Конструкция поршня безвоздушной бутылки: объяснение скорости откачки воздуха.

Почему конструкция поршня безвоздушной баллона определяет скорость откачки воздуха?

В каждой безвоздушной системе есть свои переменные — цилиндр, насос, сопло, наполнитель. Конструкция поршня оказывает наибольшее влияние на количество выходящего продукта. Вывод начнём с того, что если вам нужна высокая скорость откачки воздуха из бутылки без воздушного насоса, то это определяется поршнем.

В отличие от стандартного баллона, в безвоздушной системе нет погружной трубки. Если эта категория для вас нова, начните с Что такое флаконы с безвоздушным насосом и как они работают? Поршень находится внутри цилиндра, и каждое его движение толкает его вверх по мере снижения уровня продукта. Поршень следует за жидкостью и прижимается к стенке по мере своего перемещения. Это движение проталкивает последний продукт к насосу, а не оставляет его на дне. Когда поршень плотно прилегает к стенке цилиндра, воздух не может просачиваться мимо него и оседать между поршнем и продуктом. Это уплотнение предотвращает окисление в последних дозах и поддерживает насос в рабочем состоянии, когда бутылка почти пуста — см. Как поршневые, пакетообразные и пружинные механизмы защищают смеси, чувствительные к кислороду. для полного описания механизма.

Остаточные продукты — вещества, которые невозможно удалить, — образуются по трем причинам:

• Мертвый объем: продукт, задерживающийся под поршнем или рядом с ним в конце его хода.
• Остаточная пленка на стенке ствола: тонкая пленка, остающаяся на стенке ствола после прохождения поршня.
• Обратное всасывание: продукт втягивается обратно в бутылку, когда насос возвращается в исходное положение между ходами.

Какая именно причина является доминирующей, зависит от геометрии, допусков и вязкости вашей формулы — трех тем, которые будут рассмотрены далее. Эти механические факторы влияют на эффективность откачки с помощью поршня безвоздушного насоса больше, чем любое утверждение, напечатанное на этикетке. Именно они определяют разницу между продуктом, который чисто опорожняется, и продуктом, который незаметно теряет 10% активного вещества.

Геометрия поршня: контакт со стенкой, мертвый объем и ход поршня.

Если вы хотите повысить скорость откачки воздуха из бутылок без использования воздуха, в первую очередь следует обратить внимание на геометрию. Три основных параметра решают большую часть задачи.

Площадь контакта со стенкой. Внешняя поверхность поршня прижимается к стенке цилиндра через контактную полосу. Большая площадь контакта обеспечивает более надежное протирание и более прочное уплотнение. Это также увеличивает усилие, которое должен создавать насос. Для жидких сывороток это усилие достаточно; для густого крема это может затруднить срабатывание насоса.

Количество и форма кромок. Во многих безвоздушных поршнях используются гибкие кромки вместо цельной ленты. Обычно используется одна кромка; две или три кромки обеспечивают дополнительную герметичность и ведут себя по-разному под давлением. Угол наклона и гибкость кромки определяют реакцию поршня при работе с густым продуктом. Более жесткая кромка сопротивляется деформации, но создает сопротивление. Более гибкая кромка адаптируется к изменениям формы цилиндра, но может протекать при работе с жидкими продуктами.

Длина хода поршня и мертвый объем. Поршень может перемещаться только до тех пор, пока позволяет цилиндр, а пространство, до которого он не доходит, — это потерянный продукт. Мертвый объем — это полость, остающаяся под поршнем или рядом с ним в конце хода. Изменение формы дна бутылки и профиля поршня может минимизировать эту полость. Это один из самых дешевых способов снизить остаточный объем продукта в безвоздушной бутылке. Плоский поршень на плоском дне все равно оставляет пленку. Соответствующий куполообразный профиль может вытолкнуть больше последней дозы.

Те же инженерные принципы применимы и к конструкции поршня безвоздушного насоса. Короткий, неглубокий ход и поршень неправильной формы могут привести к потере нескольких процентов рабочего объема. И это еще до учета трения.

Уплотнения и допуски: скрытые факторы, определяющие остаточный зазор.

Геометрия на чертеже — это лишь половина дела. Зазор между чертежом и отформованной деталью — это то, где фактически достигается или теряется остаточный объем продукта.

