Voor de gewone consument is een blikje niet meer dan een conservenblikje. Het is een product dat zonder nadenken wordt weggegooid en vaak bijdraagt aan het vaste huishoudelijke afval. Maar voor verpakkingsingenieurs, fabrieksmanagers en inkopers is het antwoord op de vraag waar blikjes van gemaakt zijn geen triviale vraag. Het is een zeer belangrijke specificatie die de hele architectuur van een productielijn bepaalt.

De mechanische eigenschappen van een blikje, de reactie op thermische belasting en de compatibiliteit met vul- en sluitapparatuur zijn allemaal afhankelijk van de materiaalsamenstelling van het blikje. Een productielijn die gekalibreerd is voor vertind staal zal uit de hand lopen wanneer deze zonder enige aanpassing wordt overgeschakeld op aluminium blikjes. Op dezelfde manier vereist de overgang van gelaste naden naar naadloze rompen een radicaal herontwerp van de downstream verwerkings- en sterilisatieprocedures.

Deze gids gaat verder dan de oppervlakkige definities. We gaan de metallurgie van moderne conserven bestuderen, maar belangrijker nog, we gaan bestuderen hoe deze metalen blikken reageren op de fysieke spanningen van industriële verpakking.

De moderne werkelijkheid: Waar zijn blikken echt van gemaakt?

De foutieve benaming blik is een historische foutieve benaming die al bestaat sinds het begin van de 19e eeuw. Als je een blikje in de moderne wereld bekijkt, zul je ontdekken dat er heel weinig tin in zit. In de meeste gevallen is het gewicht aan tin minder dan 1 procent van het totale gewicht van het blik. Het is slechts een microdun laagje tin om roest tegen te gaan.

In de moderne verpakkingsindustrie delen we metalen verpakkingen in drie materiaalsubstraten in. De eerste stap bij het kiezen van de juiste machines voor uw lijn is het verschil tussen deze drie te begrijpen.

• TPS (vertind staal)

Dit is het conventionele criterium voor verwerkt voedsel. Het is gemaakt van een stalen plaat die aan beide zijden is bedekt met een dunne laag tin. Staal zorgt voor treksterkte en structurele integriteit om de vorm van het blik te ondersteunen. Het tin biedt weerstand tegen corrosie en, nog belangrijker, smeerbaarheid.

Op het gebied van productie is TPS nog steeds toonaangevend vanwege de soldeer- en lasbaarheid. De tinlaag maakt elektrisch weerstandlassen met hoge snelheid mogelijk, waardoor in korte tijd blikjes uit 3 delen kunnen worden gemaakt.

• TFS (tinvrij staal) / ECCS (elektrolytisch verchroomd staal)

TFS werd ontwikkeld als economisch substituut voor blik. Het stalen substraat is bedekt met een microscopisch laagje chroom en chroomoxide in plaats van tin.

Hoewel TFS een goede hechting van verf en corrosiebestendigheid heeft, is het niet zo smeerbaar als tin. Sterker nog, de materiaalbeheerder, TFS, kan niet op conventionele wijze worden gesoldeerd of gelast. De chroomlaag dient als isolator. Als uw productielijn TFS-blikjes gebruikt, moet het blikproductieproces daarom gebaseerd zijn op verlijming (met nylon lijmen) of speciale laserlastechnologieën. U kunt TPS niet zomaar vervangen door TFS zonder de compatibiliteit van uw apparatuur voor het zijdelings stikken te controleren.

• Aluminiumlegeringen

Aluminium wordt niet vaak gebruikt in verwerkt voedsel dat op hoge temperatuur moet worden gekookt, maar het is de standaard in de industrie voor drankblikjes. Deze blikjes zijn geen zuiver aluminium - gewonnen uit bauxieterts - maar legeringen, meestal van de 3000-serie (mangaan) in de romp en de 5000-serie (magnesium) in het deksel. Deze legeringselementen maken het metaal harder en sterker en kunnen in zeer dunne metalen vormen worden getrokken zonder te scheuren.

Voor de facilitair manager is het onderscheid tussen de materialen binair: Staal (magnetisch) en aluminium (niet-magnetisch). Dit is een fundamentele fysieke eigenschap die bepalend is voor het ontwerp van alle transportbanden, wasmachines en liften in uw faciliteit.

