瓶耐内压力和容量膨胀率的测量和控制.pdf

1、为什么要测量 PET 瓶耐内 压力和容量膨胀率？ 测量 PET 瓶的最高耐内压力和容量膨胀率， 有利于改善制瓶工艺和提高 PET 瓶性能， 指导 PET 瓶的生产工艺。因为 PET 瓶的耐内压力与容器的 安全性有关，而容量膨胀情况与 PET 瓶的许多关 键的性能指标有关，这些指标包括：塑性变形，气 体渗透，爆破耐压，应力开裂，刚度，底部均匀， 顶部压强（轴向承压力） ，热稳定性。 在充气饮料行业 （如可乐） ， 压力填加模式 （Fill ramp mode）是模拟 PET 瓶灌装生产线的实际灌装 过程的测试，在该模式中，PET 瓶被快速加压至操 作人员预设的压力值并保持 13 秒。然后以每秒 10 磅/平方英寸（0.69Kg/cm2）的速率增压，直到容器 破裂或达到预设的最大压力或容量值。 压力填加测 试模式符合国际饮料技术学会（ ISBT）PET 分会 所推荐的“PET”瓶强制性的标准测量方法。 在新版标准聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 碳酸饮料瓶 （QB/T1868-2004）的物理力学性能中 增加了耐内压力的要求，已明确规定密封性能（二 氧化碳损失率）不大于 17.5%，垂直载压不小于 200N，耐内压力不小于 1MPa。在检验规则中指明 物理力学性能测试为型式检验。 表 1 2、在哪些情况下需要测试 PET 瓶耐内压力和容量膨胀率？ PET 瓶的耐内压力受化学物质，设计加工、热历史，时间、壁厚、均匀性等多方面因素的影响，因 此从 PET 瓶的设计和制造环节就必须严格监测 PET 瓶耐内压力，而且对 PET 瓶的贮藏条件和时间都有 明确的规定，必须在规定的环境和时间内使用，完成灌装和最终的消费。因此，PET 瓶的设计和生产制 PET 瓶的爆瓶：PET 瓶在多个方面的外力作用下，或者在化学物质作用下，使 PET 发生降解，高 聚合物的分子链断裂，瓶壁表面呈现脆性的断裂。 容量膨胀量：由于在 PET 瓶内压力作用下，PET 瓶出现膨胀时比未膨胀前所增加的水量，称为容 量膨胀量。膨胀的体积与 PET 瓶的标称体积之比称为体积膨胀率（%） 。 PET 瓶耐内压力和容量膨胀率的测量和控制瓶耐内压力和容量膨胀率的测量和控制 You Need, I Can! 尽我所能，满足客户需要尽我所能，满足客户需要 ! 爆瓶的原因及改善措施：爆瓶的原因及改善措施：有很多种原因会 导致爆瓶，既有内因，也有外因，其中很多因 素是可以避免的。 瓶身部位的 PET 经过轴向拉 伸后强度大大提高； 瓶颈至瓶口的 PET 是未经 过拉伸的，分子没有定向，强度较低；瓶底的 拉伸率比瓶身的低两倍左右，相关数据见表 2。 从理论上说，爆瓶位置应发生在瓶颈或瓶底， 瓶身很少发生爆瓶。但在吹瓶工艺中瓶胚经拉 伸后， 瓶身部位壁厚变薄致使耐内压性能降低， 表 2 未拉伸 PET 与拉伸 PET 强度对比 项目 未拉 伸PET 拉伸 PET 拉伸强度( kg/cm2) 4.5 9.5 CO2 透过率( ccmm/m224hatm) 15.6 5.2 氧透过率( ccmm/m224hatm) 4.9 2.0 水分透过率( gmm/m224hatm) 1.4 0.7 热水收缩率( %) ( 10030min) 00.1 3040 因此在实际测试中，绝大部分在瓶身部位发生爆瓶。PET 瓶技术人员可从以下方面改善其耐内压性能： ? 瓶子设计：形状越复杂的瓶越难获得良好的拉伸，在拉伸不良的部分，比较容易产生内应力集中 现象，因此，容易导致爆瓶的现象。 ? PET 的特性粘度( IV) 的影响：为了使瓶子具有良好的物理化学性能，IV 值不能太低，否则瓶强 度不足；但 IV 值太高会给设备在加工方面带来一定的困难。 ? 注坯和吹瓶工艺的影响：必须保证瓶子厚度分布均匀，获得良好的拉伸，这样爆瓶的可能性就会 减小。 ? CO2的含量太高：已灌装汽水的瓶内 CO2含量一定时，瓶内压力随温度升高而增大，然而 PET 瓶的耐压能力有限( 约 10 20 kg/cm2) ，若瓶内压力太高，瓶底在极性介质作用下会加速发生爆 瓶，一般瓶内适宜的 CO2含量为 4.0 4.3 倍。 ? 链条润滑剂影响：由于软饮料生产过程中大多使用链条润滑剂，而链条润滑剂与 PET 瓶底接触时 间比较长，对 PET 瓶的影响也比较大。因此，链条润滑剂的选用至关重要，必须是 PET 瓶专用的 润滑剂。若链条润滑剂 pH 太高( 强碱性) 或太低( 强酸性) 对 PET 瓶都不利，最好是接近中性( pH = 7) 。PET 在碱性条件下比较容易发生水解反应。对于玻璃与 PET 瓶共用的生产线, 由于玻璃瓶 润滑剂( pH = 12) pH 较高，因此在转为 PET 瓶之前，必须把生产线清洗干净，清洗用水应使用饮 用水。在使用 PET 链条润滑剂时，必须严格按照提供的浓度使用，浓度不能太高，暖瓶机的水也 要经常更换，以保持暖瓶机里水的 pH 较低。 ? 露点温度影响：在夏季，空气湿度大，露点温度较高，因此暖瓶机速度不能太快，温度不能设置 太低，以暖瓶机的出口温度高于露点温度 2为合理，但汽水温度最好不要超过 27以免影响汽 水口味。如果汽水温度低于露点温度，汽水装箱后，包装内较潮湿，致使链条润滑剂与瓶底接触 作用时间较长，容易出现爆瓶现象。特别是使用收缩膜包装，更要注意。 ? 暖瓶机中水的影响：有经验表明，当暖瓶机中水的碱度较高时，遇上连续潮湿的夏季，有可能导 致 PET 瓶大量爆瓶。因此需要将暖瓶机中水的总碱度降低至 50 mg / kg ( 以 CaCO3计) 以下。 ? 堆叠高度影响：堆叠高度不宜太高，一般每托 5 箱高，堆叠两托盘。 ? 贮存环境的影响：汽水贮存、运输过程中不能曝晒。汽水的储存环境不宜太高，一般要求储存环 境温度低于 35，贮存产品的仓库内应有通风设施，仓库内应保持干燥。 造企业，第三方的包装检测实验室和使用 PET 瓶的饮料灌装厂是典型的测量 PET 瓶耐内压力和容量膨 胀率的用户。PET 瓶爆破试验除了在 PET 瓶设计实验室改善设计和工艺、在 PET 瓶化验室进行质量控制 外，还经常与生产线一起使用，以便检验容器的最高耐内压力和 / 或在测试周期内监察其体积膨胀率。 测试过程： ? 把测试的 PET 瓶放入夹具，关上防护门； ? 选择模式，按“测试键” ，自动进行测试； ? 仪器自动卸压，复位。测试完成后取出样品 瓶，或放入下一个样品瓶进行测试。 自动测试过程：自动夹紧样品，自动注水， 自动的伺服控制加压过程，实时地显示数 据，记录测试结果，自动卸压完成整个测 试过程。准备放入下一个样品。 您所需要做的只有两步：把 PET 瓶推入 夹具；按下“TEST”键。其他工作全部 交给仪器去完成。 3、如何测量 PET 瓶的耐内压力和容量膨胀率？ 国际上各品牌的 PET 瓶爆破试验机均采用 “气推水” 的方式测量 PET 瓶的耐内压力和容量膨胀率。 将样品瓶放入仪器夹具后按下测量键，在气缸的推动下注头夹紧样瓶，自动开始注水，仪器感应到注 满水后，按照 PLC 设定的（PLC 固化的工业标准测量模式或用户自定义的测量模式）测量模式加压， 即以“气推水”的方式实现加压。加压过程通过高精度的数字型压力传感器、线性（容积）传感器和 伺服压力控制器的测试和控制，加压到一定的压力或膨胀率，或直至 PET 瓶爆破，并提供相应的温度 数据。系统完成上述测量后自动地卸压，复位。实验获得的数据和图形实时地显示在触摸屏上，也可 以通过专用软件传输至计算机上进行保存和统计学分析。 特点： ? 根据“国际标准的 PET 瓶试爆检验方法” ，采取“气推水”的 结构设计，可对 PET 瓶做耐内压性能试验，也可做爆破试验， 以验证 PET 瓶是否满足包装行业的要求； ? 采用国际通用的 3 种测试模式：压力填加模式，爆破模式， 客户自定义模式； ? 触摸屏操作的界面控制，实时显示测量的数据和图形； ? RS232 串口与计算机通讯，用专门的 CND-PEBT 软件显示压 力和容量膨胀曲线，且在测试过程中监控和记录水温； ? 多个安全性的设计和验证，当测试室的防护门未关上，或在 测试中防护门被意外打开时，将自动停止测试； ? 关键零件选购国际知名供应商，确保产品质量，不仅使得测 量结果更加准确可靠，仪器更加耐用； ? 可对压力、水温、容量参数进行快速校准，标准配置带压力 校准的压力表和容量校准的容量瓶，无需额外花钱购买； ? “一键操作” ，操作十分简单，可快速完成测试； ? 