如何看待PET容器的应力开裂问题

应力开裂伴随着连体PET瓶的出现而产生。在不断的研究和改进过程中，人们也在不断地探求其产生的原因，并由此提出了一些推论。那么，哪一种才是产生应力开裂的真正原因，我们又该如何对待呢？

自1978年吹塑瓶成型商Continental Can公司成功研制出容量为2L的连体PET瓶以来，应力开裂问题就一直成为限制PET瓶发展的制约因素。随着应力开裂的产生和对瓶体设计的不断改进，出现了大量与之有关的推论，它们有些是完全错误的，有些仅仅是在某个特定的时期是正确的，而唯有科学的方法才能够获得真正有用的信息，而且从经验中总结得到的教训可以很好地指导小至PET瓶，大至普通塑料瓶的加工成型。

研究发现，应力开裂与灌装生产线的润滑剂有关。一般，带有杯座的瓶子不会发生应力开裂现象，因为杯座可以保护瓶底免于暴露在灌装生产线的润滑剂之下。另外，带有杯座的瓶子其底部呈半球形而不是复杂的花瓣型设计，因此能够很好地解决应力开裂的问题。

由于润滑剂的化学侵蚀而致使瓶底拉伸强度的降低，以及瓶内的碳酸饱和压、花瓣形瓶底所遭受的模内压这三者的共同作用导致了连体瓶无法避免应力开裂，而半球形瓶底由于不存在模内压的问题，可使得瓶子材料的分子可以完全地拉伸和取向，因而这种瓶子具有更高的拉伸强度。
在连体瓶中，若瓶底的设计过于复杂则会导致应力集中，从而使瓶子材料无法达到其本身所能达到的最大拉伸强度。这也意味着这种设计会阻碍材料的分子取向，从而限制瓶子拉伸强度的提高。拉伸强度的限制以及复杂的几何形状使得施加于材料上的应力分配难以控制，因此材料在发生由厚到薄的突然变化时很容易产生应力开裂的现象。

PET连体瓶的应力开裂是润滑剂的化学侵蚀、瓶内的碳酸饱和压和瓶底所受的模内压这三者的共同作用的结果

结果，连体瓶的瓶底设计导致了更大的应力集中。当瓶底施加的力超过了瓶子本身的拉伸强度时，瓶底就会破裂。更糟的是，若将瓶底暴露于具有侵蚀性的灌装生产线的润滑剂中，则会进一步降低瓶子的拉伸强度，从而使瓶底更容易破裂。

连体PET瓶的花瓣设计会导致产生更大的应力，从而更难避免瓶体的应力开裂

为了解决这一难题，吹塑生产商们采取了一些相应的措施来缓解因应力开裂而造成的严重损失：首先，他们提高了树脂的固有黏度，从而极大地提高了材料的固有拉伸强度；其次，寻找侵蚀作用较小的灌装线润滑剂；开发新型的瓶底设计也有助于降低应力集中。另外，避免瓶子暴晒、减少润滑剂的发泡及减少瓶子较热时的停顿时间等这些贮藏和处理手段，也不失为提高瓶子拉伸强度的好方法。

早期带有杯座的PET瓶其瓶底采用半球形设计，这样不会对瓶底产生模内压，从而使这种吹塑瓶具有更高的拉伸强度，同时也使杯座免受灌装线润滑剂的化学侵蚀

揭示真相

如何生产瓶坯和瓶子，以减小瓶底所承受的应力，提高瓶子的拉伸强度和总装载量，以使瓶底不至于破裂，这是大家普遍关注的问题。以下是目前几种比较流行的看法：

（1）抗应力开裂性能差是因为瓶坯树脂固有黏度的降解造成的。

瓶坯树脂的固有黏度发生降解只是有时才发生的，并不是经常这样，因此不能想当然地认为是造成瓶子应力开裂的罪魁祸首。因为如果能够很好地优化和控制整个注射成型工艺，树脂的固有黏度的下降幅度仅为0.02dl/g(如从0.82 dl/g下降到 0.80 dl/g)，而这并不会对瓶子产生极为恶劣的影响。但是如果固有黏度从0.82 dl/g下降到0.78 dl/g或是更低，那么将会使瓶子的抗应力开裂性能显著下降。值得注意的是，这里导致树脂黏度降低的主要原因是由于树脂的不充分干燥或是注射工艺的局部优化不合理造成的。

