可回收啤酒瓶破裂原因分析

摘要：本文通過對(duì)不同生產(chǎn)年代的可回收啤酒瓶進(jìn)行耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)，分析啤酒瓶受力情況和產(chǎn)生破裂的原因，以及啤酒瓶生產(chǎn)年代和包裝方式對(duì)啤酒瓶破裂情況的影響。

關(guān)鍵詞：啤酒瓶；耐內(nèi)壓力；抗沖擊；受力分析

中圖分類號(hào)：TS262.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.039

啤酒瓶按照使用方式可分為可回收啤酒瓶和一次性啤酒瓶。可回收啤酒瓶是設(shè)計(jì)規(guī)定可重復(fù)多次罐裝啤酒的啤酒瓶，一次性啤酒瓶與之相反，是設(shè)計(jì)規(guī)定不可重復(fù)罐裝啤酒的啤酒瓶。本研究針對(duì)的是生活中常見的可回收啤酒瓶。

1試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)選擇了市場(chǎng)上不同年份生產(chǎn)的幾種常見品牌啤酒瓶作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。對(duì)這些樣品進(jìn)行耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)，旨在分析啤酒瓶在試驗(yàn)中的受力狀態(tài)，探究其破裂機(jī)理。此外，本研究還探討了不同年份生產(chǎn)的啤酒瓶在市場(chǎng)中流通時(shí)間長(zhǎng)短，以及啤酒瓶在流通過程中的包裝方式對(duì)容器耐內(nèi)壓力和抗沖擊性能的影響，為啤酒瓶破裂失效提供理論參考依據(jù)。

2試驗(yàn)樣品及儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用樣品為市場(chǎng)上流通的500 mL容量的某品牌玻璃啤酒瓶，分別采用塑料箱和紙箱包裝。這些啤酒瓶的生產(chǎn)年份分別為2018年、2019年、2020年、2021年、2022年和2023年，每個(gè)年份選取32個(gè)啤酒瓶。實(shí)驗(yàn)前，對(duì)啤酒瓶進(jìn)行徹底的清洗，以去除瓶?jī)?nèi)殘留物并確保瓶?jī)?nèi)外無水漬。在每個(gè)年份的32個(gè)啤酒瓶中，我們隨機(jī)選取16個(gè)進(jìn)行內(nèi)壓耐受性測(cè)試，另外16個(gè)進(jìn)行沖擊耐受性測(cè)試，并對(duì)所有樣品進(jìn)行編碼以便于識(shí)別。

3耐內(nèi)壓力試驗(yàn)方法與步驟

耐內(nèi)壓力試驗(yàn)所需儀器設(shè)備：玻璃瓶?jī)?nèi)壓力測(cè)試機(jī)，型號(hào)BPT-2，出廠編號(hào)BPT20100801，嘉儀儀器（香港）有限公司；秒表，型號(hào)PC90，出廠編號(hào)Y1203213014，深圳市惠波工貿(mào)有限公司；溫度計(jì)，型號(hào)（-5～100）℃，出廠編號(hào)94。

耐內(nèi)壓力試驗(yàn)方法：耐內(nèi)壓力項(xiàng)目按照GB/T 4546—2008《玻璃容器耐內(nèi)壓力試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。該方法使用玻璃瓶?jī)?nèi)壓力試驗(yàn)機(jī)向試驗(yàn)樣品內(nèi)充入一定壓力的液體，以檢測(cè)樣品耐內(nèi)壓力性能。

耐內(nèi)壓力試驗(yàn)過程步驟：將6批不同生產(chǎn)年份的1#～16#啤酒瓶試驗(yàn)樣品放置在實(shí)驗(yàn)室，樣品靜置24 h后達(dá)到室溫23℃。按標(biāo)準(zhǔn)要求灌入與室溫相差不超過5℃的自來水。使用玻璃瓶?jī)?nèi)壓力試驗(yàn)機(jī)夾住灌滿自來水的啤酒瓶瓶口，使其懸掛進(jìn)行試驗(yàn)。為確保試驗(yàn)過程中增壓介質(zhì)不泄漏，設(shè)備壓頭和瓶口密封面之間設(shè)有彈性密封圈。固定好樣品并鎖緊密封圈后，將試驗(yàn)壓力預(yù)定值設(shè)為1.20 MPa，恒壓保壓時(shí)間為60 s，設(shè)備初始加壓速率為（1.0±0.2）MPa/s，試驗(yàn)樣品瓶?jī)?nèi)液體壓力達(dá)到預(yù)定值1.20 MPa并保持恒定60 s，保壓結(jié)束設(shè)備泄壓，若樣品瓶體未見破裂，則表明試驗(yàn)樣品通過性符合要求。