具有中英文操作界面，满足世界上大多数用户的需求； ? 测试后可打印出全面的数据报告，符合实验室 GLP 标准； ? 不锈钢的箱体和零配件，防止长期与水接触后生锈，底架和 仪器可分开包装和运输； ? 适合测量不同容量的 PET 瓶； ? 标准配置带有在线的水过滤系统； ? 具有工程师诊断功能，方便检修； ? 万向带锁的脚轮，方便移动。 4、PEBT-3000 型 PET 瓶爆破试验机（以下简称爆瓶仪） PEBT-3000 型 PET 爆瓶仪是根据“国际标准的 PET 瓶试爆检验方法” ，采取“气推水”的结构设 计，可对 PET 瓶做耐内压性能试验，也可做爆破试验，以验证 PET 瓶是否满足包装行业的要求。 5、可口可乐中国区技术部对 PEBT-3000 的现场验证 所有进入可口可乐的仪器，都必须接受可口可乐中国区技术部的测试和验证，只有那些符合要求 的仪器和生产商才能进入选型表，供给可乐系统（可乐灌装厂及供应商） 。为此可口可乐中国区技术部 抵达用户现场验证，经测试表明：PEBT-3000 爆瓶仪使用安全，有 3 种加压和测量模式，符合国际饮 料技术学会（ISBT）针对 PET 瓶的“压力添加模式”检验方法的工业标准。 ? 按照可乐的要求，在触摸幕上为 PLC 设定程序和操作参数。含气饮料瓶：以最快速度提升 至初始压力 135psi，并维持 13 秒，再以 10psi/s 的速度将压力提升至 300psi 或到爆瓶。 ? 带人机操作界面，有实时曲线及数据显示，有带电脑输出接口与不带两种选项机型，供不同 客户需要。可使用 CANNEED 专用软件保存和分析实验数据和图表。 ? 仪器可以接入工厂的压缩空气高压气源直接使用，或使用钢质氮气瓶。在加压设计上采用自 动注水，采取“气推水”伺服控制增压方式，完全满足国际公认的 ISBT 工业标准。 ? 传感器、控制器等关键零配件选用国际知名名牌，按照行业里的顶级标准设计制造。仪器的 精度高，耐用性好，返修率低。 伺服压力控制的方法 答：PEBT-3000 爆瓶仪使用伺服压力控制器，高精度压力传感器，PLC 和触摸屏等先进传感控制技 术，可精确地测量和自动化地控制整个试验过程。所设置的参数包括：加压速度，保持时间和初始 压力，只有实际压力达到设置压力，才会进入保压计时阶段。假如在未达到设定压力就进入保压计 时，那么 PET 瓶需要更多的时间膨胀，且在更低的压力下完成爆破。PET 瓶未在目标压力下测试就 被认为质量合格。 排水和水循环利用的方法 答：在一些水资源贫乏的地区，以及对低碳环保的需求，人们考虑循环利用水， PEBT-3000 爆瓶仪 只要一个水箱和一个增压的水泵。对于大多数用户，可排放至下水道，在 PEBT-3000 爆瓶仪上增加 一个筛网过滤器，防止爆瓶时产生的碎料随着水流一起进入下水道造成堵塞。 嘉仪仪器嘉仪仪器(香港香港)有限公司中国生产总部有限公司中国生产总部 广东省肇庆市端州区东湖南路端州工业城 电话: +86-(0)758-2788469, 2788981 传真:e-mail : 网站网站: 客户服务热线：4006-385-485 嘉仪仪器嘉仪仪器(香港香港)有限公司华南研发中心有限公司华南研发中心 广州市珠江新城华夏路 28 号富力盈信大厦 7F-704 电话: +86-(0)20-38399712 传真: +86-(0)20-38398691 武汉办事处武汉办事处 武汉市武昌区徐东大街汉飞滨江国际 B 座 20F-2007 电话: 4006-385-485 传真: +86-(0)27-86602818 ? 设备使用的安全性方面，PEBT-3000 爆瓶仪多重的保护，使得误操作导致的安全风险为零。其 中防护门在原来的关门感应开关基础上升级的自停装置，使用时更加安全舒适。 6、PET 爆瓶仪常见疑难问题及解答 进水水质要求 答：硬度： 250 ppm CaCO3当量，典型值： 180 ppm CaCO3当量； 总可溶性固形物： 290 ppm；颗粒物： 5um；pH 值：6.5 8.5； Copyright (C) 2013 CanNeed Instrument Ltd., All R