第三篇塑料包装容器结构设计与制造

第三篇塑料包装容器结构设计与制造

山东大学包装工程系

第一章塑料包装容器概述

塑料的种类：热塑性塑料和热固性塑料塑料包装容器：刚性和柔性

山东大学包装工程系《包装结构技术》

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第三篇塑料包装容器结构设计第一章塑料包装容器概述

按结构特征

箱盒桶罐软管袋半壳状容器集装箱托盘

一、塑料包装容器的类型


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种类材料成型方式结构应用

箱 PP、 HDPE

注射、模压

矩形、方形、梯形

箱壁多采用强筋强化

食品、饮料、啤酒等玻璃瓶装或袋装商品的周转包装，也大量用于工厂内半成品、配套零件等的周转包

装。

盘式包装

PE、 PS(聚苯乙烯 )、 ABS、UF(脲醛 )

注射、模压广口多为一次性使用的销售包装容器。广泛应用于食品、医药品、化妆品

等货物的包装。

中空容器

PE、 PP、PVC、 PS、

PET(聚酯 ) 热塑性塑料

小口径瓶：中空吹塑；广口瓶：中空吹塑和注射成型

圆形、方形、异形及带把手的瓶，瓶口多有螺纹。

塑料瓶广泛用于饮料、医药品、化妆品、洗涤剂、农药等货物的包装。



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大型塑料桶、罐

HDPE、 SMPE

挤出吹塑和旋转成型口部结构有小盖密封式、大盖密封式和敝口盖密封式等

用于化工产品、盐渍食品等货物的包装。

半壳状容器 (杯、盒、浅盘 )

PVC、双向拉伸 PS、发泡 PS、 PE、ABS等片材

热成型方法可带盖密封，也可薄膜密封

大量用于冰淇淋、快餐面、儿童食品、医药品以及日用品的

包装。

软管 LDPE、 CM

管体用挤出法成型，管肩管颈用注射法成型，两部分熔接在一起构成

软管。

用于医药、食品等膏状、乳状或液状商品的包装。

集装箱、托盘

HMPE(高分子量聚乙烯 )和增强塑料

注射成型和模压成型其强度要求高用于商品的运输包装

塑料袋以及容器附件如瓶盖、泡沫衬垫等


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二、塑料容器成型工艺

按成型方法

模压注射挤出中空吹塑旋转真空发泡

注射挤出拉伸


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1 、材料 (1) 包装、储存、运输中的环境条件和作业要求 (2) 包装内装物对材料的形态要求 (3) 卫生法规 (4) 印刷 2 、成型工艺及模具 3 、容器使用环境、条件 4 、经济性

三、塑料容器结构设计考虑因素

第二章模压和注射成型容器

山东大学包装工程系


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第三篇塑料包装容器结构设计§2.1 模压成型容器

模压成型也称压制成型、压缩成型。工作原理：物料→→ → →模具加热、加压成型应用：热固性塑料，少量热塑性塑料特点：可制备大平面制品；设备、模具简单；制品

的性能优良；成型周期长

§2.1 模压成型容器


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模压成型设备：压力机、模具压力机的规格： SY － X

塑料液压机吨位

一、模压成型设备


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模压成型设备：压力机、模具



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1 、模压成型工艺过程准备 ( 预压、预热 )→ → → → →加料合模排气固化脱

模


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2 、模压成型工艺条件

二、模压成型工艺

工艺条件

模具温度

模压压力

模压时间

模温决定流动性、反应速度和制品质量模温↗→熔体黏度↘制品的物理机械

性能↗固化速度↗ 模温过高→不利于充模；制品易变色；

制品易变形模温过低→表面无光泽；物理性能降

低；生产率低

模温的确定：厚制品 ( 低温长时间 ) ；预热坯料 ( 高温 ) ；流动性好，反应速度快的物

料 ( 低温 ) ；形状复杂，薄壁制品 ( 高温 )


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工艺条件

模具温度

模压压力

模压时间

定义：制品在受压方向上单位投影面积上所受的力。

作用：加速塑料流动；提高产品密实度，防止变形，减少毛边

常用压力

模压压力的确定原则：流动性好 ( 降低压力 ) ；固化速度快 ( 提高压力 ) ；压缩率大 ( 提高压力 ) ；模温高 ( 提高压力 ) 形状复杂、深度大、薄壁制品 ( 提

