PET瓶在熱灌裝飲料中的應(yīng)用
由于PET瓶的安全性和經(jīng)濟(jì)性較好，在果汁飲料及茶飲料成為飲料主流產(chǎn)品的今天得到了廣泛的應(yīng)用。
一、 熱灌裝工藝對PET瓶的特殊品質(zhì)要求
瓶子的耐熱性能要好。要克服熱液（高溫）對瓶子外形的影響：高溫使瓶子變軟、高溫和熱的液體使瓶內(nèi)產(chǎn)生高壓。高溫下（85℃～90℃）容積收縮率控制在1%～1.5%之間較好。
瓶子要有耐受負(fù)壓的性能。要克服液體冷卻后瓶內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；瓶壁內(nèi)縮（變扁、負(fù)壓收縮時(shí)瓶子側(cè)壁變形，呈橢圓等現(xiàn)象）。
二、 熱灌裝PET瓶的吹瓶方法
一步法： 生產(chǎn)出的瓶坯經(jīng)結(jié)晶爐對瓶口結(jié)晶后，直接用高溫模具吹瓶成形。 優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：耐高溫性能較差，隨時(shí)間的延長耐高溫性能明顯下降，存放時(shí)間不能太長。
二步法： 生產(chǎn)出的瓶坯經(jīng)結(jié)晶爐對瓶口結(jié)晶后，用二套模具完成熱灌裝的吹瓶成形。先用第一套較大容積的模具(低溫模)，對瓶坯進(jìn)行拉伸吹瓶成超大容積的瓶子；再把瓶子送入加熱爐進(jìn)行熱處理(消除因拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力)；熱處理好后送入熱模(最終所需容積大小的模具)，對瓶子進(jìn)一步熱處理(提高瓶身結(jié)晶度)、定形，最終吹成所需形狀和大小的瓶子。優(yōu)點(diǎn)：瓶子耐高溫性能較好，存放時(shí)間長。缺點(diǎn)：產(chǎn)量低不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。
◆ 吹瓶過程的步驟：
（1) 先由供坯系統(tǒng)對瓶坯進(jìn)行整理后輸送到瓶坯加熱爐。
（2) 瓶坯加熱爐在對瓶坯加熱的同時(shí)，在瓶坯自轉(zhuǎn)使其均勻受熱的同時(shí)，對瓶口進(jìn)行冷卻，再由爐子風(fēng)機(jī)對瓶坯吹風(fēng)，使瓶坯的內(nèi)、外壁受熱均勻。
（3) 由輸坯機(jī)械手把加熱好的瓶坯輸入吹瓶工位。
（4) 瓶坯進(jìn)入吹瓶模具后，預(yù)吹氣進(jìn)入對瓶坯進(jìn)行環(huán)向拉伸；當(dāng)拉伸桿到達(dá)模具底部時(shí)（十位），高壓氣進(jìn)入模腔對瓶坯進(jìn)一步拉伸，使瓶壁緊貼模壁。
（5) 高壓氣在模具內(nèi)保持一定時(shí)間，一方面消除因瓶坯拉伸而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。另一方面使瓶壁緊貼模壁以提高瓶身塑料的結(jié)晶度。
（6) 高壓吹氣結(jié)束后開始排氣，同時(shí)從中空拉伸桿中吹出高壓冷卻氣對瓶壁進(jìn)行冷卻定形。在脫模的同時(shí)從底模吹出低壓氣以便脫模，如底模中無氣吹出，則會造成瓶底凸出及瓶子取不出等問題。
（7) 整個(gè)吹瓶過程結(jié)束，輸瓶機(jī)械手把瓶子從模具中取出，送入輸瓶風(fēng)送流水線。
三、 生產(chǎn)過程中影響耐熱PET瓶品質(zhì)的幾種主要因素
