Практика проектирования и продвижения на рынок пластиковой упаковки показывает, что существующие на сегодняшний день представления об упаковке для кондитерских изделий как самостоятельного объекта становятся неактуальными. Дальнейшее развитие данного направления работ приводит к необходимости рассматривать упаковку с точки зрения системы «продукт — упаковка». Актуальность такого подхода продиктована тем, что упаковка должна выполнять свою самую главную функцию — функцию защиты продукта с целью сохранения его свойств и качества, заложенного производителем, при доставке продукта конечному потребителю. В тоже время представления о том, как в реальных условиях ведет себя система «упаковка — продукт» весьма противоречивы, не достаточно достоверны и не систематизированы. Это особенно сильно проявляется в решении проблем, связанных с транспортированием кондитерских изделий конечному потребителю. Ввиду того, что на процесс транспортирования кондитерских изделий влияет большое количество факторов, анализ этой проблемы вызывает серьезные трудности. Это связано с тем, что каждая комбинация факторов, влияющих на транспортирование продукта, может приводить к различным результатам, как положительным, когда система ведет себя идеально и продукт доставляется конечному потребителю в первоначальном виде, так и отрицательным, когда продукт в результате транспортирования теряет заложенные в нем первоначально свойства и качество.

Специалисты кондитерских предприятий, занимающиеся логистикой и, в том числе, транспортированием продукции, неизбежно сталкиваются с проблемами, связанными с гарантированной доставкой продукта конечному потребителю, и решение этих проблем требует определенных знаний и навыков. Как правило, в данном случае основное значение имеет предыдущий опыт, на основании которого и выдвигаются те или иные требования к упаковке. В тоже время, в связи с возрастающими требованиями логистики к данным процессам, применение прошлого опыта для решения проблем транспортирования становится явно недостаточным. Для эффективного решения подобных задач требуются знания, которые бы позволяли решать не только задачи сегодняшнего дня, но и задачи, связанные с совершенствованием данных процессов.

Несмотря на то, что транспортирование продукта является основным источником требований для проектирования упаковки, производители кондитерской продукции при работе с поставщиками упаковки избегают обсуждения данной проблемы. Наиболее явно это проявляется при обсуждении технических требований на проектирование и разработку упаковки. Например, при разработке пластиковой упаковки в техническом требовании заказчика отсутствуют такие показатели упаковки, как ее устойчивость к статическим или динамическим нагружениям. Как правило, это приводит к ошибочным решениям при проектировании упаковки, создает барьеры при реализации того или иного проекта и мешает эффективному взаимодействию между поставщиком упаковки и ее заказчиком.

Эти препятствия выражаются в том, что в процессе согласования упаковки образуется гигантская временная петля, в основе которой лежит проблема отсутствия достоверной информации о происходящих в системе «упаковка — продукт» процессах во время транспортирования. Данная статья посвящена исследованию поведения системы «продукт — упаковка» в процессе воздействия на нее виброударных нагружений.

Постановка задачи и цели исследования

Транспортирование системы «упаковка — продукт» предполагает воздействие на продукт ударных и вибрационных нагружений. Несмотря на то, что физическая природа этих видов нагрузок одинакова, степень их воздействия на продукт существенно различается. В связи с этим исследования системы «упаковка — продукт» с точки зрения влияния того или иного вида нагружения проводились отдельно.

В качестве системы «продукт — упаковка» была выбрана система, наиболее полно отвечающая сегодняшним представлениям о транспортировании: продукт представлял собой конфеты типа «ассорти», упаковка включала в себя гофрокороба, обернутые тремя слоями стретч-пленки, установленные в пять рядов на паллете. В каждом гофрокоробе находилось по восемь картонных коробок с конфетами, обтянутых термоусадочной пленкой, в коробке находился коррекс с конфетами, поверх коррекса с конфетами — гофрированная бумажная прокладка. Кроме того, коррексы, взятые для испытаний, отличались наличием или отсутствием стоек.

Эксперименты имели следующие цели:

1. Установить влияние на продукт и упаковку виброударных воздействий. Установить значения параметров виброударных нагружений, способных вызвать нарушение товарного вида продукции или физическое ее разрушение. Под продукцией подразумевается картонная коробка с конфетами.

2. Установить роль упаковки как фактора, который противостоит внешним воздействиям в виде виброударных нагрузок на продукт. Установить вклад каждого вида упаковки в гашении виброударных нагружений.

Поскольку целью данной работы является исследование поведения системы «упаковка — продукт», то в данном случае мы не стали ограничивать себя стандартным пакетом виброударных нагружений системы, а выбрали пакет нагружений таким образом, чтобы увидеть всю картину в целом, исследовав, в том числе, и область нагружений, которые вряд ли встретятся в повседневной практике.

Метод испытания

Испытания проводились на виброударном стенде ST-800 (производство Германии). Образцы системы «упаковка — продукт» устанавливались на стенд. Измерения проводились с помощью двух датчиков, один из которых устанавливался на виброударном столе и задавал необходимые параметры испытаний. Другой устанавливался на дне ячейки коррекса и замерял фактические ускорения, получаемые конфетой. Имитация многорядности коробок с конфетами и гофрокоробов на палете достигалась установкой дополнительного равномерно распределенного по поверхности упаковки груза (для коробки с конфетами или гофрокороба).