Посадка с натягом. Поршень отливается немного большего диаметра, чем канал ствола, поэтому он садится с натягом. Принцип тот же, что и при запрессовке. Слишком малый натяг – и поршень проскальзывает или протекает. Слишком большой – и насос работает с трудом, поршень заедает или пленка на стенках становится толще. Правильный натяг – это узкий диапазон, измеряемый долями миллиметра.

Накопление допусков. Поршень — это одна литая деталь, цилиндр — другая, и каждая из них имеет отклонения в размерах, возникшие в процессе литья под давлением. Эффективное натяг — это сумма обоих отклонений. Поршень может работать в нижнем пределе своего допуска, а цилиндр — в верхнем. В этом случае уплотнение ослабевает, и остаточный зазор увеличивается. Это накопление часто является скрытой причиной остаточного зазора. Именно поэтому две номинально идентичные бутылки могут опустошаться по-разному.

Стабильность партии. Поскольку вакуумирование зависит от точности посадки до долей миллиметра, стабильность от партии к партии важнее, чем номинальные характеристики, указанные в техническом паспорте. Надежные поставщики контролируют усадку, деформацию и конструкцию литникового канала. Они проверяют размеры каждой партии, а не только один раз для каждой пресс-формы. Если вы наблюдаете неравномерность вакуумирования в образцах из одного заказа, следует заподозрить несоответствие допусков, прежде чем подозревать неисправность насоса.

Материал и трение: подбор поршня в соответствии с вашей вязкостью

Материал поршня влияет как на трение, так и на герметичность, поэтому его необходимо подбирать в соответствии с наполняемым веществом. Неправильный подбор материала приведет к снижению эффективности поршня в безвоздушной системе, даже при правильной геометрии. Рабочий диапазон для большинства безвоздушных поршневых систем составляет примерно от 1000 до 80 000 сП. Некоторые поставщики указывают более узкий диапазон — от 1000 до 50 000 сП. Уточните у поставщика диапазон вязкости в безвоздушной системе в сП, сопоставив его с фактическим объемом наполнения. В частности, для густых кремов... Флаконы с безвоздушным дозатором на заказ для густых кремов Они построены с учетом этих геометрических компромиссов.

Распространенные материалы для поршней и уплотнений:

• Полипропилен (ПП): низкая стоимость, хорошо подходит для составов средней вязкости.
• Полиэтилен (ПЭ): более мягкий материал с низким коэффициентом трения, часто используется для поршней и уплотнений.
• ТПЭ (термопластичный эластомер): гибкий, улучшает герметизацию, обладает более высоким коэффициентом трения.
• Силикон: очень гибкий и термостойкий, более дорогой, используется там, где герметизация имеет решающее значение.

Твердость и трение. Более мягкий поршень, измеряемый по шкале Шора, адаптируется к изменениям формы цилиндра и лучше герметизирует продукты с низкой вязкостью. Он сильнее тянет поршень, когда продукт густой. Более твердый поршень движется свободнее, но при этом существует риск утечки жидких составов. Трение также влияет на усилие насоса. Если поршень заклинивает, насос не сможет прокачать жидкость, независимо от того, насколько хороша конструкция головки.

Экстремальные условия заслуживают особого внимания:

• Протекание при низкой вязкости: жидкие сыворотки просачиваются мимо жесткого поршня; обычно это помогает сделать губы мягче.
• Очень высокая вязкость, примерно выше 50 000 сП: обычно выбирают поршень с более агрессивным профилем и более жестким корпусом, чтобы он не разрушался под действием собственного сопротивления.
• Деформация при низких температурах: мягкие материалы могут деформироваться во время хранения в условиях холодовой цепи или транспортировки, изменяя форму бутылки еще до ее использования.
• Тиксотропные гели: формулы, которые разжижаются под действием сдвига, изменяют вязкость за один ход поршня, поэтому поршень должен герметизироваться при вязкости в состоянии покоя и двигаться при вязкости, возникающей при сдвиге.

Показатели скорости откачки: поршневые, пружинные, диафрагменные, стандартные насосы и новые форматы.

