Sadeliğin ardındaki tasarım harikaları
Meşrubat kapakları plastik işleme endüstrisinin önemli kollarından birisidir. Son gelişmelerle birlikte sektördeki talep küçük ama akıllıca tasarlanmış ve tabii ki uygun maliyetli ürünler üretmek noktasına gelmiştir. Kalıp ve plastik enjeksiyon makine imalatçıları, ürün geliştiricilerin yönlendirmeleri doğrultusunda üründen beklentileri fazlası ile karşılayacak kalıp ve makine üretimi için çalışmalarını devam ettirmektedirler.
Birçok tüketici için PET şişeler çok basit gibi görünür ancak pek az kişi bir şişenin sağlıklı bir şekilde kapanması, kolay açılması ve sızdırmayacak şekilde tekrar kapatılabilmesinin ardındaki bilgi, beceri ve emeğin farkındadır. Kapak ve şişe- neck finish (kapağın geçtiği şişe üzerindeki kısım)- tasarımında göz önünde bulundurulması gereken özelliklerden bir kaçını sayacak olursak; verimli bir akış sağlayan şişe çıkış ağzı, kapak açma torku basınç dayanımı vb. Bu özellikler laboratuvar ortamlarında test edilerek uygunluğuna karar verilmektedir. Kapakların güncel yönetmelikleri karşılaması da esastır. Ayrıca üretici, ürettiği kapağın tüketiciler tarafından hoş karşılanması gerekliliğini de göz önünde bulundurmalıdır.
Meşrubat kapak çeşitleri
Sektörde kullanılmaya başladıkları günden beri meşrubat kapakları sürekli yenilenmekte ve değişmektedirler. Tabi ki farklı tipteki şişeler için farklı tiplerde kapaklar üretilmektedir. Kapak tasarımları temelde kullanılacakları şişelerin boğaz ve diş (klavuz) ölçüleri esas alınarak yapılmaktadır. Şişenin içeriğindeki akışkanın cinsi de önemli bir rol oynamaktadır. Mesela; gazlı içecekler, saf su ve sıcak dolum gerektiren uygulamalar için farklı kapak çeşitleri kullanılmaktadır.
Kapak, şişe içerisindeki içeceğin tat, koku, renk vs. özelliklerini etkilememelidir. Ve tabii ki en önemlisi kullanılan plastik malzemenin tüketici sağlığı üzerinde herhangi bir olumsuz etkiye neden olmaması da bir gerekliliktir.
Üretilecek olan kapağın cinsine göre değişmekle birlikte, meşrubat şişe kapakları basınçlı döküm ya da enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilebilir. Bu makale de sadece enjeksiyon kalıplama ile üretilen kapaklar üzerinde durulmaktadır. Bazı kapaklar bir, iki veya üç ayrı parçadan oluşabilir. İki parçadan oluşan kapaklar farklı parçaların bir araya getirilerek ayrı bir montaj hattında monte edilerek ya da 2-komponentli enjeksiyon makinesi ile üretilebilir. 2-komponentli enjeksiyon yöntemi ile üretilen ürünler genellikle ekonomik değeri yüksek ürünler ya da kapağın geometrik özelliklerinin ayrı ayrı montaj yapılmasına imkan vermediği durumlarda tercih edilir. Günümüzde yönelim hammadde ve işleme masrafları açısından bir çok meşrubat şişe kapağı açısından avantajlı olan 1-komponentli enjeksiyon kalıplama üretimine doğrudur.
Bazı kapaklarda ilave fonksiyonlar eklenerek kapaklar daha kompleks hale gelmektedir ( örneğin sporcu içeceği kapakları). Bu tip kapaklar dişli bir boğaz kısmı, üst parça-aynı zamanda çekilerek kapama işlemi yapar- ve kapaktan( tozdan korumak amacı ile) meydana gelir. (Resim 1) Toz koruma kapağı aynı zamanda flip-flop (aç- kapa) olarak da dizayn edilebilir. Tek parçalı dişli kapaklara oranla üretim süreçleri zor olmasına rağmen, bu tip kapaklar sporcu içeceklerinde yoğun olarak kullanılmaktadırlar. Kullanım ve taşıma kolaylığı sağladıkları için spor alanları dışında özellikle açık havada ve hareket halinde iken tercih edilmektedir. Bu tür kapaklar stack tip kalıplarda ve ya yüksek göz adetleri söz konusu ise cube kalıplama yöntemi ile üretilmektedir.
Gelişen teknoloji ile birlikte yeni kapak tasarımları meşrubat ve şişe ile tam bir uyum içerisine gelmektedir. Mesela kapak, içerisinde bir toz barındırır ve şişe kapak vasıtası ile ilk kez açılığında, kapak içerisindeki toz bileşen şişe içerisindeki akışkana karışır. Sonuç olarak sıvı tüketilmeden hemen önce sıvı içerisine kapak vasıtası ile karıştırılan toz bileşen hassas bir şekilde ve istenilen oranda karıştırılmış olur. Toz bileşen ve sıvının ayrı ayrı muhafaza edilmesi sadece iyi bir aroma elde edilmesini sağlamakla kalmaz aynı zamanda ürünün en az dayanıklılık süresini de uzatır.