Каждый вид упаковки испытывался на устойчивость к длительным воздействиям ударных нагрузок при постоянном уровне нагружения и на устойчивость к максимальным нагрузкам. При этом постоянными оставались длительность фронта ударного ускорения, равная 0,03 секунды, и частота нагружения, равная 100 ударов/мин. Устойчивость к длительным воздействиям определялась при пиковом ударном ускорении 30, 50, 70 м/с² и количестве ударов, равном 20000. Устойчивость к максимальным воздействиям определялась при ускорениях 30, 50, 100, 200, 300, 400, 500 м/с ² при наборе 1000 ударов при каждом ускорении.

Визуальный осмотр упаковки и продукта не выявил каких-либо физических разрушений в системе. Кроме того, замеры амплитуды ударных нагружений на продукт в процессе испытаний показали, что она фактически не меняется. Это говорит о том, что в упаковке не происходит накопление усталостных, необратимых деформаций. В тоже время необходимо отметить, что после 10000 ударов с малыми пиковыми ускорениями на поверхности конфет появляется незначительная потертость.

Замеры коэффициента гашения амплитуды нагружения показали, что каждый вид упаковки имеет свою зависимость от приложенных пиковых ускорений и вносит свой вклад в гашение амплитуды нагружения. Испытания показали, что наиболее эффективным видом упаковки с точки зрения гашения ударных нагрузок является гофрокороб. Он эффективно гасит ударные нагрузки при всех условиях испытаний, уменьшая ударное воздействия в три раза при малых амплитудах нагружений и в десять раз при высоких значениях амплитуды.

Система «продукт — упаковка», включающая в себя конфетную коробку в термоусадочной пленке, содержащую коррекс с конфетами и гофрированную прокладку, с точки зрения гашения ударных нагружений ведет себя менее эффективно. При малых амплитудах ударных нагружений такая система способна их уменьшить в 1,2—1,4 раза. При высоких значениях амплитуды их значения уменьшаются в 2,2 раза.

Система «упаковка — продукт», состоящая из коррекса и конфет, при малых значениях амплитуды не способна гасить удары; в то же время при высоких значениях амплитуды ударных нагружений такая система уменьшает воздействие ударов в 2,2 раза. Следует отметить, что коррексы, имеющие в своей конструкции стойки, гасят ударные нагружения в области средних и высоких значений амплитуд в два раза эффективнее, чем коррексы, которые не имеют такого элемента.

Ударные нагружения системы «упаковка — продукт» при транспортировке имеют, как правило, случайный характер. Кроме того, в процессе их гашения упаковкой они преобразуются в вибронагружения. В отличие от ударных нагружений, вибронагружения присутствуют всегда и их количество не соизмеримо с количеством ударных нагружений. Во время транспортирования система «упаковка — продукт» может подвергнуться воздействию десятков или даже сотен миллионов вибронагружений с различными амплитудами ускорений. Условия испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. Условия испытания устойчивости системы «упаковка —  продукт» к вибронагружениям

После проведения испытаний упакованных конфет на воздействие виброударных нагружений на вибростенде, имитирующих транспортировку на 5 тыс. км было выявлено следующее. Исследуемые системы упаковки продукта не способны гасить вибронагружения. В лучшем случае уровень гашения амплитуды ускорения при вибронагрузках составляет около 10 %. Физического разрушения системы «упаковка — продукт» не обнаружено. В тоже время испытания показали, что в процессе имитации транспортирования продукция и продукт теряют товарный вид. Потеря товарного вида выражается в том, что на конфетной коробке появились потертости рисунка.

Пыль, возникающая при истирании продукта, мигрирует из внутренней полости коробки в пространство между коробкой и термоусадочной пленкой, в которую она обернута. Наблюдается потертость металлизированного слоя коррекса из-за трения о коробку. Поверхностный слой гофрированной прокладки разрушен. В местах контакта гофрированной прокладки с конфетами образовались жирные пятна и остались следы шоколадной глазури. Поверхность конфет в процессе транспортировки из-за истирания приобретает матовый цвет. Ореховая крошка, которой были обсыпаны конфеты, осыпалась и превратилась в пыль. После продолжительных испытаний на шоколадной глазури выступают темные пятна из-за расслоения компонентов самой конфеты и их миграции на поверхность.

Выводы

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

1. Исследованная система «упаковка — продукт» обладает очень эффективными свойствами с точки зрения защиты продукта от ударных нагружений.

2. Исследованная система «упаковка — продукт» не защищает продукт от вибронагружений.

3. Наибольшую опасность при транспортировании кондитерских изделий представляют процессы, связанные с истиранием продукта.

4. Дальнейшее совершенствование системы «упаковка — продукт» должно быть направлено на придание ей виброгасящих свойств.

5. Особое внимание следует уделить проблеме контакта конфеты с коррексом и гофрированной прокладкой с целью снижения эффекта истирания продукта.

6. Наиболее целесообразно придать виброгасящие свойства коррексу, например, за счет применения стоек-амортизаторов.

7. Применяемая в настоящее время конструкция коррекса имеет большой запас прочности с точки зрения устойчивости. Целесообразно при его конструировании уменьшать толщину используемых материалов.