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常见饮料的塑料瓶盖结构是怎么做到防水的?
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常见饮料的塑料瓶盖结构是怎么做到防水的?

发布时间 :2020-12-30 15:38

  我记得以前我做防水结构的时候,有人跟我说过,硬接触是做不了防水的。今天喝饮料时突然想起,这个饮料瓶没有防水圈怎么不漏水出来?这算是比较经典的结构了吧?

  好吧,昨天回答了有关瓶胚的问题,今天来回答有关瓶盖的问题。好激动啊!~

  首先要提一点,前面有好几位答主提到螺纹也是有密封作用的,其实啊,不是起不起作用,是不!能!起!密!封!作!用!过会会讲到。

  先上单片盖密封原理图(很丑是不是,很有机械制图范是不是,N年前的,最新的不能拿出来啊)

  单片盖靠密封圈、顶封、侧封这三个结构来保证密封效果,其中密封圈是必须的,侧封和顶封根据密封效果要求和瓶盖结构设计要求,可以选择不要。下面放X光透视图,看看瓶盖拧到瓶口上后,密封圈、顶封、侧封是怎样来发挥密封效果的

  你看,通过密封圈、顶封、侧封这三个结构,从瓶口内侧、顶部、外侧隔绝了瓶子内部和外部的联系通道。

  如果螺纹是需要起密封作用的,那内容物就可以充满瓶盖和瓶口之间的螺纹空隙,不再泄露出去就好了,真要是这样的话整个行业就太low了,会带来什么后果请看我的另一个回答,里面提到的还仅仅是残留一点内容物,图片很触目惊心哦。

  上面的@2333Raindragon提到自己拧碳酸饮料时慢慢地只拧一两圈,注意听声音,有些位置声音几乎没有就是密封起到作用了~,这个只能说实践不一定出真知,听不到声音不一定代表没有泄露。说一点行业知识,碳酸饮料的瓶盖拧开过程中,二氧化碳的压力变化和泄出的流速都是有严格要求的,已经专业到了有专门的OPT仪器来测量,各个饮料厂家(当然是百事可口那种级别的)都有具体的量化指标,满足不了?对不起,请更改设计方案。

  好了,以上纯从本行业的角度回答了题主的疑问,如有疑问请在评论中提出我再来补充和修改。

  一个小小的塑料瓶盖重量不过几克,售价不过几分钱,产品背后体现的却是这个国家整体的工业实力。包含但不限于:

  石化工业:瓶盖的原料主要是PE、PP,以及双片盖里的内垫胶之类的特殊用塑料,都要求是食品级的哦(不要忘了几年前的塑化剂风波,我们行业是影响最深的哦),比较适合用来做瓶盖的还是国外生产的好,国内的中石*、中石*还需要加油呀。

  模具制造行业:瓶盖生产模具分注塑模具和压塑模具两种。注塑模具国内能做出来没问题,但是有一点,上面@2333Raindragon提到他了解到的行业最高水准是一模64穴,我只能说瓶盖模具发展太快了,2010年我们公司一模96穴的产品就已经批量生产了,当然是进口模具,不要惊讶,这样的注塑模具国内还真做不出来。压塑模具全球只有一家意大利SACMI,国内的厂家还处在模仿、修理修改它的模具,差的更是老远了。所以,模具行业的童鞋们要加油啊。

  整体方案设计:举个例子,前年去年我接触到的几个新类型的瓶盖,设计图纸是2002年定稿的,当然是老外的。十年前的设计方案现在才拿出来商品化,这其中的考量不是一点点的。另外塑料瓶盖虽然有标准设计方案行业通用,但是哪个厂家都不想与别人分担开模成本,所以都会对标准瓶盖进行一些小修改,这样这个方案就我一个人能用。改归改,改了要好用,其他配套的技术要跟的上,不然自己把自己搞死了。

  大规模生产的管理能力和质量管理能力:一个瓶盖售价几分钱,只有大规模生产才能产生足够的利润,机器、人员、自动化等等对工厂的管理能力要求越来越高。一天机器一分钟生产几百个上千个瓶盖,要保证每一个产品的质量符合要求,质量管理能力和专业能力要求和其他普通行业不是一个水平的。