（2）过度充模能够增加瓶坯的重量，从而有助于提高吹塑瓶的抗应力开裂性能。

这种说法只是基于用料越多越好的概念，几乎毫无根据可言。当其他所有因素都达到平衡时，当然用料越多越好，但问题是并不是其他所有因素都能正好达到平衡。瓶坯越重则意味着在注射过程中所填充的量越大，这样反而会增加残余应力。材料的填充量越大，瓶底拉伸就越困难，从而很难达到理想的材料分布，也很难获得良好的分子取向和拉伸强度。因此，过度充模也就意味着瓶坯或瓶子更易脆裂，而并非能够提高瓶子的抗应力开裂性能。

另外，过度充模会加速瓶坯表面的冷却，但由于瓶坯内部的冷却相对较慢，这样瓶子内外冷却不均则会造成比平常更剧烈的收缩，而这种收缩虽是由于应力导致的，却不同于普通的收缩，而是由于瓶坯的外部冷却张紧，同时坯壁中心又不断压缩导致的。

（3）瓶底间隙越大，吹塑瓶的抗应力开裂性能越好。

这种观点有时是正确的，但多半是错误的。因为瓶底间隙是瓶底模具设计的函数，是个常量，其数值大小表征瓶坯离开吹塑模具后瓶底发生收缩迁移的程度，而收缩迁移量是温度的函数，由再加热灯的设置和瓶坯底部的厚薄程度决定。另外，预吹塑压和反应时间也是非常关键的工艺参数。

如果瓶底在拉伸前受热良好，由于它的冷却速度更快，出模后其壁将会变得更薄，并拥有更大的瓶底间隙。对于更厚却受热良好的瓶底，由于它离开模具时越热，在模外瓶底下垂的幅度也越厉害，因而所获得的瓶底间隙也就越小。如果瓶底受热不充分，厚壁瓶底获得的温度将没有薄壁瓶底的温度高，因此厚壁瓶底出模时冷却度更大，可获得的瓶底间隙也更大。

因此，瓶底间隙的大小根据瓶底的薄厚情况和瓶子受热程度的不同而不同。从下面一条推论中我们也可以得出，只是在某种情况下瓶底壁越薄越好。壁越薄并不一定总是等同于好的抗应力开裂性能，而是有时越薄抗力越强，有时却越弱。在刚讨论的瓶底间隙推论中，由于瓶底间隙是温度的函数，因此温度在减轻残余应力时同样起到了重要的作用。只能说，瓶底间隙与抗应力裂纹性能有时正相关，有时负相关。
（4）薄瓶底比厚瓶底具有更好的抗应力开裂性能。

由上述论述可知，这种说法有时成立，有时却不尽然。这一说法源于薄瓶底由于拉伸度更大，因而具有更高的拉伸强度。然而，由于高温而导致的拉伸并不一定会获得更大的取向。更重要的是，瓶底的抗破裂性能是拉伸强度和厚度的函数，若没有足够的指标，拉伸强度也不会提高，因此壁薄只是提高抗应力开裂性能的一方面。

（5）用水喷淋可使瓶底迅速冷却，从而可提高吹塑瓶的抗应力开裂性能。

这种说法有时是对的，但在多数时候反而是有害的。这一说法取决于瓶底间隙推论：当瓶子出吹塑模时，快速冷却瓶底确实能够提高瓶底间隙，然而这也会与过度充模引起同样的问题。由于吹塑瓶的内外收缩程度不一致，加速冷却会导致产生残余应力。据测算，使用冷水喷淋只有35%的情况是有利的。

结束语

如上表所示，它总结了11种连体PET瓶的瓶底发生破裂的情况。其中，前7种开裂是由于应力开裂，而后4种是由于爆裂。图表中的“正”表示正相关，即相应参数数值越大，抗应力开裂性能越强（厚度、瓶底间隙或重量），而“负”表示负相关，即相应参数数值越大，则抗应力开裂性能越差，“无”则表示不相关。从表中可以看出，唯有瓶坯充模程度（重量）越少时，吹塑瓶获得的抗应力开裂性能才越强，而其他参数与应力开裂并不总是保持一致的相关性。

在制造吹塑瓶坯或吹塑瓶时，过度简单化、普遍化或妄图走捷径都是不可取的。但是，想要使制品获得最大的抗应力开裂性能，可以遵循以下几点原则：在注射成型过程中，将充模重量、浇口处的结晶度和树脂的固有黏度损失降至最低。与此同时，模内压、分子取向和材料分布也是应该值得注意的问题。总之，我们因该秉着科学、统计意义上合理的态度来逐一对待上述问题。

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