1、课程设计(一) 课程设计报告设计题目： PET 啤酒瓶的设计 院 系： 化材学院 专 业： 高分子材料与工程 学 号： 071334141 姓 名： 袁红明 指导教师： 颜永斌 二 0 10 年 06 月 25 日关于啤酒包装的设计第 1 页 共 10 页目录1.啤酒包装设计参数的确定 .21.1 啤酒瓶尺寸 .21.2 产品特征 .22. 啤酒包装市场的分析 .32.1 啤酒瓶材料的选择 .32.1.1玻璃材料 .32.1.2 有机材料 .PET 瓶（聚对苯二甲酸乙二酯） .32.1.3.各种材料的比较 .42.2PET 生产技术 .42.2.1 合成技术 .42.2.2.加工技术 .。3.
2、PET 啤酒瓶设计流程 .44. PET 啤酒瓶制造方案 .56.成本估算 .96.1 成本估算方法 .96.2 啤酒包装成本估算 .97.参考文献 .10关于啤酒包装的设计第 2 页 共 10 页关于 PET 啤酒瓶的设计摘要 介绍了塑料啤酒瓶的优点,详细介绍了 PET 生产与加工的改性啤酒瓶,关键词 PET 啤酒瓶1.啤酒包装设计参数的确定1.1 啤酒瓶尺寸单个啤酒瓶是圆柱形的 500ml，底面是外径 80mm，口径 30mm，高为300mm，一箱是 12 瓶装。瓶盖采用密封方式可以有效减少二氧化碳的流失和最大限度阻隔氧1.2 产品特征A.啤酒瓶应符合以下要求：（1）包装过程中应尽量避免与
3、空气接触，防止因氧化作用而影响啤酒的风味稳定性和非生物稳定性；关于啤酒包装的设计第 3 页 共 10 页（2）包装中应尽量减少酒中二氧化碳的损失，以保证啤酒口味和泡沫性能；（3）严格无菌操作，防止啤酒污染，确保啤酒符合卫生标准B.包啤酒瓶的质量要求耐压 能承受一定的压力，包装熟啤酒的容器应承受 1.76 MPa 以上的压力，包装生啤酒的容器应承受 0.294 MPa 以上的压力。易密封。耐酸 能耐一定的酸度，不能含有与啤酒发生反应的碱性物质；遮光性强 一应具有较强的遮光性，避免光对啤酒质量的影响，一般选择绿色、棕色玻璃瓶或塑料容器不用金属容器。2.包装材料的选择2.1 啤酒瓶材料的选择2.1.
4、1玻璃材料作为包装材料，玻璃具有一系列非常可贵的特性：透明，坚硬耐压，良好的阻隔性、耐蚀性、耐热性和光学性能；能够用多种成型加工方法制作成各种形状和大小的包装容器；玻璃原料丰富，价格低廉，并且具有回收再利用的功能。玻璃材料的不足主要是较低的耐冲击性和较高的密度，以及融制玻璃时较高的能耗。玻璃瓶化学稳定性好，不易与内装物发生反应；对内容物无污染，可以高温加热，旧瓶可回收再生利用等优点，一直被认为是最好的包装材料。透明度好，可以在原料中添加铁、钴、铬等着色剂，生产出多种颜色的玻璃瓶(如琥珀玻璃、绿色玻璃、青白玻璃、钴蓝玻璃、乳白玻璃、乳浊玻璃)；耐热性好且不易变形；抗压强度大，耐内压；密度大，有重
5、量感(适于较高档化妆品包装)；阻隔性、卫生性与保存性好，易于密封，开封后可再度紧封等。但与此同时，玻璃瓶的耐冲击性较差、易碎，灌装成本高，成型加工较复杂，限制了玻璃瓶的应用。尽管如此，为了与金属罐、塑料瓶等包装材料竞争，玻璃瓶也在不断地提高其生产技术，使产品质量更好、外观更美、成本更低。关于啤酒包装的设计第 4 页 共 10 页2.1.2 有机材料 .PET 瓶（聚对苯二甲酸乙二酯）优点：高度透明，重量轻，启封后可再次密封，价格合理。缺点：保气性差, 在存放过程中，CO2 逐渐减少。增添涂层能改善保气性, 但贮存时间也不能太长。不能预先抽空或巴氏杀菌，需采用特殊的灌装程序，以避免摄入空气和污染