Komple sistem olarak meşrubat paketleme ve kapak
Yüksek verimlilik elde edilmesi açısından, Cube kalıp ( üretici: Foboha GmbH, Haslach, Almanya) ve 270Ton kilitleme gücünde ki F- Serisi Tüm Elektrikli Enjeksiyon Makinesi (makine: F270 Cube; üretici: Ferromatik Milacron GmbH, Malterdingen, Almanya) kullanılmıştır. Bu sistemle kapağın alt ve üst parçaları ayrı ayrı üretilmekte ve henüz kalıp içerisindeyken montajı yapılmaktadır. (Resim 2)
Sandwich kalıp teknolojilerindeki ( co-injection) son gelişmelerle birlikte kalıp içerisine enjekte edilen farklı malzemeler arasındaki birleşme noktasında tam birleşme olmakta ve malzemeler kalıp içerisine dengeli ve istenilen oranlarda enjekte edilebilmektedir. “ Irıs Co- Injecton” teknolojisi ( Mold-Masters Europa GmbH, Baden-Baden, Germany) ile %3 ila %5 oranında bariyer malzeme kapak kalıbı içerisine enjekte edilebilir. Özellikle kapak üzerinden gaz geçişinin istenmediği uygulamalarda bu sistem tercih edilebilir. Bu sistem sayesinde kapak aracılığı ile şişe içerisine Oksijen geçişi engellenerek meşrubatın raf ömrünün uzaması sağlanır. Kullanılan malzemeye bağlı olarak nem geçişini engellemek ve bununla nem bariyeri sağlamak da mümkündür.
Plastik kapak üretimi prosesinde hammadde, kalıp ve enjeksiyon makinesi birbiri ile tam uyumlu olmalıdır. Bununla birlikte yan ekipmanlar dediğimiz soğutucu ve konveyör gibi cihazlarında etkisi göz önünde bulundurulmalı ve bunlara göre imalat alanı düzenlenmelidir.
Tek parça ekonomik kapak üretimi
Tek parçadan oluşan kapak üretiminde kullanılan enjeksiyon kalıbı ve plastik enjeksiyon makinesi ile ilgili bilgiler yazının devamında daha detaylı olarak incelenecektir. Plastik ürün imalatının içinde bulunmayan insanların bu işin ardındaki gerek tasarımcılar ve gerekse de ekipman üreticilerinin harcadığı büyük eforu ilk bakışta farketmelerini beklemek tabii ki doğru değildir.
İsviçreli kapak kalıpları üreticisi Corvaglia Mould AG ve enjeksiyon makineleri üreticisi Ferromatik Milacron uzun yıllardan bu yana birlikte çalışarak meşrubat kapakları üretimi için en uygun sistem üzerinde çalışmaktadırlar. Yüksek verimlilikte çalışan bir üretim prosesi için enjeksiyon kalıbı çok hassas (Resim 3) bir şekilde dizayn edilmelidir. Bununla birlikte enjeksiyon makinesinin de gerek kovan içerisinde malzeme akışı gerekse de makine hareketlerinde yüksek ivmelenme kabiliyeti sağlayabiliyor olması gereklidir. Buna ilave olarak enjeksiyon makinesi şasesinin de sağlam ve oturaklı olması makinenin yüksek hızlarda çalışabilmesine olanak sağlar.
Sürekli olarak daha iyisini yapma prensibinden yola çıkarak, malzeme ve diğer masraflardan tasarruf etmek amacı ile çalışmalarını yürüten Corvaglia, HDPE malzeme ile yeni bir meşrubat kapağı tasarımı yaptı. 33 mm çapındaki kapak, 37 mm çapındaki çok bilinen kapak modelini andırıyor. (Resim 4)
Bu kapak özellikle hot-fill ( sıcak dolum) uygulamaları için geliştirildi. Şişe neck (boğaz) ölçüsünün de 33mm çapına düşürülmesi de göz önüne alındığında geniş kapsamlı bir proje olarak karşımıza çıkıyor.
Ağırlığın azaltılması gerçeği bu uygulamayı cazip hale getiren unsur olduğunu da bunlara eklemek lazım: Sadece kapağın ağırlığı 3.5 gr’ dan 2.45 gr’ a düşürülerek 1.05 gr fark elde edilmiştir. Bununla birlikte 37 mm çapındaki boğazın ağırlığı 7.48 gr iken, 32 mm çapındaki boğazın ağırlığı ise 3.5 gr dır. Bu da PET şişe boğazı için ortalama 3.98 gr daha az malzeme kullanılması anlamına geliyor. Standart şişe göz önüne alındığın da toplam da 5.1 gr kazanç ile 34 gr’ dan 28.9 gr’ a düşülmüştür. Hammadde kazancı şişe ve kapak birlikte düşünüldüğün de 6.15 gr’ dır. Ayrıca daha küçük kapak (33mm) tutuşu ve kullanımı daha kolay getirmekte ve daha küçük ağız kısmı, tüketimin direkt olarak şişeden yapılmasını da kolaylaştırmaktadır.
