包裝材料是聚酯，聚酯在飲料包裝中的地位無疑舉足輕重。在這些包裝產(chǎn)品中，對質(zhì)量要求最高的是碳酸飲料（如可口可樂和百事可樂）的包裝瓶，其中的一個指標(biāo)是瓶子的耐應(yīng)力開裂性能，對其深入研究有較大理論和應(yīng)用價值。

　　

 碳酸飲料聚酯包裝瓶的生產(chǎn)通常采用兩步法，典型的生產(chǎn)設(shè)備為加拿大的 HUSKEY注塑機(jī)配法國的SIDEL吹瓶機(jī)。　

　

 首先是制坯：PET切片在160℃左右干燥5～6h后，通過螺桿熔融注塑制得瓶坯，螺桿溫度285～290℃，模具有冷卻水冷卻，水溫8～10℃，冷卻時間約3.5s。瓶胚放置24h后，可進(jìn)行吹塑制瓶。

 

 吹瓶：瓶坯加熱至110℃左右，經(jīng)拉伸吹脹后成瓶，模具同樣有冷卻水冷卻，底部水溫11℃。

 

 碳酸飲料聚酯包裝瓶通常有500ml，　600ml，1.25ml，2L等幾種不同的容量，瓶底的形狀相當(dāng)復(fù)雜，通常為花瓣型，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)成為制品的應(yīng)力集中點，開裂的位置都發(fā)生在此處，成為質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。

 

 

 碳酸飲料瓶耐應(yīng)力開裂性能檢測試驗在可口可樂公司被稱為QSCRT（Quick Stress Crack Resistance Test），過程如下：

 

 在瓶中加入相應(yīng)量的檸檬酸(C6H8O7·H2O)和碳酸氫鈉 (NaHCO3),加滿水,蓋好瓶蓋,搖勻,使檸檬酸和碳酸氫鈉充分反應(yīng),所生成的二氧化碳體積相當(dāng)于瓶內(nèi)容積的4.3倍。接著,將上述瓶子置于濃度為0.2% （質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）的NaOH溶液中(溶液溫度為24℃), NaOH溶液浸沒瓶子底部。45min后,受測試的10個樣品都不能漏氣，允許裂紋,換句話說,若10個樣品中的任何一個在45min內(nèi)漏氣,則此試驗為不合格。破裂的位置發(fā)生在瓶底注塑點附近。

 

 新吹制的瓶子應(yīng)力試驗的時間要求大于45min,瓶子隨存放時間延長，漏氣時間縮短，至1個月后應(yīng)力試驗的時間要求大于20min。

 

 

 高聚物斷裂的微觀過程可歸結(jié)為以下三種情況：（ａ）化學(xué)鍵破壞；（ｂ）分子間滑脫；（ｃ）范德華力或氫鍵破壞。通過對這三種破壞情況的斷裂強(qiáng)度理論分析表明：由于實際高分子鏈的長度是有限的，同時分子鏈也總會或多或少存在著未取向的部分，因此高聚物正常破壞時，首先將發(fā)生在未取向部分的氫鍵或范德華力的破壞，隨后應(yīng)力集中到取向的主鏈上，盡管共價鍵的強(qiáng)度比分子間作用力大10～20 倍，但是由于直接承受外力的取向主鏈數(shù)目少，最終還是會有化學(xué)鍵的斷裂。

 

 應(yīng)力產(chǎn)生的一個主要原因是在成型過程中，由于制件表里冷卻速度不同，表面物料接觸溫度較低的模壁，迅速冷卻固化成一層硬殼，而內(nèi)部物料還處于熔融狀態(tài)，隨著它的冷卻收縮，使得制件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。環(huán)境因素引起的應(yīng)力分布通常是不規(guī)則排列的，它時常直接發(fā)展為環(huán)境應(yīng)力開裂。

 

 根據(jù)環(huán)境因素的不同，環(huán)境應(yīng)力開裂包括：溶劑裂紋、非溶劑裂紋（包括醇、潤濕劑等表面活性物質(zhì)）、熱應(yīng)力開裂、氧化應(yīng)力開裂等。其中溶劑和非溶劑引起的應(yīng)力開裂的試驗，已經(jīng)成為研究高聚物內(nèi)應(yīng)力和耐開裂性能的重要方法，如碳酸飲料瓶耐應(yīng)力開裂性能檢測試驗（QSCRT）就是基于此原理。