6、杂菌。两种塑料瓶的性能比较,如下表所示：PET 瓶同 PVC 瓶性能的比较PET 瓶 PVC 瓶性能轴 向 圆 周 方 向 轴 向 圆 周 方 向拉伸屈服强度/10MPa 8.15 9.53 4.57 4.43拉伸断裂强度/10MPa 15.75 16.92 3.91 3.64伸长率/% 80.1 55.3 134 129落锤冲击强度/(J/m) 3 3.0 1.0 1.0瓶壁厚度/mm 0.30 0.55由上表可知，PET 的性能优于 PVC。PET 的主要优点是瓶体较轻便，光泽度较好,乙醛的含量低，与食品接触不会影响内装物的味道和香气，透明的 PET 包装还可看清内装物，卫生安全性好。机械
7、强度和化学稳定性好，耐酸、碱等有机溶剂，同时还具有良好的阻透性，阻油性，可在保质期内保证食品的质量。易于开启，可挤压并精确得到所需的用量。据了解，新型的 PET 包装具有良好的环保性：一是 PET 易于回收；二是壁薄，达到减量的目的；三是消费后的空包装容器压缩减容，便于运输6。拉伸 PET 瓶适合糊状到半流体的食品，可以经注射或挤出得到型坯，再经过加热及拉伸吹塑成型。另外,充填技术的发展，使得我们可以用低温杀菌和高温高压来处理 PET 瓶。目前，拉伸 PET 瓶主要用于包装碳酸饮料，酒类饮料、果汁、矿泉水、食用油、调味品、药品、化妆品、农药与洗涤剂等。2.1.3.两种材料的比较综上所述，虽然现
8、在国内市场用玻璃瓶但一些啤酒厂家购买的新啤酒瓶抗冲击指标本身就不合格；另一方面，使用的旧啤酒瓶因流通周转次数较多，瓶关于啤酒包装的设计第 5 页 共 10 页身磨损，耐压能力降低。当瓶内二氧化碳压力过高，啤酒瓶经常碰撞，消费者开启方式不当，都有可能产生爆炸伤人的后果，轻便安全，不易破碎、爆炸，贮运成本较玻璃及金属包装显著降低。同时它回收利用率高，大大节约了营销成本，且有利于环境保护和综合资源的有效利用。且 PET 瓶的生产技术已比较成熟2.2PET 生产技术2.2.1 合成技术提高 PET 瓶的气体阻隔性有多种方法,目前普遍采用的是多层复合技术及表面涂覆技术,但气体阻隔效果均不太理想。石家庄三
9、九啤酒厂曾与法国 Sidel 公司合作采用等离子沉积表面涂覆技术进行过啤酒的灌装实验,但成本高,啤酒保鲜效果也不十分理想 3, 4 。聚 2, 62 萘二甲酸乙二酯( PEN)的结构与 PET 相似,耐热性、阻隔性等均优于 PET,但价格比 PET 高,故笔者利用 PET 与 PEN 的共聚物来提高啤酒瓶的耐热性和气体阻隔性,并利用价廉易制的纳米累托石(NCL)对PET/PEN 进行填充改性,以降低成本。3.啤酒包装工流程图洗瓶机 瓶盖 商标 啤酒瓶选瓶洗瓶验瓶杀菌 灌装压盖验酒杀菌机贴标机装箱机瓶装熟啤酒灌装机 压盖机 4.PET 制造方案43. 1 在 PET 容器内壁采用 PACVD 技
10、术形成类金刚石碳素(DLC) 薄膜气体阻隔层4 ,8最初的 DLC 在 70 年代初由 Aisenberg 等人以离子束蒸关于啤酒包装的设计第 6 页 共 10 页发沉积合成法制得,之后 Vora 等尝试以等离子化学气相法制备。金刚石、石墨均由碳元素组成,但它们的化学键不同,金刚石是 SP3 键,石墨是 SP2 键,而 DLC 同时含有 SP3 和 SP2 键,属非晶态。C 成膜过程中,有时引入了 H 元素,而后者降低了 C 膜的硬度,避免 C 膜的破裂。在塑料表面必须用射频等离子技术,而不能用热等离子法。且频率要高。通常国外采用标准高频激励频率 13156MHz。我们建议建立电容偶合等离子体