瓶坯：特性粘度≥0.81cm3/g，粘度降≤4%，存放時(shí)間不能超過3個(gè)月。色澤純潔、透明、無雜質(zhì)、無異色、注點(diǎn)長度及周圍暈斑合適。 2. 加熱：在烘箱中由遠(yuǎn)紅外燈管發(fā)出遠(yuǎn)紅外線對瓶坯輻射加熱，由烘箱底部風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱循環(huán)，使烘箱內(nèi)溫度均勻。瓶坯在烘箱中向前運(yùn)動的同時(shí)自轉(zhuǎn)，使瓶坯壁受熱均勻。烘箱的熱量由燈管開啟數(shù)量、整體溫度而設(shè)定，烘箱功率及各段加熱比共同控制。
預(yù)吹：拉伸桿下降的同時(shí)開始預(yù)吹氣，使瓶坯初具形狀。預(yù)吹位置、預(yù)吹壓力、吹氣流量是三個(gè)重要工藝因素。
模具溫度：模具的溫度控制在120℃～145℃，用來消除瓶胚拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高瓶身塑料結(jié)晶度以抵受高溫?zé)嵋?，使瓶子不變形?5. 環(huán)境：室溫、低溫（空調(diào)）狀態(tài)下為佳。
四、耐熱PET瓶子在生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的一般質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因及解決方法
瓶頸歪斜
油路堵塞 疏通模身油路
拉伸桿排氣孔堵塞 疏通拉伸桿吹氣孔
噴嘴密封圈損壞 更換噴嘴密封圈
中心點(diǎn)偏
預(yù)吹氣壓力太高 降低預(yù)吹氣壓力
預(yù)吹流量太大 減小預(yù)吹氣流量
預(yù)吹氣位置太早 推遲預(yù)吹氣位置
拉伸桿彎曲 更換拉伸桿
拉伸桿離底模間隙太大 調(diào)整拉伸桿間隙
瓶坯溫度太高 降低瓶坯設(shè)定溫度
瓶子底部變形
底模油溫太高 降低熱油機(jī)油溫
底模吹氣閥損壞 更換底模吹氣閥
瓶坯底部溫度太高 降低瓶坯底部溫度
瓶底部褶皺
預(yù)吹氣壓力太小 增大預(yù)吹氣壓力
預(yù)吹氣流量太小 增大預(yù)吹氣流量
預(yù)吹氣太遲 提早預(yù)吹氣
硬頸
頸部加熱不足 增加頸部加熱量
預(yù)吹氣壓力太大 減小預(yù)吹氣壓力
預(yù)吹氣流量太大 減小預(yù)吹氣流量
預(yù)吹氣太早 延遲預(yù)吹氣
加熱爐位置太高 調(diào)整加熱爐位置
拉伸桿速度慢 檢修拉伸氣缸
合模線成形不良
模具補(bǔ)償密封圈損壞 更換補(bǔ)償密封圈
模具間隙調(diào)整不當(dāng) 調(diào)整好模具間隙
灌前側(cè)壁變形
冷卻吹氣時(shí)間太短 延長冷卻吹氣時(shí)間
模身溫度太高 降低模身溫度
拉伸桿中無冷卻氣吹出 檢修拉伸桿吹氣系統(tǒng)
灌后側(cè)壁變形
模身溫度太低 提高模身熱油溫度
瓶坯設(shè)定溫度太低 提高瓶坯設(shè)定溫度
冷卻吹氣時(shí)間太長 減少冷卻吹氣時(shí)間
塑料分布不勻 調(diào)整吹瓶工藝使料分布均勻
熱油流量太小 疏通油路及清洗油路過濾網(wǎng)
收縮率大
模具溫度低 提高模具溫度
瓶坯溫度低 提高瓶坯設(shè)定溫度
冷卻吹氣時(shí)間太長 縮短冷卻吹氣時(shí)間
油路堵塞 疏通油路
直徑偏大或偏小
冷卻吹氣時(shí)間設(shè)定不當(dāng) 調(diào)整冷卻吹氣時(shí)間
塑料分布不均勻 調(diào)整工藝使料分布均勻
五、PET瓶在熱灌裝線使用過程的常見問題及其解決方法
儲存和運(yùn)輸條件及瓶子的儲存期。