Structureel ontwerp: 3-delige vs. 2-delige constructie

Het structurele ontwerp van de container is een direct gevolg van de materiaalkeuze. De industrie verdeelt de structuren in twee grote categorieën: 3-delig en 2-delig. Het is niet alleen een esthetisch verschil, maar een verschil dat de mechanische grenzen van de verpakking bepaalt.

3-Delig stalen blik: Gelaste naden voor hoge hitte

Het werkpaard van de conservenindustrie is het 3-delige blik. Zoals de naam al doet vermoeden, bestaat dit blik uit drie afzonderlijke delen: een rechthoekige romp, een bovenkant (deksel) en een onderkant.

Het fabricageproces bestaat uit het rollen van de platte staalplaat tot een cilinder. Vervolgens worden de randen aan elkaar gelijmd. Traditioneel werd dit gedaan met behulp van loodsoldeer, maar dit is geleidelijk uit gebruik genomen vanwege gezondheidsvoorschriften. In moderne lijnen wordt elektrisch weerstandlassen toegepast om een zijnaad te vormen die in feite sterker is dan de rest van het metaal.

Stijfheid is het belangrijkste voordeel van de 3-delige stalen structuur. De combinatie van het stalen substraat, de lasnaad en de verstevigingskorrels (ribbels) die in het blik gerold zijn, vormt een structuur die bestand is tegen extreme drukverschillen.

Retort (Sterilisatie) Processen kunnen geen concessies doen aan deze stijfheid. Een blik tonijn of soep dat verzegeld is, wordt in een retortkamer geplaatst waar het wordt blootgesteld aan temperaturen hoger dan 121 °C (250 °F). Het blik wordt gesteriliseerd en vervolgens snel afgekoeld. Dit koelproces laat een vacuüm achter in het blik. Een blik dat flexibel is, zou bezwijken onder deze negatieve druk. Het 3-delige stalen blik verliest zijn vorm niet en behoudt de hermetische afsluiting. Als uw product dus vacuüm moet worden geseald of bij hoge temperaturen moet worden gesteriliseerd, is de 3-delige stalen structuur waarschijnlijk de enige optie die u hebt.

2-Delige aluminium blikjes: Naadloze rompen voor koolzuur

De drankenmarkt wordt gedomineerd door 2-delige aluminium drankblikjes. Het bestaat uit één kop metaal, die het lichaam en de bodem vormt, en daarna wordt er een deksel aan toegevoegd.

Dit gebouw is gebouwd door middel van een proces dat bekend staat als Drawing and Wall Ironing (DWI). Een cup wordt gestanst met een metalen spoel en vervolgens uitgerekt en gestreken tot een hoge, dunne cilinder. Er is geen zijnaad en geen bodemnaad, waardoor de kans op lekkage minimaal is.

Hoewel de 2-delige structuur sierlijk is, zijn de mechanische eigenschappen totaal verschillend van het 3-delige blik. De aluminium blikwanden zijn extreem dun - ze zijn meestal minder dan 0,1 mm.

Dit gebouw is een interne drukstructuur. De gasdruk zorgt ervoor dat de dunne wanden stijf en taai worden (zoals een opgepompte band) wanneer ze worden gevuld met koolzuurhoudende dranken. Het is de standaardconstructie van frisdrank en bier. De zwakte is echter duidelijk: het blikje is structureel zwak zonder interne druk. Zelfs lege blikjes kunnen beschadigd raken. Het is niet bestand tegen de negatieve druk van vacuümverpakking of retortkoeling en zakt in elkaar. Als je 2-delige aluminium blikjes gaat gebruiken om dranken zonder koolzuur (zoals thee of sap) te serveren, heb je hulpsystemen nodig om de structurele integriteit van je productielijn te garanderen.

Interne coatings: Polymeerbekledingen en voedselveiligheid

We hebben het gehad over het metalen substraat, maar in 90% van de toepassingen komt het voedselproduct niet in contact met het metaal. Als staal in contact komt met zuur voedsel, corrodeert het. Als het in contact komt met aluminium, kan het smaakprofiel veranderen.

Om hier iets aan te doen, zijn moderne blikken gebaseerd op interne organische afwerkingen. Dit zijn polymeercoatings die tijdens het fabricageproces in het blik worden gespoten en gedroogd.

Decennialang was epoxyfenol coating de standaard in de industrie vanwege de duurzaamheid en chemische weerstand. Toch zorgen de druk van de regelgeving en de vraag van de consument voor een enorme overgang naar BPA-Non-Intent (BPANI) coatings, waarbij BPA (Bisfenol A) wordt vermeden, inclusief bekledingen op polyester- of acrylbasis.