Для оценки поршневой системы необходима базовая величина. Приведенные в этом разделе отраслевые эталонные диапазоны — это широко цитируемые данные, публикуемые различными организациями. поставщики флаконов с безвоздушным насосом Это не гарантирует точность для конкретной бутылки. Фактические результаты зависят от геометрии, допусков, вязкости и метода тестирования. Это также честный способ определить разницу между 95–98% и заявленными 99%.

Три показателя помогают при сравнении форматов. Разница в скорости откачки между безвоздушными поршневыми и пружинными насосами составляет 95–98% против 88–93%. Разница обычно обусловлена ​​большим мертвым объемом и меньшей силой натяжения пружинной системы. Скорость откачки между безвоздушными поршневыми и диафрагменными насосами находится посередине. Диафрагменные насосы показывают скорость около 90–94%, имея меньше движущихся частей, но меньший эффективный ход. Для сравнения безвоздушных насосов с поршневым, пружинным и диафрагменным насосом таблица является наиболее быстрым способом сравнения.

Точность дозирования — еще одно важное отличие. Для безвоздушных систем часто указывается примерно 0,2 мл на одно нажатие помпы, что важно для активных веществ, дозируемых по каплям. Вес также имеет значение для транспортировки и экологичности. Поршневая безвоздушная система обычно весит около 22 г, а стандартная помповая — около 28 г. Банка весит около 45 г без учета декоративных элементов.

Это и есть Скорость откачки жидкости из бутылки с безвоздушным насосом по сравнению со скоростью откачки из бутылки с обычным насосом Таблица с первого взгляда. При правильной геометрии, допусках и вязкости достигается коэффициент извлечения жидкости поршнем безвоздушного насоса в 95–98%. Стандартный насос с погружной трубкой обычно оставляет 15–30% жидкости.

Новые форматы меняют ситуацию. Форматы с двойными стенками и безвоздушные пакеты «мешок в бутылке» отделяют продукт от подаваемого воздуха с помощью складывающегося внутреннего мешка. Высокая степень экстракции достигается, когда мешок сконструирован таким образом, чтобы полностью складываться; предел определяется материалом мешка и его способностью к сгибанию. Двухкамерные форматы разделяют несовместимые активные вещества до момента дозирования. Компромисс заключается в более сложной процедуре наполнения и, как правило, в более низкой эффективной степени эвакуации из каждой камеры. Пакетные системы наполнения становятся все более распространенными в премиальных программах, поскольку внутренний контейнер можно заменить, а не выбрасывать.

Как определить и проверить характеристики поршня

Теперь о практической части: превратить фразу "нам нужна высокая скорость эвакуации" в критерий приемлемости, который можно проверить. Определите скорость, проверяйте ее одним и тем же способом каждый раз и требуйте от поставщика соблюдения протокола.

Определите метрику. Скорость опорожнения — это вес или объем фактически удаленного продукта, деленный на вес или объем заполненной бутылки. Она выражается в процентах. Можно использовать метод взвешивания по объему (объем наполнения по отношению к объему выданного продукта) или по весу (взвесьте бутылку до и после опорожнения). Метод взвешивания, как правило, более воспроизводим, поскольку позволяет избежать предположений о плотности.

Поймите разницу между 95–98% и 99%. Последние несколько процентов обходятся дороже. Достижение 99% требует более жестких допусков, меньшего мертвого объема и формулы, которая ведет себя стабильно от первого до последнего нажатия. Инженерная разница между 95–98% и 99% реальна, и обычно это обходится дороже. Определите, что действительно нужно вашей формуле, вместо того чтобы гнаться за цифрами из технической документации.

Разработайте протокол тестирования. Определите размер выборки, количество срабатываний, температуру и объем заполнения. Установите проходной уровень — например, не менее 95% по весу для стандартного поршневого безвоздушного насоса. Проверяйте его на разных партиях, а не только на первой выборке.

Задавайте поставщикам правильные вопросы. Запрашивайте данные анализа (COA), касающиеся допусков по размерам (наружный диаметр поршня, внутренний диаметр ствола, эффективное натяг), технических характеристик материала и стабильности партии. Поставщик, работающий в соответствии с...ISO 9001:2015 Система управления качеством, как правило, включает документированные этапы проверки. Она также содержит циклы корректирующих действий, которые вы можете просмотреть.

Впервые сталкиваетесь со спецификацией безвоздушных баллонов? Краткое руководство.