高压力 ) 预热塑料 ( 相对低的压力 )



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工艺条件

模具温度

模压压力

模压时间

模压压力对工艺及制品性能的影响

↗ 压力→物料流动性↗ ↗ 压力→密实性、机械性能↗ ↗ 压力→成型收缩率↘ ↗ 压力→模具寿命↘ ↗ 压力→克服低分子物的膨胀



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工艺条件

模具温度

模压压力

模压时间

定义：物料在模具中从开始升温加压至固化完全，卸压为止的时间

确定原则：模温高 ( 短 ); 压力高( 短 ); 预热 ( 短 ); 厚制品 ( 长 ); 交联反应速度慢 ( 长 )

模压时间对性能的影响时间↘，物理性能↘光泽性↘ 时间↗，生产率↘，收缩率和内应

力↗（过热）适当延长，可有利于性能的改善



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第三篇塑料包装容器结构设计§2.2 注射成型容器

注射成型又称注射模塑或注塑。注射成型能制得外形复杂、尺寸精确、带有嵌件的

制品，其成型周期短、效率高，且易于实现全自动生产。

但注射成型设备投资大，模具结构复杂，制造成本高。因此只有在大批量生产时才具有较好的经济性。

注射成型适用于各种热塑性塑料和部分品种的热固性塑料。

§2.2 注射成型容器


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①注射系统

②合模系统

③液压系统和电器控制系统

一、注射成型设备

注射成型设备

注射机

塑模

柱塞式

移动螺杆


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1 、注射机①注射系统：塑化部件、计量装置、传动装置等②合模系统：固定模板、移动模板、合模机构、顶

出机构、调模装置、拉杆和安全保护装置等③液压系统：液压元件和回路及其它附件所组成。电器控制系统：电器元件和仪表组成。



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2 、塑模注射模主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成。

浇注系统是指塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分，通常包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。

成型零件是指构成制品形状的各种零件，构成型腔的各部件统称为成型零件。包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。

结构零件是指构成模具结构的各种零件。



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图 3-12 单分型面注射模具

1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道


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①主流道主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道。主流道顶部呈凹形，以便与喷嘴衔接。主流道进口直径稍大于喷嘴直径，以避免溢料。


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②冷料穴它是设在主流道末端的一个空穴，用以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料，从而防止分流道或浇口的堵塞。如果冷料混入型腔就会影响制品质量。


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③分流道它是连接主流道和各个型腔的通道。分流道在模具上的排列应成对称和等距离分布。分流道通常采用的是梯形或半圆形截面，而且是开设在带有脱模杆的一半模具上。


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④浇口浇口是接通主流道或分流道与型腔的通道。其截面积通常小于主流道或分流道。浇口的作用是：控制料流速度；可防止倒流；使通过的熔料受到较高的剪切而升温，使表观粘度降低，流动性提高；便于制品与流道系统分离。类型：直、边缘、环形、扇形、针点、耳形等


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⑤型腔型腔是模具中塑料制品的成型空间。构成型腔的各部件统称为成型零件。成型制品外表面的零件称为凹模或阴模；成型制品内表面以及孔、槽等的零件称为凸模或型芯，也称阳模。


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⑤型腔设计成型零件时首先根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差和使用要求等来确定型腔的总体结构。其次是根据确定的结构选择分型面、浇口和排气孔的位置以及脱模方式。最后则按制品尺寸进行各零件的设计及确定各零件之间的组合方式。


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⑥排气口排气口是模具中开设的一种槽形出气口。 ⑦结构零件结构零件是指构成模具结构的各种零件，包括导向、脱模、抽芯以及分型的各种零件。

⑧塑模的冷却装置冷却装置是为熔料在模具内冷却定型而设置的。



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3 、注射机基本参数及其与注射模具的关系 (1) 最大注射量 PS标定：

(2) 注射压力：由注射机的类型、喷嘴形式、塑料流动性、模具结构决定

(3) 锁模力：等于垂直于制品和浇注系统在垂直锁模方向的分型面上的投影面积之和乘以型腔熔体的压力 P （ P=K·pa)