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  虽然不太清晰,但是可以看到所有的接触面哦!注意左上角,再接合下面的瓶盖图看看

  可以很清晰的发现右上角瓶盖与瓶口的多点接触,扩展到整个瓶口就是密封圈了嘛

  瓶盖与瓶口之间的螺纹接触也很明显,有些同志们说这种螺纹基本上不能密封,不能算说错,毕竟不去应对高压,这种程度的密封足够了^_^

  第一位答案的同学说断的螺纹不能密封,这个并不正确,因为瓶口螺纹是有断口的,瓶盖基本上就会是连续的,这个其实并不影响密封~你画的图有点接近了,作为业外人士很厉害!后来你追加的答案就很靠谱了,这个要赞的 另外你说的矿泉水会有瓶盖螺纹断开或者瓶口螺纹断开的情况,这个真心不是主流:-) 碳酸饮料一定会有一个是间断的,无菌系列饮料也会有,其他灌装特别是矿泉水,很少会用断开型的哦

  补充一句,无菌大部分用于含乳饮料,几年前发生过福建某品牌采用了错误的瓶口瓶盖,导致瓶盖飞出伤害消费者的事故,所以现在都是断开设计了

  下面是专业知识讲座时间:目前饮料市场上绝大部分都是单片盖,而且 最重要的密封在瓶口端面,靠得是三组瓶盖上的密封条,分别是外侧封,内侧封和顶部侧封,就是上面那个图上标示的(请注意图的左上角)!有时候也只用两组,顶部封有时候不用!,下图既是:

  通过这个图也能看出,螺纹其实也有密封作用,那是肯定的!螺纹的上下两个面分别有不同的作用,这个就不多讲了……

  不要小看这么个小盖子,其密封研究和开盖的研究养活了好几家大公司呢! 这算是最新的设计,如果你注意一下前几年的可乐和雪碧,你会发现盖子里面有一层软的垫子,那是在瓶盖设计不够成熟的时候的密封垫,这个就和机械上的密封垫一样了……

  先给上两个图看看,答案其实和@Jerry小老鼠@2333Raindragon两位是类似的.

  上面的产品图片来自我们日常使用的螺纹产品,产品要求中明确提出了密封要求,注意红色线圈内的产品结构,这样的凸台设计就是密封的关键。如果学习过机械设计并且还对机械密封设计相关有理解的,都应该能想起机械密封设计的思路:加大接触面和延长介质泄漏路径。理论上的完全密封是不可能存在的,我们所追求的只是有一定条件内,尽量小的泄漏。通过增加瓶盖上的凸台,使瓶口和瓶盖的实际密封面积加大(如果没有这些凸台设计,瓶口和瓶盖的密封面积就只有瓶口上面那一圈作为密封;并且从加工制造的角度上,瓶口上这一圈接触面的平面度要求并不高,如果对瓶口的精度要求过高就会导致不良率太高,这与制造业的先进性无关。用制造者的话叫做:吃饱了撑的。)

  另外回答题主的描述中的那个小问题,螺纹到底能不能做到密封?答案是:可以的,的确存在一类标准的螺纹可以满足密封需求,并且此类螺纹在使用过程中不需要增加其它密封介质(料带、密封胶圈等),这类螺纹我们一般称之为细牙螺纹,我们日常接触的螺纹多属于粗牙螺纹;直观上的区别在于:细牙螺纹在同等长度会比同等规格的粗牙螺纹(如同样直径的M8螺纹)会更加密集;并且细牙螺纹(外螺纹)的牙顶是尖的,粗牙螺纹只是平顶或者是带圆过渡,如日常生活中接触的的连接用的螺纹:瓶盖等产品.上面有答主提到的钢管连接:注塑机台射嘴处的连接螺纹就属于细牙螺纹。

