Projektowanie opakowań transportowych z tworzyw sztucznych
Stefan Jakowski, Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Opakowań
Podstawowe rodzaje stosowanych opakowań transportowych z tworzyw sztucznych to beczki, skrzynki i kanistry. Beczki wykonuje się najczęściej z polietylenu dużej gęstości (PEHD).
Są to opakowania stosowane do pakowania płynnych, sypkich i mazistych produktów, najczęściej chemicznych i spożywczych.
Beczki produkuje się metodą wytłaczania z rozdmuchem. Materiałochłonność ich związana jest z proporcjami wymiarów, średnicy i wysokości, a także z grubością ścianek opakowań, zależnych od własności zastosowanego do ich produkcji tworzywa oraz z warunkami ich użytkowania. W przypadku beczek przeznaczonych do pakowania materiałów niebezpiecznych, grubość ich ścianek nie powinna być mniejsza niż 4 mm. Grubość ścianek opakowania ma wpływ na jego wytrzymałość. Przy projektowaniu opakowań nowej konstrukcji należy przeprowadzić badania laboratoryjne odporności mechanicznej projektowanego opakowania.
W przypadku opakowań barwionych ważny jest dobór barwników nie zawierających metali ciężkich ani substancji utrudniających ponowne przetwórstwo zużytych opakowań. Przy przeznaczeniu beczek do kontaktu z żywnością konieczne jest przestrzeganie przepisów wymaganych dla zapewnienia bezpieczeństwa żywności. Beczki z tworzyw sztucznych stosowane są głównie jako opakowania wielokrotnego użycia.
Zastosowanie pierścieniowych uszczelek z masy poliuretanowej zabezpiecza wewnętrzną powierzchnię beczki przed zanieczyszczeniem zapakowanych w niej produktów. Dzięki temu po opróżnieniu beczka nie wymaga oczyszczania.
Skrzynki z tworzyw sztucznych to opakowania transportowe wielokrotnego użycia, z dużą odpornością mechaniczną, lekkością i dobrymi własnościami eksploatacyjnymi. Ich zalety to:
n długi czas użytkowania w zależności od rodzaju i jakości tworzywa zastosowanego do ich produkcji, konstrukcji oraz warunków użytkowania, czas tego użytkowania waha się w granicach od 3 do 10 lat,
n przystosowanie do wymagań związanych z mechanizacją robót ładunkowych i do piętrzenia w wysokie stosy, umożliwiające racjonalne wykorzystanie przestrzeni ładownej środków transportu oraz przestrzeni magazynowych.
Odpowiednie zabarwienie skrzynek w istotny sposób chroni przed starzeniem w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego.
Skrzynki z tworzyw sztucznych produkowane są metodą wtrysku. Ta technologia produkcji powoduje, że ich własności wytrzymałościowe zależą od rozwiązania konstrukcyjnego form wtryskowych. Rozwiązanie to, stanowiące podstawowy element procesu projektowania skrzynek decyduje nie tylko o ich wymiarach i konstrukcji, ale także o wielkości powodowanych stygnięciem tworzywa naprężeń wewnętrznych, a także o odporności mechanicznej opakowań i ich odporności na odkształcenie spowodowane działaniem wysokich temperatur. Formy wtryskowe są drogie, ale wykorzystuje się je w produkcji często przez wiele lat. Jakość form wtryskowych ma bardzo duże znaczenie. Właściwie zaprojektowana i wykonana forma wtryskowa jest podstawowym czynnikiem decydującym o jakości skrzynek. Skrzynki te produkuje się najczęściej z polietylenu dużej gęstości oraz z kopolimerów propyleno-etylenowych. Skrzynki z tworzyw sztucznych to opakowania, które mogą być eksploatowane w okresach wieloletnich. Przy projektowaniu skrzynek duże znaczenie ma wybór tworzywa. Przy projektowaniu skrzynek z tworzyw sztucznych zaleca się szczególnie zwracanie uwagi na ich materiałochłonność, przystosowanie do piętrzenia w stabilne stosy oraz na odporność na uszkodzenia i odporność na działanie niskich temperatur. Przy określaniu grubości ścianek i elementów wzmacniających (żeber, wsporników itp.) należy brać pod uwagę przewidywane warunki użytkowania skrzynek. Pamiętać trzeba, że są to opakowania wielokrotnego użycia i że obniżenie zużycia materiału stosowanego do ich produkcji może okazać się niekorzystne, jeżeli spowoduje skrócenie czasu użytkowania opakowań.
