玻璃陶瓷包装容器结构设计

一、概述

（一）玻璃陶瓷包装容器分类

1．玻璃包装容器分类

玻璃包装容器的种类繁多，按照不同的分类方法有如下几种。

(1)按制造方法分。①模制瓶。借助于模具成型的玻璃瓶罐。②管制瓶。由预先拉制成的玻璃管经二次加工成型的玻璃瓶。

(2)按色泽分。有无色透明瓶、绿色瓶、蓝色瓶、琥珀色瓶和不透明的混浊玻璃瓶。

(3)按造型分。有圆形瓶和异形瓶。

(4)按瓶口大小分。有窄口瓶（小口瓶）和广口瓶（以瓶口直径30mm为分界）。

(5)按瓶口形式分。有磨塞瓶、普通塞瓶、螺旋盖瓶、凸耳瓶、冠形盖瓶、滚压盖瓶。

(6)按用途分。有食品包装瓶、饮料瓶、酒瓶、输液瓶、试剂瓶、化妆品瓶等。

(7)按容积分。有小型瓶和大型瓶（以容量5L为分界）。

2．陶瓷包装容器分类

陶瓷制品根据用途可分为工艺陶瓷、艺术陶瓷和日用陶瓷。包装用陶瓷属于日用陶瓷。

陶瓷包装容器结构形成可分为如下几种。

(1)缸。敞口，上大下小，内外施釉，属大型容器。

(2)坛。造型上，上下两头小中间大，在外表面可制作结构性附件，便于搬运，是一种可封口且容积较大的容器。

(3)罐。是一种上下两头小中间大，可封口，容积较小的容器。

(4)瓶。是一种长径比较大，口小体大的容器。主要用于酒类的包装。

（二）玻璃陶瓷包装容器制造工艺过程概述

1．玻璃包装容器的制造工艺过程

玻璃包装容器的制造工艺过程为：各种原材料经适当处理后，贮于料仓；按配料单规定称量原材料；原配料混合均匀，将混合后的配料加入熔窑内，经高温加热熔融、澄清成玻璃液；玻璃液经供料系统送入成型机成型；成型后为消除容器制品的残余应力及提高强度，要经退火处理和后加工处理等工序，最后经检验即得成品。

玻璃包装容器成型的主要方法有吹制法和拉制法，分别用于制造不同的玻璃包装容器。

2．陶瓷包装容器的制造工艺过程

陶瓷包装容器的制造工艺过程为：根据陶瓷的种类和用途制备坯料；采用不同的成型方法制得生坯；生坯经干燥、修整后可施釉装饰，最后经高温烧结，形成陶瓷包装容器。陶瓷包装容器的成型方法有可塑成型法、注浆成型法和压制法3种。

可塑成型法，主要用于制造盘、杯等类陶瓷包装容器。注浆成型法，主要用于制造外廓复杂或呈细颈瓶型陶瓷包装容器。

压制法，很少用于陶瓷包装容器的成型制造，主要用于建筑工业用陶瓷的成型制造。

玻璃与陶瓷包装容器所用原料相同，都是硅酸盐材料，但制造工艺相差很大：玻璃包装容器是原料先成材后成型；陶瓷包装容器是原料先成型后成材。

二、玻璃容器结构设计

（一）玻璃容器的设计原则

与生产工艺协调，与所装产品种类协调，是两条重要的原则。

玻璃容器一般采用压制法、压吹法和吹制法3种生产方法。其生产方式按自动化程度又分为手工生产、半自动化生产和自动化生产3种。进行玻璃包装容器的结构设计时，不仅要考虑为完成容器功能所提出的要求，而且要使它的生产过程最简单，使其重量轻和耗料最少。同时要避免产生由于设计时未考虑生产方法和生产方式的特点而造成的商品缺陷。

玻璃容器结构设计的另一主要原则是配合所装产品的种类，所以设计时必须考虑产品的搬运、装填方法，放置于货架的要求，以及如何从容器中取用产品的要求等因素。

（二）玻璃容器的结构特点

从结构看，有细口瓶、大口瓶、罐头瓶和普通瓶之分。

1．细口瓶

瓶适用于贮存和输送一定量的液体。设计以前，首先必须了解瓶内内装物的性质（以便正确地选定瓶型），玻璃料的颜色及化学成分。还必须考虑能否适合生产条件。例如小口长颈瓶难以用自动制瓶机进行生产；而短颈溜肩瓶难以进行灌装作业；高瓶（相对瓶身直径而言）的稳定性差。