  附加回答一个延伸出来的话题:关于瓶盖上断开的螺纹设计方案;前面我们已经说过了日常生活用的瓶盖的螺纹其实是作为连接螺纹使用的,螺纹部分并不起密封作用;因此螺纹是完整的螺纹还是断开的对产品使用并不会引起很大的问题,现在就轮到消费者(饮料制造商并不是我们这些吃货)上场提要求:我们需要更高的生产效率和更低廉的价格;好了,回到制造业上来说,螺纹类产品的生产方案一直是属于比较专业并且对制造商要求较高的一类;打个比方:为了更高的生产效率,产品使用的模具必然会要求模具有更多的型腔以便一次性成型更多的产品,虽然这样的方案会额外增加产品成型时间,但是对于产量的上升依然是可以被接受,但是要命的问题出来,加工并不能保证这么多型腔的精度啊!大家能想象到的多型腔是4个或8个,按业内的最高水准,是可以做到64个!大家可以想象下那个场景,而且可以给大家增加点信心的是,中国也能做到!扯远了点,虽然我们可以一次性成型这么多,但是技术上的进步依然是没有停止的。目前生产这样的螺纹瓶盖已经有了专业的生产设备,每分钟的产量是过百个,并且高度自动化。但是这和螺纹设计有什么关系?关系就在于:专业生产瓶盖的设备上的螺纹制造方案和传统螺纹制造方案是两回事,如果使用断开的螺纹设计,专业设备的模具是可以接受并且模具还可以在一定程度上简化.因此,我们就能看到越来越多的断开螺纹设计.

  至于瓶盖和瓶口的软硬问题,其实并不是设计师故意那样的做.原因是出自:瓶体的成型方案和瓶盖的成型方案不一样,瓶体成型方案按业内的说法叫注塑拉伸吹塑成型,因为瓶口在生产过程中是通过注塑成型,所以得到的强度也要高一些;而瓶盖则是由挤出成型,挤出成型的后果就是质密度低;所以软硬配合其实只是个意外,并不是设计师一开始的目标和要求.算是意外的收获.

  你的老师木有说错,硬接触确实没法做防水,但饮料瓶盖子的塑料不是硬的啊!

  当然的确没有橡胶那么软,于是,盖子的设计就走向了另一个方向:加大密封面积!在瓶盖内侧有一个O型的凸起,用以挡住瓶口,于是瓶盖的内部拧到一半后其实是这个样子的:

  如图,酱子设计之后,瓶子的封口密封面积就相当于扩大了好几倍,液体需要挤出的密封距离被大大延长了,至少在密封界限周围的水压不会太大。

  所以某些瓶子的瓶口和瓶身并不是一体的,这也是为了满足瓶口与瓶盖契合精度的需要。

  最后,瓶盖和瓶嘴并非完全契合,而是要把瓶盖的里面做得小一点,这样旋紧后这部分结构就会被强力挤压,更紧密的与瓶嘴贴合,达到密封目的。不信你可以捏一下所有的饮料瓶,都是瓶盖较软,而瓶嘴较硬。

  这只是一个外行的猜想,外行的试验,我没有条件去验证很多可能性,所以这是一个不精确不严谨的答案,大家看看就好,有问题请指正,我会更新进来,非常感谢大家。

  同时关于螺纹,我还是要表示一点疑问,我昨天特地扒着全实验室师兄师姐师弟师妹买的饮料瓶看了一下。

  发现这么一个规律,碳酸饮料内外螺纹都是间断的,间断很大,纯净水、养乐多等非碳酸饮料是瓶盖瓶口有一个是间断,另一侧连续的。第一个我可以理解,是为了放气防止崩瓶盖,第二个是为什么要间断呢?请教一下

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  首先我找了个瓶子,这个瓶子有点特点——螺纹不连续。瓶口螺纹不连续,并且瓶盖也不连续,可以看下面的照片。这就使得【靠螺纹密封】可能性就大大降低了,因为螺纹不连续,如果靠螺纹,水总有路径能留下来,旋转过程里面,总有断点重合的时候,所以【1.螺纹密封】对于这个瓶子,不适用。

  是可以的,即使是间断螺纹,虽然不能任何位置都密封,如果断口恰好被瓶盖螺纹遮挡,是可以密封的。

  买一瓶碳酸饮料,摇一下,瓶盖慢慢地只拧一两圈,注意听声音,有些位置声音几乎没有就是密封起到作用了~

  然后,请注意上面一张图上的瓶盖,我擦干了所有的水渍,同时擦干了所有瓶口的水渍,确保不会有干扰。接着,把瓶子盖上拧死,倒过来一下再放正,打开瓶盖倒过来观察。

  可以看到水只浸润了瓶盖里面内圈凸起以内的部分,所以毫无疑问,是这个内圈凸起起到了密封的作用。拧盖子时候能感觉到最后有一个点阻力突然变大,说明这个圈凸起的外径是略大于瓶口内径的,拧到最后的时候两者会互相挤在一起