Brak dotychczas szczegółowych reguł doboru tworzywa oraz zasad projektowania grubości ścianek i wymiarów elementów wzmacniających skrzynki z tworzyw sztucznych. Przy projektowaniu ich należy wykorzystać dotychczasowe doświadczenia praktyczne producentów tworzyw sztucznych i producentów skrzynek oraz wyniki badań laboratoryjnych.
Omawiane skrzynki podzielić można na: przegrodowe, bezprzegrodowe i magazynowe.
Skrzynki przegrodowe stosowane są powszechnie jako opakowania transportowe produktów ciekłych w butelkach. Mają one kształt zbliżony do prostopadłościanu o zaokrąglonych pionowych krawędziach. Przegrody wewnętrzne dzielą wnętrza skrzynek na gniazda dostosowane wielkością do wymiarów średnic umieszczonych w tych opakowaniach butelek. Dna skrzynek wykonane są najczęściej w formie kratownicy otoczonej ramą, której wymiary dostosowane są do wewnętrznych wymiarów długości i szerokości skrzynki w sposób umożliwiający piętrzenie skrzynek w stabilne stosy. Lite lub ażurowe pionowe ścianki skrzynek wzmacniane są często poziomymi żebrami. Żebra takie umieszczone są zwykle wzdłuż dolnych i górnych krawędzi ścianek. Pionowe ścianki skrzynki łączą się ze sobą przy jej pionowych krawędziach, tworząc zaokrąglone, czasem wzmocnione żebrami pionowymi wsporniki. Na dole tych wsporników znajdują się wystające do dołu stopki. Wysokość ich jest większa od wysokości ścianek pionowych skrzynki, na skutek czego przenoszą one obciążenia występujące przy piętrzeniu skrzynek w stosach.
Skrzynki bezprzegrodowe stosowane są do transportu i przechowywania wielu produktów spożywczych, takich jak np. owoce, warzywa, mięso, ryby mrożone, chleb, sery, masło itp. Ze względu na tego rodzaju przeznaczenie konieczne jest przestrzeganie przepisów wymaganych dla zapewnienia bezpieczeństwa żywności.
Skrzynki bezprzegrodowe stosowane są też do pakowania drobnych produktów niespożywczych.
Mają ponadto istotne znaczenie jako pojemniki magazynowe. Konstrukcja skrzynek bezprzegrodowych nie różni się znacznie od omówionej powyżej konstrukcji skrzynek przegrodowych. Brak przegród wewnętrznych powoduje znaczne obniżenie sztywności konstrukcji skrzynki. Konieczne jest w związku z tym projektowanie grubszych ścianek i elementów wzmacniających. Bardzo istotne znaczenie ma rozwiązanie konstrukcji dna skrzynki, które nie powinno odkształcać się pod wpływem nacisku wywieranego przez produkt.
Kanistry produkuje się zarówno z polietylenu dużej gęstości (PEHD), jak i z polipropylenu (PP). Stosowane są do pakowania wielu płynnych produktów chemicznych. Są to zwykle opakowania o przekroju zbliżonym do prostokąta, wąskootworowe, z jednym otworem zamykanym gwintowaną nakrętką, wyposażone w jeden lub dwa uchwyty. Produkuje się obecnie kanistry o bardzo zróżnicowanych kształtach i wielu różnych pojemnościach. Przy projektowaniu kanistrów, podobnie jak w przypadku innych opakowań transportowych z tworzyw sztucznych dążyć należy do ograniczenia ich materiałochłonności przez odpowiedni dobór kształtu i grubości ścianek opakowania, a także przez odpowiedni dobór tworzywa do ich produkcji.
Rodzaj i jakość zastosowanego tworzywa ma decydujący wpływ na własności wytrzymałościowe wyprodukowanych z tego tworzywa kanistrów. Zastosowanie wyższej jakości tworzywa umożliwia zmniejszenie grubości ścianek opakowania, a więc ograniczenie jego materiałochłonności. W przypadku kanistrów przeznaczonych do pakowania produktów niebezpiecznych grubość ich ścianek nie powinna być mniejsza niż 4 mm. Elementem decydującym o jakości kanistra jest szczelność zamknięcia, zależna od jakości wykonania nakrętki oraz rodzaju zastosowanych uszczelek, które przy nowszych konstrukcjach nakrętek mogą być eliminowane (zamknięcia jednoczęściowe).
Podobnie jak w przypadku beczek, jeżeli projektowane kanistry mają być barwione, to należy zwracać uwagę na rodzaj stosowanych barwników – nie powinny utrudniać ponownego przetwórstwa i zawierać metali ciężkich. Przy przeznaczeniu kanistrów do kontaktu z żywnością konieczne jest przestrzeganie przepisów wymaganych dla zapewnienia bezpieczeństwa żywności.