由此可见，为便于自动化制瓶，特别是半自动化制瓶，应把瓶子设计成介于长颈瓶与溜肩瓶之间的瓶型。

2．大口瓶

大口瓶是介于细口瓶和广口瓶（如罐头瓶）之间的一种瓶型，其瓶口内径大于20mm。它可以用压吹法生产，生产率高，适合半自动化和自动化生产。

3．罐头玻璃瓶

罐头玻璃瓶用于贮藏食品等内装物。密封后必须加热到85-100℃进行灭菌，冷却以后在瓶内形成真空。因此它的结构应能承受热作用和压力。

4．普通包装玻璃瓶

普通包装玻璃瓶通常用于装各种各样的内装物，因而玻璃瓶本身的形状及封口也是多种多样的，如：①装奶用大口瓶；②装啤酒用小容量(0.5L)。

（三）玻璃容器封口类型及瓶口设计

l．冠形封口

冠形封口常用于啤酒、清凉饮料以及启封后不再需要塞封的各种瓶子。

2．螺旋封口

对于经常开启而又不使用开启工具的瓶子，常采用螺旋封口。3．软塞封口塞封就是把塑料塞或软木塞压入到瓶颈内。

4．真空封口

真空封口是借助于瓶内物质加热冷却后产生的真空度，通过瓶口内外压力差而实现封口的。瓶盖材料常用马口铁，不能用多孔材料。它们的密封面都在瓶口上端。

（四）玻璃容器结构设计要点

1．形状设计

玻璃容器壁厚要均匀，如果结构上需不同的壁厚，应设计成平缓的圆弧过渡，容器的最大尺寸必须根据所选用的玻璃性质来确定；容器的棱角应呈圆弧形，因为外部的尖棱容易被碰掉；增加容器强度的方法不是增加厚度，而是采用表面起棱。

2．壁厚设计

凡是重量和尺寸已定的玻璃容器，与之相应的最适宜的壁厚也是一定的。这一厚度决定于送人模内的料温、模温、料的成分、容器重量以及玻璃料等。

3．斜度设计

在用压制法成型时，也应考虑好脱模斜度，而斜度的大小取决于压制制品壁的深度或高度以及玻璃料的收缩率。

4．瓶底圆角设计

瓶身底部的圆角取决于模身与模底的结合方式。若成型模身模底的结合系垂直于矫轴线，即圆角和瓶身的过渡处是水平的。

5．螺纹设计

玻璃包装容器大多用外螺纹。

（五）玻璃瓶结构强度

1．内压强度

内压强度是瓶强度最普通的表示方法。它与瓶型有关，一般而言，瓶型越复杂耐内压强度就越低。

2．热冲击强度

冲击强度是瓶耐骤冷骤热性的指标。由于玻璃瓶受冷作用发生热胀冷缩，使瓶壁产生复杂的张应力，当此应力超过玻璃强度时，瓶子即破裂。

3．机械冲击强度

玻璃瓶破裂的直接原因大多是机械冲击，但是由于很难得出标准冲击强度的正确结论，至今仍没有以定量表示冲击强度的标准。

4．垂直载荷强度

垂直载荷强度是指瓶子开盖或堆码时承受垂直载荷的作用。普通瓶的垂直载荷的垂直载荷强度是很高的，范围也比较大。

5．瓶型结构强度分析

一般情况下，瓶型越高、越复杂则应力集中越大，强度越小，瓶型越接近于球型，应力集中越小，强度越大。

（六）玻璃容器设计计算

1．瓶容设计计算

确定玻璃容器的实际容积，首先要知道该容积用于盛装什么物质，使用哪一种封口方法，对可能被加热的容器，还要确定灌装后连瓶带物的最高温度。此外还必须知道内装物的公称容量。所谓公称容量系指在20℃使用温度下所测得的瓶内内装物的容积量。