De verpakkingslijn wordt fysiek uitgedaagd door deze chemische verschuiving. BPANI-coating is meestal minder goed hechtend of bros dan zijn voorgangers in epoxy. Ze hebben de neiging om te microscheuren wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische spanning.

Hierdoor is de nauwkeurigheid van uw vulmondstukken erg belangrijk. De vulmond wordt in het blik gestoken om het product in een hogesnelheidslijn te spuiten. Wanneer de spuitmond door de machinetrilling over de zijkant van het blik schuurt, beschadigt dit de interne coating. Een kras die niet met het blote oog te zien is, legt het blanke metaal van het product bloot. Dit veroorzaakt roest, zwelling of bederf na weken opslag. De omschakeling naar BPA-vrije blikken kan dus een herkalibratie van de centrering en stabiliteit van de vulkop vereisen om een aanraakvrije werking te bereiken.

Mechanische sterkte: Waarom staal de voedselconservering domineert

Sterkte is een onnauwkeurige term als het gaat om het kiezen van verpakkingsmateriaal. Stijfheid en vacuümbestendigheid zijn de twee termen die we bedoelen in de context van inblikken.

Waarom is staal het meest gebruikte materiaal in geconserveerd voedsel zoals groenten, vlees en kant-en-klaarmaaltijden? Het is niet alleen gewoonte, het is natuurkunde.

Om het voedsel met een laag zuurgehalte te behouden, is het noodzakelijk om zuurstof te elimineren om oxidatie en aerobe bacteriegroei te voorkomen. Dit wordt bereikt door Vacuüm afdichten. Tijdens dit proces wordt de lucht uit de hoofdruimte van het blik verwijderd net voordat het deksel wordt verzegeld. Bij heet afvullen wordt het product heet afgevuld en als het afkoelt, trekt het gas uit de luchtruimte samen, waardoor er een vacuüm ontstaat.

Dit vacuüm veroorzaakt een sterke inwaartse kracht op de wanden van het blik. De atmosfeer doet een constante poging om het blikje samen te drukken.

Youngs Modulus (stijfheid) van staal is hoog. Het kan deze drukkracht naar binnen toe weerstaan zonder te vervormen. Hierdoor kunnen fabrikanten krachtige vacuümcycli toepassen om een maximale houdbaarheid te bereiken. Als een fabrikant hetzelfde proces zou proberen met een gewoon aluminium blikje, zou het blikje instorten (instorten) en de esthetiek en mogelijk ook de afdichting vernietigen.

Bovendien is de drukdynamiek hevig tijdens het Retort-proces. Het blik wordt verwarmd, wat leidt tot interne uitzetting, en vervolgens afgekoeld, wat leidt tot snelle inkrimping. De stijfheid van staal dient als schokdemper voor deze drukvariaties. Hierdoor kan de verwerker zich concentreren op voedselveiligheidsparameters (tijd en temperatuur) zonder zich voortdurend zorgen te maken over het falen van de verpakking. Bij hoogwaardige producten zoals zuigelingenvoeding of vlees van hoge kwaliteit is staal het enige materiaal dat de vereiste veiligheidsmarge biedt.

Buigzaamheid: hoe aluminium lichtgewicht dranken mogelijk maakt

Als staal zo sterk is, waarom is de hele drankenindustrie dan overgeschakeld op aluminium? Het antwoord ligt in vervormbaarheid en logistiek.

Aluminium is veel zachter en kneedbaarder dan staal. Door deze plasticiteit kan het in zeer dunne wanden worden getrokken zonder te breken. Een hedendaags aluminium drankblikje is een lichtgewicht technisch wonder - het is gemaakt van zo weinig mogelijk materiaal om de vloeistof vast te houden. Dit betekent een enorme besparing op transportkosten en het gebruik van grondstoffen.

Toch zorgt deze flexibiliteit voor problemen in de productielijn. Een blikje aluminium is zo zacht dat het geplet kan worden door er met de hand lichtjes in te knijpen, waardoor een waardevol product mogelijk in schroot verandert. Deze blikken worden echter verpakt op pallets die duizenden kilo's gewicht moeten dragen wanneer ze gestapeld en getransporteerd worden.

