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【玻璃】浅谈几种制瓶工艺

2016/07/14 来源:玻璃容器委员会

赵民生1   沈佩忠

 

一.人工吹制期(1880年之前)

       人类在古代就用双手来做各种事情了,人劳累且效力又低。可是吹玻璃瓶的工人不仅要用双手而且还要用他的肺。人的肺是用来呼吸的,而玻璃瓶工人却要用它从事吹制玻璃瓶。因此他们十分辛苦,无比的辛苦。见图一:

图一

      在漫长的岁月里,制瓶就是用一根长铁管,工人们将其伸到玻璃熔炉内,将玻璃液挑出,双手不停的转动,然后工人们用嘴对准铁管,略吹一小泡,(类似初料胚)再将此小泡放入成形的模具里,用嘴将其吹成最后的形状。此时铁吹管已经与玻璃液紧紧地凝固在一起,不可能拔出,必须有另一个人在近铁吹管的玻璃处,用工具沾水将其瓶颈敲断,然后将玻璃瓶送去退火。吹制工人再将粘在铁管上的玻璃液,放入冷水中急冷将凝固的玻璃除去,此时人工吹制瓶过程总算结束。当时成形的玻璃瓶在其瓶口形成一个锋利切面,这在使用时很不安全。但在当年我们见到此瓶贴上商标,也完全进入了市场。见图二

图二

   用人工一次吹制玻璃瓶,延续了几百年,一直没有变化。其中也有聪明人发明了几种方法对应尖锐的瓶口:

       1. 磨削,使用砂轮等工具将瓶口进行磨削,先是人工磨,后来发展为用机器磨削。但是磨出的瓶口并不理想,而且费工又费时。见图三:

图三

       2. 吹管从瓶口吹改为从瓶底吹,然后吹管从瓶底拔出,再封好瓶底。这样可以得到一个光滑的瓶口。但是要将铁吹管从瓶底拔出谈何容易成品率低,同时又要封底也是费工费时。见图四:

图四

       3. 采用火抛光法,利用玻璃的软化点,用火焰抛光 ,可以得到一个光滑的瓶口。但在几百年之前,没有火焰控制的手段,烧出来的瓶口并不理想变形、不圆、不平以及瘫口等情况屡屡发生。见图五:

图五

  从以上人工制瓶可见,古老制瓶法瓶口不能做到玻璃瓶一次成形。瓶口要二次加工费工费料(一部份玻璃液白白浪费掉了)。

  此时期的制瓶完全是个人的“技艺”。无论是制瓶的吹小泡、吹成形以及瓶口的磨削与火抛光等都是工匠们的个人技能决定其质量与产量。

  当年的制瓶工(包括童工)在灼热的窑炉旁,双手忙碌着,用他们的肺做动力吹制一个又一个的玻璃瓶,日复一日,年复一年制瓶工们无比辛苦地劳作着。

  如何设想出新的制瓶工艺来解决制瓶的问题。玻璃瓶制造的前辈们在探索着、实践着艰难地欲找出一种新的制瓶工艺。

二.1882年压&吹法的发明(Press&Blow Process)

  在1880年以前已陆续出现了一些关于制瓶工艺的设想,许多研究者努力把早已发明的并投入生产的器皿压机工艺作为制瓶工艺的第一步。1882年,亚博加斯特(Arbogost)在美国获得一项专利,其内容包括利用压型、转移、随后在另一个模子内吹成成型的瓶子。利用此项专利的原理,便开创了用压&吹法制造广口瓶的半自动制瓶工艺的时代,玻璃液得到100%的利用。1885年已经能够用机器生产螺纹口的家用罐头瓶。使制瓶工业开始了一个新纪元。

       今天人们仍然使用此压&吹法的工艺(也称为62法)。见图六:

图六

三.1885年发明了吹&吹法的工艺(Blow&Blow Process)

       大概与此同时在1885年英国的阿什累(Ashley)提出了用吹&吹工艺生产小口瓶的基本原理。他经过仔细分析发现必须把初型模倒置,模底向上敞开,才能有足够大的开孔来接受玻璃料滴。同时瓶口必须首先成型,要使料胚转向成模,还必须借助一个口钳来进行料坯的翻转和转移。经过反复试验,发展出在初型模中采用压缩空气进行“扑气”(Settle Blow)和“倒吹”(Counter Blow)的工艺。直到今天,虽然这种工艺进行过许多改进与改善,但基本原理仍然未变。见图七:

图七

       以上二种制瓶方法,其原理均是先做成一个初坯,初料胚与玻璃瓶成品就像婴儿与成人一样。此初坯已有了完整的瓶口。见图八:

图八

   然后由人工或者机械将此初坯移放进成模中,将其吹成最终瓶形。做出最终的产品。

       人们称此为制瓶二步法,此二项制瓶工艺的发明,使得制瓶时瓶口与瓶身一次性完成,并使玻璃液100%得到利用,使得制瓶技术得到革命性的发展

       在以上压&吹法与吹&吹法的原理基础上,在漫长的制瓶岁月里,人们根据制瓶工艺各自的优缺点,对其进行了一系列改善。现介绍其中目前还在使用的几种:

