在食品、飲料、日化等快速消費品領域, 包裝容器瓶是這些領域主力容器之一, 可以說包裝瓶的設計是快速消費品包裝設計的重中之重。設計出一個好的包裝瓶成為以恆的話題, 同時瓶與蓋的尺寸設計也就成為這個話題中重要的一環。下面就會從三個方面來介紹包裝瓶與蓋尺寸設計中的技術要求和注意事項。
一、螺旋瓶與螺旋蓋的設計
螺旋瓶與螺旋蓋是在日化包裝容器中很常見的一種瓶與蓋, 下面會從三個方面來討論螺旋瓶與螺旋蓋設計的要點:
(一) 螺旋瓶與蓋的關鍵尺寸
如下圖1所示, 就標示出了螺旋瓶與蓋的一些關鍵部位的尺寸。
圖中瓶口處的T、E值與對應蓋子的T、E值就是瓶與蓋配合時的兩組關鍵尺寸, 另外瓶口高度H值和蓋子的配合深度H值的大小會影響到瓶與蓋配合的間隙。
(二) 螺牙與螺紋的選擇
如下組圖2中所示為螺牙的兩種型別 (M型與L型) 示意圖, 其中圖3中所列示分別是M型與L型圖中重要尺寸設計資料表。一般來說, M型螺紋使用比較廣泛;但是業內沒有特別明確的螺紋牙型的標準, 很多公司會有自己的設計標準。具體的螺紋牙型的選擇還是要根據內容物產品特性, 考慮瓶型、蓋型設計以及灌裝生產線的速度等。
圖1 螺旋瓶與蓋的關鍵尺寸示圖
目前在國際上還是有一套使用的標準, 圖4所列示即為一套常用螺紋示圖及螺紋程式碼。
組圖2 螺牙的兩種型別 (M型與L型)
圖3 M型與L型圖中重要尺寸設計資料表
圖4 常用螺紋示圖及螺紋程式碼
組圖5 某個型號的螺紋關鍵尺寸參考列表
通常來講圖中最左側的400可視為一圈螺紋, 410則是一圈半, 415就是兩圈螺紋, 以下組圖5是某個型號的螺紋關鍵尺寸參考列表。
(三) 螺紋設計
螺紋設計中主要包括了螺紋徑向配合間隙設計、螺紋結合度以及牙型高度設計、軸向間隙配合設計、配合扭矩設計及其他一些設計要點。下面就針對這幾點展開介紹:
1、螺紋徑向配合間隙設計
外螺紋間隙是指蓋子T與瓶子T值的差別;內螺紋間隙是蓋子E與瓶子E值的差別。螺紋配合的基本功能是配合要順暢, 為此, 要求內外螺紋的徑向配合間隙至少雙邊0.10mm, 如果產品螺紋部位可能會有變形或者橢圓度, 最小間隙還要考慮橢圓度的影響。
2、螺紋接合度以及牙型高度設計
螺紋接合度表示內外螺紋徑向重合部分的多少, 是指瓶子外螺紋T與蓋子內螺紋E的差別。為了確保沒有滑牙問題, 一般至少保證接合度在雙邊0.8mm-1.0mm;強脫模時取小值, 旋脫時取大值。
3、軸向間隙配合設計
軸向配合間隙是指螺距P與瓶蓋配合後螺牙寬度的差別, 一般軸向間隙控制尺寸要大於等於0.2mm方可。對於要求定位且有限位卡扣的螺紋配合, 由於一般其螺距較大, 導致螺紋軸向配合間隙太大, 合蓋時會碰到限位卡扣。通常做法是將瓶螺紋加寬, 以減小軸向配合間隙。
4、配合扭矩設計
螺紋配合的瓶蓋, 扭矩衰退是不可避免的。業內有一些公司做過研究, 一般在一週後扭矩衰退會到達一個平穩的數值, 如下圖6所示。
如果要避免扭矩衰退, 需要考慮一些特殊的設計, 比如雙層蓋, 加鎖釦等;這在電商包裝使用上非常常見。
5、螺紋設計的其他要求
除上面陳述到的四個主要設計點之外, 還會有一些其它的螺紋設計要求, 分別如下:
為保證螺紋模具的強度, 螺紋牙頭應該距離端面至少0.3mm, 也就是說螺牙頭起始點要保證至少0.3mm出開始。
——為保證螺紋配合可靠, 螺紋配合有效圈數至少不少於1圈, 對於雙頭螺紋, 每頭不少於0.5mm。多頭螺紋平衡性比較好, 所有頭加起來配合的圈數至少保證1圈。
