mida12

Metode şi principii de obţinere a semifabricatelor şi ambalajelor

86

4.7. Confecţionarea ambalajelor din materiale metalice

4.7.1. Confecţionarea cutiilor cilindrice pentru conserve Pentru ambalarea produselor se pot utiliza, ca recipiente din materiale metalice, cutiile cu capac aplicat sau cu capac fălţuit, bidoane şi butoaie, doze de bere şi băuturi răcoritoare, etc. Cele mai des întâlnite recipiente metalice sunt cutiile de conserve. Pentru confecţionarea cutiilor metalice se utilizează tabla cositorită sau tabla neagră lăcuită, procesul de realizare a acestora fiind constituit din două linii distincte: una pentru confecţionarea corpului cutiei şi una pentru confecţionarea capacelor şi fundurilor cutiei. Fundul cutiei (capacul inferior) se prinde de cutie în faza de fabricaţie a acesteia, în timp ce capacul superior este destinat închiderii cutiei după umplerea ei.

Grosimea foii de tablă este cuprinsă, în mod obişnuit, între 0,22 – 0,3 mm. Ea se obţine printr-o laminare la cald până la grosimea de 1,8 mm, urmată de o cufundare în baie fierbinte de acid sulfuric diluat şi de o a doua laminare la rece, după care se face recoacerea tablei. Există şi sortimente de tablă cu grosime redusă de 0,12 – 0,15 mm. Forma şi dimensiunile cutiilor şi capacelor metalice utilizate în sectorul industrial al conservelor sunt tipizate sau standardizate. La noi în ţară sunt standardizate numai cutiile cilindrice; STAS 1687-82 pentru cutii cilindrice pentru conserve, cu două părţi – STAS 1687/1-81 în care sunt prezentate condiţiile tehnice generale şi STAS 1687/2-82 în care sunt prezentate dimensiunile cutiilor. Nu sunt standardizate cutiile necilindrice (ovale, dreptunghiulare, etc.) utilizate mai ales în industria de conservare a cărnii şi peştelui, acestea fiind tipizate pe centre producătoare şi beneficiare de ambalaje metalice. Standardul 1687/2-82 se referă la două tipuri de cutii: cutii cilindrice cu fund aplicat tip A şi cutii cilindrice ambutisate tip B. STAS 1687/3-82 prezintă elementele caracteristice pentru capace rotunde utilizate la închiderea cutiilor metalice. Procesul tehnologic de realizare a cutiilor cuprinde mai multe faze:

- protejarea superficială a foii de tablă prin lăcuire, cositorire sau cromare; - croirea, şablonarea foii de tablă în funcţie de dimensiunea corpului cutiei, pentru

obţinerea mai multor semifabricate; - tăierea colţurilor semifabricatului, urmată de îndoirea marginilor în vederea îmbinării

longitudinale; - roluirea şi închiderea longitudinală, fie prin fălţuire, fie prin sudare sau lipire cu

cositor; la îmbinarea prin falţ (metoda clasică) se poate face depunerea unei benzi de cositor de-a lungul falţului cu rol de anod suplimentar, în scopul prevenirii corodării tablei;

- bordurarea, adică răsfrângerea marginilor cilindrului obţinut în vederea închiderii la cele două capete;

- croirea, şablonarea şi ştanţarea tablei pentru capace; - profilarea capacului în vederea creşterii rigidităţii acestuia şi evitarea fenomenelor

de bombare; - răsfrângerea marginii capacului şi depunerea unei mase de etanşare (garnitura) din

material polivinilic; - îmbinarea corpului cu capacul inferior prin fălţuire cu ajutorul rolelor; - lăcuirea interioară a cutiei obţinute, prin pulverizare.

În fig.4.50 sunt prezentate unele scheme caracteristice procesului de confecţionare a cutiilor de conserve, iar în fig.4.51 sunt prezentate dimensiunile constructive pentru unele tipuri de capace.