四.5.1法与5.2法的介绍

       由于吹&吹法采用了扑气,使得部分的玻璃液变冷,经倒气初胚的玻璃液分布不均匀,最后玻璃瓶有断腰(Settle Wave)现象。

       5.1法它瓶口成形采用真空成形,而不用扑气,这样玻璃瓶就没有断腰的现象。并且瓶口部不过冷,它可以改善不良的分布。由此可以减轻瓶重。同时减少了漏斗与闷头的动作,可适当提高机速。见图九:

图九

       5.2法与5.1法的区别,仅在瓶口真空成形时补加一些“扑气”,它主要应用于某些初模较长同时狭窄,料滴可能会挂在初模内腔,或者是瓶口直径小于26毫米的长颈玻璃瓶。经验表明:采用这种制瓶方法,要尽量减少扑气时间以及扑气的压力。要在初模内腔涂以固体涂料(S.F.L)。以帮助料滴顺利初模内腔。在使用5.2法生产时,料滴的温度与料形是十分重要的,操作时涂油要少。

       以上二种制瓶工艺在国外均有运用。

       联想在上世纪60中期-90年代初我国大量使用林取制瓶机(Linch Forming Machine),由于它采用吹&吹法真空成形瓶口(不用扑气)生产小口玻璃瓶。当年的玻璃瓶的“断腰”现象就不是很突出。

五.LPBB(Light Production Blow&Blow Process)吹&吹法生产轻量瓶(又称9.5法)。

       近几年,由于真空的新技术的发展。在国外采用了LPBB制瓶法。LPBB 也是采用吹&吹法生产轻量瓶。LPBB法是初模采用真空形成瓶口的工艺法。但是此真空的产生是由压缩空气冲出射流产生附壁现象,从而产生真空的。见图十:

图十

       此种真空的产生仅用压缩空气作动力,不需要另外的真空泵与众多的管路等设备,它可避免管路堵塞等弊端。由于此种制瓶工艺没有扑气,因此它也没有“断腰”现象。玻璃瓶玻璃的分布得到改善,它可以减轻瓶重并可提高机速。此技术是近十几年的新发明,国外有成熟的经验。有志者可先探讨一下逐步进行试验。

       六.4.1 与4. 2法的介绍

       4.1法与普通的压&吹法相似,其主要改动是初模为一整体。见图十一:

图十一

       4.2法与4.1基本原理是一样的,仅是翻口的方式与4.1法有所不同。

它们的特点如下:

       1.初模是一整体,

       它坐落在口模上,它的上下运动与左右摆动是由漏斗气缸改动来驱动的。

       2.没有初模开与关,由于此动作不用,须将花键轴拔去,并且用铁板将其孔盖上封闭,它可以加快机速。

       3.口模必须要加装夹紧装置,以防在冲头冲压时,口模被涨开。

       由于4.2法与4.1法它们的初模是整体的,所以没有初模的开关动作。因此它没有初模合缝线,初模温度较均匀,玻璃瓶料液分布较均匀,玻璃瓶可以做得较轻,同时它初模没有开与关的动作,因此机速可以提高较多。它特别适用于罐头瓶和果酱瓶等。此法目前在国外一些公司广泛地使用着。此制瓶工艺方法在我国不多见,有志者可以先了解进行探索,开拓此制瓶方法的领域。

七.小口压&吹法 (Narrow Neck Press&Blow Process)

       小口压&吹法在70年代由德国海叶公司首次提出并投入生产。小口压&吹的瓶子的均匀度得到大大地提高,因此可以大幅度地减轻瓶重,真正做到了轻量化,并且可以大幅度地提高机速。见图十二:

图十二

       由于小口压&吹法带来一系列的益处,因此在国外得到广泛的应用。 

       小口压&吹法在我国近几十年是一个热门的课题。但小口压&吹法的技术要求十分严格。它是一个系统的工程。首先原料的选择与自动电子称量要确保玻璃化学成份稳定,玻璃密度要控制在±0.001gm/cc。要保证熔制的质量使得环切在B级以上,窑炉玻璃液面波动要在±0.25mm以内。料道温度控制在±1.0℃,要保证制瓶机的气源的压力稳定性与真空系统等。它是制瓶工艺的整个系统工程。建议要试生产小口压&吹法的工厂,可先行做中口压&吹(瓶口在35毫米以上)或者生产一些次轻量瓶。结累一些经验后再投产小口压&吹法。以免欲速而不达。

       在制瓶历史的长河里,我们的先辈发明了许许多多的制瓶工艺。以上介绍仅是目前仍使用的几种。欢迎与各位同仁探讨与交流。

 

 

       注:1 赵民生——高级工程师、中国包装联合会玻璃容器委员会技术专家。


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