［摘要］ 分析了PET熱灌裝瓶瓶型設計及選擇中需考慮的若干變數，并提出了一些PET熱灌裝瓶成型過(guò)程中改善耐熱性能的工藝方法。
［關(guān)鍵詞］ PET 熱灌裝 瓶型 耐熱性能
[Abstract] Analysis the key elements of bottle shape which must be considered when design and choose a PET heat set bottle. Several solutions to optimize the heat resisting properties are also been introduced.
[Key Words] PET; heat set; bottle shape; heat resisting property
一、前言
生產(chǎn)低酸度、中性飲料，如茶、果汁、果味水等時(shí)，須對灌裝后的半成品及瓶器進(jìn)行滅菌處理，以便控制產(chǎn)品的微生物污染�？晒┻x擇的灌裝方法有：
1. 添加防腐劑；
2. 無(wú)菌或冷滅菌灌裝；
3. 熱灌裝（含氣飲料除外）；
4. 巴氏滅菌。
近年以來(lái)，熱灌裝技術(shù)因其安全性、經(jīng)濟性較好而在我國飲料行業(yè)被廣泛采用，前景十分廣闊。下面是筆者在實(shí)際工作中，通過(guò)對一步法熱灌裝制瓶機及熱灌裝設備的工作原理探索所得的總結分析。
二．熱灌裝工藝簡(jiǎn)述
熱灌裝工藝中，產(chǎn)品經(jīng)UHT超高溫滅菌處理（瞬時(shí)加熱至1200C~1400C，停留數十秒鐘），然后降溫至灌裝溫度（850C~900C）。灌裝封蓋后，瓶身倒置或側躺30秒鐘左右，以便對瓶蓋及瓶頸部位進(jìn)行與瓶身同溫度的滅菌處理。瓶子在高溫下停留一定時(shí)間（30~120秒）后，送入冷卻通道，分段將瓶子冷卻至340C~380C（通過(guò)冷卻通道的時(shí)間約為12~20分鐘），隨后對瓶子進(jìn)行貼標、裝箱等后道包裝。
三．耐熱瓶瓶型設計要點(diǎn)
設計耐熱瓶瓶型時(shí)，必須考慮以下因素：
1. 灌裝后30秒鐘內，瓶?jì)日龎荷仙�。這是因為：
�。�1） 灌裝后瓶?jì)葰埩艨諝鉁囟葟?00C左右上升至800C~900C；
�。�2） 雙向拉伸取向的PET瓶在受熱后收縮，容積減小。在高溫下，瓶子必須能夠承受0.1~0.3Bar的正壓而不至于產(chǎn)生永久變形。
2. PET瓶在高溫下的容積收縮。普通PET瓶在850C時(shí)收縮率可達20%。但是，使用耐熱瓶專(zhuān)用PET粒子吹制的耐熱瓶的收縮率通常在1%~1.5%之間；
3. 灌裝后收縮量及灌裝點(diǎn)變化。灌裝溫度越高。瓶器容積收縮越大。實(shí)驗表明，在860C~900C間的容積收縮率對溫度上升尤其敏感。灌裝點(diǎn)高度越低，灌裝后瓶?jì)葰埩艨諝馊莘e越大，瓶器收縮也越大。這是因為瓶?jì)葰埩艨諝馊莘e越大，抵抗瓶器收縮變形的能力越小。通常，熱灌裝瓶灌裝點(diǎn)在瓶器支撐環(huán)處。
圖1 熱灌裝瓶容積收縮率與灌裝溫度的關(guān)系
4. 吹塑成型后循環(huán)吹氣冷卻時(shí)間對瓶器容積、結晶度和剛度均有影響。循環(huán)吹氣冷卻時(shí)間越長(cháng)，瓶器容積越大。因此，設計瓶型時(shí)務(wù)必考慮使用最低的高壓空氣消耗量來(lái)達到瓶子的最佳性能。
5. 熱灌裝后的飲料降至室溫時(shí)，因飲料在不同溫度下比重的變化導致瓶?jì)纫后w容積下降2%左右。同時(shí)，溫度下降還導致瓶?jì)葰埩艨諝庠谝后w中的溶解度上升。這一切都導致瓶?jì)葰埩艨諝獾娜莘e膨脹，產(chǎn)生0.2~0.3倍大氣壓的負壓。灌裝后空腔部分（殘留空氣）壓力和瓶器溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)下圖。
