《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第三篇 包裝材料及容器

第五章　玻璃、陶瓷包裝材料

第三節　玻璃容器的成型與加工

（二）輕量玻璃容器

1．重容比

玻璃瓶罐的重量與其容積之比，稱為重容比，常用W（g）／C（ml）表示。重容比是評價同樣容積的瓶子重量大小的參數，重容比越大，其重量越大。玻璃瓶重與壁厚有關，一般說來，重量瓶是指平均壁厚為3．5nm的玻璃瓶，而輕量瓶的壁厚平均為2～2．5mm。圖3－5－9示出了某些瓶罐的重容比。

圖3－5－9　輕量瓶與普通瓶的重容比

1．普通充氣飲料瓶；2．普通非飲料瓶；3．輕量瓶

輕量瓶在減少壁厚的狀態下要保持較高的耐壓強度是非常困難的。目前是通過改變玻璃成分、應用雙層涂敷工藝及鋼化技術進行表面處理，使瓶壁厚度均勻化以及改善造型設計等綜合因素實現的。這種輕量瓶通常為非回收瓶。例如，1升的果汁飲料瓶已從原來的700g降到470g，壁厚2．7mm。有報道說，目前已將這種瓶子的重量降到305g，壁厚達到1．6mm。

2．輕量瓶的級

在研制輕量瓶的過程中，人們利用下列經驗公式來表示輕量瓶的級別或輕量級的程度：

L＝0．44WV－0．77　　　　　　（3－5－3）

式中：L為輕量化級；W為瓶重（g）；V為瓶容積（ml）。

根據3－5－3式確定的玻璃瓶的輕量化級列于表3－5－3。

表3－5－3　輕量瓶的輕量化級

3．輕量瓶的設計

在輕量瓶設計中，主要應考慮下列因素：

（1）為了使瓶壁厚度均勻，在選料上要選含Al2O3、MgO的鈉鈣玻璃。由于瓶壁薄，散熱快，應使玻璃的料性較長。粘度－溫度變化要與機速相適應。

（2）為了使瓶罐有較好的機械強度，必須在瓶形設計中考慮影響強度的因素，如避免螺紋瓶口、減少瓶（頸）高度，避免瓶肩及瓶底部分過大的曲率半徑等。

（3）采用雙層涂敷、離子交換等先進的強化玻璃技術工藝制造玻璃瓶。

五、陶瓷包裝材料

陶瓷是古老的包裝容器之一。用粘土、砂子等原料制陶的工藝是我國古代勞動人民的一項偉大發明。公元前200年，我國就有了陶瓷制品，后來遠銷世界各地并聞名于世。陶瓷包裝原材料豐富，成型工藝簡單，價廉物美。經過彩釉裝飾的瓷器，不但外觀漂亮而且增加了氣密性，提高了對內容物的保護作用。許多陶瓷包裝本身又是一件精美的工藝品，在其內容產品用完之后，仍有觀賞及重復使用的價值。所以至今陶瓷包裝仍是富有民族傳統的、應用廣泛的包裝容器。

（一）原料

制造陶瓷的原料主要有粘土（高嶺土）、燧石或石英、長石，其中粘土是主要原料。粘土的主要成分為Al2O3·2SiO2·2H2O，并含有Ba2＋、Ca2＋、K＋離子及有機雜質。粘土的作用有二個：

（1）加入水可以變成有可塑性的粘性物質，因而可以加工成各種形狀；

（2）粘土的熔融溫度具有一定范圍，在某個溫度下，它不能完全熔化，因此在焙燒中能保持一定形狀。焙燒后，粘土成為多孔性材料。

燧石和石英的熔點非常高，它是陶瓷成型過程中的非可塑成分（也稱非粘性成分）。粘土在干燥、燒制過程中因失水而收縮很容易產生龜裂，加入非粘性成分以后，可使其粘性適度減少，這不但減少了收縮，而且能與其他成分高溫化合，增加陶瓷強度。

長石類物質是助熔劑，它的主要成分是鋁硅酸鹽，其中含有Na＋K＋Ca2＋等離子。由于助熔劑可以降低非粘性成分的熔點，在焙燒過程中，它們可以形成玻璃狀的流體，并流入多孔性材料的孔隙中，成為無孔性材料。

除上述三類主要原料外，有時還加入一些其他填加劑，如燒制骨瓷時要加入動物的骨灰，它可以增加半透明性和強度。原料中的鐵雜質是非常有害的，要預先凈化除去。

陶瓷制品的最后性質決定于原料的質量及粘土、石英、助熔劑三者的比例。一般的組成為粘土50％，石英類25％，長石類25％。

（二）制造與成型

將上述原料按適當比例調合、粉碎，使粉末狀的原料具有很好的流動性，然后在混合機內充分攪拌，在壓濾機內榨去水分，再進入土煉機充分捻捏成為素土。

陶瓷的成型工藝包括手工成型或模鑄成型、干燥、涂釉、焙燒等步驟。

圖3－5－10　陶瓷成型的幾個步驟

粘土的顆粒在成型中被一層水膜包圍著，且相互隔開，在干燥過程中，水分蒸發了，顆粒間隔縮小，引起型坯收縮（圖3－5－11）。如果蒸發速率大于擴散速率，則表面干燥的速度比內部快，表面先收縮，就可能導致龜裂。水分蒸發速度可以通過改變溫度、溫度和空氣流速控制。制品壁厚及水分含量也會影響收縮。顆粒尺寸越小，收縮越大。所以增大顆粒可以減小收縮。

圖3－5－11　粘土顆粒的收縮

在焙燒時，加熱溫度和升溫速度非常重要。通常先經素燒，即在涂釉之前先燒一次使型坯堅固，密度增大。但有時也可以一次燒成，不必經過素燒。由于干燥過程中不可能完全除去型坯中的水分，所以焙燒的第一個階段仍是干燥過程的繼續，加熱應非常緩慢。在120～130℃持續一段時間。在600～800℃時，加熱應尤為小心，因這時原料中的結晶水要失去，如加熱過速，則因收縮不均勻，會使表面龜裂。在高溫時，會出現玻璃化反應。反應生成的玻璃液可流動填充干燥顆粒之間的空隙。玻璃化程度與組成、時間和溫度有關。加入助熔劑可降低液相形成溫度。在玻璃化反應過程中也伴隨著收縮發生。玻璃化不但可以增加制品強度，而且可以使制品變為半透明，表面光滑，密度增加，使多孔制品變為無孔瓷器。

陶瓷表面涂釉不僅為了裝飾，而且可以堵塞氣孔，提高抗滲性。釉藥的化學成分與玻璃相似，是硅谷、硼酸等酸性化合物與氧化鉛、石灰、礬土、碳酸鉀（鈉）等堿性化合物生成的硅（硼）酸鹽。各種不同的釉藥成分列于表3－5－4。

表3－5－4　各種釉藥成分

軟質釉色透明、熔點低，主要用于陶器。硬質釉色透明、熔點高，主要用于瓷器。琺瑯釉則使硬質釉變成膠狀，從而不透明（失透），主要用于琺瑯器皿。

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