Локальная прочность пластиковой упаковки и ее элементов

         Задача по оптимизации такой характеристики пластиковой упаковки, как цена – качество, требует конкретных знаний по прочностным свойствам изделий из полимерной пленки, изготовленных методом пневмоформования. Обращение с упакованным продуктом в процессе его производства, а также конечным потребителем, показывает, что пластиковая упаковка и ее элементы испытывают существенные локальные нагрузки, которые зачастую превышают прочностные характеристики упаковки. В случае, если это явление имеет место, на различных поверхностях упаковки или мест сопряжения поверхностей, появляются заломы. Это приводит к потере товарного вида упакованного продукта в целом. 

            В общем случае, индивидуальность упаковки определяется характеристиками продукта , для которого она предназначена. Поэтому , например , упаковка может иметь одинаковую форму и оформление, но в то же время, обладать различными прочностными характеристиками, поскольку предназначена для продуктов с различными весовыми характеристиками. Не смотря на очевидную потребность в индивидуальных характеристиках упаковки, этот подход на рынке зачастую игнорируют. На практике это приводит к тому, что прочностные характеристики упаковки либо существенно ниже , чем это требуется, тогда упакованный продукт не будет иметь товарного вида, либо наоборот , прочностные характеристики упаковки существенно выше, чем требуется, тогда возрастают необоснованные затраты на упаковку. 

           Так или иначе, но потребность регулирования прочностных характеристик упаковки на этапе ее проектирования и изготовления является актуальной, особенно - для производителей упаковки. Однако, прежде чем управлять процессом, например, оптимизации прочностных характеристик пластиковой упаковки (или ее элементов) необходимо научиться их измерять. 

          Для процесса обращения с упакованным продуктом, наиболее актуальным является процесс измерения локальной прочности пластиковой упаковки (или ее элементов). 

Измерение локальной прочности пластиковой упаковки или ее элементов.

         Следует отметить, что методики измерения локальной прочности пластиковой упаковки не существует, тем более отсутствуют какие либо стандарты по измерению данной характеристики пластиковой упаковки (или ее элементов). Поэтому , в настоящее время, измерение локальной прочности пластиковой упаковки (или ее элементов) осуществляется с помощью методики, разработанной в нашей фирме. 
       
          В основе метода лежит локальное (на определенном участке) нагружение пластиковой упаковки (или ее элементов). Область локального нагружения в общем случае может быть любой, однако, наибольший интерес представляют участки конструкции, которые наиболее склонны к разрушению под действием внешних сил. Как правило, это области пластиковой упаковки (или ее элементов), где в результате формования изделия происходит наибольшее утонение пленки. Известно, что пластиковая упаковка (или ее элементы) представляет собой либо - усеченные конуса, либо - усеченные пирамиды (Рис 1. 2.). При изготовлении упаковки методом пневмоформования, область наибольшего утонения пленки находится на сопряжении боковой и верхней поверхностей. 

Рис 1. Круглый контейнер для тортов и пирожных, формы усеченного конуса

Рис 2. Квадратный контейнер для тортов и пирожных, формы усеченной пирамиды

          Измерение локальной прочности пластиковой упаковки (или ее элементов) производится с помощью универсальной разрывной машине Н 10 КТ фирмы HOUNSFIELD Tinius Olsen (Рис. 6). Суть исследования заключатся в том, что испытуемый образец ставиться на нижнюю траверсу на ровную поверхность. На верхней траверсе закреплен Г-образный элемент (Рис. 7), который имитирует локальное воздействие внешних сил. В начальный момент Г-образный элемент устанавливается на верхнюю поверхность пластиковой упаковки (или ее элемента). После чего , верхняя траверса машины вместе с Г-образным элементом опускается вниз с заданной постоянной скоростью, имитируя локальное воздействие внешних сил. Усилие сопротивления пластиковой упаковки (или ее элементов) регистрируется тензодатчиком. 

  Рис. 6 Машина Н 10 КТ фирмы HOUNSFIELD Tinius Olsen  

Рис. 7 Г-образный элемент, который имитирует локальное действие внешних сил  

Разрушение пластиковой упаковки или ее элементов при локальном нагружении.

          Разрушение пластиковой упаковки (или ее элементов) при локальном нагружении заключается в потери устойчивости боковой поверхности. Процесс потери устойчивости происходит ,как правило, в две стадии. На первой стадии происходит самопроизвольное образование ребер жесткости. В зависимости от конструкции упаковки (или ее элементов), самопроизвольно образующиеся ребра жесткости могут иметь различную форму и направление , относительно направления нагрузки. На второй стадии происходит нагружение и разрушение самопроизвольно возникших ребер жесткости. Описанный механизм разрушения пластиковой упаковки (и ее элементов) имеет актуальное значение, для конструирования упакованного продукта. Актуальность заключается в поведении конструкции на первой и второй стадии локального нагружения. Если на первой стадии нагружения конструкции, т.е в момент самопроизвольного образования ребер жесткости, снять нагрузку, то локально нагруженный участок конструкции релаксирует без образования заломов на поверхностях или в месте их сопряжения. Если же продолжать нагружать локальный участок пластиковой упаковки (или ее элементы), то начинается процесс разрушения самопроизвольно образовавшихся ребер жесткости и после снятия нагрузки релаксация не происходит, или происходит в незначительной степени, а на поверхности изделия остаются заломы или вмятины (Рис. 8). Зная механизм разрушения пластиковой упаковки (или ее элементов) при локальном нагружении, можно анализировать результаты испытаний. 

                    

                                                                   Рис. 8 Испытание по определению локальной прочности упаковки.  

Анализ результатов испытаний.

           В результат испытаний пластиковой упаковки (или ее элементов) получаются графики, где на оси ординат откладываются значения усилия сопротивления участка упаковки внешним воздействиям, а на оси абцисс - деформация испытываемого участка. Пример графика приведен на рисунке.                

           На графике видны три участка: первый (отрезок AB) - участок самопроизвольного образования ребер жесткости с релаксирующей деформацией. Второй (отрезок BC) - участок разрушения ребер жесткости с остаточной деформацией. Третий (отрезок CD) - участок разрушени части боковой поверхности упаковки (или ее элемента) и полная потеря устойчивости, т.е. потеря сопротивления внешним воздействиям. Для проектировщиков и потребителей упаковки наиболее актуальным является значение локальной прочности с деформацией, позволяющей нагруженному участку релаксировать. 


                                                                                              Выводы.

     1. Разработана методика, позволяющая измерять локальную прочность пластиковой упаковки или ее элементов. 
     2. Значения локальной прочности пластиковой упаковки (или ее элементов) является индивидуальной, технической характеристикой.
     3. Локальная прочность пластиковой упаковки (и ее элементов) как техническая характеристика должна находить отражение в спецификации на изделие. 
     4. Значение локальной прочности пластиовой упаковки( и ее элементов) соответствует определенному значению деформации участка упаковки, при которой имеет место ее релаксация в случае снятия нагрузки.
     5. Деформация с релаксацией участка поверхности пластиковой упаковки и ее элементов также как и прочность является индивидуальной характеристикой упаковки.
     6. Как индивидуальная характеристика пластиковой упаковки (или ее элементов) значении деформации, при которой происходит релаксация нагруженного участка упаковки должна находить отражение в спецификации на изделие.