2

1max

GG


额定注射量PS 密度

所选材料密度


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3 、注射机基本参数及其与注射模具的关系 (4) 安装尺寸 (5) 开模行程和顶出机构



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二、注射成型工艺


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(1)塑化塑化即塑料在料筒内经加热达到流动状态，并具有良好可塑性的全过程。

(2)注射注射即柱塞或螺杆前移将塑化好的熔料推压注入闭合模腔的过程。

(3)定型定型过程从塑料熔体进入模腔开始，而后经过模腔注满，熔体在控制条件下冷却定型，直至制品从模腔中脱出。

①充模阶段。充模阶段从柱塞或螺杆前移直至塑料充满模腔为止。

②压实 ( 保压 ) 阶段。压实阶段从熔体充满模腔起至柱塞或螺杆撤回为止。

③倒流阶段。本阶段从柱塞或螺杆后退开始到浇口处熔料冻结为止。 ④冻结后的冷却阶段。冷却阶段从浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中脱出为止。

⑤脱模

工艺过程



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温度

压力

时间

注射成型工艺参数

料筒温度喷嘴温度模具温度

塑化压力（背压）注射压力

注射时间闭模冷却其它

充模保压冷却

成型周期



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第三篇塑料包装容器结构设计§2.3 塑料容器结构设计与工艺性

工艺性设计的原则： 1 、考虑成型工艺性 2 、力求结构简单 3 、考虑到模具的总体结构 4 、外观要求高时，可先成型后绘制图样

§2.3 注射和模压塑料容器结构设计与工艺性


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1 、塑料制品尺寸的大小决定于塑料的熔体流动性、塑件的壁厚、成型设备

的规格与型号等

一、塑料制品的尺寸精度和表面质量


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2 、影响尺寸精度的因素

成型模具的制造精度、磨损、结构成型材料：收缩率的波动成型工艺条件制品结构存放的条件



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A 、成型模具的制造精度、磨损、结构⑴ 制造精度

制造公差成型零件的制造公差

可动成型零件的配合公差

固定成型零件的安装公差

模具制造公差对不同尺寸的制品尺寸精度的影响不同

小尺寸影响大

大尺寸主要受收缩率波动的影响



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A 、成型模具的制造精度、磨损、结构⑵ 磨损熔体的流动、脱模→ →磨损尺寸精度

