Дизайнерские решения, их влияние на прочность и технологичность

Форма стеклянной тары имеет очень важное значение для ее прочности. Самой проч­ной является сферическая форма, за ней следует цилиндрическая, а прямоугольник — наименее удачная с технологической точки зрения форма. Плоские прямоугольные стенки хуже выдерживают механические воздействия, чем выпуклые, особенно если воздействие идет изнутри. Следовательно, дизайнер должен предусмотреть в сере­дине выступы или валики, которые примут на себя ударную нагрузку. Эти выступы можно дополнительно усилить, предусмотрев на них оребрение. Хотя эти правила относятся в первую очередь к прямоугольным формам, они также могут применять­ся по отношению к круглым, овальным и другим формам. Прочность бутылки увели­чится до 50%, если ее форма обеспечивает перераспределение удара в те части, где он наименее опасен.

Углы оказываются, как правило, наиболее тонкой частью сосуда, поскольку имен­но здесь стекло подвергается наибольшему растягиванию. Особенно уязвимы углы около дна, поскольку сосуды обычно ставят на конвейер упаковочной линии верти­кально, дном вниз. В результате часто происходит «ушиб» дна. Проблему тонких уг­лов можно в определенной степени сократить, придавая пульке соответствующую форму. При этом идеально равномерного распределения стекла достичь невозможно, и обычно самыми тонкими участками оказываются плечики и пята.

При проектировании стеклянной тары следует избегать острых граней и углов, поскольку они технологически сложны и приводят к увеличению числа дефектов го­товой продукции. Например, острые выступающие углы, определяемые формой, за­частую приводят к вызванной давлением или температурной посечке стекла. Направ­ленные внутрь острые углы требуют применения высоких температур и высокого давления, чтобы направить стекло в форму угла, и это может приводить к таким де­фектам, как косой венчик, тонкостенное горло и др. С другой стороны, выгнутые стен­ки, желобки на поверхности, фактура и другие свойства стеклянных сосудов могут различным образом применяться в декоративных целях.

Разработка новой тары проводится с учетом необходимого свободного простран­ства над продуктом, веса стекла и других подобных факторов. Объем свободного про­странства над продуктом может быть определен потребителем в зависимости от того, какая часть от объема сосуда будет заполнена, или по результатам испытаний при температурах от -17,7 до 57 °С, проводимых в целях предотвращения выхода сосуда из строя даже при самых неблагоприятных погодных условиях. В фармацевтической промышленности сосуд наполняется, как правило, до половины высоты плечиков, в то время как в косметической — до самого основания горлышка (рис. 1.4). Поскольку форма определяет только внешний размер сосуда, при расчете необходимого объема обязательно принимается во внимание толщина стенок.

При условии соблюдения оптимального веса капли стекломассы и высоты бутыл­ки можно комбинировать различные формы корпуса и венчика. Используя одну и ту же форму для формовки корпуса, можно заменять форму для венчика на другую, на несколько миллиметров большую или меньшую по размеру, или другого вида. Также возможно изменить форму горлышка или корпуса сосудов путем сочетания приме­нения новой чистовой формы с привычной черновой.

Формы для изготовления корпуса выпускаются в виде двух половинок, разделен­ных вертикальной пластиной. Если форма сосуда в горизонтальной плоскости квад­ратная или продолговатая, то разделительные линии обычно располагаются в проти­воположных по диагонали углах, так, чтобы след от стыка поверхностей был менее заметен. Выпуклая полоса или буртик на плечиках и у основания (если дизайнерское решение это допускает) обеспечивает прочность в точках соприкосновения сосудов на линии розлива и значительно повышает срок службы сосуда (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Противоударные ободки сокращают выход тары из строя, поскольку нагрузка на плечики и основание приходится на эти выступающие области. Фактура, имеющаяся на этих ободках, также помогает снизить ущерб от ударов, происходящих в этой зоне

На поддоне формы может находиться фирменный знак производителя, так назы­ваемая маркировка дна, а в случаях, когда форма выполнена по индивидуальному заказу, на ней может указываться фамилия клиента. Если у производителя имеется несколько заводов, может наноситься номер завода, и иногда указывается дата изго­товления в виде последних двух цифр года выпуска. Одна из компаний, производя­щих стеклянную тару (а возможно, и некоторые другие), применяет для нанесения на сосуд более точных сведений о его производстве струйные принтеры.