  而且仔细观察,瓶口上沿接触的瓶盖部分不完全是凭平整的,而是有点突起和弧度的,也是为了能和上沿更好的接触形成密封

  就像图里这样,其实画的有点夸张,那个弧度凸起没有那么大,我画图为了能表示出来把它放大了。

  图是用Windows自带画图画得,当时用了一台没有CAD也没有AI的电脑,只能将就一下

  所以水瓶盖能不漏水,我猜主要靠得是内圈的凸起和瓶口的挤压,以及瓶盖上沿和凸起两侧的弧形凸起的贴合。螺纹可以密封,我猜螺纹更主要的作用还是提供一个压力。

  1.矿泉水盖基本配料为LDPE和HDPE,配比60%和40%,材料密度影响密封。

  2.细细观察矿泉水盖内部中间有一圈凸起,我们称之为内盖,内盖塞在瓶口内部,外盖卡在瓶口外部。塑料盖国标的公差范围基本没什么用,都是设计好模具做好样品之后,放入密封测试仪里检测。

  测试方法,几个不同腔号(不同机器生产)的瓶子加颜料水加盖密封后,放入线分钟,取出观察密封,不行重来,就是这么呆。

  而碳酸饮料则是在此基础上加了个“eva模塑垫片”卡在盖子里。此类盖子无内盖,因为eva密度可以抵抗二氧化碳冲击。

  潜伏知乎一年,我发现大部分人感兴趣的都是普通水盖,其实酒盖子的密封更有趣,类似于墨家机关巧术。比如有的酒盖子里头有玻璃球密封,利用密度浮力、重力,静置时利用重力使小球卡在内盖口(既防酒挥发又防酒倒灌),倒酒时利用酒与玻璃球的密度差,小球浮起控制流量及流速。

  一些不知道的人瞎比比,本人是专业搞静止机械密封的。螺纹密封只有椎螺纹可以,分别是美标的NPT和国标的RT螺纹,而且这两种螺纹密封必须要用到魔绳,生料带或者螺纹密封胶,没有螺纹填充物只靠螺纹是无法密封的。

  饮料瓶首先是平螺纹,其次我们也没在螺纹上看到填充物,所以肯定不是螺纹密封。这种一般是密封垫片或者o环,小的时候饮料瓶盖上有个软软的膜片,这就属于垫片密封,现在的没有那个垫子了,预计应该是改成了o环的变形模式。至于很多人说的用力拧紧螺纹就不漏了,所以起密封作用的就是螺纹,这个分情况,椎螺纹确实,对于我们普通民用的来说,其实是通过拧螺纹来挤压垫片或者o环加强了密封,没有密封垫片或者o环,你拧烂平螺纹都没用。

  己前喝的可口大多数是靠瓶口端面与瓶盖平面相抵密封的。现在喝的可乐大多数是瓶塞式的密封。靠的是瓶口内壁与相对软的盖塞过盈接触密封的的。这两种很好分别。稍加旋转即出现泄汽的第一种密封,旋转一定角度才开始泄汽的是第二种密封。

  以前看过新闻说饮料在冰水里放久了冰水里的细菌会渗入。记者拿墨水做过实验 第二天黑墨水真的渗进瓶子里了哦(没开封的) 但这是很久以前的啦 不知道现在有没有改

  从材料的角度讲,塑料不是绝对的硬密封。因为塑料只具备一定程度的结晶形态或者玻璃形态。剩下的具有橡胶形态。选取橡胶形态成分高的塑料,甚至可以在简单设计中完成低压密封。

  说句题外话,硬接触是可以做防水的,比如过盈配合,油封,如果硬接触指的是理想刚体的话那只要接触面表面平整度精度高于水分子也可以防水吧,不过还要考虑到水压。另外塑料材料本身有一定的弹性,通过过盈也可以达到一定的效果吧