4抗沖擊試驗(yàn)方法與步驟

抗沖擊試驗(yàn)所需儀器設(shè)備：玻璃瓶罐抗沖擊儀，型號(hào)KCJ-I，出廠編號(hào)20101827，北京金東誠(chéng)科技有限公司。溫度計(jì)，型號(hào)（-5～100）℃，出廠編號(hào)94。

抗沖擊試驗(yàn)方法：抗沖擊項(xiàng)目按照GB/T 6552—2015《玻璃容器抗機(jī)械沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。該方法使用玻璃瓶罐抗沖擊儀，對(duì)試驗(yàn)樣品施加一定量的沖擊能量，以模擬玻璃容器在運(yùn)輸和使用過程中遇到的碰撞，預(yù)測(cè)產(chǎn)品抗沖擊破壞性的能力。

抗沖擊試驗(yàn)過程步驟：將樣品放置實(shí)驗(yàn)室24 h達(dá)到室溫23℃，使試樣溫度與環(huán)境溫度相差不超過5℃。實(shí)驗(yàn)前先將沖擊試驗(yàn)機(jī)底座水平放置，并與試驗(yàn)臺(tái)緊密相連，試驗(yàn)機(jī)機(jī)身各部分不應(yīng)有晃動(dòng)。將試驗(yàn)樣品放置在試樣支承臺(tái)上，與半圓柱試樣靠件緊密接觸，在試樣頂端放置擋板以保證試驗(yàn)過程中樣品在不受任何側(cè)向力的情況下始終保持與半圓柱試樣靠件緊密接觸。前后調(diào)節(jié)水平支撐臺(tái)位置，使試樣表面剛好觸碰自然下垂處于靜止?fàn)顟B(tài)的沖擊錘端點(diǎn)。沖擊部位選擇啤酒瓶中部，沖擊點(diǎn)應(yīng)避開合縫線。試驗(yàn)沖擊功設(shè)定為0.6 J。在樣品預(yù)選沖擊部位圓周上，等分確定3點(diǎn)為沖擊點(diǎn)，松開卡扣使擺錘自由擺落，以同一沖擊能量0.6 J分別沖擊已確定的3個(gè)沖擊點(diǎn)。若試驗(yàn)樣品經(jīng)沖擊試驗(yàn)后未見破裂，則樣品通過性符合要求。

5試驗(yàn)結(jié)果

耐內(nèi)壓力試驗(yàn)結(jié)果：2018年生產(chǎn)的啤酒瓶中有4個(gè)樣品破裂；2019年生產(chǎn)的啤酒瓶中有2個(gè)樣品破裂；2020年生產(chǎn)的啤酒瓶中有2個(gè)樣品破裂；2021年生產(chǎn)的啤酒瓶中有1個(gè)樣品破裂；2022年生產(chǎn)的啤酒瓶中有1個(gè)樣品破裂；2023年生產(chǎn)的啤酒瓶中無樣品破裂。

抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果：2018年生產(chǎn)的啤酒瓶中有3個(gè)樣品破裂；2019年生產(chǎn)的啤酒瓶中有3個(gè)樣品破裂；2020年生產(chǎn)的啤酒瓶中有2個(gè)樣品破裂；2021年生產(chǎn)的啤酒瓶中有1個(gè)樣品破裂；2022年和2023年生產(chǎn)的啤酒瓶中無樣品破裂。耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

將表1中試驗(yàn)結(jié)果破裂樣品數(shù)量按生產(chǎn)年代統(tǒng)計(jì)后繪制成柱狀圖，如圖1所示。

由圖1可以看出，2018年生產(chǎn)的啤酒瓶樣品耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊性試驗(yàn)后樣品破裂的最多，2023年生產(chǎn)的啤酒瓶樣品耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊性試驗(yàn)后樣品破裂的最少。從圖1中可知，啤酒瓶樣品試驗(yàn)后破裂的數(shù)量隨著生產(chǎn)年代越來越新而呈現(xiàn)階梯下降的趨勢(shì)。即生產(chǎn)年代越遠(yuǎn)、在市場(chǎng)中流通時(shí)間越長(zhǎng)的啤酒瓶，試驗(yàn)后破裂瓶數(shù)量越多；生產(chǎn)年代越近、在市場(chǎng)中流通時(shí)間越短的啤酒瓶，試驗(yàn)后破裂瓶數(shù)量越少。

