PE 瓶结合硅胶阀盖的包装研究

本文研究了PE瓶配合硅胶阀盖的包装。考察产品不同纬度的需求，产品配件与 PE 瓶的结合，PE 瓶与硅胶阀盖子的配合，以及通过包材各部件包括对尺寸外观的测量， 气密性功能性测试，并运用了创新 TRIZ 方法和设计失效模式分析来总结最佳组合方案。

结果表明，对PE瓶身的克重控制(OFC 为 250ml，口径为 50mm 倒置PE瓶克重范围在 24.5g)，具体表现为瓶身挤压处的厚薄控制(0.7mm)存在对产品的重大影响，对硅胶阀盖与PE瓶颈部的配合尺寸(上盖扭力 、开盖扭力、扭出过档、扭紧过档)，功能性完好的研究对产品的气密性及使用也具有重大意义。

 

 

Triz全称为The Theory of Inventive Problem Solving,中文翻译为“萃思”，TRIZ创新方法是俄国科学家在20世纪50年代通过大量的创造性发明专利，从中总结的创新问题的基本原理。包括40个发明原则，39个通用工程参数，技术演进模式，消除矛盾等创新原理。

用TRIZ法，分析找出该技术矛盾的一对工程参数，由矛盾阵找出解决问题的相应发明创新原理。

技术矛盾是倒置PE瓶的瓶身在配件组装，及运输抗压受到挤压时瓶身三分之一上半部分强度要足够的硬，而在消费者使用时靠近硅胶阀盖子的下半部分要足够的软可毫不费劲正常出料。分析该问题查发明原则里的局部特性/品质，中介物两项来解决问题。分析局部特性/品质，除了尺寸调整瓶型优化外，在三分之一上半部分增加加强筋增加强度。分析中介物来解决此问题为在三分之一上半部分组装硬质塑料件来增加其强度。比较两项发明的原理后更节约成本的是局部特性/品质原理。

实际测试结果表明，在消费者可接受的压力范围内产品可出料，而在受到挤压与组装的同时并不会导致三分之一上半部分的变形。

 

1. FMEA与DFMEA
FMEA的全称为Failure Modes and Effects Analysis，失效模式分析。

历史上于1949年11月9日，美国国防部制定MIL-P-1629，重大使用项目为1963年，美国太空总署(NASA)用于“阿波罗”项目(Apollo Project)及1977年开始全部使用在福特汽车工业上。

FMEA包括DFMEA和PFMEA。
DFMEA为design - Failure Modes and EffectsAnalysis，用于提升产品和过程的功能安全性和可靠性，考虑系统与系统部件之间的协同合作，早期发现产品开发中的失效模式并缩短开发周期，在组织内建立知识库

2. D-FMEA风险小结:
1) 倒置PE瓶与配件组装失效-瓶尾尺寸太薄导致容易变形: 增加瓶尾壁厚，重新设计结构。
2) 密封不良: 控制尺寸范围。注:盖子在关闭状态下受到挤压仍能保持密封状态。
3) 开盖力，上盖力，扭紧过档力，扭开过档力太大或太小: 注意结构设计，倒齿高度等。
4) 挤压后不能出料: 减少瓶身壁厚。
5) 硅胶阀十字开口太大或太小: 选择合适的十字开口。

 

 

1. 尺寸测量:
瓶子的高度，宽度和深度， 瓶底凸面到瓶口的距离，盖底外直径，开口外径，螺牙底部外径，颈高，螺牙最下端到瓶肩的距离，瓶口顶端到瓶肩高度等。其中关键尺寸为螺牙外径“ T”，螺牙底径“ E”，颈高“ H”，瓶口内径“ I”。

2. 泄漏测试:
10个容器装上有色水或者适当的产品，盖上适当的盖子，手动扭到一个最小推荐的扭矩范围(参考产品规格)在测试前，样品需保证在测试条件下至少2小时。将10个样品并排放在真空烘箱吸收纸上。关闭真空室设置实验条件为0.5bar或者15in/Hg，时间为1分钟，解除真空并取出样品。首先检查样品和吸收纸是否湿润，再打开盖子检查螺牙是否湿润。检查接口的基部或者底板是否有液体流出，确定接口是否泄漏。

3. 上盖力，开盖力，扭紧过档力，扭出过档力测试:
测定以不变的速度下的平滑的运动在正确的方向打开盖的转力矩，用同样的方法来测试上盖，扭紧过档和扭出过档的扭力矩。

4. 模拟消费者使用测试:
这个方法测试此包材通过日常使用来模拟消费者的使用情况，步骤为模拟整个产品使用全过程，从开启产品到挤压，到关闭盖子。检测包材各部件的功能是否完好，配件是否会从瓶身上掉落，计算每次使用的喷出量。

5. 瓶身下压力测试:
分别在瓶尾，瓶子用不变的速度下压单位面积(一元硬币大小，直径 25mm)，测试变形/出料时所需压力。

6. 其他测试:
高低温测试，兼容性，耐产品，抗压，跌落，光照，模拟运输，用空测试等。

 

 

1. PE倒置瓶的分析与总结
测试结果表明，倒置瓶在尾部厚度为2.35mm，瓶身挤压处为0.7mm为最适合配件组装，消费者使用硬度及保证瓶身挤压处的柔软度等所有功能测试，总体瓶身克重为24.85g, 由于我们吹瓶模具工艺限制，基本从控制总重量上来调整厚薄。

2. 硅胶阀盖子的分析与总结
根据以上介绍的硅胶阀盖子的结构分析，要很好的把握好单位面积上瓶子承受的压力大小是否会打开盖子上硅胶阀的切口。所以瓶子的厚薄，模拟消费者使用的单位面积，以及一定压力值来保证是否在关闭状态下产品的密封性可以保证和开启状态消费者可接受的压力输出可以正常开启。测试结果表明，当瓶身的厚度控制在0.7mm，所模拟的单位面积为一个硬币大小(25mm)，在产品(灌装料体100%满瓶状态下)关闭状态时，在瓶身挤压处施加40N，产品仍处密封状态，硅胶切口没有打开。在产品开启状态下，分别在产品使用的三个阶段进行测试，灌装料体100%(满瓶)状态下，灌装料体的2/3状态下，灌装料体的1/3状态下，在瓶身处施加20N，硅胶切口打开，料体可正常流出。

 

感谢文章技术支持：夏丹妮，就职于上海相宜本草化妆品股份有限公司。