塑料飲料瓶的形狀設(shè)計原理，你了解嗎？
冰鎮(zhèn)的瓶裝飲料是夏日里的解暑佳品，這些飲品在市面上如此受歡迎，一方面是因為飲料本身味道酸甜爽口，另一方面也與包裝瓶體型適當、方便攜帶有關(guān)。大多數(shù)飲品的包裝瓶都是塑料材質(zhì)，形狀基本相似，塑料瓶的形狀設(shè)計是對其功能、經(jīng)濟效益、外觀美學等多方面考量的結(jié)果。
仔細觀察塑料飲料瓶的外形，不難發(fā)現(xiàn)其上部、中部和底部的形狀各不相同。瓶身的上部類似于圓頂形，有的甚至是非常規(guī)則的圓錐形，頂部的瓶口屬于圓柱形；瓶身的中部類似于圓柱形，為了增加美觀度，會增添一些環(huán)狀、豎條狀的拱形或各種各樣凸凹的形狀；瓶身的底部一般設(shè)計為內(nèi)凹，并呈類似圓頂形的花瓣狀結(jié)構(gòu)，這些設(shè)計的主要考量點是提升瓶子的承受力。
此類飲品的包裝瓶必須要有較高的抗壓能力，才不會讓瓶身發(fā)生變形。從力學上來說，拱形可以承載較大的外力。塑料瓶在受壓狀態(tài)下的受力點會將力傳遞給相鄰的區(qū)域，外力沿瓶身曲面分散開來，使得拱形的每個部位都分擔一部分力。另外，很多橋的結(jié)構(gòu)就采用了拱形設(shè)計，以達到安全穩(wěn)定的目的。取拱形的拱腳連線的中心點，與拱頂相連作為軸旋轉(zhuǎn)，拱形旋轉(zhuǎn)一周即是圓頂形。所以，塑料飲料瓶上部的圓頂形可以看成是若干個拱形的組合，在不產(chǎn)生向外的力的同時又能承載住外部壓力。
瓶身的中部是整個包裝瓶最薄的部位，受到外力時容易產(chǎn)生凹陷。若將呈圓柱形的瓶身中部從中間對剖，即可分離成兩個拱形結(jié)構(gòu)。盡管是拱形結(jié)構(gòu)，卻也無法完全避免材質(zhì)過薄帶來的弊端。所以，為了提升中部的抗壓能力，在不能增大壁厚的情況下，可以在瓶身表面添加各種凹凸紋路，如環(huán)形、鋸齒形、手指形、剛性棱邊等，不僅提升了瓶身的抗壓強度，還增加了外觀上的美感。
瓶身的底部不僅支撐著整個包裝瓶，還經(jīng)常與外物接觸，其結(jié)構(gòu)強度要求更高。一些碳酸飲料內(nèi)含大量的氣體，包裝瓶內(nèi)存在著一定的壓力，尤其在發(fā)生晃動或者溫度升高之后，碳酸氣體釋放出來，內(nèi)部壓力會增大。包裝瓶的容量較大或者飲品帶有氣泡時，瓶身破裂的風險會更大。瓶底采用內(nèi)凹式的形狀可以讓包裝瓶保持穩(wěn)定的豎向站立狀態(tài)，也可有效地降低瓶底的擦傷風險，同時還能賦予其抗內(nèi)壓和抗水壓沖擊的強度，防止瓶底破裂。理論上來說，最耐破裂的結(jié)構(gòu)是圓瓶底設(shè)計，但它需要搭配一個能讓瓶身豎直穩(wěn)定站立的底座。花瓣狀瓶底就不需要額外的底座，多點支撐保證了包裝瓶站立的穩(wěn)定性。而且，這種花瓣狀設(shè)計比較美觀。
在設(shè)計容器時，容量也是重要的考量點之一。相同用材量下，球形是容量最大的設(shè)計結(jié)構(gòu)，但若將其用在飲品包裝瓶上，站立穩(wěn)定性不足，市場實用性不夠。而圓柱形既保證了容量，又保證了站立穩(wěn)定性，并且容易吹制，便于灌裝和運輸，更加符合市場需求。
不同塑料瓶的特殊外形設(shè)計，能有效增強塑料瓶的剛度和耐負荷強度，下次喝飲料的時候，不妨好好觀察一下吧！
本文由北京市第六十五中學一級教師 胡曉艷進行科學性把關(guān)。
