Processi industriali

La saldatura a induzione è un processo senza contatto in cui un campo elettromagnetico alternato induce correnti parassite in uno strato conduttivo, generando calore localizzato che attiva un materiale termoplastico. Il polimero ammorbidito si lega a un substrato adiacente, producendo una saldatura ermetica.

Poiché il calore viene generato direttamente nel foglio metallico anziché trasmesso da barre saldanti riscaldate attraverso più strati di materiale, la temperatura di saldatura viene raggiunta quasi istantaneamente, conferendo al processo un'inerzia termica molto bassa.

Il processo richiede uno strato metallico, tipicamente un foglio di alluminio, all'interno della struttura dell'imballaggio: senza di esso non si genera calore e la sigillatura non può avvenire. Con il packaging che si orienta verso strutture mono-materiale e riciclabili, l'alluminio viene progressivamente eliminato da molti poliaccoppiati; la sigillatura a induzione rimarrà quindi probabilmente diffusa soprattutto in settori di nicchia come il farmaceutico, dove il foglio metallico svolge anche altre funzioni (barriera, inviolabilità) che ne giustificano il mantenimento. 

Processo di prodiuzione che consiste nell’iniezione ad alta pressione di un polimero fuso allì’interno di uno stampo dove raffredda e solidifica nella forma desiderata del componente. Solitamente utilizzato per la produzione in larghi volumi di prodotti in plastica con precisioni e ripetibilità elevate.

Il polimero, tipicamente fornito sotto forma di granuli o pellet, viene prima fuso e omogeneizzato in un cilindro riscaldato da una vite rotante, che genera anche la pressione necessaria a iniettare il fuso nella cavità dello stampo chiuso. Una volta riempita la cavità, viene mantenuta una pressione di mantenimento per un breve periodo, per compensare il ritiro del materiale durante il raffreddamento; lo stampo si apre quindi e il pezzo viene espulso, pronto per l'inizio di un nuovo ciclo.

Poiché ogni ciclo è relativamente breve e altamente ripetibile, lo stampaggio a iniezione è particolarmente adatto alla produzione ad alto volume di pezzi con geometrie complesse, tolleranze strette ed elementi come filettature, cerniere o sottosquadri.

Poiché la preforma viene stirata biassialmente, assialmente dall'asta di stiro e radialmente dall'aria di soffiaggio, le catene polimeriche si orientano in entrambe le direzioni, migliorando la resistenza meccanica, la trasparenza e le proprietà barriera del materiale rispetto a un pezzo non stirato.

L'ISBM può essere realizzato come processo a stadio singolo, in cui iniezione della preforma, condizionamento, stiro e soffiaggio avvengono sulla stessa macchina, oppure come processo a due stadi, in cui le preforme vengono stampate a iniezione separatamente, stoccate e successivamente riscaldate e soffiate su una macchina dedicata di stiro-soffiaggio.

Il PET è il materiale più utilizzato per questo processo, grazie al suo favorevole comportamento allo stiro e al significativo miglioramento di resistenza e trasparenza ottenuto tramite l'orientamento biassiale, rendendo l'ISBM la tecnologia standard per la produzione di bottiglie per bevande gassate, acqua e altri liquidi confezionati.

Processo mediante il quale l’atmosfera interna di una confezione viene modificata  dall’aria ambiente a una composizione gassosa controllata, tipicamente mediante lavaggio con gas, iniezione di gas o cicli vuoto-gas, prima della sigillatura finale, al fine di creare un ambiente gassoso definito attorno al prodotto.

Lo stampaggio è un processo di deformazione discreta in cui un substrato sottile metallico, o a base di fibre, viene modellato in una geometria tridimensionale definita mediante una forza di compressione applicata tra un punzone e una matrice in un sistema a pressione. Il processo induce una deformazione plastica o viscoelastica controllata, a seconda della classe di materiale, e si basa sulle proprietà meccaniche, sul comportamento di attrito e sulla progettazione degli utensili per ottenere precisione dimensionale e prestazioni funzionali.

Nel caso di substrati metallici, come l'alluminio, la formatura viene eseguita a temperatura ambiente e può prevedere l'uso di un premilamiera per controllare il flusso del materiale e prevenire la formazione di grinze, con la profondità e la complessità della forma limitate dalla duttilità del materiale prima che si verifichi la rottura. Con substrati a base fibrosa, come la polpa stampata o il cartoncino, lo stampaggio è generalmente abbinato a calore e, in alcuni casi, a un controllo dell'umidità, in modo che le fibre possano essere riorganizzate e consolidate nella forma target senza rotture o sfaldature.

La tecnica è ampiamente utilizzata nel packaging per produrre formati rigidi e autoportanti come vassoi, coppette, coperchi e componenti tipo blister, dove uno spessore di parete costante, una buona definizione dei bordi e la resistenza allo stivaggio rappresentano requisiti di qualità fondamentali.

Lo stampaggio con schiuma di polpa di cellulosa è un metodo di stampaggio che prevede il riempimento dello stampo con una miscela di materiale contenente ingredienti schiumogeni, quindi il riscaldamento per creare minuscole bolle all’interno del prodotto stampato.

La schiuma viene tipicamente generata disperdendo fibre di cellulosa in una schiuma acquosa contenente un tensioattivo o agente schiumogeno, che stabilizza le bolle d'aria all'interno della sospensione fibrosa prima che questa venga distribuita nella cavità dello stampo. Una volta conferita la forma, l'acqua viene progressivamente rimossa dalla struttura schiumosa umida tramite essiccazione (e, in alcuni processi, calore e pressione), consolidando le fibre attorno alle celle d'aria e ottenendo un pezzo rigido, a bassa densità, con una struttura cellulare fine e uniforme.

