ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Характеристика продукції як об’єкту пакування

Технологічним процесом пакування продукції у споживчу упаковку передбачено переміщення продукції під дією зовнішніх навантажень і сил гравітації. Переміщення продукції, яку в початковий момент паку­вання можна сприймати як суцільне середовище, характеризується її деформаційними властивостями. А тому під час дослідження об’єкту пакування важливо знати його реологічні, тобто структурно-механічні властивості.

Основні структурно-механічні властивості можна класифікувати за характером прикладання до продукції зовнішніх навантажень і де­формаціями, що їх вони викликають. В залежності від прийнятої моделі реального тіла береться до уваги свій перелік властивостей, що стано­вить значну кількість показників: в’язкість, границя текучості, період релаксації, модулі пружності, коефіцієнти зовнішнього і внутрішнього тертя та ін.

Найпростішими типами деформувальних середовищ є тверде гуківське тіло і ньютонівська рідина.

Пружне тіло Гука — це ідеальний матеріал, деформація якого про­порційна зовнішньому навантаженню. Для часткового випадку простого зсуву реологічне рівняння для цього тіла можна записати у вигляді:

т = G - у, (3.1)

де т і у — напруження і відносна деформація зсуву;

G — модуль пружності при зсуві.

Більшість твердих тіл до деяких меж проявляють пружні властивості, але в ряді випадків їх реологічна поведінка може бути негуківською, так як деформація може бути залежною від прикладених навантажень нелінійно.

В’язкою ньютонівською рідиною вважають субстанцію, швидкість деформації якої пропорційна прикладеному навантаженню. Реологічне рівняння для цієї рідини (закон Ньютона) можна записати для простого зсуву в такій формі:

•

Т = ц-у, (3.2)

* dy. .

де У —------ — швидкість відносної деформації зсуву;

dt

ц — коефіцієнт в’язкості при зсуві, постійна ньютонівська в’язкість;

t — поточний час.

Крім ідеальної ньютонівської рідини існують і неньютонівські (аномальнов’язкі) рідини, що проявляють нелінійну залежність швидкості деформації від напруження.

Загальна форма такої залежності має вигляд:

y = f{ т) або т = (р[у^, (3-3)

де f(r) і (р y^j — довільні нелінійні зростаючі функції напруження і

швидкості відносної деформації відповідно.

Важливо відмітити, що поділ в’язких матеріалів на ньютонівські і неньютонівські відповідає їх поведінці тільки в сталому процесі безперервного деформування з деякою ШВИДКІСТЮ у.

Між граничними типами матеріалів — пружним твердим тілом і в’язкою рідиною — знаходиться спектр комбінацій цих основних типів. В ’язкопластичні матеріали деформуються як пружні тіла при напруженнях, менших деякої величини, яку називають границею текучості тт.

Якщо прикладене навантаження перевищує границю текучості, ці середовища ведуть себе як в’язкі рідини. Умова текучості для таких матеріалів визначається залежністю виду:

у = 0 при |г|(гг ; у Ф 0 при |г| > тт. (3.4)

Другий важливий тип матеріалів — в’язкопружні рідини. Вони обмежено деформуються, а максимального значення деформації досягають при кінцевій швидкості, тобто ведуть себе як комбінація твердого тіла і рідини. Реакція цього матеріалу на прикладене зусилля залежить від тривалості його прикладання. Інформацію про поведінку під навантаженням в’язкопружного тіла одержуємо під час спостереження за перехідними режимами деформування, наприклад, при періодичному Деформуванні зсувом, тобто, коли визначальне значення має залежність напруження і деформацій від часу.

Для газу рівняння реологічного стану можна вважати рівняння типу:

(3.5)

дер — тиск газу в ємності;

V— внутрішній об’єм ємності;

п — число молей газу;

R — газова постійна;

Т— температ ура газу.

Величину п • R • Т потрібно розглядати як константу при зворотній деформації.

