編者語:包裝瓶的輕量化是啤酒飲料行業發展的主流趨勢,但是輕量化的包裝瓶,特別是PET瓶,給產品的灌裝系統帶來了挑戰。
當啤酒飲料包裝的重量降低時,相應地,灌裝系統的操作難度就提高了。飲料瓶的輕量化,特別是 PET瓶重量的降低,是包裝行業盛行的趨勢之一。通過展示可持續發展方面的吸引力,輕量化的方式可以激發消費者的環保意識,也可以為飲料企業節省成本。
比如,在過去的十年中,PET容器的主要供應商Ball Corp公司將其500ml的純凈水包裝瓶的重量從23.5g降低到了15.2g;在過去的八年之間,Ball Corp公司20盎司(600ml)熱灌裝容器的重量也從40g降低到了31g。
不斷進步的輕量化技術在純凈水和其它非碳酸飲料市場的應用日益增加。百事可樂公司近為旗下的產品Aquafina純凈水、立頓即飲茶和其它非碳酸飲料進行了的減重嘗試。這些創新的減重手段可以將PET瓶包裝的重量有效地降低20%。
相比碳酸軟飲料,非碳酸飲料更容易實現輕量化,因為這類飲料內部不會產生氣壓。克朗斯公司的灌裝技術經理Sebastian Delgado表示:“當企業生產碳酸飲料時,他們所使用的容器需要比非碳酸飲料所用的容器更具抗壓性能。碳酸飲料瓶子的內部有很大的壓力,因此這類飲料所使用的容器必須具備獨特的瓶頸和瓶底設計。相比非碳酸飲料所用的容器,碳酸飲料容器的瓶頸被設計地更厚重,瓶底也要進行特殊設計,以承受灌裝過程以及碳酸飲料本身帶來的內部壓力。”
不穩定的瓶子
高速灌裝系統需要以多種方式和途徑適應當前重量不斷降低的塑料容器。但是當瓶子的重量降低時,灌裝及其他處理的難度也會增加。高速灌裝設備供應商一直都面臨著一個挑戰:如何將薄壁的、不夠穩定的瓶子置入灌裝機,完成灌裝并且順利運輸出來。
克朗斯公司的灌裝技術經理Sebastian Delgado認為,在很長一段時間里,大多數PET灌裝系統都是通過單獨夾持容器的瓶頸來處理、移動容器的。只有在一種情況下存在例外,那就是同時需要灌裝PET容器和玻璃瓶時,才會進行適當的調整。
對于輕量化的容器而言,對瓶頸的夾持非常重要。KHS美國分公司的執行總監Jeffrey Tietz認為:“通過夾持輕量化容器的瓶底進行輸送很難達到令人滿意的效果,盡管企業已經嘗試了這種方式。”
但是,即便是以夾持瓶頸的方式輸送容器也不是那么容易。其中一個困難就是,當采用氣流輸送這種常規的物料輸送方式時,瓶子在傳送軌道上的移動過程會遇到一些問題。KHS美國分公司的執行總監Jeffrey Tietz認為:“如果容器與氣流傳送軌道是垂直的,這便是一種比較理想的狀態,容器可以輕松順暢地滑行移動。但是,當容器沿垂直角度左右偏離10度到20度時,容器的瓶頸由于更厚,會影響容器的行進,瓶子的移動便不會如預期的那樣快速和平穩。如果一旦在氣流傳輸裝置上造成瓶子堵塞,就會影響生產的順利進行。”
KHS美國公司的商務總監Bob Pease認為:“要避免這個問題的產生,就需要運用的控制系統。為確保快速平穩的傳送效果,氣流傳送系統的速度、線上容器的密度,都需要進行無誤的控制。這種管理控制還應該完整地滲透到灌裝之前的氣流輸送裝置以及之后的帶式或鏈式輸送系統。使用氣流輸送系統,通常意味著需要數量更多的風箱來推動容器移動前行。”他補充說:“現在我們過去通常安裝只兩到三個風箱的氣流輸送裝置上安裝了四到五個風箱,以及更多獨特的控制系統。”
齒輪傳送
人們可以從根本上消除輸送過程來避免上述輸送空瓶問題的發生,通過在瓶子注塑成型后立即進行灌裝的系統來實現。一些高產量飲料生產線的供應商就能提供吹瓶設備緊挨著灌裝機的吹瓶灌裝一體系統。這些設備可以使用星齒輪將容器從成型模具上傳送至灌裝閥處,而不需要通過帶式或軌道式輸送系統進行傳送。
諸如此類的系統可以方便容器重量近一步降低。西得樂公司的工程經理及大客戶經理Andrei Paganuzzi認為:“很多輕量化的容器都可以在線吹塑,西得樂combi生產線(聯合生產線)可以生產具競爭力的輕量容器。combi生產線包含了吹塑工藝環節,而在線吹塑可以使輕量化容器的重量再降低8g,甚至更多。”
combi生產線的設計理念是采用星形齒輪將已成型的容器從吹塑模具中傳送到灌裝環節。這種生產方式的目的在于避免螺桿的影響,因為重量輕的容器穩定性不夠,當螺桿將容器推出時容器便不能保證保持與傳送裝置平行的位置和角度。KHS美國公司的商務總監Bob Pease認為:“是否以傾斜的角度進入灌裝工序是飲料企業關注的一個焦點問題。”在很多生產實際案例中,星形齒輪都是為輕量化飲料容器而特別設計的工具。星形齒輪可以夾持住瓶口而不是瓶身,并將其進行輸送。
如何灌裝
實際生產中的灌裝過程也會受到輕量化容器的影響,碳酸飲料的輕量化容器促進了邊灌裝變定量的傳統灌裝技術向容積式定量灌裝技術的發展。KHS美國分公司的執行總監Jeffrey Tietz認為,在灌裝過程中的反壓力作用下,輕量化的容器容易發生膨脹變形,而容積式定量灌裝可以確保產品均勻、持續地被灌裝到容器中,不受容器內反壓力的影響。他說:“如果飲料容器的重量降低,那么在灌裝過程中,由于內部壓力的作用,瓶子發生輕微膨脹變形,如果采用逐步加量灌裝的方式,灌裝的量會過原本預定的份量。容積式定量式灌裝技術可以確保在容器內灌裝定量的產品,而不會受其它因素影響。”
將輕量化容器置于灌裝閥門之下也對設備提出了更高的要求。Fogg Filler公司的灌裝閥應用一種系統將容器穿過螺稈移動到灌裝閥星形齒輪的孔穴中,星形齒輪隨后將容器移動到基座和瓶頸支架上。基座和瓶頸支架將容器提升、使之對準灌裝閥并進行灌裝。隨后,基座和瓶頸支架將容器放下,結束灌裝進程并關閉灌裝閥門。灌裝好的產品被放置在星形齒輪的孔穴中,移動至下一環節的封蓋系統。
如果準備不夠充分,希望大幅降低容器重量的企業可能面臨一系列的麻煩和問題。但是通過正確、及時的調整,灌裝設備可以適應重量輕的飲料容器。