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Logistica: 3 Packaging

Bottiglie di vetro

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Bottiglie di vetro: Tecniche di produzione

Bottiglie, flaconi, barattoli e vasi di vetro si producono, fondamentalmente, attraverso due tecniche non molto dissimili dette "presso-soffio" e "soffio-soffio". Una terza tecnica (vetro pressato) è utilizzata per la produzione di bicchieri e oggetti per i quali non è necessaria una particolare attenzione nella finitura dell'imboccatura. Nelle due tecniche fondamentali si fa uso di due stampi diversi. Nel primo si forma l'imboccatura ed un abbozzo della cavità mentre nel secondo viene acquisita la forma finale; la differenza consiste nelle modalità di formazione nel primo stampo.

Bottiglie di vetro: Tecnica presso-soffio
In questo caso un pistone penetra nella goccia di vetro fuso (1000- 1200 °C) costringendola nel primo stampo e formando una preforma (parison) la cui imboccatura, tuttavia, è già quella definitiva del contenitore finito. La tecnica di "presso-soffio", classicamente impiegata per contenitori dalla apertura larga (in genere maggiore di 35 mm), in una recente variante (narrow neck press and blown) che fa usa di pistoni più stretti e lunghi, è utilizzata oggi anche per bottiglie e consente una più soddisfacente distribuzione delle temperature in fase di raffreddamento, una maggiore precisione nel controllo degli spessori e quindi minori tensioni interne ma può produrre abrasioni superficiali e inclusioni di particelle estranee.

Bottiglie di vetro: Tecnica soffio-soffio

Nel secondo caso è l'azione di un soffio di aria compressa che determina la formazione dell'abbozzo di corpo cavo (parison) e modella l'imboccatura (vedi figura). La tecnica "soffio-soffio" ha caratteristiche sostanzialmente antitetiche ed è impiegata per produrre bottiglie. Per definizione, la bottiglia (il più diffuso contenitore di vetro) è un corpo cavo, generalmente cilindrico raccordato mediante un collo ad un' apertura il cui diametro è inferiore a quello del corpo.

In tutte e due le tecniche di produzione la forma definitiva si raggiunge nel secondo stampo per azione di un soffio di aria compressa a circa 200 bar. Le macchine di formatura sono, in genere, dotate di più sezioni, lavorando più gocce di vetro contemporaneamente raggiungono cadenze anche di 500 pezzi al minuto. La temperatura del vetro nel secondo stampo è di circa 450-500 °C e si ha dunque una rapidissima variazione dai 1000- 1200 °C della goccia nel primo stampo. Il vetro non ha un'elevata conducibilità termica e, come è già stato sottolineato, la differenza di temperature tra punti adiacenti, genera forti sollecitazioni tensili sull'oggetto di vetro. Questa situazione si presenta quindi in modo molto critico all'uscita del contenitore di vetro dal secondo stampo e per annullare le tensioni presenti si ricorre all'operazione di ricottura.

Bottiglie di vetro: Ricottura (Annealing)

I contenitori sono avviati ad un tunnel che può essere lungo qualche decina di metri, dove vengono riscaldati a 540-550 °C (poco sotto la temperatura di rammollimento) ed in seguito raffreddati molto lentamente per rimuovere le tensioni indotte da una velocità di raffreddamento non uniforme nelle fasi precedenti.

Bottiglie di vetro: Controllo di qualità

All'uscita dalla cosiddetta zona fredda (40-60 °C) tutti i contenitori vengono sottoposti ad un rigoroso controllo di qualità per verificare la presenza di difetti (inclusioni, crepe, rotture), la regolarità della forma e dell'imboccatura. Le imperfezioni sono punti di amplificazione degli sforzi applicati: se uno sforzo è applicato in quel punto si può anche arrivare alla rottura. Altri controlli (per esempio di resistenza alla pressione interna, di capacità, di resistenza allo sbalzo termico) vengono condotti invece a campione.

Bottiglie di vetro: Tecniche di rafforzamento del "vetro leggero"

Negli ultimi anni la tecnologia di produzione dei corpi cavi di vetroha subito importanti evoluzioni, finalizzate alla realizzazione di imballaggi più leggeri ma con superiori doti di resistenza meccanica. I risultati conseguiti sono notevoli se si pensa che in moltissime applicazioni, il peso dei contenitori di vetro è stato dimezzato rispetto a quello di 30-40 anni fa.

Bottiglie di vetro: Trattamenti di superficie

Tendono ad aumentare la resistenza alle sollecitazioni del contenitore di vetro ed a ridurre il coefficiente di attrito sulla superficie:

􀂃 HOT END, o "trattamento a caldo", è definita l'operazione che consiste nello spruzzare il contenitore all’uscita dallo stampo e prima del forno di
ricottura, con una soluzione di tetracloruro di stagno [SnCl4], cloruro di dimetil stagno [(CH3)2SnCl2] o tetracloruro di titanio [TiCl4]; i sali, così
deposti , pirolizzano a circa 550 °C fissando sulla superficie del vetro una sottile pellicola di ossido di metallo che riempie le microabrasioni e le incrinature che possono agire da amplificatori di sforzo e, quindi, irrobustisce il contenitore; l’acido cloridrico che si forma viene aspirato ed allontanato dall’impianto.
􀂃 La pellicola di ossidi metallici aumenta, però, di molto il coefficiente di attrito che viene successivamente ridotto attraverso il "trattamento a freddo" (COLD END) che consiste nel lubrificare stabilmente, mediante lo spruzzo di una dispersione di cere, oleati, stearati, glicoli o altre sostanze, la superficie dei contenitori all'uscita della zona fredda.