11、反应器。其工作方式的典型值是:频率:13156MHz气压:40Pa功率:200W均方根电极电压:300V电流密度:3mA/ cm2电子温度: Te5eV电子密度:ne5 1015 电子数/ m3电子能量:50eV电极间距 d :4cmPACVD 技术制造塑料啤酒瓶的系统由(1) 真空及检测系统; (2) 原料系统 ; (3) 高频发生系统; (4) 电极系统; (5) 密闭系统组成。真空及检测系统:真空主要由作为初级泵的油泵(2H 系列滑阀式真空泵) 和油扩散泵构成。真空测量须配备麦氏规和电离规。原料气系统:原料气可考虑己烷、苯或甲烷,流量约为 40ml/ s ,压力约为 53Pa 。高频发生
12、系统: 功率在 200W 左右, 频率在 13156MHz 的频率发生设备。目前国内已有单位开发出此设备。3. 2 纳米组分引入聚合物形成阻隔层制做这种塑料瓶主要步骤是:纳米组分原料的准备;聚合物或其前体的准备;聚合或混合制做纳米组分聚合物材料;将纳米组分聚合物材料塑造成理想的轮廓。纳米组分原料大多为粘土,而且具备层状硅酸盐结构,有阳离子交换电荷约 100 毫克当量/ 100g ,典型的如蒙脱土、皂化石,还有人工合成的蒙皂石。这种层状结构在一定的介质中和/ 或助剂存在的条件下,可以充分溶胀,不断分层碎裂形成络合体,层状结构有时在高温条件下可直接碎裂,得到粘土纳米粒子,这种由阳离子交换电荷的纳米
13、粒子因同晶置换产生电荷缺损,形成一定的偶极矩,为中和电荷缺损,带正电的钠离子与聚合物上的负电荷功能基团,如羰基、羟基、胺基、酰胺基关于啤酒包装的设计第 7 页 共 10 页产生匹配作用,从而可以使纳米组分均匀稳定地分布在聚合物基体中。蒙脱石属于层状硅酸盐的一类,又分为蒙脱石和皂石两个亚类。其四面体晶片与八面体晶片的比例为 21 , 晶胞电荷数 0125 016 , 结构单位由两片( Si ,Al) O 四面体晶片和它们中间夹着的(Al ,Mg ,Fe) (O ,OH) 八面体晶片组成,四面体与八面体中因铝置换硅引起正电荷亏损,主要靠层间吸附的阳离子补偿。其中八面体置换吸附的阳离子束缚力小,是蒙
14、脱石产 26 塑料啤酒瓶的制造方案塑 料生阳离子交换量的主要来源,蒙脱石阳离子交换量约为 7001300 毫克当量/ 千克,常见的交换阳离子有Ca ,Mg ,Na 。蒙皂类矿物层间键极弱,极性水分子和其它极性有机分子容易进入单层中间,单位晶层间距可以从 0196nm2114nm ,在此极性介质或基团的作用下,蒙脱石可以分裂成小颗粒,有时只有几个单胞厚。因此借助一定的溶剂(分散剂) 和助剂(膨胀剂) 可以制得纳米粘土材料。典型的膨胀剂有羟基聚氧乙烯烷基铵离子聚合物或单体常用具有供电阴离子基团的物类:羧基、羟基、酯、胺等。因为它们都能与蒙皂类矿物纳米粒子有效结合,最常用的是 PET、COPET ,
15、它考虑了经济、无毒、易成形等多种因素。有 3 种得到纳米粘土聚合物的方法:原位聚合:将具有阳离子交换能力为 50200 毫克当量/ 100 克的蒙皂类矿物与膨胀剂在分散介质中接触混合形成络合物,该络合物具有被熔融的单体和分散介质膨胀碎裂的性能,将该络合物与聚合单体混合,将此混合物中的单体聚合。溶液穿插:将具有 50100 毫克当量/ 100 克的层状硅酸盐在分散介质中溶胀、碎裂到一定程度,与聚合物树脂混合并保持相当时间,得到层状硅酸盐均匀分布在聚合物树脂中的材料。熔融剥离分层:与前述两法不同,该法只涉及层状硅酸盐和聚合物树脂两相,不需要分散介质或膨胀剂,当然在某些聚合物中加入膨胀剂能强化硅酸盐