设计磨损量时考虑的因素

a 模具的使用寿命

b 塑件的尺寸——对小件影响大

c 成型材料对成型零件的影响

d 模具材料的耐磨性、热处理状况及表面处理



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A 、成型模具的制造精度、磨损、结构

⑶ 模具结构

a 单型腔模具成型的制品精度高

b 离浇口远、浇口断面尺寸小→收缩率大→精度低

c 分型面的位置→溢料边的位置→垂直于分型面的尺寸精度低

d 型芯、顶杆的固定方式、顶出装置的形式、型腔的拼合的方式及加工方法



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A 、成型模具的制造精度、磨损、结构

⑷ 制品的尺寸精度与模具结构的关系

模具直接决定的尺寸

不由模具直接决定的尺寸

一般尺寸

角隅处圆角的曲率半径

中心距尺寸



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B 、成型材料——成型收缩率的波动

影响成型收缩率的因素

成型工艺条件

材料特性——收缩率在某一范围

材料收缩率小→尺寸精度高（聚碳酸酯、 PS、 ABS）

材料收缩率大→尺寸精度低（ LDPE）



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B 、成型材料——成型收缩率的波动

SS LSSd )( minmax

收缩率波动引起的制品尺寸变化值

塑料的最大收

缩率

塑料制品的名义尺寸

塑料的最小收

缩率



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C 、成型条件

成型收缩的形式

a 热收缩：非晶材料

b 结晶收缩：结晶材料

c 分子取向收缩：料流方向收缩大

模具温度＜熔料温度→熔料在型腔中流动的方向上存在速度梯度→剪切→产生取向



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T、 P、h对塑料成型收缩

的影响

a 熔料温度——影响较小单方向： t ↗ 剪切↘ 分子取向↘ 收缩率↘ 双方向： t↘料流方向 ( 相对于料流垂直方向 ) 的分

子取向↗料流方向收缩率↗ b 模具温度：影响熔料的冷却固化结晶性塑料：结晶速率←冷却速率←模具 T

T ↗ 冷却速率↘ 结晶时间↗ 结晶度↗ 收缩率↗ 非结晶性塑料：热收缩 T ↗ 脱模后热收缩量大↗收缩率↗



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的影响

c 注射压力 P ↗ 熔融粘度差↘ 剪切作用↘ 分子取向↘收

缩率↘ 另外， P↗制品脱模后弹性恢复↗收缩率↘



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的影响

d 注射时间：注射螺杆或柱塞将熔料充模型腔并保持一定压力的时间

充模时间保压时间：↘ 收缩率↗ 凹陷、气泡↗ ↗ 收缩率↘残余应力↗ 脱模困难 e 冷却时间非结晶性塑料：影响不大结晶性塑料： ( 理 )冷却时间↗ 结晶度↗收缩率↗ ( 实际 )冷却时间↗ 收缩率↘ 原因：冷却可以均匀进行，型腔内的熔料可以充分固

化，使制品的尺寸更接近于型腔尺寸，因而成型收缩率减小



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D 、制品结构形状

对收缩率的影响

a 薄壁制品的收缩率小

b 带有嵌件的收缩率小

c 形状复杂的收缩率小



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E 、成型后的存放条件

温度、湿度的影响

a 热固性塑料制品：湿度

b 热塑性塑料制品：温度

c 吸湿性强的塑料 (尼龙 )：温湿度

存放不当→翘曲、变形



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3 、塑料制品尺寸精度和公差

原电子工业部颁发的塑料制品尺寸公差标准

分八个等级，每一种塑料可选择其中三个等级：高、一般和低



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3 、塑料制品尺寸精度和公差2级 : 0.05mm

3~5: 0.1mm

6~8: 0.2mm

A 对不由模具直接决定的尺寸公差：表中数值＋附加值无公差要求的自由尺寸，选用标准中的八级

B 孔类：表中数值冠以“＋” C 轴类：表中数值冠以“－” D 中心距尺寸：数值的一半冠以“ ±”



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4 、塑料制品的表面粗糙度

A 透明塑料：透明盒、饮料瓶→透明度、表面光泽度↗ →低粗糙度

B 某些盒、瓶的外壳：掩盖制品表面产生的冷疤、丝痕、云纹等缺陷→桔皮纹、木纹、亚光面 →提高商品的质感→模具的型腔是电脉冲加工的粗糙表面



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模具型腔表面的粗糙度

塑料的品种

成型工艺

低粗糙度：聚笨乙烯、聚酯、聚碳酸酯、 ABS

高粗糙度：聚乙烯

透明塑料：阴阳模的粗糙度相同

不透明塑料：根据情况而异

注射：低粗糙度

4 、塑料制品的表面粗糙度

塑料制品表面粗糙度的影响因素



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1 、塑料制品的内外形状

二、塑料制品的结构设计


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2 、脱模斜度



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2 、脱模斜度 (1) 脱模斜度的取法轴：外表面脱模斜度，保证最大端尺寸，斜度向偏小方向取；

孔：内表面脱模斜度，保证最小端尺寸，斜度向偏大方向取



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常见制品的脱模斜度经验数据： a 、塑件沿脱模方向常用的斜度值为 1～ 1.5° ，也可以小到

0.5° 。 b 、当使用上有特殊要求时，斜度可采用外表面 5′ ，内表面

10～ 20′ ，只有塑件高度不大时才允许不设计斜度。 c 、凸台和加强筋单边应有 4～ 5° 的斜度。 d 、沿脱模方向有几个孔或呈矩形格状，而使脱模阻力增大

时，宜采用 4～ 5° 。 e 、侧壁带有皮革花纹时，应有 4～ 6° 的斜度。



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(2) 脱模斜度的选择原理 ①性质脆、刚性大的塑料以及增强塑料，脱模斜度应取大些。 ②收缩率大的塑料，应适当加大制品内表面的脱模斜度，相应减小制

品外表面的脱模斜度。 ③制品精度要求高的，应采用较小的脱模斜度；而精度要求低的，应尽量采用较大的脱模斜度，以利于制品脱模。

④制品形状复杂的、不易脱模的，应采用较大的脱模斜度。 ⑤制品较高、内腔较深时，应采用较小的脱横斜度。 ⑥制品壁较厚时，内表面的脱模斜度应取大些。反之，应取小些。 ⑦为了在开模时使塑件留在型芯上或型腔内，则应将该边脱模斜度减小，或将对边脱模料度加大。