Poiché si basa su fibra di cellulosa, il pulp foam moulding rappresenta un'alternativa rinnovabile, biodegradabile e generalmente riciclabile o compostabile per applicazioni di imballaggio protettivo e di ammortizzazione.

L’iniezione di pasta di cellulosa è un metodo in cui la materia prima viene iniettata e riempita in uno stampo sigillato per essere modellata. La materia prima per lo stampaggio a iniezione è costituita da pasta di cellulosa e amido disciolti in acqua, mescolati accuratamente fino a ottenere una sostanza pastosa e poi preparati sotto forma di piccoli granuli delle dimensioni di un chicco di riso. Questi granuli vengono riscaldati all’interno dell’ugello di iniezione, trasformandosi in uno stato fuso e viscoso. Questo materiale fuso viene quindi iniettato a riempire lo stampo, e viene applicato un ulteriore riscaldamento per far evaporare l’umidità contenuta nel materiale. 

A differenza dello stampaggio a iniezione di materie plastiche convenzionale, il processo richiede che lo stampo venga aperto leggermente e periodicamente durante il ciclo, consentendo al vapore di fuoriuscire e all'umidità residua nel materiale di evaporare prima che il pezzo si consolidi completamente. Poiché il processo segue gli stessi principi dello stampaggio a iniezione di materie plastiche, consente di realizzare geometrie complesse, pareti sottili, sottosquadri ed elementi come nervature, rilievi e flange, difficili da ottenere con i tradizionali metodi di formatura della pasta di cellulosa o della carta. Dopo lo stampaggio e l'essiccazione, il pezzo finito viene generalmente rifilato per rimuovere il materiale in eccesso e le bave.

La saldatura (sealing) è un termine generale che descrive il processo di unione di due o più strati di materiale di imballaggio mediante l'applicazione di energia (tipicamente sotto forma di calore) combinata con pressione per un periodo di tempo definito, senza l'aggiunta di materiali esterni come adesivi. La specifica fonte di energia utilizzata per generare il calore (barra riscaldata, impulso elettrico, vibrazioni ultrasoniche, campo elettromagnetico indotto o campo a radiofrequenza) dipende dalla tecnologia di sigillatura impiegata, ma la sequenza di processo di base rimane coerente tra i vari metodi:

Posizionamento e allineamento: i materiali da sigillare vengono posizionati e allineati con precisione dal sistema di movimentazione, per garantire la corretta registrazione dell'area di saldatura.

Applicazione di pressione e attivazione dell'energia: l'utensile di sigillatura applica una forza mirata sugli strati allineati mentre la fonte di energia viene attivata, rammollendo o fondendo il materiale all'interfaccia.

Mantenimento del contatto (dwell): la pressione viene mantenuta per un tempo definito, consentendo al materiale rammollito all'interfaccia di compenetrarsi, formando un legame continuo durante la sua consolidazione.

Raffreddamento e rilascio: la fonte di energia viene disattivata, il giunto viene lasciato raffreddare (o raffreddato attivamente) sotto pressione per congelare il legame, dopodiché l'utensile si apre rilasciando la confezione sigillata.

L’etichettatura con manicotto termoretraibile è un processo di confezionamento in cui un manicotto polimerico preformato termoretraibile viene applicato su un contenitore e successivamente esposto a calore controllato (aria calda o vapore), facendo sì che il manicotto si restringa aderendo  attorno al profilo del contenitore per formare un’etichetta a 360 gradi o una banda antimanomissione.

Il manicotto è realizzato con un film orientato (tipicamente PVC, PETG o OPS) che durante la produzione viene stirato per immagazzinare una tensione interna; questa tensione viene rilasciata con l'applicazione del calore, causando la retrazione del film verso le sue dimensioni originarie non stirate e facendolo aderire alla forma del contenitore. I manicotti vengono forniti come tubolari piatti pretagliati o come bobina stampata, formata in tubolare e tagliata a misura in linea, e vengono posizionati sul contenitore da un applicatore prima di entrare nel tunnel riscaldato, dove temperatura, tempo di esposizione e distribuzione dell'aria o del vapore vengono controllati per ottenere una retrazione uniforme senza distorcere la grafica stampata.

Poiché il manicotto avvolge completamente il contenitore, comprese forme sagomate o irregolari, lo shrink sleeving consente una copertura grafica e di branding a 360 gradi, offrendo al contempo inviolabilità quando il manicotto si estende sulla chiusura, e la possibilità di realizzare multipack quando applicato attorno a più contenitori raggruppati insieme.

Nella formatura sottovuoto, l'aria viene aspirata dallo spazio tra il foglio rammollito e la superficie dello stampo, in modo che sia la sola pressione atmosferica a spingere il foglio nella cavità dello stampo; nella formatura a pressione, invece, viene applicata anche aria compressa dal lato opposto, spingendo il foglio contro lo stampo con maggiore forza e consentendo di ottenere dettagli superficiali più fini e profili più definiti.

Il foglio plastico può essere lavorato sia a partire da sbozzati pretagliati (termoformatura a foglio, sheet-fed), tipicamente impiegata per materiali di spessore maggiore e pezzi di grandi dimensioni, sia alimentato in continuo da bobina (termoformatura in linea da bobina, roll-fed), soluzione comune per materiali di spessore ridotto nella produzione di imballaggi ad alto volume.

Una volta formati e raffreddati, i pezzi vengono rifilati dal foglio circostante mediante una stazione di taglio dedicata o integrata in linea, con lo scarto di rifilatura spesso rimacinato e reintrodotto nel processo di estrusione per ridurre gli sprechi di materiale.