我們將耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果按照塑料箱包裝樣品和紙箱包裝樣品這兩種方式進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，具體見表2。

由表2可以看出，紙箱包裝的啤酒瓶經(jīng)過耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)后，樣品破裂數(shù)量要遠(yuǎn)少于試驗(yàn)后塑料箱包裝的啤酒瓶。

6試驗(yàn)結(jié)果原因分析

市場(chǎng)上流通的玻璃啤酒瓶可分為兩類：新生產(chǎn)的啤酒瓶和回收、清洗、再次灌裝啤酒并重新包裝的回收瓶。新生產(chǎn)的啤酒瓶從模具成型到下生產(chǎn)線，未經(jīng)受過多磕碰，因此表面較為光滑，很少有擦痕或微裂紋等表面損傷。而回收啤酒瓶在運(yùn)輸和流通的過程中，由于瓶與瓶之間、瓶與包裝箱之間經(jīng)常會(huì)有摩擦和碰撞，導(dǎo)致回收啤酒瓶表面有很多擦痕、劃傷或微裂紋等表面損傷。生產(chǎn)年份越久遠(yuǎn)、在市場(chǎng)上流通時(shí)間越長(zhǎng)的回收啤酒瓶，其表面損傷越多。這些表面損傷在受到外力沖擊或受到張應(yīng)力作用時(shí)，損傷處的應(yīng)力集中可能導(dǎo)致微裂紋擴(kuò)展，形成可見裂紋，最終導(dǎo)致啤酒瓶破裂。

在包裝方式上，塑料箱與紙箱相比較為簡(jiǎn)陋。塑料箱為敞口盛裝，盛裝的啤酒瓶數(shù)量較多，箱體空隙較多。在搬運(yùn)流通過程中，啤酒瓶在塑料箱里的晃動(dòng)較為劇烈，容易產(chǎn)生較多損傷。相比之下，紙箱為封閉包裝，盛裝的啤酒瓶數(shù)量較少，箱體封閉空隙較少。有些較好的紙箱包裝中瓶與瓶之間有一定厚度的紙質(zhì)格擋，這使得紙箱包裝啤酒瓶在搬運(yùn)流通過程中碰撞損傷明顯少于塑料箱包裝的啤酒瓶。從表2可以看出，即使是同一年份、同一品牌的啤酒瓶，由于包裝方式的不同，紙箱包裝的啤酒瓶經(jīng)過耐內(nèi)壓力試驗(yàn)和抗沖擊試驗(yàn)后，樣品破裂數(shù)量要明顯少于塑料箱包裝的啤酒瓶。

7結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家建議啤酒瓶的回收使用期限為兩年，這是考慮到回收啤酒瓶在流轉(zhuǎn)運(yùn)輸過程中造成表面損傷增多，當(dāng)遇到碰撞劇烈或夏季氣溫升高導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)壓力增大時(shí)，可能會(huì)發(fā)生意外炸裂。然而，在實(shí)際生產(chǎn)生活中，出于對(duì)容器使用成本等因素的考慮，商家可能會(huì)選擇使用在市場(chǎng)上流通時(shí)間超過兩年的啤酒瓶。因此，消費(fèi)者在選購(gòu)啤酒時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇生產(chǎn)日期較新且采用紙箱包裝的產(chǎn)品。這樣的啤酒瓶通常具有更好的耐內(nèi)壓力和抗沖擊性能，發(fā)生意外炸裂事故的概率也會(huì)更低。

參考文獻(xiàn)

[1]啤酒瓶：GB 4544—2020[S].

[2]玻璃容器耐內(nèi)壓力試驗(yàn)方法：GB/T 4546—2008[S].

[3]玻璃容器抗機(jī)械沖擊試驗(yàn)方法：GB/T 6552—2015[S].

[4]李麗莎，顧雅楓.回收啤酒瓶磨損原因分析及對(duì)策[J].中國(guó)包裝，2018，38（10）：58-62.

作者簡(jiǎn)介

程楠，女，1987年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品檢驗(yàn)。

（編輯：李鈺雙，收稿日期：2024-06-11）