Bottiglie di vetro: Rafforzamento termico -Tempra

Il procedimento di tempra termica ha la finalità di ripartire le tensioni presenti nell’oggetto di vetro per incrementarne la resistenza meccanica; il
procedimento è di norma impiegato per vetro piano (parabrezza, lastre, ecc), in misura inferiore su bicchieri e articoli di vetro per la tavola e solo in via sperimentale su bottiglie. Consiste nel riscaldare l'oggetto a temperature di poco inferiori a quella di rammollimento, quindi nel raffreddarlo molto rapidamente con aria o mediante l'evaporazione di un solvente. In tal modo le superfici esterne restano interessate dalle sollecitazioni compressive che sono compensate da sollecitazioni tensili interne. e compressioni superficiali possono essere nell’ordine di 100-1500 kg/cm2 e rendono il materiale più robusto ma perché il trattamento sia efficace lo spessore deve essere notevole (circa 3 mm) e l'imboccatura sufficientemente larga per permettere un'uguale velocità di raffreddamento sulle due facce.



Bottiglie di vetro: Rafforzamento chimico

E' un processo sviluppato in via sperimentale in Giappone. Immergendo il contenitore in un bagno di sali di potassio fusi, o spruzzandolo ancora caldo con tali soluzioni, è possibile realizzare,superficialmente, uno scambio ionico tra il sodio presente nella struttura del vetro ed il potassio della soluzione. Gli atomi di potassio hanno un raggio atomico molto più grande (1.38 angstron) di quello del sodio (0.97 angstron) e, forzandosi all'interno degli strati superficiali del vetro, determinano uno stress compressivo sulla superficie del contenitore che lo rende più resistente alle sollecitazioni meccaniche ed agli shock termici. Anche in questo caso, perchè il trattamento sia efficace è necessario applicarlo su spessori consistenti di materiale.

In tutti e due i casi si tende ad ottenere una sollecitazione di tipo compressivo sulla superficie che, in equilibrio con tensioni di natura tensile nella porzione più interna dell'oggetto di vetro (al cuore), ne determinino una maggiore resistenza alle sollecitazioni meccaniche. Nel caso del rafforzamento termico, come la figura mostra, lo spessore superficiale interessato da queste sollecitazioni compressive è maggiore ma le forze hanno minore intensità che nel caso del rafforzamento chimico. Il rafforzamento chimico, certamente più diffuso di quello termico per gli imballaggi di vetro, ha anche un significativo effetto sulla resistenza dei contenitori agli sbalzi termici.

Bottiglie di vetro: Altri metodi

pulitura acida (acid polishing) con acido fluoridrico finalizzata alla rimozione delle abrasioni;
intervento sulla composizione del vetro (alcuni vetri hanno proprietà meccaniche superiori);
cristallizzazione della superficie (alcune composizioni vetrose risultano più dure se cristallizzate);
smaltatura (glazing), che consiste nel depositare sulla superficie un vetro con un più basso coefficiente di espansione termica per determinare uno strato compressivo.

Bottiglie di vetro: Pre-etichettatura

Con questa tecnica si realizza, a fini protettivi e di contenimento degli eventuali frammenti, la copertura di una grande area del contenitore con un'etichetta di materia plastica che può essere di PVC, di PP, di PET o di PS espanso. In tutti i casi si tratta di tubolari termoretraibili che una volta applicati sul corpo della bottiglia vengono fatti termoretrarre ed aderire al vetro; la protezione conferisce buona resistenza agli urti, una efficace azione di contenimento di eventuali rotture e riduce molto il rumore sulle linee di convogliamento e di riempimento delle bottiglie.

Bottiglie di vetro: Bottiglie CEE - Recipienti misura

Per semplificare la rispondenza alle norme metrologiche che riguardano ormai tutti i prodotti condizionati (sia in volume che in massa) e che obbligano al rispetto di precise tolleranze del contenuto dichiarato, è stata autorizzata, a livello CEE, la fabbricazione di particolari contenitori che per il materiale impiegato e per le caratteristiche costruttive utilizzate, consentono di misurare il contenuto con sufficiente precisione quando riempiti ad un dato livello dal raso-bocca o ad una data percentuale della loro capacità. Questi contenitori, definiti "bottiglie CEE " o "recipienti misura", consentono di eseguire le operazioni di riempimento evitando gli onerosi controlli statistici sul contenuto netto, obbligatoriamente riportato in etichetta, di fatto spostando la responsabilità metrologica dall'utilizzatore (industria alimentare) al produttore dell’imballaggio (industria vetraria).

Questi particolari contenitori si distinguono per le seguenti iscrizioni realizzate sul piede o sul fondo della bottiglia:

􀂃 capacità nominale seguita dal simbolo dell'unità di misura (cl o L);
􀂃 capacità raso-bocca espressa in cl (senza unità di misura) e/o il livello di riempimento in mm;
􀂃 il contrassegno CEE (una epsilon rovesciata);
􀂃 il marchio di fabbrica della vetreria che ha prodotto i contenitori.

La fabbricazione di questi contenitori, che per la loro costanza metrologica sono più vicini a strumenti di misura che alle tradizionali bottiglie di vetro, impone alle vetrerie uno sforzo organizzativo consistente, legato alla standardizzazione, al controllo della produzione, nonché alle attività di manutenzione degli stampi.

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