⑧模压成型深度较大的容器时，不单要求阴阳模应有足够的斜度，而且希望阳模斜度大于阴模斜度。



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3 、塑料制品的壁厚

壁厚设计的影响因素

A 成型时间

B 制品强度

C 熔体的流动性

D 流程



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A 、壁厚与冷却时间的关系冷却时间（成型时间） T ：在正常的注射成型条件下，热塑性制品壁最厚处的中心温度达到成型材料的热变形温度所需要的时间。

T～ t2

t T ↗ ↗ 成型周期↗ 生产率降低



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B 、壁厚与强度关系 t≤5mm ， t ↗ 强度↗ t＞ 5mm ， t ↗ 强度不一定增加，且易出现缩孔、翘曲、应力集中等问题。



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C 、材料的流动性决定了最小壁厚壁厚减小会出现不满模或不能成型



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D 、壁厚与流程的关系流程 L ：熔料从进料口流向型腔各处的距离壁厚减小会出现不满模或不能成型 t～ Lmax



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D 、壁厚与流程的关系流程 L ：熔料从进料口流向型腔各处的距离壁厚减小会出现不满模或不能成型 t～ Lmax

充不满模时的改进措施： t ↗ 改进进料口位置， L↘



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设计要求：一定的厚度，厚度均匀



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4 、加强筋和防变形结构



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塑料容器变形的原因

防变形结构

扭曲 (平板状 )

翘曲 (箱、盒侧壁 )

材料本身刚性小，易变形

料流方向与与之相垂直方向的收缩差

材料本身

收缩差 : 型芯温度高于型腔温度，引起侧壁内外两面的收缩差料流方向与垂直方向的收缩差

解决：多点浇口进料，打乱料流方向

解决：冷却模具型芯、设计防变形结构，使厚度均匀、其它


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防变形结构


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防变形结构


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防变形结构


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5 、圆角 (1) 使用圆角的原因：尖角存在应力集中 (2) 圆角的作用 a 防止应力集中 b 减少充模阻力 c 提高强度 d 提高模具的使用寿命



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5 、圆角 (1) 使用圆角的原因：尖角存在应力集中 (2) 圆角的作用 (3) 应力集中系数与圆角半径的关系



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6 、支撑面、孔及局部结构



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6 、支撑面、孔及局部结构

孔的设计原则

1 、孔与孔的间距取孔径的两倍以上 2 、与端边距离取孔径的三倍以上 3 、周边加厚 4 、盲孔底部厚度不要小于孔径的 1/6 5 、盲孔不宜太深 6 、两型芯对接成型的通孔，宜将其一放大



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6 、支撑面、孔及局部结构铰链：



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6 、支撑面、孔及局部结构铰链：



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6 、支撑面、孔及局部结构螺纹：



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6 、支撑面、孔及局部结构模塑螺纹的成型方

法（ 1 ）用螺纹型芯

或型环成型（ 2 ）瓣合模成型



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或型环成型（ 2 ）瓣合模成型（ 3 ）强制脱模



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或型环成型（ 2 ）瓣合模成型（ 3 ）强制脱模



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6 、支撑面、孔及局部结构嵌件

嵌件的设计原则

1 、考虑材料的 CTE

2 、周围的壁厚3 、嵌件的形状4 、各尖角部位采用倒圆角5 、成型操作、模具制造、安装方便等6 、固定方式



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6 、支撑面、孔及局部结构角撑



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6 、支撑面、孔及局部结构凸台：塑料制品上突起的短圆柱状或其它形状的台阶



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6 、支撑面、孔及局部结构表面花纹：美化制品，方便使用；掩盖冷疤、波纹等成型缺陷

（ 1 ）不影响脱模（ 2 ）顺脱模方向（ 3 ）可均布，也可集中布置（ 4 ）花纹不宜太细，太矮（ 5 ）平面的花纹可直线可网状（ 6 ）装饰花纹的脱模斜度



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6 、支撑面、孔及局部结构表面文字、图案及标注符号


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