瓶型及容器材料对耐环境应力开裂影响分析

赵雅，周宇，俞璋凌（.安徽新华学院，合肥30088；.安徽艺术职业学院，合肥3060）

瓶型及容器材料对耐环境应力开裂影响分析

赵雅1，周宇1，俞璋凌2
（1.安徽新华学院，合肥230088；2.安徽艺术职业学院，合肥230601）

选择同一瓶型不同原料、不同瓶型相同原料的包装容器样品展开耐环境应力开裂测试并对数据进行分析比较。从未通过测试样品的开裂位置、截面区壁厚分布、瓶型曲率分析中看出包装容器原材料、壁厚分布、瓶型对测试结果的影响，为企业选择原材料及瓶型评估提供参考依据。

ESCR；瓶型；材料

1　测试概述

谈到包装容器的造型设计，有人往往认为就是一个简单的瓶子设计，无须高技术含量，无须经验。实际上，日用洗涤用品属于快速消耗品。据统计，仅仅联合利华旗下的日用洗涤类产品国内年销售量为5亿瓶左右，平均每分钟灌装120～240瓶（因瓶型不同数据有所波动）。另此，此行业一般为集中灌装后分销。以上行业特点，意味着包装容器要适应高效率的快速吹塑工艺线（120～192瓶/分钟）、高速理瓶机（400～450瓶/分钟）、高速贴标线（大约300瓶/分钟）、高速灌装线（大约250瓶/分钟）、适应长途运输需求，运输测试等要求。因此在保证高效率的前提下，一致性、高质量的容器需满足一系列的实验室、生产实际等测试才能判断为合格产品。任何环节出现问题意味着新项目存在缺陷，需要及时改进处理。

包装容器的测试项目很多，基本为两大类。第一，满足尺寸性要求的测试项目，如瓶盖配合、外箱配合等。第二，满足功能性要求的测试项目，如抗压测试、密封性测试、环境开裂耐受性测试、抗氧化阻隔保护内容物测试、抗跌落测试等。还要符合高速理瓶、贴标、灌装、上盖、装箱、码垛等生产实际的测试[1]。其中，耐环境应力开裂（Envi⁃ronmental Stress Crack Resistance）简称ESCR测试，使塑料暴露于化学介质中[2]，模拟极端苛刻条件下的仓储运输表现。影响此项测试结果的因素较多，本文从容器原材料及瓶型角度展开开裂测试实验并对其分析，为企业选择原材料及瓶型评估提供参考依据。

2　测试方法及条件

根据ESCR测试方法，遵循以下要求：

测试样品：空瓶常温保存72h

测试溶剂：指定溶剂或实际产品料体。

测试溶剂填装量：90%的满容量

测试环境：60℃（140℉）

测试时长：企业标准（如利洁时：7天；联合利华：3天；庄臣：15天）或实际需求。

此次测试选择3种代表性的圆瓶、椭圆瓶、方瓶（见图1、图2、图3），分别采用原料牌号Mar⁃lex50100、Marlex5502、Basell5831D、CSPC5621D进行打样，共产生出12类样品。每类样品挑选40个，指定洗洁精为测试料体，在恒温60°烘箱，单层整齐摆放，测试时长7天，其中一个样品出现开裂即为不合格。

3　测试数据及分析

在7天的耐环境应力开裂测试中，分别对同一瓶型不同原料的样品和不同瓶型相同原料的样品展开测试。

3.1同一瓶型不同原料

同一瓶型不同原料测试结果见图4.

从图4中可以看出：同一个瓶型因为选择原料的不同，发现样品开裂的时间有差异。CSPC5621D和Marlex5502第三天有开裂，测试未过；Ba⁃sell5831D第四天存在开裂，测试未通过；Mar⁃lex50100在第14天未发现开裂，顺利通过测试。

3.2不同瓶型相同原料

不同瓶型相同原料测试结果见图5。

从图5中，看似最简单最常见的瓶型1在测试过程中的结果出人意料。原料为Marlex5502、Ba⁃sell5831D、CSPC5621D瓶型1均未通过，只有材料Marlex 50100通过测试。原料为Marlex50100、Mar⁃lex5502、Basell5831D、CSPC5621D的瓶型2和瓶型3都能顺利通过7天开裂测试，即使在第14天未也发现开裂。

现对开裂渗透区进行分析，发现瓶型1在加热过程中，较其他两个瓶型底部明显出现凸起，开裂位置基本都出现在底部凸起与瓶身转折处，且方向与加工合模线垂直（见图6）。对开裂样品进行如图6位置的切割，测量截面区，裂纹位置的容器壁厚从1.38mm骤变到4.22 mm（见图7）。

同时用软件分析开裂区曲率分布[3]，可以看出开裂纹与瓶子曲率突变区相互重合（如图8）。

分析可以看出，相对其他二种瓶型，圆形瓶子在测试过程中更易产生瓶底凸起，与瓶身转折区的曲率变化区相互叠加，同时加工工艺导致的壁厚分布不均，三者相互作用使其在骤变区形成内应力[4]集中，产生开裂。

4　小结

通过对以上数据的分析和对开裂区调查及软件分析，得出以下结论。影响ESCR测试通过与否的因素有：

1）材料，分子结构、聚合方式等因素导致材料本身耐受性区别，不同牌号塑料本身的ESCR很不相同，势必影响生产加工出的包装容器。

2）壁厚分布，壁厚分布不均匀导致应力集中，同等条件下，开裂概率更高；

3）瓶型设计的不同，导致底部加热变形量的差异，部分瓶型变形量大，产生应力，诱发开裂。因此在设计阶段有目的地加强底部强度，以防止加热变形，同时引导瓶底与瓶身过渡区的平滑过渡，避免曲面骤变。

[1]郭彦峰.包装测试技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]周维祥.塑料测试技术[M].北京：化学工业出版社，1996.

[3]李杨，陈曲.基于SolidWorks的包装容器快速设计——以红酒瓶设计为例[J].包装学报，2012(1):53-56.

[4]H T Wang，B R Pan,Q G Du.The strain in the test environ⁃mental stress cracking of plastics[J].Polymer Testing，2003 (22)：125-128.

(责任编辑：郝安林）

An Analysis on ESCR Influence of Container Style and Material

ZHAO Ya1，ZHOU Yu1，YU Zhang-ling2
(1.Anhui Xinhua university,Hefei 230088,China；2.Artistic Vocational College of Anhui,Hefei 230001,China)

Environmental Stress Crack Resistance(ESCR)has been tested on samples of packaging container based on the same bottle with different materials and the same material with different bottles.Reliable basis for enterprises selecting raw materials and evaluating the bottle type can be got by the test result that the impact analysis of the raw material of packaging container,the wall thickness distribution and the type of bottle on the crack position.

ESCR;container style;material

TB47

A

1673-2928（2015）02-0013-03

2014-10-27

赵雅（1981-），女，河南南阳人，安徽新华学院土木与环境工程学院讲师，研究方向：产品造型设计。