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PET瓶的广泛应用及特点和性能要求

2022-04-28 来源:普洱农业机械网

“PET瓶”的广泛应用及特点和性能要求

PET的化学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯,自1970年美国杜邦公司生产出第一个PET瓶子以来,由于其具有优良的物理性能,应用越来越广泛,尤其在碳酸饮料、果汁饮料及茶饮料包装上,每年都以两位数的速率增长。

PET的特点和性能

PET是一种饱和的热塑性聚合物,由对苯二甲酸和乙二醇经酯化反应聚合而成。PET在受热过程中有3个关键的温度点,这3个温度点把PET分成4种状态,每一种状态表现为PET分子链的不同排列,亦决定了PET的不同性质。

(一)玻璃化温度

从高弹态转变到无定形的玻璃状态称为玻璃化转变,此时的温度(PET约为80℃)称为玻璃化温度,它反映的是长分子链段的运动。

(二)结晶温度

温度继续升高,达到160℃时,具有分子问相互作用的多个分子链进行局部重排,产生了球状结晶。由于PET分子中苯环重排很慢,PET最大的结晶程度约为55%,可以产牛有序的结晶区。

PET瓶的双轴拉伸

在加热之后,最初无定形状态下的瓶坯变成高弹态,就象橡胶一样。在双轴拉伸之后,大分子链沿拉伸方向取向产生结晶。吹瓶后,材料变得坚硬。

由于拉伸最终总要超过应变强化限度,以得到固态响应,从而产生诱导结晶,保证瓶子的壁厚均匀。一旦接近应变强化限度,应变以幂指数形式增加。实际上,应变强化的开始取决于最大应变值。

圆柱形的瓶坯在径向比轴向更容易拉伸,即径向的固有应变率大于轴向的固有应变率。导致在轴向优先取向。轴向的取向取决于材料特性粘度。

PET瓶坯的自调节作用

瓶坯上的应力分布使瓶坯各部分产生正交各向异性的扩展。这种扩展由应力——强化系数决定。在拉伸杆和高压气的共同作用下,瓶坯刚刚开始变形时,最薄弱的环节是最热或壁最薄的地方,这里最先开始发生变形。当达到了应变强化限度时强度局部增加,因为产生了诱导结晶。

一旦变形区域的强度超过了未变形区域的强度,未变形的区域沿着移动的“气泡边界”开始变形。这种膨胀叫自调节作用。虽然自调节作用只达到了应变强化限度时才起作用,但是控制了瓶壁的厚度。

工业上PET瓶的双轴取向

具有如下条件的塑料在特定条件下可进行双轴向拉伸。

1)材料性能

瓶坯的材料必须是无序的(结晶度低),以保证在双向拉伸时有合适的取向。另外,由于在同等条件下,在临界拉伸极限之前(发生降解以前),高粘聚酯有较高的各向异性(正交各向异性取向),所以材料的特性粘度必须超过取向的要求值。实际上,特性粘度的选择还是根据瓶子的最终用途而定。高粘聚酯(0.80~0.85),有很好的力学性能(蠕变),用于吹制碳酸饮料瓶。对于无气饮料如矿泉水,低粘聚酯(0.70~0.78)就够了。

2)几何形状:瓶坯具有特定的双轴取向率

瓶坯的几何形状包含了由PET的特性粘度,瓶子的外形和最终用途控制瓶坯的尺寸。实际上,瓶坯是由双向拉伸率和最终壁厚而决定的。

固有应变率会增加内部应力。内部应力倾向于抵消瓶子内部的膨胀。对于碳酸饮料瓶,内部应力抵消瓶子内部气体压力,是有益的,应该尽量使之增大。相反,对于热罐装瓶,为了减小瓶子在冷却时(有负压)变形,必须尽量使之减小。

3)温度:半结晶材料的双轴取向的温度条件为:1玻璃化温度以上,以得到允许取向的延展性。2在结晶化温度以下,以避免妨碍取向的球晶晶核的形成。PET双轴取向的温度范围90~120℃。对于确定的双向拉伸率,双轴取向温度主要由最终产品的使用目的确定。对于碳酸饮料瓶,其温度范围90~100℃,以增加诱导应力。对于热罐装瓶,其温度范围是110~120℃,虽然达到了固有应变率,诱导应力也受到限制。

4)拉伸速度:拉伸速度必须很快(500~1500 mm/s).以防止拉伸时发生解取向。

5)冷却:拉伸后,当材料冷却到玻璃化温度以下时,由PET分子重新排列所引起的诱导应力被“冻结”在瓶壁里。这对碳酸饮料瓶是有益的。

对于热灌装瓶,温度必须保持在玻璃化温度以上,以维持分子取向,让诱导应力松弛(f4d、直到消失)。在此期间,产生了额外的静态结晶(25%~35%),加强了结构。

PET瓶子

瓶形设计的主要考虑是饮料卖家试图把产品包装当成市场营销的一部分,此外还受到工艺上和材料上的限制:

瓶形设计

拉伸吹塑技术包括瓶子设计的相关问题,如防止凹陷和可能降低瓶子最终力学性能的局部过拉度伸问题。

应避免尖角和壁厚变化过大。在过渡部分,利用大的转角半径可以避免应力集中。

瓶子所盛的物品是饮料或无气液体;有阻气性能要求。

对碳酸饮料或无气液体必须考虑底部的设计。用花瓣状瓶底来承受内部应力和诱导应力。装无气液体的瓶子底部,可以选择多种式样。

对有阻气性能要求的瓶子设计,除要考虑阻渗性能之外,还应考虑在长期储藏之后保持食物的味道和卫生。

例如,啤酒瓶必须阻挡紫外线,并能阻隔氧气和二氧化碳的渗透(渗漏)。事实上可以制造多层的(含EVOH)琥珀色或绿色的瓶子。

灌装的方式

灌装的方式不同,对瓶子有特殊的技术要求。当使用热灌装时,瓶子必须承受负压而不损失强度。

信息来源:《包装世界》

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