De asemenea, în fig.4.52 sunt prezentate schema sudării longitudinale cu role a corpului cutiilor de conserve şi schema sudării cu ultrasunete a tablelor metalice.

Sisteme de dozare şi ambalare

87

a) b)

P

Închiderea longitudinală a cutiilor de conserve se poate realiza prin falţ (fig.4.50) sau sudare prin presare. În general, falţul care se execută în acest caz este un falţ simplu. Se poate practica sudarea cu ultrasunete, în această situaţie energia necesară sudării introducându-se în componentele de sudat prin provocarea unor microvibraţii în locul de îmbinare, cu o frecvenţă de 16.103 – 1010 Hz (ultrasunete) [11,26,29].

Fig.4.50. Scheme de virolare, îmbinare prin falţ şi bordurare a cutiilor de conserve, [11]

Fig.4.51. Dimensiunile constructive ale unor tipuri de capace pentru cutii metalice, [30]

Fig.4.52. Sudarea longitudinală a cutiilor (a) şi sudarea cu ultrasunete a tablelor (b), [11]

a: 1.corpul cutiei; 2.role de contact; 3.transformator de sudare; b: 1.concentrator de energie; 2.vârf de sudare (scula); 3,4.table; 5.nicovală

Vibraţiile produse de transductoare magnetostrictive sunt amplificate de un concentrator de energie ultrasonică 1 (fig.4.52,b) şi transmise prin vârful de sudare 2 în zona de îmbinare. Amplitudinea vibraţiei concentratorului este ao, ea reducându-se de la capul de sudare la nicovala 5 (ao>a1 > a2 > a3). Prin acţiunea simultană a vibraţiilor şi a unei forţe de apăsare P se produc tensiuni oscilante în zonele vecine celei de contact, realizându-se legătura metalică a pieselor 3 şi 4. Punctul de sudură are o mărime care depinde de timpul de sudare, pătrunderea lui fiind cuprinsă între 0,05 – 0,4 mm, [11].


88

1

5 2

1

2

3

4

P

Partea cea mai importantă a unei instalaţii de sudare cu ultrasunete o constituie sistemul oscilant care este alcătuit din: transductor, concentratoare acustice şi scula (vârful de sudare). Transductorul este dispozitivul utilizat pentru transformarea energiei primite de la un sistem tehnic într-o energie de o altă formă cedată altui sistem (ex.microfon, difuzor, etc.). Transductoarele transformă impulsurile electrice de frecvenţă ultraacustică în vibraţii mecanice cu o anumită amplitudine şi frecvenţă. Cele mai utilizate transductoare sunt cele magnetostrictive care se bazează pe proprietatea unor metale (Ni, permendur, Al-Fe) de a-şi modifica dimensiunile geometrice sub acţiunea câmpului magnetic. Sistemele oscilante (fig.4.53) pot fi:

- cu oscilaţii longitudinale, pentru sudarea prin puncte sau în linie; - cu transformarea oscilaţiilor longitudinale în oscilaţii de încovoiere – la sudare prin

puncte; - cu transformarea oscilaţiilor longitudinale în oscilaţii de torsiune – la sudarea prin

puncte sau inelară. Vârful de sudare are formă liniară la sistemul cu oscilaţii longitudinale putând fi legat

la unul sau mai multe sisteme oscilante. Se pot obţine astfel suduri în linie îngustă, cu lungimi de până la 150 mm.

