天天科普 | 塑料瓶底为什么设计成花瓣状的?

饮料可以说是

很多小伙伴的“快乐之源”

味道酸甜爽口、冰爽怡人，但小伙伴们

有没有注意过饮料瓶的

形状设计呢

瓶装饮料在市面上很受欢迎，一方面是因为饮料本身味道受人喜爱，另一方面也与包装瓶体型适当、方便携带有关。

大家在喝饮料的时候有没有发现，很多饮料瓶的底部是五瓣花的形状，如下图所示，那么为什么要这样设计呢？是为了少装一些饮料吗？

图源蝌蚪五线谱

今天我们来研究一下：

饮品包装瓶的形状设计有什么讲究？

瓶底为什么设计成花瓣形状的呢？

关于塑料瓶还有哪些小知识？

塑料瓶的形状设计

大多数饮品的包装瓶都是塑料材质，形状基本相似，塑料瓶的形状设计是对其功能、经济效益、外观美学等多方面考量的结果。

仔细观察塑料饮料瓶的外形，不难发现其上部、中部和底部的形状各不相同。

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瓶身的上部类似于圆顶形，有的甚至是非常规则的圆锥形，顶部的瓶口属于圆柱形；

瓶身的中部类似于圆柱形，为了增加美观度，会增添一些环状、竖条状的拱形或各种各样凸凹的形状；

瓶身的底部一般设计为内凹，并呈类似圆顶形的花瓣状结构，这些设计的主要考量点是提升瓶子的承受力。

此类饮品的包装瓶必须要有较高的抗压能力，才不会让瓶身发生变形。从力学上来说，拱形可以承载较大的外力。

塑料瓶在受压状态下的受力点会将力传递给相邻的区域，外力沿瓶身曲面分散开来，使得拱形的每个部位都分担一部分力。

另外，很多桥的结构就采用了拱形设计，以达到安全稳定的目的。取拱形的拱脚连线的中心点，与拱顶相连作为轴旋转，拱形旋转一周即是圆顶形。

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所以，塑料饮料瓶上部的圆顶形可以看成是若干个拱形的组合，在不产生向外的力的同时又能承载住外部压力。

瓶身的中部是整个包装瓶最薄的部位，受到外力时容易产生凹陷。若将呈圆柱形的瓶身中部从中间对剖，即可分离成两个拱形结构。尽管是拱形结构，却也无法完全避免材质过薄带来的弊端。

所以，为了提升中部的抗压能力，在不能增大壁厚的情况下，可以在瓶身表面添加各种凹凸纹路，如环形、锯齿形、手指形、刚性棱边等，不仅提升了瓶身的抗压强度，还增加了外观上的美感。

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瓶身的底部不仅支撑着整个包装瓶，还经常与外物接触，其结构强度要求更高。一些碳酸饮料内含大量的气体，包装瓶内存在着一定的压力，尤其在发生晃动或者温度升高之后，碳酸气体释放出来，内部压力会增大。

包装瓶的容量较大或者饮品带有气泡时，瓶身破裂的风险会更大。瓶底采用内凹式的形状可以让包装瓶保持稳定的竖向站立状态，也可有效地降低瓶底的擦伤风险，同时还能赋予其抗内压和抗水压冲击的强度，防止瓶底破裂。

理论上来说，最耐破裂的结构是圆瓶底设计，但它需要搭配一个能让瓶身竖直稳定站立的底座。花瓣状瓶底就不需要额外的底座，多点支撑保证了包装瓶站立的稳定性。而且，这种花瓣状设计比较美观。

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所以说瓶底设计成花瓣状并不是为了少装一些饮料，而且这样的设计并不会节省成本，因为每瓶饮料都是有容量标准的，灌装的时候必须在国家规定的标准误差之内。

花瓣形状的瓶底是如何抗压的

瓶底的设计主要是为了防止破裂，这就要求瓶子要有一定的抗压力，以保证产品在生产、运输和销售时的安全，那么五瓣花形状的瓶底是如何抗压的呢？

碳酸饮料在灌装时需要往瓶子里面打入二氧化碳，这时瓶内需要承受4个大气压左右，而PET材质没有玻璃瓶的硬度，所以底部就要通过凹陷设计和拉长筋的结构把瓶子内的压力在瓶底均衡分散，才能做到瓶子在灌装带气的饮料后能“稳如泰山”。

小伙伴们感兴趣的话，可以在家里做个小实验，把可乐倒在一个普通的平底塑料瓶中，和一个装有可乐的底部是五瓣花形状的瓶子一起放到冷冻室里。经过超低温的冰冻后，把两瓶可乐撞向墙体，看看会发生什么？

平底的可乐塑料瓶会被撞裂，而五瓣花形状底部的可乐瓶却完好无损！这是因为可乐瓶子是PET塑料材质，经过低温会变得很脆弱，五瓣花形状底部的瓶子显得更加结实。

如果瓶体内的液体体积变化，瓶子就会在内外压差的作用下变形。如果在运输过程中经过颠簸很容易就破裂了，这样损耗太大了。

所以，经过设计人员的反复实验，这种五瓣花形状的瓶底是用料最省，抗压最好的方式。所以现在大多数的碳酸饮料瓶都在瓶底用上了这种设计。

五瓣花形状的瓶底设计，还有一个好处，就是很多瓶摆放在一起时不容易倒塌。比如超市的货架上，摆着满满的平底形状的碳酸饮料，如果谁不小心碰一下货架或是取放饮料时不注意，就会象多米诺骨牌一样，瞬间碰倒一片。

而五瓣花形状的瓶底，对货架的抓力更大，这样不小心碰倒一瓶也不会导致其他的饮料倒塌，安全性大大提高了。

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塑料瓶底部的数字

有些小伙伴可能会注意到，塑料瓶的瓶底有个数字，被三个弯曲箭头形成的三角形包围，那这个数字代表了什么意思呢？

在塑料产品的底部通常有个三角形，中心的数字表示编号，下方的英文表示塑料材质名称。

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标有1、2、4、5的塑料制品安全性较好；其中5号可以放入微波炉加热。

7号包括EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、PC(聚碳酸酯)、MF(密胺)、Tritan(共聚聚酯)等材质，可能存在双酚A（目前有争议），除了Tritan以外其他的都不建议儿童接触。

需要注意的是，7种塑料型号是为了方便分类回收，并不是代表着食品安全的等级。

图源生命时报

|本文观点来源：

[1].https://mp.weixin.qq.com/s/3jD85ITVeBX9od-uSWcffQ

[2].https://mp.weixin.qq.com/s/IY_dKMAUp9ikcxDMUarq2w

[3].http://www.xinhuanet.com/science/2020-05/10/c_139043002.htm

[4].https://cloud.kepuchina.cn/search/imgText?id=458289

| 编辑：小科

| 审核：科普菌

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