VI. Klasyfikacja materiałów opakowaniowych

FUNKCJE

METODA WYTWARZANIA

KSZTAŁT

MATERIAŁ

Optymalne projektowanie opakowa polega na takim dobraniu materiału i kształtu opakowania

aby poprzez maksymalizowane jego cech (E, R

e

, R

z

/ t/ T, K

Ic

) lub minimalizowanie (koszt, masa,

energochłonno ) zapewni mu maksymaln funkcjonalno .

Przykładowe wska niki funkcjonalno ci materiałów na opakowania:

E/

ρ

, R

e

/

ρ

, R

z

/ t/ T/

ρ

, K

Ic

/

ρ

Sztywne kryteria doboru materiału, które nie podlegaj dyskusji: odporno

na korozj ,

temperatura, prze roczysto

itp.

Dobór materiału na opakowanie powinien tak e uwzgl dnia wymagania

wynikaj ce z zastosowania okre lonych maszyn pakuj cych.

Podział opakowa ze wzgl du na rodzaj materiału, z którego zostały wykonane:

-

opakowania metalowe,

-

opakowania z tworzyw sztucznych,

-

opakowania z tworzyw papierniczych (papieru i tektury),

-

opakowania szklane,

-

opakowania drewniane,

-

opakowania z materiałów kompozytowych.

Udział masowy materiałów w produkcji opakowa w Polsce:

1. Opakowania metalowe

Transportowe

B bny: z obr czami nasadzanymi i wytłaczanymi (100-500 dm

3

),

bez obr czy (25-200 dm

3

),

hoboki (20-50 dm

3

),

z wiekiem zdejmowanym, stałym, zamykanym po napełnieniu.

Konwie mleczarskie

Kanistry

Kegi

Wiadra

Butle do gazów

Zalety:
- trwało

konstrukcji i stabilno

wymiarowa,

- łatwo

formowania i pakowania na maszynach pakuj cych,

- dobre wła ciwo ci barierowe, ochrona przed wiatłem, wilgoci i obcymi zapachami,
- łatwo

laminowania,

- podatno

na recykling.

Wady:
- podatno

na korozj ,

- mo liwo

migrowania do produktów spo ywczych

jonów

metali.

Jednostkowe

Puszki konserwowe

Puszki do napojów

Tuby

Tacki

Pojemniki aerozolowe

Pudełka

Materiały na opakowania transportowe - blachy stalowe czarne i powlekane:

ocynkowane, chromowane, aluminiowane, emaliowane).

Hoboki

B bny

Wiadra

Konwie mleczarskie

Materiały: blachy ze stali nierdzewnej, blacha biała, blachy powlekane

Kegi

Butle do gazów

Kanistry

Opakowania jednostkowe

Puszki konserwowe

Puszki do napojów

Tuby

Tacki

Pojemniki aerozolowe

Pudełka

Materiały metaliczne stosowane na opakowania:

1. Stale – stopy elaza z w glem i innymi pierwiastkami (takimi jak chrom i nikiel),

przerobione plastycznie, o zawarto ci w gla poni ej 0,2 %

wytwarzane w postaci blach czarnych lub z powłokami organicznymi, tak e –

metalowymi.

2. Aluminium i jego stopy z takimi pierwiastkami jak: mangan, magnez, krzem,

mied wytwarzane w postaci folii i blach.

-

g sto : 2,74 g/cm

3

- temp. topnienia: 660°C
- wysokie przewodnictwo elektrycznym i cieplne
- granica wytrzymało ci: R

m

= 100 MPa,

- granica plastyczno ci Re = 20 – 30 MPa,
- wydłu enie: A = 35 – 50 %,
- przew enie: Z = 80 – 95 %)
- twardo : 20 – 40 HB
- odporno

na korozj (łatwo pasywuj cy si ).

-

g sto : 7,87 g/cm

3

- temp. topnienia: 1538°C
- dobre przewodnictwo cieplne
- granica wytrzymało ci: R

m

= 250 MPa,

- granica plastyczno ci Re = 150 MPa,
- wydłu enie: A = 35 – 50 %,
- przew enie: Z =70- 80 %)
- twardo

70-80 HB

- brak odporno ci na korozj .

Wła ciwo ci czystego elaza

:

Wła ciwo ci czystego aluminium

R

m

Z

KCU

A

HB

200

R

e

300

300

800

400

600

0

R

m

, R

e

[MPa]

HB

100

200

0

A, Z

%

10

20

30

40

50

40

200

160

120

80

0

KCU

[J/cm

2

]

60

0,4

0,8

Zawarto

w gla, [%]

1,2

Wpływ zawarto ci w gla na

własno ci mechaniczne stali

Wpływ stopnia odkształcenia własno ci

mechaniczne stopu aluminium

Odkształcenie plastyczne, %

100

150

50

0

80

60

40

20

10

20

A

R

e

R

m

A, %

R

m

, MPa

R

e

, MPa

Metody podwy szania własno ci mechanicznych elaza i aluminium:

a) tworzenie stopów

b) odkształcenie plastyczne

Wi zanie metaliczne

ττττ

ττττ

ττττ

Mechanizm odkształcenia plastycznego metali

Minimalna masa powłoki cyny powinna wynosi 1g/m

2

na ka d stron blachy.

