CONTROLE | EMBALLAGES

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LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES EMBALLAGES

Les conteneurs destinés à contenir des denrées alimentaires doivent être suffisamment solides et robustes pour permettre la manipulation, le remplissage et la transformation, le stockage et la distribution sans dommage. Le moment le plus délicat pour un récipient est celui de la stérilisation à laquelle il est soumis une fois qu’il est rempli et fermé. C’est pendant cette période que la boîte doit présenter les conditions mécaniques nécessaires pour réussir ce traitement.

Ces propriétés mécaniques peuvent être définies en trois concepts :

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Résistance axiale : Résistance à la déformation lorsqu’elle est soumise à une charge plus élevée.

Résistance radiale : Résistance à la déformation due à l’action d’un vide interne ou d’une pression externe.

Résistance à la déformation : Résistance à la pression interne.

Les trois sont vraiment liés. Le 1er et le 2e dans le sens inverse, c’est-à-dire qu’une augmentation de la résistance axiale entraîne généralement une diminution de la résistance radiale. Pour une même épaisseur de métal dans le corps d’un conteneur, il a une plus grande résistance axiale si sa configuration est droite. En revanche, elle présente une plus grande résistance radiale si elle est bouclée. Il est nécessaire de trouver un équilibre entre les deux. Pour les récipients plus grands que leur diamètre, il est normal d’utiliser un corps en corde, car des valeurs de résistance axiale et radiale suffisantes peuvent être obtenues avec une épaisseur de métal moindre que s’ils étaient droits. Les conteneurs de faible hauteur ont une grande résistance radiale sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un cordon.

RÉSISTANCE AXIALE

La capacité de résister à une force appliquée axialement à un récipient est assurée par ses parois latérales, c’est-à-dire son corps – cylindre ou toute autre forme -, le couvercle et le fond n’absorbant aucune de cette force. Cela est évident, puisque dans sa position normale, le conteneur reçoit la charge axiale parallèlement à ses parois.

Dans le cas d’un récipient cylindrique en trois parties, bien qu’en théorie sa résistance axiale soit uniforme, ce n’est pas le cas en pratique. Dans la zone de la couture latérale, la résistance est généralement plus grande en raison du renforcement qu’elle apporte. De légères différences de parallélisme entre la fermeture du fond et du couvercle font qu’un certain point de la partie supérieure peut subir plus de charge, générant avant une déformation dans sa verticale. Comme nous l’avons déjà mentionné, les conteneurs à corps droit résistent à une contrainte axiale plus importante que ceux à corps fermé. En outre, plus le matériau du corps est épais, plus sa résistance est grande. Elle est également fonction du diamètre du récipient, plus le diamètre est grand, plus la résistance axiale est importante.

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Des équipements commerciaux sont disponibles pour mesurer la résistance axiale. Toutes sont basées sur le principe de soumettre le conteneur à une charge plus élevée, qui augmente progressivement jusqu’à ce qu’une déformation permanente – une réduction de sa hauteur – soit détectée. Sa valeur est mesurée en Kgrs. Par conséquent, la résistance axiale d’un conteneur peut être définie comme le nombre minimum de kilogrammes qu’il peut supporter verticalement sans s’enfoncer.

A titre indicatif, vos valeurs peuvent être :

Pour les conteneurs d’un diamètre inférieur ou égal à 73 mm : 250 Kgrs.

Pour les conteneurs d’un diamètre de 99 mm : 450″.

Pour les conteneurs d’un diamètre de 153 mm : 650 « .

RÉSISTANCE RADIALE

Lorsque les boîtes sont soumises au processus de stérilisation, la pression générée à l’intérieur de l’autoclave est compensée par la pression interne générée à l’intérieur du récipient, puisque le produit qu’il contient se dilate sous l’action de la chaleur. La différence entre les deux pressions est compensée par la résistance radiale de la boîte. Dans les cas extrêmes, la pression extérieure provoquera l’aspiration du récipient – l’effondrement. Le refroidissement après le traitement thermique entraîne une réduction du volume du produit contenu, ce qui peut provoquer un vide interne qui accentuera la succion.

La résistance à la succion ou à l’effondrement d’un récipient est donnée à parts égales par les parois – le corps – et les extrémités – le couvercle et le fond – bien que ce soit le corps qui en subisse les effets en premier. C’est donc le corps qui met en évidence l’absence de résistance radiale d’un contenant.

La résistance des parois du récipient à la succion est fonction de l’épaisseur du métal utilisé et de la forme ou du profil du couvercle – fond et corps (profil des billes). Elle est également liée au diamètre et à la hauteur.