Наука, що вивчає деформацію однорідних або однофазних матеріалів під дією прикладених навантажень, називається макрореологією. В цій теорії середовище приймається за суцільне (безперервне) тіло без врахування його реальної фізичної природи. Однак більшість продукції, що пакується, — це багатофазні системи, і вони досліджуються в теорії як квазиоднорідні.

Дисперсні багатофазні середовища — це сукупність твердих, рідких або газоподібних матеріалів, що не взаємодіють один з одним, їх реологічна поведінка може розглядатися шляхом синтезу на основі законів деформування диспергованих елементів. Якщо в дисперсній системі частинки матеріалу взаємозв’язані, то такі системи називають стру ктурованим и.

Однією із класифікаційних ознак дисперсних систем є агрегатний стан диспергованої фази і дисперсійного середовища. Наприклад, сукупність стану «рідина — газ» (туман) і «тверде тіло — газ» у випадку, коли частинки дисперсної фази (твердого тіла) не знаходяться в дисперсійному середовищі (газі) у завислому рухомому стані, а утворюють структуру, що характерна для сипкої системи, деформаційна поведінка якої характеризується законом кулонівського тертя. Система «тверде тіло — рідина» при наявності макроструктури називається колоїдною системою, а мікроструктурні системи це — суспензії. Спінені матеріали можуть бути віднесені до систем «рідина — газ», які є макроструктурованими.

У реології дисперсних систем властивості кожної із фаз вважаються невідомими, а тому задача досліджень заключається в пошуку властивостей високодисперсних сумішей цих фаз.

В високонаповнених текучих системах, що мають каркас із дисперсної фази — наповнювача, при прикладанні напружень нижче границі міцності просторової структури відбувається повільна течія з постійною в’язкістю rjv. При подальшому збільшенні напруження здійснюється руйнування структури і в’язкість зменшується до найменшої величини Т]м, яка залишається постійною і не залежить від напруження зсуву.

Таким чином, розглянувши в загальному вигляді поведінку різних типів матеріалів при їх деформуванні, потрібно ще раз відмітити, що на виконання основних операцій процесу пакування продукції у споживчу тару — дозування та фасування, в першу чергу, суттєво впливають деформаційні властивості продукції.

Ці властивості є визначальними при виборі конструкції, принципу роботи, технічних показників пристроїв дозування і фасування і машини загалом.

Для забезпечення повноти інформації про конструктивне виконання пакувальних машин продукцію, що пакується, можна поділили на шість великих груп, які суттєво відрізняються по поведінці під час їх деформування.

До першої групи ввійшли дискретні сипкі двофазні системи «тверде тіло — газ». Характерними представниками цієї групи є крупи, цукор, сіль, борошно та ін.

До другої групи ввійшли одно - і двофазні рідкі системи. Характерними представниками цієї групи є молоко, вино, мінеральна негазована вода, газовані напої (пиво, квас, безалкогольні напої та ін.).

До третьої групи ввійшли одно - і багатофазні в’язкі системи. Це системи «рідина — тверде тіло», вони належать до неньютонівських рідин. Характерними представниками цієї групи є згущене молоко, сметана, йогурт, мед та ін.

До четвертої групи ввійшли одно - і багатофазні пластичні системи. Це системи «тверде тіло — рідина», вони належать до неструктурованих дисперсних систем. Характерними представниками цієїгрупи є маргарин, вершкове масло, м’ясний фарш, сиркова маса, дріжджі та ін.

До п’ятої групи ввійшли штучні вироби, представлені як гуківські пружні тіла. Характерними представниками цієї групи є хлібобулочні вироби (хліб, батон), кондитерські вироби (торт, шоколад, вафлі і т. ін.), твердий сир, ковбаси, риба, птиця та ін.

До шостої групи ввійшли неструктуровані дисперсні системи «ріди­на — тверде тіло». Здебільшого це комбіновані вироби: компоти, консер­ви, джеми та ін.