64

65

65

T65

60

61

62

T61

51 max.

52 max.

53 max.

T50

X >0,28 mm

0,21 < X

≤ 0,28 mm

X

≤ 0,21 mm

rednia twardo Rockwella HR 30 Tm

dla grubo ci blachy X

Gatunek

77

590 do 730

DR 660

76

550 do 690

DR 620

od 0,14 do 0,29 mm

od 1g/m

2

do 11,2 g/m

2

73

480 do 620

DR 550

Grubo blach

i zalecane warto ci

masy powłoki cynowej

rednia twardo

Rockwella

HR 30 Tm

Umowna granica

plastyczno ci

R

0,2

[MPa]

Gatunek

Gatunki blachy białej jednokrotnie walcowanej wg PN-EN10203:1991

Gatunki blachy białej dwukrotnie walcowanej wg PN-EN10203:1991

Nominalna grubo

powłoki cynkowej: 100 – 600 g/m

2

.

do bardzo gł bokiego tłoczenia

36

350

220

DX54D

do gł bokiego tłoczenia

30

380

260

DX53D

do tłoczenia

26

420

300

DX52D

do maszynowego zaginania na zakładk

22

500

-

DX51D

Zastosowanie

A

min

[%]

min.

R

m

[MPa]

max.

R

e

[MPa]

max.

Gatunek stali

Przykłady gatunków blachy ocynkowanej ogniowo wg PN-EN 10142:1997

3,0 – 4,0

0,20 – 0,50

0,15

0,35

0,20

AW-AlMg3,5Mn

0,8 – 1,3

1 – 1,5

0,25

0,70

0,30

AW-AlMn1Mg1

-

1 – 1,5

0,05 – 0,2

0,70

0,60

AW-AlMn1Cu

Mg

Mn

Cu

Fe

Si

Zawarto pierwiastka, %

Gatunek stopu

kluczyki,

wieczka

6

230 – 280

280 – 320

0,25 – 0,50

cz ciowo

wy arzony

lakierowany

AW-AlMg3,5Mn

DWI – puszki,

wieczka

3

245 – 295

260 – 300

0,25 – 0,50

walcowany na

zimno

AW-AlMn1Mg1

zamkni cia,

pobocznice

6

100 – 140

120 – 160

0,18 – 0,30

walcowany na

zimno

AW-AlMn1Cu

Zastosowanie

A

min

[%]

R

0,2

[MPa]

R

m

[MPa]

Grubo

blachy

Stan

Gatunek stopu

Własno ci mechaniczne blach walcowanych na puszki, zamkni cia

i wieczka wg PN-EN 573-3

Gatunki stopów aluminium na przeznaczone na wyroby walcowane na puszki, zamkni cia

i wieczka wg PN-EN 573-3

355

Własno ci mechaniczne

24

510-620

0,70

0,50

0,20

P355NB

34

360-450

245

0,30

0,25

0,16

P245NB

A

min

[%]

R

m

[MPa]

R

e

[MPa]

Mn

min

Si

max

C

max

Zawarto pierwiastka, %

Gatunek stali

(oznaczenie)

10,5 – 13

16,5 – 18,5

0,015

0,045

≤

2,0

≤

1,0

≤

0,05

X2CrNiMo17-13-3

–

16,0 – 18,0

0,015

0,040

≤

1,0

≤

1,0

≤

0,08

X6Cr17

max.

Ni

Cr

S

P

Mn

Si

C

Zawarto pierwiastka, %

Gatunek stali

Przykłady gatunków stali nierdzewnych (wg PN-EN 10088:1995)

Przykłady gatunków stali wytwarzanych w postaci blach na butle do gazów

technicznych wg PN-EN 10120:2001

Główne metody formowania opakowa metalowych:
- tłoczenie, zwijanie pobocznic
- ł czenie metod zgrzewania, lutowania, zawijania na zakładk

spoiwo

spoiwo

Zgrzewanie

Lutowanie – pojedyncza

zakładka

Lutowanie – podwójna

zakładka

Formowanie podwójnej zakładki przy ł czeniu pobocznicy z wieczkiem

Przykłady:

pobocznica

wieczko

Wytwarzanie puszek napojowych metod DWI (Draw and Wall Ironing)