 

 

 

 碳酸飲料聚酯包裝瓶應(yīng)力開裂的影響因素相當(dāng)復(fù)雜，作者在多年的生產(chǎn)、開發(fā)、售后服務(wù)的實踐中總結(jié)了聚酯原料質(zhì)量和制瓶工藝兩方面的影響因素和相應(yīng)的控制方法，為解決此技術(shù)難題提出了思路，具有極強(qiáng)的針對性和實用價值，按下面所列的影響因素，再結(jié)合實際情況（如不同的原料、機(jī)型、瓶型甚至天氣等）做出不同的工藝優(yōu)化，我們在用戶的使用過程中給予指導(dǎo)，取得了滿意的效果。

 

 1.聚酯質(zhì)量控制

 

 （１）控制聚酯結(jié)晶速度

 

 (a) 通過共聚改性：存在諸多技術(shù)訣竅。通過選擇適當(dāng)?shù)墓簿劢M分和加入量可減慢聚酯的結(jié)晶速度。我們在實踐中采用間酸類和醇類共聚組分均取得了明顯的效果。

 (b) 通過物理改性：使用無機(jī)添加劑，改善聚酯的后加工性能。存在諸多技術(shù)訣竅。

 (c) 瓶底各位置的結(jié)晶度是控制點,與原料配方有關(guān)。

 

 （2）清潔生產(chǎn)，提高聚酯的純度

 

 (a) 使用更精細(xì)的過濾。

 (b) 引入在線氣密性檢測。

 (c) 對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，減少死角。

 (d) 控制聚酯中小分子的含量。

 (e) 控制其它雜質(zhì)。

 

 （3） 粘度控制

 

 (a) 以0.86～0.88dg/l為合適。

 (b) 粘度波動應(yīng)小于0.005dg/l。

 (c) 選用中等至寬的分子量分布值。

 (d) 控制固相縮聚的幅度。

 

 （4）瓶子收縮率

 

 瓶子收縮率大的其抗應(yīng)力開裂性能變差，這與原料配方的設(shè)計有關(guān)。

 

 （5）控制二甘醇（DEG）含量

 

 二甘醇直接影響聚酯熔體的流動性能。中心值控制在1.0%～1.2%。

 

 

 （1）螺桿溫度

 

 根據(jù)熔點、 DEG含量和共聚組分的加入量調(diào)整螺桿溫度。

 

 （2）瓶坯克重　　通過調(diào)整注塑工藝實現(xiàn)對瓶坯克重的控制，減少0.2g的坯重，對應(yīng)力有顯著改善。根據(jù)克重調(diào)整瓶坯溫度分布。

 

 （3）瓶坯結(jié)晶度

 

 (a) 瓶坯結(jié)晶度要盡量低。

 (b) 如瓶坯結(jié)晶度高，吹瓶時應(yīng)相應(yīng)提高瓶坯加熱溫度。

 (c) 確保瓶坯的正確冷卻和原料的正確干燥。

 

 

 （1）拉伸速度

 

 (a) 選擇合適的拉伸速率確保拉伸終點正確，如出現(xiàn)瓶底注點偏離中心位置或瓶身發(fā)白，則需重新設(shè)定拉伸速率。

 (b) 運(yùn)用聚酯的應(yīng)力——應(yīng)變曲線。

 

 （2）拉伸溫度

 

 (a) 瓶坯加熱溫度選擇在聚酯的玻璃化溫度（Tg）以上25～30℃內(nèi)，因粘度、水分、共聚組分和克重等而異。

 (b) 粘度越高，拉伸溫度越高。

 (c) 水分越高，拉伸溫度越低。

 (d) 共聚組分越高，拉伸溫度越低。

 (e) 瓶坯溫度分布隨克重改變。

 

 聚酯的內(nèi)在特性是影響制品耐應(yīng)力開裂性能的基本因素，如結(jié)晶性能、特性粘度和分子量分布等。選擇合適的注塑和吹塑工藝條件對提高聚酯瓶的耐應(yīng)力開裂性能至關(guān)重要，本文所總結(jié)的耐應(yīng)力開裂性能的影響因素和控制方法在實踐中取得了滿意的效果，有實際應(yīng)用價值和參考意義。