由于PET具有吸濕性能，因此將PET（包括切片、瓶坯和瓶子）擺放在空氣中，它就會吸收空氣中的水分，擺放時(shí)間越長，吸水越多。而PET中的水分含量會直接影響到它的性能。對于熱灌裝瓶子，會影響到熱灌裝瓶子的耐熱溫度。水分含量越多，瓶子的耐熱溫度就越低。一般對于熱灌裝瓶來講，從瓶坯生產(chǎn)到灌裝飲料期間，擺放時(shí)間建議：
瓶子儲存期：>1L兩周內(nèi)使用，<1L三周內(nèi)使用；但近來越來越多的廠商使用了輕量瓶并連線生產(chǎn)，即吹即灌，瓶子貯存期在6小時(shí)內(nèi)。即吹即灌的瓶子可灌裝95℃的熱液，吹后存放超過24小時(shí)以上的瓶子只能灌裝88℃的熱液。
瓶子的材料、儲存條件（室溫、相對濕度、儲存時(shí)間的長短），都會影響到熱灌裝瓶子的技術(shù)指標(biāo)，即：生產(chǎn)瓶子時(shí)要根據(jù)以上不同的材料、儲存條件、客戶要求等，相應(yīng)地調(diào)整吹瓶的工藝、技術(shù)參數(shù)等。 PET在通常濕度情況下，進(jìn)行熔融塑化時(shí)會發(fā)生水解反應(yīng)。高濕度含量常常導(dǎo)致立即反應(yīng)，結(jié)果分子鏈斷裂、降解，分子量降低（也就是IV降低）。PET的機(jī)械性能與特性粘度IV有關(guān)，IV越低則PET的機(jī)械性能越差。
江南和沿海地區(qū)全年平均相對濕度為85%，部分地區(qū)春天和夏天相對濕度可高達(dá)90%以上，在高濕度環(huán)境下，PET會吸濕并達(dá)到最大的飽和濕度。
水分含量越高，則PET的IV值下降越大。某一型號PET在含水量為0.01%時(shí)，其特性粘度為0.73，含水量為0.02%時(shí)其特性粘度變?yōu)?.63。在180℃時(shí)由于干燥時(shí)間減少3/4小時(shí)，特性粘度下降0.10。
干燥時(shí)間越長則PET原料里水分越低，但過度干燥也會造成PET降解。當(dāng)加熱至180℃時(shí)，對于最大初始水分含量0.3%的原料，水分下降至0.14%；干燥4小時(shí)可獲得0.004%的水分含量，這是瓶坯控制水分含量的上限。瓶口部分的分子內(nèi)的水分會加快PET的結(jié)晶，而瓶身部分分子內(nèi)的水分會影響分子鏈的排列。
耐熱性能不良。
◆ 熱灌裝瓶是這樣實(shí)現(xiàn)耐熱的：
(1) 用特別的模具設(shè)計(jì)來抵受瓶內(nèi)負(fù)壓：
① 瓶身有長方形凹塊（在模具上可進(jìn)出移動），用來吸收液體冷卻后瓶內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓。
② 瓶子設(shè)計(jì)，用頸、腰（凹環(huán)）來防止瓶子變成橢圓形。
③ 用瓶底設(shè)計(jì)（一般為花瓣形）來抵受應(yīng)力或二氧化碳壓力（常溫灌裝高溫殺菌類瓶子采用凹底設(shè)計(jì)）。
(2) 用熱油機(jī)高溫油提高模溫（模具溫度在120℃～145℃），用來消除瓶坯拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高瓶身塑料結(jié)晶度，以抵受高溫?zé)嵋?，使瓶子不變形?br/>
◆ 改善瓶子耐熱性能的措施：
① 選擇合理的瓶坯與瓶子設(shè)計(jì)。最優(yōu)化的瓶坯形狀設(shè)計(jì)與瓶子模具設(shè)計(jì)有助于改善瓶子的壁厚分布狀況，避免在瓶身不同區(qū)域產(chǎn)生扭曲或收縮變形；
② 瓶坯注射冷卻時(shí)間控制。嚴(yán)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并提高產(chǎn)量，又可因較高的殘余溫度而誘發(fā)球狀結(jié)晶。球狀結(jié)晶的晶體直徑極小(僅0.3mm～0.7mm)，并不影響透明度；