圖2 灌裝后空腔部分（殘留空氣）壓力和瓶器溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)
因此，耐熱瓶必須符合以下要求：
（1） 高溫下（850C~900C）容積收縮率在1%~1.5%之間；
（2） 30%以上的結晶度，確保良好的耐熱性能和較弱的水分吸附能力（瓶壁吸附的水分象分子鏈間的潤滑劑一樣降低瓶子的機械性能；
（3） 合理的壁厚分布，避免熱灌裝后的非線(xiàn)性收縮（變形）；
（4） 瓶身采取特殊的板框形結構設計，瓶底設有內凹加強筋，用以承受瓶子冷卻至室溫后瓶?jì)蓉搲骸?/FONT>
四．制瓶工藝中改善瓶子耐熱性能的措施
�。�1） 合理設計瓶坯。最優(yōu)化的瓶坯形狀設計有助于改善瓶子的壁厚分布狀況，避免在瓶身不同區域產(chǎn)生扭曲或收縮變形；
�。�2） 嚴格控制注射和拉坯-吹塑工藝參數以及各區域溫度分布，避免殘余應力在PET玻璃化溫度（>750C）下釋放而導致瓶子變形；
�。�3） 瓶坯注射冷卻時(shí)間控制。嚴格控制瓶坯注射冷卻時(shí)間，讓瓶坯盡早脫模。這樣即可縮短成型周期，提高瓶子產(chǎn)量，又可因較高的殘余溫度而誘發(fā)球狀結晶。球狀結晶的晶體直徑極小，僅為0.3~0.7微米，并不影響透明度。
圖3 耐熱瓶結晶度、容積收縮率與瓶坯注射冷卻時(shí)間的關(guān)系
�。�4）吹塑模調溫技術(shù)的運用。通常用熱油循環(huán)法給吹塑模加溫。吹塑模調溫共有三種循環(huán)：
- 瓶身熱油循環(huán)。將吹塑模加熱至1200C~1400C。這樣，瓶坯與吹塑模型腔間的溫度差減小，促發(fā)進(jìn)一步結晶。延長(cháng)吹塑保壓時(shí)間，使瓶壁與型腔長(cháng)時(shí)間接觸，有充足時(shí)間來(lái)提高瓶身結晶度，達到35%左右，但又不犧牲透明度。1000C以下的模溫對瓶身結晶度的影響極小，因為，瓶身結晶發(fā)生在1000C以上。
圖4 耐熱瓶結晶度與吹塑模具溫度的關(guān)系
——瓶底冷卻水循環(huán)。瓶子底部保持低溫（100C~300C），避免未經(jīng)拉伸的瓶底部分過(guò)度結晶而發(fā)白；
——瓶頸調溫（選用）。非結晶瓶口部分從注塑模脫模后一直處于完全冷卻狀態(tài)。非結晶瓶口多數采用加強瓶口設計（增加瓶口壁厚），從而改善封口性能，避免壓蓋過(guò)程中瓶口變形。通常，灌裝后瓶口橢圓度控制在0.2毫米以?xún)�，螺紋外徑收縮率低于0.6%。
�。�5）循環(huán)吹氣技術(shù)。當采用熱吹塑模時(shí)，如何控制瓶子脫模后變形至關(guān)重要。吹塑模開(kāi)模前吹入空氣并排空循環(huán)，對瓶身進(jìn)行冷卻并定形，從而控制脫模后的變形量。循環(huán)冷卻空氣的進(jìn)氣通過(guò)與初吹、二次吹相同的通道，但從拉坯桿頭部小孔經(jīng)拉坯桿內排氣。循環(huán)吹氣時(shí)間約為0.5~2秒。因此，耐熱瓶制瓶機的高壓空氣消耗量比普通瓶制瓶機高得多。
隨著(zhù)實(shí)踐經(jīng)驗的進(jìn)一步豐富，熱灌裝瓶生產(chǎn)技術(shù)也正在突飛猛進(jìn)地發(fā)展。主要的發(fā)展趨勢包括在不降低灌裝溫度的前提下瓶子重量的不斷減輕，非結晶瓶口的廣泛運用等。迎合環(huán)保概念，外觀(guān)時(shí)尚簡(jiǎn)潔的新瓶型正在越來(lái)越多地受到消費者的青睞。
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