氣體，且瓶體本身的耐真空度低，所以在經(jīng)過了公司儲(chǔ)存，運(yùn)輸，售貨地存儲(chǔ)等過程，經(jīng)常在出售的時(shí)候發(fā)現(xiàn)瓶體本身有了各種各樣的形變。

一般來說瓶體變形分為癟瓶和漲瓶兩種。當(dāng)瓶內(nèi)氣壓高于瓶外氣壓時(shí)，會(huì)發(fā)生漲瓶，即瓶身會(huì)特別飽滿。不嚴(yán)重的漲瓶對(duì)瓶體形狀影響較小，嚴(yán)重的漲瓶產(chǎn)生的后果有：瓶底突出導(dǎo)致瓶子站立不穩(wěn)，瓶蓋的密封性會(huì)打折扣，在輕微碰撞后發(fā)生瓶蓋崩出等危險(xiǎn)。漲瓶在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)，往往跟殺菌和灌裝溫度有關(guān)系。而儲(chǔ)運(yùn)過程發(fā)生漲瓶的原因與發(fā)生癟瓶的原因相反。

相對(duì)于漲瓶，更易發(fā)生且更影響外觀的是癟瓶，筆者為了分析方便，根據(jù)變形發(fā)生的原因?qū)T瓶又分成了凹坑和癟瓶兩種情況：

（一）凹坑

是指瓶體受到外力影響導(dǎo)致的變形。這種變形是瓶身受到較激烈的碰撞或受到較大的壓力，導(dǎo)致瓶體某一部位出現(xiàn)凹陷，且不能自動(dòng)恢復(fù)原狀。

凹坑比較容易發(fā)生在瓶形的變化處，如瓶肩、瓶身底部等處。因?yàn)檫@些部位一方面是承重的關(guān)鍵部位，另一方面相對(duì)于其他部位是突出的，是碰撞的受力部分，如圖1所示。

圖1凹坑

凹坑發(fā)生的原因一般有：

外包裝設(shè)計(jì)不合理。比如外箱過大，瓶與瓶之間有空隙，在儲(chǔ)運(yùn)過程中相互碰撞，從而導(dǎo)致凹坑；外箱承重設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)輸過程中紙箱壓潰，PET瓶直接承受壓力，導(dǎo)致瓶肩部分被壓壞。

運(yùn)輸?shù)缆窢顩r差導(dǎo)致顛簸嚴(yán)重，使同一外箱內(nèi)瓶子多次相互碰撞，產(chǎn)生凹坑。

（一）暴力裝卸

從高處摔下導(dǎo)致凹坑。這種往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，甚至破損。

針對(duì)這些原因，我們可以看出，降低凹坑現(xiàn)象產(chǎn)生的方法有：加強(qiáng)緩沖包裝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的裝箱數(shù)量和外箱尺寸，外包裝有足夠的抗壓能力；加強(qiáng)瓶體本身的厚度，但要注意保證瓶體的耐沖擊性；避免暴力裝卸，選擇條件較好的路段來運(yùn)輸?shù)鹊取?/p>

（二）癟瓶

是指當(dāng)瓶內(nèi)氣壓低于瓶外氣壓時(shí)，產(chǎn)生的瓶身不飽滿的狀況。這種情況在打開瓶蓋后，或者內(nèi)外氣壓差消失后，瓶身會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原狀。癟瓶發(fā)生后，一般是瓶身會(huì)有一定程度的向內(nèi)收縮。此時(shí)如遭受碰撞，更容易產(chǎn)生凹坑，如圖2所示。

圖2實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下明顯的癟瓶

漲瓶和癟瓶發(fā)生的直接原因是：瓶內(nèi)氣壓和外界大氣壓之間存在氣壓差，且這個(gè)壓差產(chǎn)生的力較大，瓶壁已經(jīng)不能抵抗。那么那些原因會(huì)造成這種氣壓變化呢？

正常情況下我們認(rèn)為，包裝完成后的瓶內(nèi)氣體的量是不變的，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，在理想狀態(tài)下，n 是不變的，而其中體積和溫度的變化均會(huì)引起這部分氣體的氣壓變化。特殊情況下，n發(fā)生變化，直接導(dǎo)致氣壓變化。

（一）外界溫度變化

此變化包含，季節(jié)變化產(chǎn)生的溫度變化，如夏天到冬天，我國大部分地區(qū)氣候四季分明，冬夏溫差較大；地點(diǎn)變化產(chǎn)生的溫度變化，如從較熱的地方運(yùn)至較冷的地方，如在冬季，華南地區(qū)和東北地區(qū)的溫差較大；灌裝時(shí)溫度和儲(chǔ)運(yùn)時(shí)溫度的溫差變化，如在灌裝時(shí)產(chǎn)品溫度較高，儲(chǔ)運(yùn)時(shí)溫度低，這一現(xiàn)象在熱灌裝產(chǎn)品上表現(xiàn)明顯。

