《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第三篇 包装材料及容器

第五章　玻璃、陶瓷包装材料

第三节　玻璃容器的成型与加工

（二）轻量玻璃容器

1．重容比

玻璃瓶罐的重量与其容积之比，称为重容比，常用W（g）／C（ml）表示。重容比是评价同样容积的瓶子重量大小的参数，重容比越大，其重量越大。玻璃瓶重与壁厚有关，一般说来，重量瓶是指平均壁厚为3．5nm的玻璃瓶，而轻量瓶的壁厚平均为2～2．5mm。图3－5－9示出了某些瓶罐的重容比。

图3－5－9　轻量瓶与普通瓶的重容比

1．普通充气饮料瓶；2．普通非饮料瓶；3．轻量瓶

轻量瓶在减少壁厚的状态下要保持较高的耐压强度是非常困难的。目前是通过改变玻璃成分、应用双层涂敷工艺及钢化技术进行表面处理，使瓶壁厚度均匀化以及改善造型设计等综合因素实现的。这种轻量瓶通常为非回收瓶。例如，1升的果汁饮料瓶已从原来的700g降到470g，壁厚2．7mm。有报道说，目前已将这种瓶子的重量降到305g，壁厚达到1．6mm。

2．轻量瓶的级

在研制轻量瓶的过程中，人们利用下列经验公式来表示轻量瓶的级别或轻量级的程度：

L＝0．44WV－0．77　　　　　　（3－5－3）

式中：L为轻量化级；W为瓶重（g）；V为瓶容积（ml）。

根据3－5－3式确定的玻璃瓶的轻量化级列于表3－5－3。

表3－5－3　轻量瓶的轻量化级

3．轻量瓶的设计

在轻量瓶设计中，主要应考虑下列因素：

（1）为了使瓶壁厚度均匀，在选料上要选含Al2O3、MgO的钠钙玻璃。由于瓶壁薄，散热快，应使玻璃的料性较长。粘度－温度变化要与机速相适应。

（2）为了使瓶罐有较好的机械强度，必须在瓶形设计中考虑影响强度的因素，如避免螺纹瓶口、减少瓶（颈）高度，避免瓶肩及瓶底部分过大的曲率半径等。

（3）采用双层涂敷、离子交换等先进的强化玻璃技术工艺制造玻璃瓶。

五、陶瓷包装材料

陶瓷是古老的包装容器之一。用粘土、砂子等原料制陶的工艺是我国古代劳动人民的一项伟大发明。公元前200年，我国就有了陶瓷制品，后来远销世界各地并闻名于世。陶瓷包装原材料丰富，成型工艺简单，价廉物美。经过彩釉装饰的瓷器，不但外观漂亮而且增加了气密性，提高了对内容物的保护作用。许多陶瓷包装本身又是一件精美的工艺品，在其内容产品用完之后，仍有观赏及重复使用的价值。所以至今陶瓷包装仍是富有民族传统的、应用广泛的包装容器。

（一）原料

制造陶瓷的原料主要有粘土（高岭土）、燧石或石英、长石，其中粘土是主要原料。粘土的主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O，并含有Ba2＋、Ca2＋、K＋离子及有机杂质。粘土的作用有二个：

（1）加入水可以变成有可塑性的粘性物质，因而可以加工成各种形状；

（2）粘土的熔融温度具有一定范围，在某个温度下，它不能完全熔化，因此在焙烧中能保持一定形状。焙烧后，粘土成为多孔性材料。

燧石和石英的熔点非常高，它是陶瓷成型过程中的非可塑成分（也称非粘性成分）。粘土在干燥、烧制过程中因失水而收缩很容易产生龟裂，加入非粘性成分以后，可使其粘性适度减少，这不但减少了收缩，而且能与其他成分高温化合，增加陶瓷强度。

长石类物质是助熔剂，它的主要成分是铝硅酸盐，其中含有Na＋K＋Ca2＋等离子。由于助熔剂可以降低非粘性成分的熔点，在焙烧过程中，它们可以形成玻璃状的流体，并流入多孔性材料的孔隙中，成为无孔性材料。

除上述三类主要原料外，有时还加入一些其他填加剂，如烧制骨瓷时要加入动物的骨灰，它可以增加半透明性和强度。原料中的铁杂质是非常有害的，要预先净化除去。

陶瓷制品的最后性质决定于原料的质量及粘土、石英、助熔剂三者的比例。一般的组成为粘土50％，石英类25％，长石类25％。

（二）制造与成型

将上述原料按适当比例调合、粉碎，使粉末状的原料具有很好的流动性，然后在混合机内充分搅拌，在压滤机内榨去水分，再进入土炼机充分捻捏成为素土。

陶瓷的成型工艺包括手工成型或模铸成型、干燥、涂釉、焙烧等步骤。

图3－5－10　陶瓷成型的几个步骤

粘土的颗粒在成型中被一层水膜包围着，且相互隔开，在干燥过程中，水分蒸发了，颗粒间隔缩小，引起型坯收缩（图3－5－11）。如果蒸发速率大于扩散速率，则表面干燥的速度比内部快，表面先收缩，就可能导致龟裂。水分蒸发速度可以通过改变温度、温度和空气流速控制。制品壁厚及水分含量也会影响收缩。颗粒尺寸越小，收缩越大。所以增大颗粒可以减小收缩。

图3－5－11　粘土颗粒的收缩

在焙烧时，加热温度和升温速度非常重要。通常先经素烧，即在涂釉之前先烧一次使型坯坚固，密度增大。但有时也可以一次烧成，不必经过素烧。由于干燥过程中不可能完全除去型坯中的水分，所以焙烧的第一个阶段仍是干燥过程的继续，加热应非常缓慢。在120～130℃持续一段时间。在600～800℃时，加热应尤为小心，因这时原料中的结晶水要失去，如加热过速，则因收缩不均匀，会使表面龟裂。在高温时，会出现玻璃化反应。反应生成的玻璃液可流动填充干燥颗粒之间的空隙。玻璃化程度与组成、时间和温度有关。加入助熔剂可降低液相形成温度。在玻璃化反应过程中也伴随着收缩发生。玻璃化不但可以增加制品强度，而且可以使制品变为半透明，表面光滑，密度增加，使多孔制品变为无孔瓷器。

陶瓷表面涂釉不仅为了装饰，而且可以堵塞气孔，提高抗渗性。釉药的化学成分与玻璃相似，是硅谷、硼酸等酸性化合物与氧化铅、石灰、矾土、碳酸钾（钠）等碱性化合物生成的硅（硼）酸盐。各种不同的釉药成分列于表3－5－4。

表3－5－4　各种釉药成分

软质釉色透明、熔点低，主要用于陶器。硬质釉色透明、熔点高，主要用于瓷器。珐琅釉则使硬质釉变成胶状，从而不透明（失透），主要用于珐琅器皿。

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