Если вы являетесь покупателем, а не разработчиком рецептуры, помните о трех вещах. Во-первых, скорость откачки — это свойство системы, а не насоса. Один и тот же поршень будет работать по-разному в разных цилиндрах с разным заполнением. Во-вторых, сравнивайте сопоставимые параметры. Запросите у поставщика метод тестирования и определение остаточных веществ, прежде чем сравнивать два предложения. 97% от одной лаборатории — это не то же самое, что 97% от другой. В-третьих, коммерческие условия имеют такое же значение, как и сам продукт. Подтвердите сроки поставки, минимальный объем заказа и способ проверки качества для каждой партии. Полный контрольный список см. в нашем разделе руководство по выбору флакона с безвоздушным помповым дозатором Ищите партнера, который будет вашими глазами и ушами в Китае. Он будет проверять образцы, следить за соблюдением допусков и выявлять проблемы до того, как они попадут на вашу производственную линию.

Экологичность в сочетании с поршневым дизайном: переработанный углеродный материал (PCR), мономатериалы и полипропиленовая вода (PPWR).

Цели в области устойчивого развития теперь являются частью спецификации. Они взаимодействуют с характеристиками поршней таким образом, что удивляют команды, которые рассматривают эти два аспекта по отдельности.

Содержание переработанного сырья. Переработанный полимер изменяет текучесть и усадку полимера, что влияет на плотность посадки и трение. Сейчас широко распространены полипропиленовые бутылки из переработанного полимера с содержанием переработанного сырья от 30 до 100%. Просто убедитесь, что поршень по-прежнему обеспечивает герметичность после увеличения усадки, характерного для переработанного полимера. Пленки и контейнеры из переработанного полиэтилена с коэффициентом пропускания кислорода ниже 50 (OTR ниже 50) помогают защитить чувствительные составы. Материалы для герметизации должны оставаться совместимыми.

Мономатериальный. В мономатериальном безвоздушном насосе поршень, уплотнения и пружина изготовлены из совместимых полиолефинов, без металлической пружины. Его гораздо проще перерабатывать, чем насос из смешанных материалов. Компромисс заключается в том, что конструкция уплотнения должна компенсировать потерю нагрузки металлической пружины. В мономатериальных безвоздушных насосах немного снижается давление пружины в обмен на возможность переработки. Конструкция поршня должна компенсировать это изменение.

Форматы с возможностью повторного наполнения. Повторное наполнение снижает вес первичной упаковки, но внутренний пакет или поршень контейнера для наполнения все равно должны достигать целевого уровня опорожнения. Повторное наполнение, оставляющее 15% пустого пространства, — это невыгодный обмен на снижение углеродного следа.

Контекст PPWR. Регламент ЕС об упаковке и упаковочных отходах (PPWR ) подталкивает рынок к переработке, использованию переработанных материалов и многоразовым форматам. Эти факторы уже определяют, какие безвоздушные форматы выживут. Они делают эффективность отвода части дискуссии об устойчивом развитии — отходы продукции — это потерянный углерод. Требования к PPWR все еще находятся на стадии поэтапного внедрения. Подтвердите текущие обязательства со специалистом по соблюдению нормативных требований, а не полагайтесь на статью.

Заключение

Конструкция поршня определяет разницу между безвоздушной бутылкой, которая опустошается, и бутылкой, которая расходует лишнее. Рычаги — это нечто конкретное. Геометрия определяет мертвый объем и толщину стенки. Уплотнения и допуски определяют остаточный зазор. Выбор материала позволяет подобрать поршень в соответствии с диапазоном вязкости. По эталонным показателям, поршневые системы обеспечивают 95–98% опорожнения при более чем 15 000 циклах работы. Достоверные данные для вашего продукта зависят от вашей формулы и метода тестирования.

Прежде чем приступать к изготовлению оснастки, установите целевой показатель вакуумирования и согласуйте протокол испытаний. Подтвердите контроль размеров, осуществляемый поставщиком, во всех партиях. Если вы заказываете безвоздушную бутылку для конкретной рецептуры, Обсудите свою формулу с инженером по упаковке. Они могут подтвердить геометрию поршня, характеристики уплотнений и критерии приемки, сопоставив их с фактическим уровнем заполнения.