Проблема разрывов термостойких пакетов для ретортной стерилизации полностью решена!

[Ключевые моменты] Пакеты для ретортной стерилизации при высоких температурах являются высококлассным продуктом в сфере гибкой упаковки. С одной стороны, прибыль высока: прибыль с одного пакета в несколько раз превышает прибыль от обычных пакетов той же спецификации. С другой стороны, риски также высоки: существует множество проблем, вызванных изменением цвета, снижением прочности запайки на отрыв, разрывом пакетов и т. д. В лёгких случаях производители конечной продукции возвращают товар, и заказы теряются; в тяжёлых случаях приходится выплачивать значительную компенсацию, покрывающую стоимость содержимого готовой продукции заказчиков, находящегося на складе.

Сейчас проводится анализ часто возникающей проблемы разрыва пакетов.

1. Сначала проанализируем пакет для кипячения: в пакет по установленным требованиям заливается вода, из него удаляется воздух, после чего пакет запаивается.

После тщательного осмотра было установлено, что воздух был удалён не полностью. Процесс нагревания до 100 °C показан ниже: запаянный стеклянный шарик обозначает закрытый пакет; видно, что расширение пакета для кипячения при нагревании находится в пределах нормы.

Причина анализируется следующим образом: при заполнении пакета водой и запайке при комнатной температуре давление внутри и снаружи пакета в этот момент находится в равновесии. При нагревании от комнатной температуры до 98℃ жидкая вода сама расширяется, воздух внутри пакета расширяется, а часть образующегося при этом водяного пара также занимает часть пространства, что приводит к расширению.

В этот момент давление внутри пакета повысится. Для подтверждения приведённого выше вывода мы использовали прибор для испытания избыточным давлением ZY-1 и водяную баню DK-98-1A от Beijing Landmark и провели качественное испытание. В процессе нагревания давление внутри пакета действительно повышалось, причём степень его повышения зависела от отношения объёма заполненного образца и остаточного воздуха к максимальному объёму пакета, а также от количества остаточного воздуха. Чем больше отношение объёма заполненной воды к объёму пакета, тем выше давление; чем больше остаточного воздуха, тем выше давление.

Разрыв пакета в горячем состоянии обусловлен явлением ползучести полимерного материала в зоне запайки, когда её прочности недостаточно, чтобы выдержать давление; эту прочность мы называем горячей прочностью на разрыв. Для сравнения прочности на разрыв при низкой и высокой температурах мы использовали прибор ZY-1 для испытания на разрыв при избыточном давлении при комнатной температуре и 95 °C соответственно, чтобы определить прочность на разрыв при разных температурах.

Выборочная проверка 20 групп показала, что у пакетов с качественной термозапайкой прочность на разрыв при комнатной температуре значительно отличается от прочности при 95 °C; анализ показал, что это связано со снижением прочности при нагревании, что является нормальным явлением, с которым мы сталкиваемся в процессе производства.

Если пакет имеет некачественную термозапайку, его прочность на разрыв при комнатной температуре очень низкая, и такой пакет является дефектной продукцией; хотя утечки нет, при нагревании он более склонен к разрыву.

1. Проблема пакета для ретортной стерилизации: до нагревания пакета для ретортной стерилизации до 100℃ происходящие в нём изменения аналогичны изменениям в пакете для кипячения.

Мы исследовали пакет для стерилизации при нагревании выше 100 ℃. Поскольку в Китае сейчас нет прибора, позволяющего наблюдать за процессом стерилизации, а датчик прибора для испытания избыточным давлением ZY-1 нельзя ввести в автоклав T-25C с противодавлением, мы можем только предположить, что внутри автоклава при нагревании свыше 100 ℃ давление внутри пакета всегда выше давления снаружи пакета (это предположение в настоящее время не имеет фактического подтверждения; мы разрабатываем автоклав с прозрачным смотровым окном, чтобы решить эту проблему).

1. Можно ли избежать разрыва пакета?

Разрыв пакета происходит, когда давление внутри пакета выше, чем снаружи. Можно ли избежать этой ситуации? В процессе кипения мы установили, что разрыв вызван перепадом давления, возникающим при повышении внутреннего давления, если давление окружающей среды остаётся неизменным. Можно ли избежать этого, если синхронизировать изменения условий окружающей среды?

Мы перекрыли выпускное отверстие стерилизатора с контрдавлением TS-25C, создав замкнутое пространство с момента помещения образца внутрь, и установили температуру 115 °C для стерилизации (более высокую температуру установить было нельзя из-за предохранительного клапана). Всего было испытано 30 пакетов для термической стерилизации, разрывов не обнаружено. Можно предположить, что это равносильно созданию внешнего давления на пакет с момента начала нагрева, при котором внутреннее и внешнее давления уравновешиваются, поэтому разрывов не было.

1. Заключение:

(1) Проблема разрыва пакетов для ретортной стерилизации при высоких температурах на самом деле заключается в прочности пакета на разрыв в нагретом состоянии, которая обычно обусловлена повреждением зоны запайки.

(2) Если заранее приложить внешнее давление к пакету для ретортной стерилизации и поддерживать это относительное внешнее давление на протяжении всего процесса нагревания, разрыва не произойдёт; однако для этого необходима высокая устойчивость корпуса реторта к давлению. Например, при 135 °C обычная рабочая устойчивость к давлению должна быть увеличена с 2,2 кг до 3,2 кг.

В этой связи разрыв пакета связан как с методом испытания, так и с методом производства. Совершенствование процесса высокотемпературной стерилизации имеет большое значение для снижения разрывов. Настоящая статья призвана внести скромный вклад, и мы надеемся, что она поможет в дальнейшем улучшении пищевой упаковки.