La sudarea în linie continuă, scula este un disc oscilator în mişcare de rotaţie, sudarea făcându-se fie cu deplasarea sculei şi a rolei de presare, fie cu deplasarea pieselor de sudat. Se utilizează, în general, la sudarea foliilor din aluminiu. Fig.4.53. Sisteme oscilante pentru sudare prin puncte (a) şi pentru sudarea în linie (b) [11]

1.bobină; 2.concentratoare de energie; 3.piese de sudat; 4.disc oscilator; 5.rolă de apăsare

Parametrii regimului de sudare, la sudarea cu ultrasunete [11,26], sunt: a. Amplitudinea de oscilaţie a sculei ao se alege în funcţie de natura şi grosimea

materialului de sudat (ao = 3.10-3 – 25.10-3 mm). Ea depinde de puterea instalaţiei, de tipul concentratoarelor (conice) şi de forţa de apăsare P.

b. Forţa de apăsare P are valori specifice între 40 – 120 N/mm2 şi depinde de limita de curgere a materialelor, de grosimea tablelor şi de amplitudinea ao. Tensiunile în zona de sudare sunt: σ = P/S (S – suprafaţa de contact a sculei cu piesa), iar amplitudinile pieselor de sudat sunt: a1 ≅ ao; a2 ≅ ao. Deplasarea microscopică a suprafeţelor pieselor aflate în contact se realizează în situaţia în care Fo ≥ µ.P (unde Fo este forţa tangenţială maximă de sudat).

La sudarea tablelor din cupru de 1 mm: pentru ao = 13.10-3 mm, t = 1,1 – 1,5 sec, iar ao = (18-25).10-3 mm, t = 3 sec. În primul caz puterea pentru sudare este mai mică.

Se poate face sudarea cu două regimuri de bază (la primul ao este mică şi σ mare, iar la al doilea ao este mare şi σ mic). De asemenea, în primul caz are loc o microfrecare a metalelor de sudat care conduce la suduri rezistente.


89

c. Frecvenţa de oscilaţie f este dată de frecvenţa de rezonanţă a sistemului de oscilaţie ultrasonor. Pentru sudarea metalelor f = (18 – 25).103 Hz.

Generatorul de ultrasunete trebuie prevăzut cu sistem de reglare automată a frecvenţei. În caz contrar amplitudinea sculei se micşorează, iar rezistenţa punctelor sudate este foarte mică.

d. Timpul de sudare t este timpul în care se transmite energia vibratoare pieselor de sudat şi variază între 0,005 s, pentru sârme subţiri, şi 1 s, pentru materiale mai groase. La o putere mai mică generatorului timpul de sudare are valori t = 0,3 – 6 sec.

e. Viteza de sudare (la sudarea în linie) este de ordinul sutelor de mm pe minut. La folii de aluminiu cu g = 0,025 mm, v = 130 – 140 mm/min, la o putere de 2000 W, folosind un transductor pe bază de Ni.

f. Geometria sculei şi a nicovalei sunt date de dimensiunile caracteristice ale acestora. g. Materialul concentratorului este, de obicei, titan, oţel, duraluminiu (cel mai bun fiind Ti). h. Grosimea tablelor poate avea valori, după cum urmează: g ≤ 2,5 mm – la piese din

aluminiu şi aliaje ale acestuia; g ≤ 1 mm – la piese din cupru şi aliajele ale acestuia; g ≤ 4.10-3 mm – la folii din aur, argint, platină; g ≤ 0,5–0,75 mm – la piese din molibden, cobalt, tantan, wolfram, beriliu.

i. Pregătirea suprafeţelor se realizează numai printr-o degresare, deoarece în timpul sudării peliculele de oxizi şi impurităţi se rup fiind expulzate din îmbinare.

