Letvægtsstrategi for PET-flasker
Mount Everest spiller en bærende birolle i undersøgelsen af en metode til at forudsige den deformation, som højdeforskelle undervejs i distributionen kan påføre PET-flasker
I takt med at emballageproducenterne satser på strategier for vægtreduktion, er det stadig en afgørende teknisk udfordring at sikre flaskernes ydeevne i stadig mere komplekse distributionsnetværk.
Teknologivirksomheden BMT, der er kendt for innovative løsninger inden for strækblæsestøbning til den globale emballageindustri, har gennemført en ny undersøgelse, som viser, hvordan integreret simulering og fysiske tests kan bruges til at forudsige og afbøde højdeinduceret flaskedeformation, inden produkterne kommer ind i forsyningskæden.
En af problemstillingerne handler om trykforskelle, der opstår, når produkter, der er fyldt på anlæg i stor højde, transporteres til lavere højder.
De kan skabe en indre vakuumeffekt i forseglede beholdere, hvilket kan føre til deformation i form af udbulinger og i alvorlige tilfælde til strukturelt sammenbrud.
Da højdebetingede trykændringer er en velkendt faktor i emballageudviklingen, kan det føre til overdimensionering og skabe konflikt med målsætningerne om at gøre flaskerne lettere.
Fyldt og forseglet på verdens top
For at imødegå denne udfordring har BMT udviklet en integreret ingeniørmetodik, der kombinerer simulering af strækblæsestøbning (SBM) og strukturelle tests for at vurdere, hvordan fyldningsvolumenet påvirker flaskens ydeevne under højdeafhængige trykændringer.
Figur 2: Kollapstryk ved forskellige fyldningsvolumener
Metoden blev valideret gennem en casestudie inspireret af Mount Everest, hvor man simulerede en flaske, der blev fyldt og forseglet på toppen, inden den blev transporteret ned til havniveau.
- Emballagens ydeevne skal vurderes gennem hele distributionskæden, ikke kun på produktionsstedet. Dette arbejde viser, hvordan simulering og fysiske tests kan bruges sammen til at forudsige højdeinduceret udbuling og understøtte mere velinformerede beslutninger om emballagedesign, siger Ross Blair, teknisk chef hos BMT.
Everest-scenariet skabte en trykforskel på ca. 680 mbar mellem toppen af Mount Everest og havoverfladen, hvilket gjorde det muligt for ingeniørerne at undersøge virkningerne af højdeinduceret belastning på letvægts-PET-emballage.
Avancerede simuleringsteknikker blev anvendt sideløbende med fysiske trykkammertest for at genskabe deformationen og validere modelforudsigelserne i forhold til de fysiske testresultater.
Påfyldnings- og luftvolumen
Undersøgelsen testede også, hvordan rumfanget i flaskens luftrum påvirker flaskens opførsel. Flaskerne blev fyldt til forskellige niveauer for at vurdere, hvordan luftvolumenet over væsken påvirkede deformationen under vakuumforhold.
Resultaterne tyder på et ikke-lineært forhold mellem påfyldningsvolumen og det tryk, det kræver at udløse sammenbrud, hvor stigende påfyldningsniveauer fører til en uforholdsmæssigt højere tærskel for vakuumtryk.
En påfyldningsvolumen på 97 % gav den bedste samlede ydeevne, idet den maksimale afbøjning af sidevæggene blev minimeret, samtidig med at den samlede reduktion af flaskens volumen blev begrænset til ca. 1,2 %.
Figur 3: Sammenhængen mellem vakuumtryk og reduktionen i flaskens volumen ved forskellige påfyldningsmængder.
Samlet set viser resultaterne, at en reduktion af luftrummet mindsker deformationen og øger det tryk, det kræver at udløse strukturelt sammenbrud, betydeligt.
Tilgangen gør det, ifølge BMT, muligt for producenter at kvantificere afvejningen mellem at øge fyldningsvolumenet og reducere flaskens vægt. Selvom højere fyldningsvolumener kan forbedre ydeevnen, kan den også øge produktomkostningerne.
Undersøgelsen kan dermed hjælpe med at identificere den optimale balance mellem emballagens ydeevne og omkostningerne.
Selvom en forøgelse af påfyldningsvolumenet er én måde at forbedre ydeevnen på, tyder resultaterne også på, at tykkelsesfordelingen, SBM-behandlingsbetingelserne og flaskens konstruktion kan spille en vigtig rolle for modstandsdygtigheden over for deformering.
-hawin
