塑料瓶
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第678页（4194字）
(一)塑料瓶的材料
制造硬质塑料瓶的材料有聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和聚酯(PE)等。
1．聚乙烯(PE)
制造瓶子用得最广泛的材料是聚乙烯。聚乙烯基本上是直链化合物，柔韧性好，质量轻，薄壁瓶透明度好，厚壁瓶为半透明。聚乙烯有低密度(LDPE)、中密度(MDPE)和高密度(HDPE)之分，制造透明、柔软的容器使用低密度聚乙烯。高密度聚乙烯的价格稍贵，但因刚性好和低的渗透率，可制成薄壁的瓶子，瓶价格反而相对便宜。低密度聚乙烯相对密度0．910～0．925，高密度聚乙烯为0．940～0．964，最高密度的聚乙烯易产生应力开裂，有时被称为“漂白级”树脂。相对密度0．950的聚乙烯能耐应力开裂，被称为“洗涤剂级”树脂。
聚乙烯具有低的水蒸气透过率(MVT)，但隔气性差，不适合用于包装对氧气敏感的产品。
2．聚氯乙烯(PVC)
聚氯乙烯有时简称为氯乙烯或PVC，是1927年投入工业化生产的。乙烯基类分子的特征是两个碳原子之间有双键CH2=CH－，当其与氯相结合时就成氯乙烯CH2=CHCl，这可由乙炔气体通过氢氯酸制得。氯乙烯单体是一种液体，聚合时便成聚氯乙烯。
聚氯乙烯能制成硬质材料，加入增塑剂可制成具有任意柔软度的材料。聚氯乙烯是一种便宜、韧性、透明的易加工材料，但必须防止加工中过热。在138℃温度下，聚氯乙烯开始分解，分解的产物具有很大的腐蚀性。除非使用稳定剂，否则暴露在热和紫外光的环境中会发黄。
PVC保持气味和香气的性能好，并且隔氧性佳。硬质PVC对水气及一般气体的隔绝性相当好。
聚氯乙烯瓶透明度高，但由于氯乙烯单体存在食品安全性问题，因此在作饮料用瓶时，残存单体含量必须在1mg／kg以下。
3．聚丙烯(PP)
尽管聚丙烯在某些方面与聚乙烯相似，但它具有更复杂的分子结构，当适宜的催化剂存在时，丙烯气体分子CH3=CH－CH3结合成长链，－CH3侧基常常以规整形式存在，使其分子几乎平行排列在一起而结成晶态。
聚丙烯的相对密度为0．90，是最轻的塑料，虽不太透明，但通过急冷，能制成晶状透明膜，且表面很光亮。聚丙烯的最大缺点是低温脆性。聚丙烯本身在－18℃就完全脆化，为了提高耐冲击性能，常将聚丙烯与聚乙烯或其他材料共混。
目前已用共挤的PP多层瓶取代PVC瓶。这种多层瓶有两种，一种是PP／LDPE／EVAL(乙烯－乙烯醇)／LDPE瓶，另一种是PP／NY(尼龙)瓶，这两种瓶都具有很高的隔绝性能。
聚丙烯还可与铝箔、纸等制成复合材料，用于饮料包装。此外还用来制造螺旋瓶盖。
4．聚酯(PET)
聚酯是聚对苯二甲乙二醇酯的简称，用来制造包装膜已有20多年的历史，但大规模用作制瓶材料还是1977年以后的事。
当美国FDA撤销了丙烯腈聚合物作为饮料容器的暂时许可时，开发了采用二轴延伸吹塑法制造的PET瓶，该工艺是杜邦公司1974年的专利，用于盛装碳酸饮料的PET瓶。因为瓶的压力会使瓶底凸出而使瓶站立不稳，为此设计了一个高密度聚乙烯的瓶托黏接于瓶底。由于瓶托与瓶身是两种不同的材料，不利回收使用。Continental Group Inc．申请了槽式脚的设计专利，这样就开发了没有瓶托的PET瓶。
聚酯是一种相当硬的材料，当含二氧化碳的饮料瓶加压到0．42MPa，瓶壁厚仅需0．25～0．3mm，若内部无此压力，则瓶壁厚度需要0．64～0．76mm。