Tek parçalı kapakların bir diğer avantajı ise; üretim prosesi gereği her daim üretimden sonra kullanım için hazır olmasıdır. 2 komponentli kapakların aksine ilave bir ekipman kullanılması gerekmez.
Bununla birlikte tek parçalı kapaklarda mikro sızıntıların önüne geçilebilmesi için özel bir know-how gereklidir. Özellikle sıcak dolum işleminde kaçınılmaz olan başlangıçta ki basınçsız durum ve kapak kapandıktan sonraki yüksek basınç ve akabindeki soğuma işlemi sırasında ki düşük basınç. Bu işlem sırasında soğuma suyunun şişe içerisine sızmaması için kapağın kesinlikle gaz sızdırmaz olması gereklidir ve bu da ancak çok iyi bir şekilde tasarlanmış bir kapak geometrisi ile mümkündür. İki parçalı kapaklar kapatıldıklarında yetecek kadar gaz geçirmezliği sunarlar. Soğuma işleminden sonraki vakum işlemi ile bir miktar deforme olan kapağın gaz sızdırmazlığı daha da yükselir (Resim 5).
Bu kapak, 350 Ton kilitleme gücünde, Advanced Performance (APh 70) Enjeksiyon üniteli modüler olarak tasarlanabilen Hibrit F350 serisi ile 64 gözlü bir kalıpta basıldı (Resim 6).
Yüksek makine performansı ve arttırılmış itici gücü
F-Serisi’nde tüm hareketler modüler olarak seçilebilir. Bu demek oluyor ki, üretim prosesinin gerekleri göz önünde bulundurularak makine tüm elektrik, hibrit ya da hidrolik olarak dizayn edilebilir.
Enjeksion ünitesi kendi içinde 3 ayrı grupta sınıflandırılabilir;
Genel Performans- GP; General Performance- ( 2300 barı bulan enjeksiyon basıncı ve 330 mm/sn ‘e ulaşan enjeksiyon hızı)
İleri Performans- AP; Advanced Performance- (2300 barı bulan enjeksiyon basıncı ve 500 mm/sn ‘e ulaşan enjeksiyon hızı)
Yüksek Performans- HP; High Performance- (2300 barı bulan enjeksiyon basıncı ve 1200 mm/sn ‘e ulaşan enjeksiyon hızı)
Yüksek Performans- HP son gelişmelerle birlikte 3000 bar enjeksiyon basıncına kadar ulaşılabilmektedir. Bu gibi yüksek enjeksiyon basınçları genellikle ince cidar ambalaj uygulamalarında kullanılmaktadır.
F-Serisi modüler dizayn edilebilme kabiliyeti sayesinde 500 kN kilitleme gücünden 6500 kN kitleme gücüne kadar sunulabilmektedir.
4,2 saniyelik bir çevrim zamanına ulaşmak ancak soğuma sistemi çok iyi olan bir kalıpla mümkündür. Bununla birlikte makinenin de yeterli mal alma kapasitesine ulaşabilmesi için bu uygulamada 70mm çap ve 25 L / D oranına sahip, çok iyi homojen bir erime sağlamak üzere özel dizayn bir vida kullanılmıştır. Bu sayede 64 gözlü kalıp ve bahsettiğimiz makine ile saatte 54860 adet kapak üretilebilmektedir.
Özellikle kapak uygulamaları için enjeksiyon makinesinin ihtiyacı karşılayacak bir itici gücüne sahip olması çok önemlidir. Aksi halde kapakların kalıptan çıkartılması zorlaşır ve üretimde istenmeyen durmalara neden olur. Hammaddenin çekme payı da göz önüne alındığında, yetersiz itici gücü ile kapakların kalıptan ayrılması çok zor bir hal alabilir.
Bu ve benzeri uygulamaları yakından görmek ve konunun uzmanlarından bilgi almak için Almanya’ nın Malterdingen şehrinde 15-16 Mayıs tarihlerinde düzenlenecek olan Ferromatik Milacron Open House 2014 etkinliğinde yerinizi ayırtabilirsiniz.
SVEN ENGELMANN, YÜKSEK MÜHENDİS
Aplikasyon & Sistem departmanı sorumlusu, Ferromatik Milacron GmbH, Malterdingen, Almanya;
JULIA FLÜCKIGER
Kurumsal iletişim departmanı, Corvaglia Mould AG, Eschlikon, İsviçre;
Çeviri: MILACRON Türkiye Temsilcisi; HASTEK Plastik Teknolojisi Ve Otomasyon Sistemleri;