2．瓶重设计计算

确定瓶重要考虑成品壁厚和玻璃料密度。在多数情况下，物品重量决定于生产工艺或所用的制瓶机。实际上瓶重往往只是根据经验估算的。

3．瓶公差的设计计算

瓶尺寸公差应能补偿模具可能发生的一切误差和制品的变形。最重要的是变化幅度窄的瓶口尺寸公差，其次是瓶高与瓶直径尺寸公差。

4．瓶型设计计算

瓶型设计计算之前应先设计好外形轮廓，然后将画好的瓶正视图分为口部、瓶颈肩部、瓶身和瓶底4个部分。

当有关制品全部所需数据定出后，即可着手绘制瓶制作图，要尽量按实物大小绘制。局部位置可专门绘制放大图。若瓶上有文字或其他符号，也要一同绘制。

三、陶瓷包装容器的结构设计

进行陶瓷包装容器的结构设计必须兼顾包装功能、包装成本、美学价值和陶瓷成型加工工艺问题。其中包装的功能作用是首要的，它决定了陶瓷包装容器造型结构的基本形式，成型加工工艺及材料是陶瓷包装容器造型结构的物质条件。良好的陶瓷包装容器造型结构是综合考虑这些因素的结果。

（一）陶瓷包装容器的结构

陶瓷包装容器的结构组成有以下几个部分：

(1)瓶口。瓶口是被包装物装填倒出和封闭之处。

(2)瓶颈。瓶颈是瓶口和瓶肩的连接部位，起到辅助密封作用。

(3)瓶肩。瓶肩是瓶口、瓶颈部以下，且向陶瓷包装容器的容腔腹部过渡的部分。

(4)瓶腹。瓶腹是装填被包装物的部位，是陶瓷包装容器的主要部分。

(5)瓶足。是陶瓷包装容器的腹部到底部的过渡部分。

(6)瓶底。是陶瓷包装容器的支承部分。

(7)瓶耳、耳环等。是陶瓷包装容器的装饰性附件和功能性构件。

（二）陶瓷包装容器的结构与造型设计

进行陶瓷包装容器的结构与造型设计时，首先要了解被包装物的性质、形态、保护保存方法以及使用要求等来确定包装方法。然后在此基础上设计陶瓷包装容器的结构、大小以及口部的结构和密封方法等。

同时，必须考虑原材料和成型工艺方法的影响，应根据包装功能和被包装物的要求选择陶瓷包装容器制造原料，并根据原料的性能和特点设计造型结构，从成型工艺方法的角度应防止设计的造型结构出现整体或局部的变形和开裂。陶瓷包装容器的结构设计与造型设计是相互联系的，在造型设计中必须考虑结构，在结构设计中离不开造型，两者应同时进行。

1．陶瓷包装容器的局部结构与造型

(1)口部的结构与造型。口部位于容器首端，是被包装产品装填倒出和封口之处，在设计上应予重视。对口部的造型结构除考虑封口等要求外，重点注意口部的结构强度问题。

(2)肩部的结构与造型。肩部对于陶瓷包装容器来说仅仅是一个过渡部位，是连接口、颈部和腹部的部位，其结构和造型受到这些部位的影响和制约。在实际的结构造型中往往将肩部和口、颈部综合起来进行造型与结构设计。

(3)腹部的结构与造型。腹部是陶瓷包装容器的主要部分。在结构与造型中应重点关注成型的结构工艺性问题，由肩部向腹部的过渡要有一定的斜度，不可太平坦，防止坯体成型后上部泥料因自重作用而产生下塌变形。对于下腹部同样要考虑容器上部泥料的下塌问题，可采用有力度的线型。

(4)足部的结构与造型。足部是整个陶瓷包装容器的底端，对整体结构造型影响巨大，故在设计结构与造型时必须从整体效果出发来确定。其总体设计原则是保持陶瓷包装容器整体的稳定性，而又不显呆板。

2．陶瓷包装容器结构设计要点

(1)陶瓷包装容器首先应体现其包装功能。在设计上不可当作工艺品来对待。陶瓷容器本身与被包装产品的价值要相适应，对价值低的被包装产品应选用价格较低的陶器，而价值高的被包装产品则应选用高档瓷器。