聚酯以强度、韧性和透明度着称。灌满2L的瓶从近2m高处跌落到水泥地面，完好率大于97%。由于材料在加工过程中需在模型内拉伸取向，因此不能制造带柄器皿。PET瓶与PVC瓶性能比较见表3－4－3。由表可见，延伸PET瓶的抗拉强度、跌落强度和透氧率均比PVC瓶好。但对气体的阻隔性不如多层瓶，容积为0．5L的含二氧化碳的饮料瓶的包装有效期为8周，1L瓶的有效期是12周。因为透氧，PET瓶不适于装啤酒和葡萄酒类，过量的残余乙醛所带的水果味能对可乐饮料的味道带来有害影响。
表3－4－3PET瓶与PVC瓶性能比较
(二)塑料瓶的成型方法
塑料容器有软性、半刚性和刚性三类容器，包括塑料袋、塑料管、塑料杯、塑料瓶、塑料罐等，其中碳酸饮料普遍使用塑料瓶，塑料瓶成型方法一般有3种，吹塑成型、注吹成型和拉伸吹塑成型。其中拉伸吹塑瓶透明性好，强度高。广泛使用的聚酯瓶大部分是用拉伸吹塑法制造的。
1．吹塑成型
吹塑成型是最广泛使用的方法，目前中小规模生产大多采用二步法，又称挤吹成型，先挤出一个空心管，称为瓶坯，用时再吹塑成瓶。吹瓶时，瓶坯下垂到模具内，预热软化，然后通压缩空气，瓶坯被拉伸成模具形状。
挤吹成型法存在的问题较多，例如瓶坯毛边造成材料损失，必须在吹瓶工序中去除。此外还存在缝脊线处的强度、壁厚不均，以及瓶口修整精度、切屑排除等问题。
2．注吹成型
注吹成型是目前用得最广泛的塑料成型技术，注吹成型顾名思义，是由注射成型和吹塑成型组合一体的成型技术。首先通过由注射成型制成有底的瓶坯，然后用可闭合的两片模，吹塑拉伸成型为所需形状和大小的瓶。
与挤吹成型比较，注吹成型的优点如下：
①壁厚容易调整，其中注射成型1～3mm，吹塑成型0．3～1．0mm。
②开口部分采用注射成型，因此其端部、内面和螺纹部分的尺寸精度高，密封性好。
③开口无需修切、纹制等精加工、省工省料。
④与单一注射成型相比，吹塑时的定向现象可以提高强度和抗应力裂纹性。另外底部没有挤吹成型时的缝脊线，瓶的强度可以提高。
⑤制瓶材料可用聚苯乙烯、AS、ABS、PVC等，可以获得玻璃瓶那种透明性。
⑥瓶表面光泽，不存在挤吹成型常发生的痕纹，可以加工透视性好的高级瓶。
注吹成型瓶的尺寸受到限制，不能成型小口瓶(瓶口内径小于15mm的瓶)以及瓶口内径与外径比1∶4，瓶口内径与高比1∶8以上的瓶，瓶型设计没有吹型成型广、模具费用高。
3．拉伸吹塑成型
一般注吹成型法先制成瓶坯，预成型从室温开始经过加热和吹制而实现的，称为两步法或冷预成型法。预成型吹塑系统则称为一步法或热预成型法。一步法实际也是注吹成型法。
一步法通过生产流程和工厂布局合理化，省去了预成型瓶(瓶坯)的供应、存放和潜在的损耗。瓶坯表面无磨损，瓶外观光亮，而且能源比两步法节省20%。损耗瓶可以回收，因此一步法生产损耗最小。
一步法注吹成型由塑料颗粒熔化、注入、预成型机、预成型片输送装置、拉伸吹塑机、出瓶装置和预成型温度平衡装置和自动化控制系统等组成，生产能力12000个／h。
塑料瓶成型时的拉伸比，设预成型瓶直径为d，壁厚P，成型瓶直径D，壁厚B。
则 区拉伸比
，径向拉伸比
，纵向拉伸比
现以P=4、B=0．3、D=100、d=25(mm)
代入 则A=13 H=4 纵向拉伸比=3．25。
一步法生产的PET拉伸吹塑成型瓶性能见表3－4－4。
表3－4－4PET吹塑拉伸瓶性能
(三)塑料瓶分类
塑料瓶除按材料分类外，还可按用途分为可充气瓶和不可充气瓶，可充气瓶主要用于碳酸饮料，不可充气瓶用于纯净水、矿泉水等饮料的包装。塑料瓶按结构可分为有底座瓶和无底座瓶。按其容量可分为300～500、501～1000、1001～1250、1251～1500和1501～2000(mL)5类。聚酯瓶的瓶体、瓶口等规格标准见表5－4－20～表5－4－27。欧美聚酯瓶容量规格主要有12oz(355mL)、16oz(473mL)、20oz(591mL)和1L、2L、3L等。