j. Direcţia de oscilaţie este bine să fie perpendiculară pe direcţia de laminare a tablelor. Scula poate fi cu suprafaţă plană sau sferică. Raza de curbură trebuie să fie cuprinsă între 5 – 50 mm sau să îndeplinească condiţia: R = (50 – 100).g, în mm. Nicovala trebuie să aibă masă mare şi impedanţă acustică ridicată pentru a împiedica transmiterea undelor ultrasonice în corpul instalaţiei de sudare; suprafaţa ei trebuie să fie plană şi cu o anumită rugozitate, o rugozitate mai mare conducând la condiţii favorabile din punct de vedere energetic pentru formarea sudurii. Pentru ambalarea produselor sub formă de paste, creme, geluri (maioneze, muştar, paste condimentate, pastă de dinţi, adezivi, etc.) se pot utiliza tuburi deformabile din materiale metalice. Evacuarea conţinutului se face prin mărirea presiunii interioare care survine la deformarea manuală (strângerea) a ambalajului. La alegerea materialului din care se confecţionează astfel de ambalaje trebuie să se ţină seama de unele condiţii pe care acesta trebuie să le îndeplinească: să fie uşor de format în vederea realizării ambalajului; să fie uşor deformabil pentru ca, în timpul utilizării, consumatorul să poată scoate conţinutul fără eforturi deosebite; să asigure protecţia produsului pe care îl conţine, cu proprietăţi de barieră, opacitate, difuzivitate.

Cel mai utilizat material pentru confecţionarea tuburilor deformabile, care îndeplineşte toate condiţiile impuse, este Al 99,5 cu duritatea de 17 – 21 HB.

Obţinerea tuburilor deformabile din aluminiu se realizează prin extrudare combinată cu poanson în matriţă cu formă interioară şi dimensiuni corespunzătoare. Partea cilindrică se realizează prin extrudare inversă, în timp ce capul tubului se realizează prin extrudare directă, aşa cum se prezintă în fig.4.54, [6].

La retragerea poansonului tubul este eliberat de pe acesta, cu ajutorul unui inel de evacuare. După scoaterea de pe poanson, se înlătură bavurile rezultate la extrudarea directă, se face filetarea capului pentru asamblarea cu capacul de închidere (din material plastic) şi se taie tubul la lungime. De asemenea, tubul este supus apoi unui tratament termic de înmuiere, în vederea îndepărtării tensiunilor interne şi a ecruisărilor apărute în timpul operaţiei de extrudare.

Înainte de umplere, se realizează lăcuirea suprafeţei interioare, precum şi vopsirea şi estetizarea celei exterioare (desene, în maxim şase culori). Umplerea tubului se face pe la partea inferioară, cu capacul montat, după care se face închiderea acestuia prin pliere, operaţie completată cu marcarea şi inscripţionarea datei de fabricaţie sau a datei de exprirare.


90

5

Fig.4.54. Realizarea tuburilor deformabile prin extrudare în matriţă, [6]

1.matriţă; 2.rondelă din aluminiu; 3.poanson; 4.tub format; 5.inel de scoatere a tubului 4.7.2. Ambalaje de tip spray (aerosoli) Ambalajele cu aerosoli sunt utilizate, îndeobşte, în industria chimică şi farmaceutică, însă au început să fie utilizate tot mai mult şi în industria alimentară, pentru ambalarea unor substanţe aromatizante, frişcă, creme, îngheţată, sosuri, brânzeturi topite, maioneze, muştar, etc. La aceste ambalaje, produsul este ambalat şi se evacuează sub presiune. Un ambalaj tip spray este alcătuit dintr-un recipient din metal sau din plastic, un dispozitiv de comandă şi acţionare din material plastic şi din încărcătura propriu-zisă, alcătuită în cele mai multe cazuri din două substanţe: o substanţă propulsoare şi substanţa activă (produsul de ambalat care este evacuat în atmosferă de către propulsor), [6,30].

In recipientul metalic este închis sub presiune amestecul dintre substanţa activă şi substanţa propulsoare, cu condiţia ca acestea să nu reacţioneze între ele (să nu fie compatibile). Substanţa activă poate fi atât în stare gazoasă, cât şi în stare lichidă, spumoasă sau prăfoasă. Pentru evacuarea conţinutului, ambalajul spray este prevăzut cu un dispozitiv de comandă (de tip supapă unisens) care are rolul de a pune în legătură interiorul recipientului cu atmosfera, substanţa activă fiind evacuată datorită diferenţei de presiune dintre interior şi exterior.