——當瓶頸比較小時, 為消除夾邊對螺紋的影響, 可在合模線處把螺紋削平。
——為防止螺紋牙頭互相干涉, 內外螺紋長度應該比實際配合長度多出1/4圈以上。
——為有利於螺紋脫模, 在滿足配合要求前提下, 圈數儘可能少。
——為防止應力和脫模損傷, 螺紋牙面要有足夠倒角尺寸。
——對於AS或者PS等硬而且脆的材料, 儘可能不設計旋脫螺紋;不可避免時, 牙面儘可能淺而光滑, 不能有尖角。
——強脫只適用於PP或者PE等軟的材料, 牙高設計要滿足脫模要求, 牙面斜度要適當加大。
二、卡口瓶與壓蓋的設計
卡口瓶與壓蓋一般應用在使用過程中瓶與蓋很少分離的包裝設計中, 所以卡口瓶一般會與壓入式翻蓋或泵配合使用。使用者在使用過程中, 只須開啟翻蓋的上蓋或按壓泵就可以輕鬆地使用瓶內的液體或膏體。
(一) 蓋與瓶裝配導向設計
卡口瓶與壓蓋設計一般要遵循壓入容易、拔出難的原則。為了滿足這個原則, 設計時就要考慮到合適的上蓋力與拔蓋力, 以及在裝配前要有合適的導向設計。為了確保壓蓋壓入的準確性, 即首先要確保蓋子壓入時具有良好的導向配合。如圖7為常規卡口瓶與壓蓋裝配前的示意圖, 圖8為卡口瓶與壓蓋裝配後的示意圖。一般情況下會利用圖7中蓋子A部分及瓶子B部分做導向。導向設計的原則:蓋子A部分與瓶子B部分接觸在前, 蓋子的密封環部分進入瓶口在後, 如下圖9所示。如果蓋子的密封環在蓋子A部分與瓶子B部分接觸前進入瓶口內, 則蓋子的密封環很容易被損壞而導致洩漏。有時也會利用蓋子A部分下面的.膠位C做預導向。所以設計結構時, 蓋子卡扣與瓶子卡圈位置關係設計與密封環的長度設計要綜合一起考慮, 確保符合導向設計的原則。
(二) 上蓋力的設計
為了滿足上蓋容易, 拔蓋難的這個原則, 也就意味著上蓋時蓋子的卡扣容易地匯入瓶子卡圈中。影響上蓋力的因素有:
a) 蓋子卡扣與瓶子卡圈的過盈量
b) 瓶子卡圈的導向斜面斜度
c) 蓋子卡扣下部斜面斜度
蓋子卡扣與瓶子卡圈的過盈量一般可以設計為0.5mm左右, 但也要考慮到成型工藝對尺寸的影響。瓶子卡圈的導向斜面可以設計成70度斜度, 而蓋子的卡扣下部斜面設計成60度。這樣在相同的瓶子卡圈直徑下, 由於瓶子卡圈的導向斜面斜度大, 蓋子壓入瓶子時相對而言會比較順滑, 上蓋力會相應比較小。見圖9。
(三) 拔蓋力的設計
影響拔蓋力的因素有:
a) 蓋子卡扣與瓶子卡圈的過盈量
b) 瓶子卡圈的下端面斜度
c) 蓋子卡扣上部斜面斜度
瓶子卡圈的下端面斜度最好是做成平面, 與軸向方向成90度。而蓋子卡扣上部斜面斜度由於大部分蓋子的卡扣不是通過模具上的滑塊成型, 而是強脫成型。由此就限制了此斜度不能太小, 否則蓋子成型脫模時, 卡扣會被拉壞。一般可以設計成45度, 具體可見圖9。
(四) 蓋與瓶的定位設計
由於卡口瓶一般會與壓入式翻蓋或泵配合使用, 很多情況下蓋、瓶間有方向定位要求。一般情況下, 翻蓋或泵的開口會對準瓶子的正面或側面;所以蓋子上可以設計定位筋而瓶子上設計定位擋塊, 當蓋子的定位筋與瓶子的定位檔塊接觸, 再進行壓蓋的動作。這樣就可以確保蓋子與瓶子定位要求, 當然也有利用蓋子外形與瓶子外形設計配合來定位, 具體可見圖10。
三、瓶&蓋的密封設計
(一) Liner式密封