16、的分层。将层状硅酸盐与聚合物混合加热到软化点温度之上,层状硅酸盐在聚合物作用下穿插于羟基、羰基等基团之间,形成坚固的纳米组分聚合物。制造塑料啤酒瓶的基质材料是 PET、COPET ,生产 PET 的单体或前体。制造 PET 通常有 DMT 工艺和 TA 工艺两种。DMT 工艺通过两次连续酯交换反应,TA 为直接酯化反应。上述 3 种制造纳米粘土聚合物的方法将涉及到这些基质材料和这两种反应。用纳米粘土聚合物材料制作塑料啤酒瓶与普通塑料制作容器并无特别之处。有多种塑造工艺:挤塑、注塑、热成型。挤塑分为挤压吹塑、挤压拉伸吹塑、两段挤压拉伸吹塑。注塑分为注射吹塑、注射拉伸吹塑、两段注射拉伸塑。其中,两
17、段注射拉伸吹塑为最佳成型方法。关于啤酒包装的设计第 8 页 共 10 页6.成本估算6.1 成本估算方法成本估算方法 就方法论而言，有两种基本的成本估算方法：自顶向下和自底向上。自顶向下法是对整个工程项目的总开发时间和总工作量做出估算，然后将它们按阶段、步骤和任务进行分配。 l 自底向上法则正好相反，先分别估算各个任务所需要的工作量和开发时间，再相加，从而得到总的工作量和总的开发时间。这两种方法都要求采用某种方法做出估算。 l 有许多估算方法可以利用，大致划分为三类：专家估算法、类推估算法、算式估算法成本估算方法简介 专家估算法 依靠一个或多个专家对项目做出估算，其精度主要取决于专家对估算项目
18、的定性参数的了解和他们的经验。 l 类推估算法 在自顶向下法中，类推估算法将估算项目的总体参数与类似项目进行直接比较得到结果；在自底向上法中，类推是在两个具有相似条件的工作单元之间进行。 l 算式估算法 前两种估算法的缺点在于：它们依靠的是带有主观猜测和盲目性的估算方法。算式估算法则是企图避免主观因素影响的一种方法。算式估算法有两种基本类型：由理论导出的算法和由经验得出的算法。关于啤酒包装的设计第 9 页 共 10 页参考文献1 方圣行,胡莹梅. 塑料啤酒瓶的开发途径. 现代塑料加工应用,2001, 2 徐锦龙. 聚酯啤酒瓶技术现状及发展趋势. 合成技术及应用,20013 马柱亮. 在啤酒包装
19、使用塑料瓶的探讨. 中国包装, 1994 黄关葆,武荣瑞,徐僖. PEN - PET 共缩聚动力学研究. 现代化工,2003, 25 GB /T 17931 - 1999 饮料及油瓶聚酯切片指标6 樊岩等. 新型化工材料J,2000 (2) :237 Mikell Knights ,Plastic TechnologyJ,1999 (4) :588 Nagashimal et al. US 5 ,798 ,139P,19989 Continental PET Technongies , Inc. Transparent Oxygen- scavenging Article Including Biaxially Oriented Polyesterwo 98/ 13266P10 Mikell Knights ,Plastics TechnologyJ,1999 (4) :3911 Frisk et al. US 5 ,972 ,448P,1999