(2)选择恰当的密封封口形式和瓶口结构。对酒类陶瓷包装容器可用软木塞密封，再以树脂涂于密封口密封；也可以采用螺纹瓶口，用软木塞和在塑料盖内加密封衬垫旋紧封口密封。

(3)陶瓷包装容器壁厚。可参照现有实物测量或与生产厂商商定。设计中一般不进行强度、刚度计算。

(4)按被包装产品的公称质量或容量计算陶瓷包装容器的实际容量。即被包装产品容量、瓶塞或瓶盖占据的容量和预留容量三者的总和。具体计算方法与玻璃容器的全容量计算方法相似。

(5)确定陶瓷包装容器的公差。具体内容有尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度等。对普通陶瓷包装容器，国家标准规定为：口径在60mm以上的尺寸公差为1.0%～1.5%，口径小于60mm的尺寸公差为±2%；对高档细瓷包装容器口径尺寸公差为-1.0%-1.5%。陶瓷包装容器的高度无公差规定，为自由公差。

（三）陶瓷包装容器的装饰艺术设计

陶瓷包装容器还应注意其外观与表面的装饰艺术设计，其方法有两大类。

1．表面装饰

在成型后的坯体上进行表面装饰的方法很多，具有代表性的几种如下：

(1)施釉。单面施釉可以使陶瓷包装容器表面具有一定的硬度、粗糙度和防水性。施釉的方法有挂釉法、浇釉法和喷釉法。

(2)彩绘。分釉下彩绘和釉上彩绘两种。釉下彩绘是在生坯体或素烧坯上彩绘，然后施加一层透明釉再进行釉烧的方法；主要有釉下彩、青花、釉里红、喷彩、贴花等。釉上彩绘是在釉烧坯体上用低温颜料彩绘，然后在低于釉烧的温度下(600-900℃)彩烧而成，主要有贴花、喷彩、新彩、粉彩、釉中彩等。

(3)艺术釉。艺术釉大都是对坯料两次施釉而得，比一般的透明釉、白釉更具装饰功能。艺术釉种类繁多，有颜色釉、结晶釉、纹片釉、颗粒釉、无光釉、变色釉等。

①颜色釉。分高温颜色釉和低温温颜色釉（以烧制温度区分），若通体为一种颜色者称作单色釉，多色相间者为花釉。颜色釉对坯体原料的白度要求不高，主要以釉色取胜。

②结晶釉。结晶釉可以是白釉，也可以是色釉。它是在烧成时，由于析晶，在釉层中出现富于变化的各种晶体，形成一种自然之美，是人工雕琢所无法比拟的。

③纹片釉。也叫开片釉。纹片釉系釉料的热膨胀系数比胎坯的热膨胀系数大，在彩烧过程中釉料膜面产生裂纹，在裂纹缝隙处露出底釉的色彩而得到一些十分自然的花纹图案。它是一种传统的釉面装饰方法之一。有大开片和小开片之分，大开片也称冰裂纹，小开片有百圾碎、鱼子纹、蟹子纹等。现阶段可以完全做到人为主观地控制开片程度和开片形状。

④颗粒釉。有冰花雪粒之状，是经两次施釉而得。先施的底釉中含有高熔点颗粒，后施的面釉是易熔釉，烧成时熔釉将难熔颗粒包裹而成。

⑤无光釉。系为使釉面反光柔和，不刺眼，加以高熔点材料配制而成。由于可在平滑凸凹的表面上显出丝状光泽，可以得到特殊的艺术效果。降低釉烧温度或用稀氢氟酸液轻度腐蚀釉面或在无光釉中加入带色氧化物等均可获得无光釉。

(4)贵金属装饰。贵金属装饰是将常用于装饰的贵金属金、铂、钯等以黄金水、白金水、无光金、磨光金等装饰材料直接用于装饰陶瓷包装容器制品表面后，经烧制而成。最常用的表面装饰方法有描金和腐蚀金。贵金属装饰的陶瓷包装容器制品具有高贵典雅、富丽堂皇、无于伦比的装饰效果。