若產(chǎn)品在灌裝時(shí)的溫度明顯高于銷售時(shí)的溫度，那么極有可能會(huì)發(fā)生癟瓶；反之，則會(huì)漲瓶。

（二）外界氣壓產(chǎn)生的變化

此變化包含，地點(diǎn)變化產(chǎn)生的氣壓差，如在高海拔地區(qū)生產(chǎn)運(yùn)送至低海拔地區(qū)；季節(jié)變化產(chǎn)生的氣壓差，我國大部分地區(qū)夏季氣壓略低于冬季氣壓。

瓶內(nèi)氣體產(chǎn)生的氣壓不變，當(dāng)外界氣壓升高后，瓶內(nèi)氣壓便小于外界氣壓，此時(shí)會(huì)發(fā)生癟瓶；相反，則會(huì)產(chǎn)生漲瓶。

（三）瓶內(nèi)盛裝物體積發(fā)生變化

一般情況下，包裝完成后密封良好的產(chǎn)品體積變化較小，但要注意有一些液體的密度隨溫度變化而變化。如食用油，隨溫度升高其密度會(huì)降低，這就導(dǎo)致其隨溫度變化而產(chǎn)生明顯的體積變化。例如葵花籽油，當(dāng)溫度為25℃時(shí)，其密度約為0.9170Kg/L，當(dāng)溫度降至5℃時(shí)，其密度約為0.9286Kg/L，那么以容量為5L的葵花籽油來為例，其瓶滿口容積為5250ml，灌裝體積為5000ml，頂部空氣體積為250ml。當(dāng)灌裝好的5L葵花籽油從25℃降到5℃時(shí)，所產(chǎn)生的油的體積差為62ml。如假定瓶身不變形，對(duì)于密封性良好的瓶，瓶內(nèi)氣體體積由250ml變成312ml，導(dǎo)致的氣壓降低已不可忽略。在實(shí)際情況中，PET瓶的瓶壁往往已經(jīng)開始收縮，使容積變小，來抵御這種氣壓的降低。圖二為葵花籽油在經(jīng)過35℃溫差（30℃降至-5℃）后產(chǎn)生的明顯的癟瓶現(xiàn)象。

（四）瓶內(nèi)氣體由于產(chǎn)品的氧化等原因，氣體的質(zhì)量減少

有一些產(chǎn)品在包裝完成后會(huì)發(fā)生慢慢的氧化，消耗掉頂空內(nèi)的氧氣，這樣，也會(huì)導(dǎo)致瓶內(nèi)外一定的氣壓差。但是這種情況一般不會(huì)導(dǎo)致特別明顯的癟瓶。相反的，有一些產(chǎn)品在儲(chǔ)運(yùn)過程中發(fā)生變質(zhì)，產(chǎn)生氣體，會(huì)導(dǎo)致瓶內(nèi)氣體量增加，會(huì)造成漲瓶。

（五）瓶體自身的原因

涉及瓶體自身原因有：瓶壁太薄以至于耐真空度太低；瓶壁不均勻；瓶體加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)不合理等，如圖3所示。這幾個(gè)因素主要體現(xiàn)在瓶體變形的難易程度上和變形后的易察覺度上，即條件變化后瓶體變形的臨界點(diǎn)和變形后是不是特別難以接受。如，兩個(gè)滿口容積同為5250mL的PET瓶，在只有加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)不一樣的情況下，各自裝5L葵花籽油，經(jīng)過相同的溫差變化，在這個(gè)過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種瓶子開始發(fā)生變形的溫度不一樣，發(fā)生變形后一種是突變，比較令人難以接受；一種是整體變化，相對(duì)來說較容易接受。如圖4所示。

圖3加強(qiáng)筋不連通處發(fā)生明顯形變

圖4實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，兩種僅加強(qiáng)筋不同的瓶子發(fā)生形變的狀況

值得注意的是，儲(chǔ)運(yùn)過程中瓶體發(fā)生變形，單一原因造成的可能性較小，大多數(shù)是以上幾種原因疊加造成的，所以，在產(chǎn)品出現(xiàn)癟瓶和漲瓶時(shí)，一定要聯(lián)系整個(gè)過程進(jìn)行分析，找出造成變形的原因，并需要針對(duì)這些原因采取合理的手段來進(jìn)行改善，以達(dá)到預(yù)期的效果。