③ 嚴(yán)格控制注射和拉坯-吹瓶工藝參數(shù)以及各區(qū)域溫度分布，避免殘余應(yīng)力在PET玻璃化溫度（>75℃）下釋放而導(dǎo)致瓶子變形。
④吹瓶模調(diào)溫技術(shù)的運(yùn)用。通常用熱油循環(huán)法給吹瓶模加溫，吹瓶模調(diào)溫共有三種循環(huán)： 瓶身熱油循環(huán)。將吹瓶模加熱至120℃～145℃。這樣，瓶坯與吹瓶模腔間的溫度差減小，促發(fā)進(jìn)一步結(jié)晶。延長吹瓶保壓時(shí)間，使瓶壁與型腔長時(shí)間接觸并有充足時(shí)間來提高瓶身結(jié)晶度，達(dá)到35%左右，但又不破壞透明度。100℃以下的模溫對瓶身結(jié)晶度的影響極小，因?yàn)槠可斫Y(jié)晶發(fā)生在100℃以上。 瓶底冷卻水循環(huán)。瓶子底部保持低溫（10℃～30℃），避免未經(jīng)拉伸的瓶底部分過度結(jié)晶而發(fā)白。 瓶頸調(diào)溫（選用）。非結(jié)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(jié)晶瓶口多數(shù)采用加強(qiáng)瓶口設(shè)計(jì)（增加瓶口壁厚），從而改善封口性能，避免壓蓋過程中瓶口變形。通常，灌裝后瓶口橢圓度控制在0.2mm以內(nèi)，螺紋外徑收縮率低于0.6%。
⑤ 循環(huán)吹氣技術(shù)。當(dāng)采用熱吹瓶模時(shí)，如何控制瓶子脫模后變形至關(guān)重要。吹瓶模開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(nèi)排氣。循環(huán)吹氣時(shí)間約為0.5秒～2秒。因此，耐熱瓶制瓶機(jī)的高壓空氣消耗量比普通瓶制瓶機(jī)高得多。
容量波動較大。
雙軸拉伸PET瓶具有一定的收縮率，最大收縮率約為2%左右，影響PET瓶容量的因素主要有以下幾個(gè)方面：
(1) 模具的影響 PET瓶的容量主要受模具尺寸和形狀影響。每一種瓶型模具尺寸通常是固定不變的。不同形狀的瓶子在設(shè)計(jì)其收縮率時(shí)會有所不同，瓶身上加強(qiáng)筋越少、瓶厚度越薄則瓶的收縮率越大。
(2) 環(huán)境因素的影響 環(huán)境溫度和濕度對瓶子的容量影響較大，環(huán)境溫度越高，濕度越大則瓶的容量收縮越大。
(3) 生產(chǎn)工藝的影響 形狀復(fù)雜的瓶子吹瓶時(shí)要求有較高的吹瓶壓力，如吹瓶壓力不足，則瓶成型不良，容量會偏??；模具溫度偏高也會造成容量偏小。
(4) 瓶子的自然收縮 由于PET瓶會自然收縮，瓶模具尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成可調(diào)形式（加減墊片）。以1.5LPET瓶為例，剛生產(chǎn)的瓶子平均容量為1508ml左右，室溫下存放3天后，瓶容量會減少5ml～6ml；隨著瓶存放時(shí)間延長瓶子容量還會縮小并難以控制。目前，越來越多的生產(chǎn)線采用連線吹瓶，即吹即灌，避免瓶子（容量與耐熱性能）的衰減問題。
(5) 灌裝方式的影響 不同的灌裝方式，對容量控制的影響也有較大差別。定量灌裝方式對容量影響最小，自重式灌裝對容量影響最大，對1.5LPET瓶，最多可能差別20 ml～25ml。所以，要解決瓶子的容量問題，可適當(dāng)調(diào)整模具（墊片），控制生產(chǎn)工藝，改善倉儲條件，最重要的是應(yīng)盡可能縮短瓶子的儲存期。