На поддоне чистовой формы также может указываться ее номер или обозначение в форме двоичного года из парных выпуклых точек, позволяющее определить форму, с помощью которой выпускался конкретный сосуд, а также помогает обнаружить причину возникновения дефектов (рис. 1.6) [2]. Однако в наши дни номер формы чаще всего находится в области пяты стеклянной тары и обозначается в виде после­довательности выпуклых точек (рис. 1.6) [3]. Благодаря современной автоматизации производства, код пяты позволяет отбирать или отбраковывать тару на основе номе­ра формы, в которой она изготовлена, для чего применяется специальное устройство считывания кода продукции. Чтобы устройство смогло правильно считывать инфор­мацию, точки не должны располагаться ближе, чем в 4 мм от разделительной линии или любых декоративных деталей [4]. Следует также отметить, что на тару опреде­ленных форм код в области пяты наносить не следует.

Полезно придать поверхности поддона чистовой формы некоторую фактуру, по край­ней мере той части поддона, которая непосредственно формирует дно стеклянной тары, поскольку оно будет соприкасаться с конвейерной лентой. Тем самым намного снижает­ся термический удар при соприкосновении стеклянной тары и конвейерной ленты отжи­гательной печи. Небольшим недостатком дна с фактурной поверхностью является то, что на расфасовочной линии в щели между выступами донышка может набиться грязь.

Следует помнить, что по мере увеличения массы бутылки происходит прямо пропорциональный ему рост динамической нагрузки. Учитывая постоянный рост скорости работы фасовочных линий, еще более важно помнить то, что динамическая нагрузка возрастает пропорционально квадрату скорости, то есть при повышении скорости в три раза ударное воздействие увеличивается в девять раз.

Форма корпуса сосуда должна разрабатываться с учетом требований фасовочно­го и этикетировочного оборудования. Овальная бутылка, если ее стороны недоста­точно плавно закругляются, может падать (рис. 1.7). Если верхняя часть бутылки шире нижней или имеет более толстые стенки, бутылки могут опрокидываться при столкновении друг с другом на конвейере (рис. 1.8). Поскольку определенные фор­мы тары затрудняют правильное наклеивание этикетки, часто имеет смысл разме­щать контрольную выемку или выступ в нижней части поверхности, на которой раз­мещается этикетка, чтобы машина могла ее определить и автоматически развернуть сосуд в необходимое положение (рис. 1.9).

Венчики.

Стеклянные сосуды подразделяются на узкогорлые (с внутренним диаметром горла менее 35 мм) и широкогорлые (с внутренним диаметром горла более 35 мм).

В соответствии со стандартами, установленными Институтом стеклянной тары (Glass Packaging Institute, г. Вашингтон), тара классифицируется по видам венчиков, которые отличаются по размеру, способу укупоривания и имеют такие особенности, как ручки, большое или несколько маленьких отверстий для высыпания необходи­мого количества чего-либо и другие приспособления для извлечения содержимого.

Стандартные венчики сосудов обозначаются с помощью двух чисел, например 28-410. Первое число обозначает диаметр в миллиметрах, измеренный от одного края резьбы до другого; при этом бутылка располагается горизонтально. Второе число ука­зывает способ укупорки: серия 400 (непрерывная резьба, сокращенно СТ - continuous thread); серия 500 (для крышки, открываемой поворотом); серия 600 (для коронча­той крышки, кронен-пробки); серия 2000 (для вакуумной упаковки); серия 1600 (за­катываемая крышка).

На рис. 1.10 приведено изображение распространенных типов венчиков. Непрерывная резьба (серия 400) применяется наиболее широко и в самых разнообраз­ных сферах — от упаковки пищевых продуктов и напитков до фармацевтической про­дукции и бытовой химии. Напитки также выпускаются в бутылках с венчиком 1600 (закатываемая крышка) и 500 (крышка, открываемая поворотом) серий. Последняя по­всеместно вытесняет традиционную корончатую (600 серия), требующую применения специальных приспособлений для открывания.

Для пищевых продуктов и некоторых видов соков применяются сосуды серии 2000, поскольку она пригодна для вакуумной упаковки. Крышка такого контейнера удерживается на нем за счет лепестков, прижатых к венчику, поэтому ее часто назы­вают «обжимная лепестковая крышка». Также этот вид тары называют «закрываю­щейся при повороте на четверть оборота». Следует отметить, что обжимные лепест­ковые крышки не должны применяться при закрутке сосуда вручную, поскольку при этом крутящее усилие может быть недостаточным для обеспечения надежной герме­тичной укупорки.

Фрикционные крышки часто применяются для пищевых контейнеров, например при выпуске стаканчиков для конфитюра (чтобы сохранить гладкий край), что дает возможность использовать их впоследствии в качестве стакана.

Область венчика описывается с помощью специфической терминологии (рис. 1.11).