Părţile componente ale unui ambalaj de tip spray se pot urmări în fig.4.55, [30]. Recipientul este partea de bază a ambalajului spray şi poate fi confecţionat din tablă de oţel, protejată sau neprotejată, din aluminiu sau material plastic. Dacă recipientul este din tablă de oţel, atunci tehnologia de obţinere a acestuia este asemănătoare cu cea a cutiilor de conserve, corpul fiind închis după roluire prin sudare longitudinală, capacele, dintre care cel superior este prevăzut cu dispozitivul de comandă, fiind asamblate cu corpul prin fălţuire. Recipienţii din aluminiu pot fi dintr-o singură bucată sau din două bucăţi, în această situaţie capacul inferior (din oţel) fiind îmbinat prin falţ cu partea cilindrică a recipientului. Recipienţii dintr-o singură bucată se obţin prin extrudare inversă la rece, prin impact (cu viteză mare), baza recipientului rezultând prin presare (forjare), iar pereţii laterali prin extrudare. După realizarea recipientului urmează tăierea la lungime a acestuia, formarea gâtului prin deformare plastică şi a gulerului pentru fixarea dispozitivului de comandă. Fazele formării recipientelor spray din aluminiu sunt prezentate în fig.4.56, [6].


91

6

1

5 4

2

3

Fig.4.55. Părţile componente ale unor ambalaje de tip aerosoli, [30]

Fig.4.56. Formarea recipientelor pentru ambalaje de tip aerosoli, [6]

1.poanson; 2.matriţă; 3.pastilă din aluminiu; 4.tub în formare; 5.tub format; 6.inel de evacuare Fluxul tehnologic al realizării recipientului spray se încheie cu vopsirea exterioară, în vederea protecţiei şi estetizării, şi lăcuirea interioară a acestuia. Agenţii propulsori, de cele mai multe ori de natură chimică, au rolul de a expulza în atmosferă substanţa activă, putându-se găsi, fie în stare lichidă (gaze lichefiate), fie în stare gazoasă. Gazele lichefiate, în anumite condiţii de stare, pot fi lichefiate la presiuni relativ mari, introducându-se astfel în recipientele spray-urilor, care apoi se închid etanş pentru a menţine în interior presiunea de lichefiere constantă. Gazul lichefiat se menţine în stare


92

lichidă, într-un echilibru labil, atât timp cât presiunea rămâne constantă. In momentul deschiderii valvei de comandă, prin orificiul de golire iese o anumită cantitate de substanţă activă în amestec cu gaz propulsant, iar presiunea în recipient scade sub presiunea de lichefiere. Aceasta face ca o parte din substanţa propulsoare, proporţională cu diferenţa de presiune apărută, să se vaporizeze şi să ia locul celei evacuate refăcând presiunea iniţială din recipient. Substanţele propulsoare, la presiune atmosferică şi temperatura de 20oC, se prezintă în stare gazoasă. Există două tipuri de spray-uri: binare (cu două faze) şi ternare (cu trei faze), fig.4.57, [30]. Aerosolii binari, au o fază lichidă constituită din substanţa activă şi o parte din substanţa propulsoare (fie în amestec fie separate), care se depune la partea de jos a recipientului, şi o fază gazoasă constituită din o parte a substanţei propulsoare, care se găseşte la partea de sus şi care apasă asupra fazei lichide şi asupra pereţilor. Presiunea exercitată este în funcţie de caracteristicile chimice ale substanţei propulsante, proporţia de amestec şi de temperatură.