Dans la seconde moitié du XXe siècle, la technique du cordonnage des conteneurs a été introduite, ce qui a entraîné une réduction de l’épaisseur des corps des conteneurs, maintenant ou même augmentant leur résistance radiale. De multiples études ont été menées pour déterminer pour chaque canette le nombre idéal de perles, leur positionnement et leur profil. Il a été prouvé que le facteur le plus influent est le profil. Les silhouettes qui augmentent le plus la résistance radiale sont celles de configuration angulaire et les moins sont celles très arrondies. Mais ils affectent la résistance axiale dans le sens exactement opposé. C’est pourquoi il se dirige généralement vers un profil de corde, formé par deux côtés droits reliés par une courbe lisse.

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Le marché propose des équipements appropriés pour contrôler la résistance radiale. Il est souvent possible d’acheter un appareil avec deux stations différentes pour mesurer les deux résistances (axiale et radiale). Le principe de fonctionnement de la mesure de la résistance radiale consiste à placer le récipient, fermé aux deux extrémités, dans une chambre étanche et à le soumettre progressivement à une pression extérieure jusqu’à ce qu’une déformation permanente – l’aspiration – se produise. Elle est facilement détectable car la pression extérieure à ce moment là subit une légère diminution au fur et à mesure que l’espace extérieur augmente, ce qui s’accompagne d’une forte « fissure » provoquée par l’effondrement des parois du récipient.

Équipement de mesure de la résistance radiale

La résistance radiale est mesurée en Kgrs/cm2. Une valeur acceptée comme bonne est d’au moins 1,7 Kgrs/cm2 pour les récipients d’un diamètre de 99 mm. ou moins. Cette valeur diminue pour les boîtes de plus grand diamètre, passant à moins de 1 Kgrs/cm2 pour les boîtes de 5 Kgrs. (diamètre 153)

LA RÉSISTANCE À LA DÉFORMATION

L’espace de tête contenant des traces de vapeur d’eau, d’air ou de gaz, ainsi que le produit contenu dans le récipient, lorsqu’il est soumis à un chauffage lors du processus de stérilisation, augmente de volume, ce qui produit une surpression interne. Il a déjà été mentionné qu’une partie de celle-ci est compensée par la pression de l’autoclave si celui-ci est de type fermé, mais ce sont principalement les extrémités du récipient – couvercle et fond – qui sont chargées d’atténuer cette augmentation de pression, se déformant vers l’extérieur au cours du processus.

Afin de remplir cette tâche, les couvercles et les fonds sont conçus en incorporant dans leur panneau central une série d’anneaux et de gradins d’expansion qui leur confèrent une certaine élasticité, de telle sorte qu’ils puissent se courber vers l’extérieur et reprendre leur forme initiale lorsque la surpression cesse. Cette solution permet de réduire sensiblement l’épaisseur du métal pour obtenir une résistance équivalente à celle d’une couverture plane. Il faut également tenir compte du fait que dans les bouchons, il n’est pas possible d’utiliser des duretés métalliques très élevées car elles rendraient difficile l’obtention d’une bonne étanchéité, il n’est donc pas idéal d’augmenter la dureté pour accroître la résistance à la déformation.

Il est important d’insister pour que le couvercle revienne à sa position initiale lorsque la pression interne disparaît, car la présence de couvercles bombés en permanence est associée à des altérations de la boîte, soit d’origine microbiologique, soit par production de gaz due à l’attaque de la boîte par son contenu.

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La détermination de la résistance à la déformation doit être effectuée sur un récipient dont le couvercle et le fond sont en place. Il n’est pas représentatif de le faire sur des couvertures ou des fonds libres – sans fermeture – puisque la réalisation de la fermeture influence les valeurs de la même. Par conséquent, pour l’évaluer, il faut prendre des récipients fermés aux deux extrémités et appliquer une pression d’air par un trou pratiqué vers le milieu de sa hauteur jusqu’à ce qu’une déformation permanente se produise. Cela se détecte par l’apparition de « pics » sur le panneau.

Un outil pour ce test peut être préparé à partir d’une pompe à pneu de bicyclette, équipée d’un tuyau flexible avec un manomètre fixé à celui-ci par un té, le tuyau étant terminé par une buse fine et pointue qui permet de percer le corps du récipient. Pour obtenir l’étanchéité, cette buse doit être munie d’un caoutchouc externe qui appuie sur l’extérieur de la paroi du récipient.

Il est difficile de donner des valeurs pour cette résistance, qui dépend beaucoup du diamètre du couvercle, du profil du panneau, de l’épaisseur, du durcissement, etc. En tout état de cause, les fonds doivent résister aux conditions normales du procédé utilisé pour le confinement du produit.

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