Hoe lossen we deze paradox op? Door gebruik te maken van Doseren van vloeibare stikstof.

Aangezien het materiaal niet stijf genoeg is om op zichzelf gewicht te houden (vooral bij dranken zonder koolzuur), moet de verpakkingslijn kunstmatig voor structurele integriteit zorgen. Een zeer fijne druppel vloeibare stikstof wordt aan de drank toegevoegd net voordat deze wordt verzegeld. De stikstof verdampt onmiddellijk, waardoor het volume 700 keer toeneemt.

Deze groei zet het blikje intern onder druk. Het buigzame, flexibele aluminium omhulsel verandert in een harde cilinder onder druk. Deze interne druk overwint het tekort aan materiaalsterkte.

Voor de koper van apparatuur is dit een heel eenvoudige richtlijn: Als je aluminium blikken water, sap of koffie gebruikt, is een stikstofdoseerder geen accessoire; het is een essentieel onderdeel van je structurele integriteitssysteem. Zonder stikstofdoseerapparaat zullen je zogenaamde buigzame blikken bezwijken onder hun eigen gewicht.

Corrosiebestendigheid: De rol van tin- en chroomlagen

We moeten omkeren naar het tin in het blik. Waarom blijven we dan vertinnen of verchromen als we een interne polymeercoating hebben?

De oplossing is redundantie en elektrochemische bescherming.

Interne coatings kunnen falen. Ze kunnen microscopisch kleine gaatjes bevatten of beschadigd raken tijdens het naaiproces. Zonder een metalen barrière zou de zure aard van voedsel (zoals tomatenpuree of ananassap) onmiddellijk de stalen basis aantasten. Er zou roest (ijzeroxide) worden gevormd en dit zou het voedsel besmetten en kan leiden tot het opzwellen en barsten van het blik.

Tin werkt als een barrière. In bepaalde zure omstandigheden is tin opofferend voor staal. Dat wil zeggen, het zal geleidelijk corroderen ter verdediging van het staal eronder. Chroom (in TFS) biedt een passieve oxidebarrière die chemisch inert is.

Deze beschermende lagen zijn erg dun. In feite zijn ze soms in micron. Dit vormt een grote belasting voor de vul- en sluitapparatuur.

Als een vulmondstuk Als er product op de flens (de lip) van het blikje druppelt, kan er voedsel in de afdichting terechtkomen. Als de seaming chuck (het gereedschap dat het deksel vasthoudt) te agressief is, kan de coating op de rand van het blikje barsten. Als die plating wordt beschadigd, gaat de "corrosiebestendigheid" verloren.

Dit is vooral belangrijk bij verpakkingslijnen met veel zuur. De gebruikte apparatuur moet zeer voorzichtig met de blikken omgaan. De contactdelen moeten van niet-schurend materiaal zijn of van gehard roestvrij staal met een gepolijste afwerking om microschaafplekken op de beschermende beplating van het blik te voorkomen. Een ruw draaiende machine leidt misschien niet direct tot een storing, maar wel tot een piek in het aantal lekkages en bederf weken nadat het product de fabriek heeft verlaten.

Conclusie: De productie aanpassen aan materiaalspecificaties

De vraag waarvan blikjes gemaakt zijn, is in feite een kwestie van fysica. Het kan de hardheid van TPS-staal zijn, de breekbaarheid van aluminium of de speciale bindingsbehoeften van TFS, maar elk materiaal dicteert een aantal regels voor uw productielijn. Het niet volgen van deze richtlijnen resulteert in de vernietiging van blikken, beschadigde afdichtingen en verspilling van product.

Om met succes te kunnen verpakken, moet u de mogelijkheden van uw apparatuur afstemmen op uw materiaalspecificaties. Dit is waar Levapack onderscheidt zichzelf. Met meer dan 18 jaar ervaring in engineering en een aanwezigheid in meer dan 100 landen, verkopen we niet zomaar machines; we leveren oplossingen op maat voor nauwkeurige materiaalverwerking. Of u nu een vacuümnaaimachine nodig hebt voor harde stalen blikken, een stikstofdoseringslijn voor lichtgewicht aluminium of een zeer nauwkeurige vulmachine voor gevoelige poeders en granulaten, onze fabriek van 4000 m² en ons deskundige montageteam leveren apparatuur die de metallurgie van uw verpakking respecteert. Wij zorgen ervoor dat uw lijn werkt met de precisie die uw materialen vereisen.