此類密封方式是常見的密封方式, Liner組裝在蓋子中, 與瓶組裝後依靠瓶口頂部壓縮liner進行密封。一般是用在螺紋瓶與螺紋旋蓋上較多, 卡口瓶很少單獨使用liner提供密封作用。Liner的選擇主要考慮如下因素:密度、硬度、壓縮比、恢復比、厚度….。在實際應用中, 大部分情況下可以通過選用不同型別的liner來解決密封問題, 只是瓶&蓋間隙或扭力會有不同。
(二) 蟹爪式密封
有時瓶與蓋的密封區域很小, 以至墊片不能正常組在蓋子內, 此種情況可以考慮採用蟹爪式密封 (如圖11) 。在正常的上蓋時, 此蟹爪類似於墊片與瓶口頂部配合。但此類密封不適用於較大上蓋力和需要重複開蓋的情況, 因為較大上蓋力和重複開蓋有損壞蟹爪環的風險, 從而導致洩漏。同時瓶口頂面最少要有0.3mm左右的平面, 且要保證平面平整, 不能有缺口、細小溝槽、臺階、合模線等。
(三) 半圓珠式密封
此類密封方式常常應用在圓柱形活動密封, 現實生活中的有密封作用的按壓蓋經常使用這個方式, 確保蓋子在活動時還能有密封功能 (如圖12) 。
(四) 塞入式密封
此類密封方式實際應用很廣泛, 通過蓋子的密封環與瓶口內徑的過盈量來達到密封效果 (如圖13) 。由於密封環與瓶口內徑接觸面積較大, 即使瓶口內壁有時有細微的變形, 缺點也不會導致洩漏。但是瓶口內徑表面一定保證光滑。
一般情況下, 蓋子的材料為PP, 而瓶子的材料為PP、PE、PET。
(一) 蓋子密封環的設計
a、蓋子密封環壁厚一般為0.7mm左右, 太厚容易使密封環的彈性不足, 太薄不易成型且強度可能不夠。太薄太厚都有可能導致洩漏 (如圖14) 。
b、蓋子密封環由於是注塑成型, 為了能順利的脫模且一般情況下密封環的高度不會太高, 所以拔模角度可以設計成1度, 前部分設計成30度錐度加R角過渡起導向作用。
c、有時密封環會設計成弧面式, 此方式主要應用於碳酸飲料或熱灌裝, 但此方式的模具加工及成型難度相應地加大了 (如圖15) 。
(二) 瓶口部位設計
a、內徑一般設計成0.5mm-1mm, 有45度的斜角起裝配導向作用。
b、瓶口外部若有螺紋或卡環, 則其位置最少要距離瓶口頂面3mm左右。因為螺紋或卡環處瓶口內部會有輕微縮水, 與蓋子密封環配合後有洩漏的風險。
c、瓶口壁厚不有太薄, 太薄會有開裂的風險。一般最小1.0mm左右。
(三) 過盈量設計
蓋子密封環與瓶口內徑間的過盈量是確保洩漏的重要因素, 過盈量設計要合理, 不可太大, 也不可太小。若過盈量太大, 瓶口壁會有開裂的風險。若過盈量過小, 則有洩漏的可能。另過盈量的設計也與瓶蓋所用的原材料有關, 瓶子不同材料, 不同成型工藝過盈量的設計是不同。
a、PP蓋子+HDPE瓶子
過盈量一般設計為瓶口內徑的1.5%, 有時最大過盈量在不開裂的前提下可以設計成單邊0.25mm-0.30mm
b、PP蓋子+PET瓶子
由於PET瓶子容易開裂, 理論上過盈量不會太大。對於一般的膏體, 過盈量設計成單邊0.1mm就可以。但對於那些易滲漏的膏體, 就要選擇較大的過盈量, 一般情況下, 單邊的過盈量不能超過0.2mm。但也不排除一些瓶口壁厚較厚, 膏體具有對PET材料不太敏感特性的瓶子單邊過盈量可以設計成0.30mm。
4、塞入式+墊片/小密封臺
有時當蓋子的密封環與瓶口徑的過盈量不能做大時, 且單一的塞入式密封不能完全保證無洩漏要求時, 則可以考慮增加墊片/小密封臺與瓶口頂面二次密封 (如圖16)。若為增加小密封臺的方式, 則要確保此小密封臺一定要與瓶口頂面接觸。