Fig.4.57. Ambalarea produselor în ambalaje de tip aerosoli, [30] Aerosolii ternari, au substanţa activă care nu se dizolvă sau amestecă cu substanţa propulsoare aflată în stare lichidă, astfel că în recipient apar două straturi lichide distincte între ele (substanţa activă şi substanţă propulsoare) aflate la aceeaşi presiune. Pot exista două situaţii, în funcţie de masele specifice ale celor două substanţe:

- dacă lichidul propulsant are masa specifică mai mare decât substanţa activă, atunci în recipient se va găsi un strat de gaz propulsant, în partea de sus a recipientului, substanţa activă lichidă în amestec cu bule de gaz propulsant, în partea centrală, şi faza lichidă a propulsantului, în partea inferioară a recipientului;

- dacă lichidul propulsant are masa specifică mai mică decât substanţa activă lichidă, atunci în recipient se va găsi faza gazoasă a propulsantului, în partea de sus, urmată de faza lichidă a acestuia, în timp ce la partea de jos a recipientului se va găsi substanţa activă lichidă. In primul caz, pentru evacuarea substanţei active se utilizează un tub plonjor scurt, iar în al doilea caz se utilizează un tub lung care să ajungă în stratul de substanţă activă,


93

ceea ce arată că la spray-urile ternare propulsorul nu este decât un mijloc mecanic de vehiculare a presiunii, neparticipând la crearea dispersiei ce se evacuează. Gazele lichefiate care se utilizează ca substanţe propulsoare trebuie să se lichefieze la presiuni mici (sub 4 atmosfere), condiţie care este îndeplinită de foarte puţine gaze, cum sunt hidrocarburile clorofluorurate (frigen, freon), propanul, butanul, etc., care nu se pot utiliza, însă, la produsele alimentare, fiind toxice. Pentru produsele alimentare se utilizează, de obicei, substanţe propulsoare gazoase care nu se pot lichefia decât la presiuni mari, în spray-urile alimentare ele găsindu-se sub formă de gaze comprimate, astfel că presiunea din interiorul recipientului scade pe măsură ce acesta se goleşte. Ca propulsante pentru spray-urile alimentare se folosesc: azotul, bioxidul de azot şi bioxidul de carbon, care sunt şi ieftine şi neutre faţă de produsele alimentare, din punct de vedere chimic, fără să se dizolve în acestea, nemodificând proprietăţile produselor. Umplerea recipientelor de tip spray trebuie efectuată astfel încât în interior să fie introduse cantităţi bine dozate de substanţă activă şi substanţă propulsoare. Aceasta se face după asamblarea ambalajului şi după verificarea etenşeităţii. Umplerea se poate face, fie la rece – fără presiune, fie sub presiune. Dacă substanţa propulsantă este lichefiată, umplerea cu amestec de substanţă activă – substanţă propulsoare se face la temperaturi scăzute (-20 – -40oC) pentru a menţine substanţa propulsoare în stare lichidă, valva de comandă montându-se numai după încărcare. Totodată, este necesară şi răcirea substanţei active înainte de a o amesteca cu propulsorul, pentru că acesta se va evapora rapid producând pierderi.

Recipientul plin se menţine la temperaturi scăzute până când se montează valva de comandă, după care se imerseză în apă la 50-55oC pentru a creşte presiunea şi a se verifica etanşeitatea.

La umplerea sub presiune, substanţa propulsantă se injectează la o presiune de peste 10 at prin canalul exterior al valvei care este deja montată, dar cu resortul comprimat.

Viteza de umplere depinde de diametrul canalului de umplere.

Aceasta se realizează la temperatura ambiantă, urmărind fazele: - introducerea substanţei active dozate,

înainte de montarea valvei de comandă; - montarea valvei pe gulerul bordurat al

recipientului; - injectarea sub presiune a cantităţii

corespunzătoare de substanţă propulsantă; - montarea butonului de comandă al valvei; - verificarea etanşeităţii spray-ului prin

imersie în apă. Umplerea recipientului spray se poate face

şi prin combinarea celor două metode. Fig.4.58. Schemă de umplere a ambalajului de tip spray, [30]

mida12

Documents