Zwiększanie wytrzymałości mechanicznej opakowań szklanych

25 Apr 2014 10:16

Od wielu lat prowadzone są badania naukowe i przemysłowe mające na celu zwiększenie wytrzymałości mechanicznej opakowań szklanych. Spółka Pol-Am-Pack SA, wraz ze swoimi spółkami powiązanymi prowadząca huty szkła opakowaniowego w kraju oraz w rejonie Azji Południowej, wpisuje się w ten nurt. Pol-Am-Pack SA  jest spółką zależną od Can-Pack SA i należy do Grupy Kapitałowej Can-Pack SA – jednego z największych producentów opakowań w Europie. Pol-Am-Pack SA jest producentem szerokiego asortymentu opakowań szklanych, stosowanych w przemyśle piwowarskim i monopolowym. Dział Badań i Rozwoju prowadzi zaawansowane prace badawcze m.in. w obrębie zastosowania nowych typów uszlachetniaczy na gorąco i na zimno, zwiększających wytrzymałość mechaniczną opakowań szklanych. Termin „wytrzymałość opakowań szklanych” można zdefiniować jako odporność na poszczególne naprężenia, na które są narażone opakowania szklane [1]. Opakowania pękają w momencie przekroczenia występujących w nich naprężeń wywołanych różnymi czynnikami. Maksimum naprężenia jest determinowane przez jakość powierzchni opakowania szklanego. Naprężenie takie może pojawić się na całej powierzchni opakowania szklanego i nie musi zależeć od rozkładu szkła czy obciążeń wywołanych ciśnieniem wewnętrznym, naciskiem osiowym, uderzeniami czy szokiem termicznym. Niektóre etapy procesu produkcji opakowań szklanych mogą w pewnych sytuacjach prowadzić do osłabienia wytrzymałości produkowanych wyrobów szklanych. W celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej opakowań szklanych poddaje się je obróbce termicznej i uszlachetnianiu na gorąco oraz na zimno. Opakowania muszą najpierw zostać uszlachetnione na gorąco HEC (Hot End Coating) [2] i pokryte warstwą tlenku metalu, a następnie uszlachetnione na zimno CEC (Cold End Coating), tj. warstwą organiczną. Oba procesy prowadzą do uzyskania odporności na zarysowania również w środowisku mokrym, które zazwyczaj występuje na liniach rozlewniczych. Metody uszlachetniania opakowań szklanych rozwijane są w Dziale Badań i Rozwoju Pol-Am-Pack SA. Uszlachetnianie na gorąco (HEC) polega na poddawaniu opakowań szklanych działaniu związków chemicznych, które po zetknięciu z gorącą powierzchnią szkła ulegają rozkładowi termicznemu tworząc na zewnętrznej powłoce szkła powłokę tlenkową. Ponadto następuje dyfuzja tlenków metalu do warstw powierzchniowych szkła, w jej wyniku tworzą się wiązania strukturalne ze szkłem i zmieniają się jego właściwości, powodując wzrost wytrzymałości mechanicznej. Uszkodzenia powierzchni opakowań szklanych wywołane tarciem powstają wtedy, gdy całkowite naprężenia rozciągające powstające podczas kontaktu pomiędzy dwoma ocierającymi się opakowaniami przewyższają mikrowytrzymałość ich powierzchni [2]. Naprężenia te są proporcjonalne do współczynnika tarcia pomiędzy dwoma obiektami. Zatem redukując tarcie pomiędzy dwiema powierzchniami opakowań szklanych redukujemy wielkość rozciągających naprężeń powstających podczas ocierania się, co w rezultacie objawia się mniejszą ilością uszkodzeń powstających poprzez tarcie. Współczynnik tarcia powierzchni opakowań szklanych może być zredukowany przez zastosowanie różnego rodzaju środków smarnych. W branży opakowań szklanych środki powodujące lepszą smarowność powierzchni opakowań nazywamy uszlachetniaczami na zimno CEC [3]. Poprawiają one w znaczący sposób smarowność powierzchni szklanej, lecz tylko w warunkach suchego środowiska – otoczenia. W przypadku, gdy opakowania szklane uszlachetnione są tylko na zimno i poddawane są testom wytrzymałościowym na mokro, nie spełniają swojej funkcji i nie są w stanie zredukować współczynnika tarcia, a przez to zabezpieczyć je przed powstawaniem uszkodzeń powierzchni. Biorąc pod uwagę powyższe, uszlachetnianie na gorąco i na zimno stosuje się jako dwie wzajemnie uzupełniające się metody, które wspólnie zastosowane zwiększają wytrzymałość opakowań szklanych. Jakkolwiek opakowania szklane mają zalety, do których możemy zaliczyć: transparentność, stabilność chemiczną (barierowość), stabilność kształtu, to do ich wad można zaliczyć małą wytrzymałość kruchego materiału i relatywnie wysoką masę. Ciągła optymalizacja wszystkich etapów produkcji powoduje zwiększenie wytrzymałości mechanicznej opakowań szklanych i jednocześnie pozwala na obniżenie ich masy. Do procesów tych można zaliczyć nieustanny rozwój procesów formowania i metod obróbki gotowych opakowań szklanych, w tym metod uszlachetniania, które są prowadzone w hutach należących do Grupy Can-Pack. Literatura: [1] Muller-Simon H., Strength of Container Glass, ICG Advance Course Strength of Glass Basic and Test Procedures, Verlag der DeutchenGlastechnischenGeselschaft Offenbach/Main, (2006) [2] Smay G. L. (AGR), Surface Energy Determination of Tin Oxide Coated Soda Lime Silica Glass, American Ceramic Society 71, (1988) [3] Graham Paul W. L., Lubricious and protective coatings for glass containers, American Ceramic Society, (1986) Opracowano na podstawie materiałów firmy Pol-Am-Pack SA