Polymer Rheology : Development of a polymer characterization method to prevent short shots during packaging production

Abstract

Food packages preserve foodstuff during storage. Some packages have caps, some of which have internal pull rings for easy removal of a membrane that extend the shelf life. The pull-rings are injection molded directly onto the package in the filling machine at the customer site. Any defect in the pull ring causes filled packages to be discarded at a significant cost to the supply chain. Some batches of polymer compound from specific suppliers cause unfilled pull rings. The cause of the issue is related to a part of the rheology curve that is currently not captured during material characterization. The objectives of this project were to develop an easy method of characterization and to evaluate the developed method. This project has developed two methods to characterize the polymer compound, one low shear rate method and one thermal degradation method. This was done by changing the current method's melt time, weight, and temperature. The methods developed were evaluated, and the project showed with a high significance that the methods can be used to detect batches with the issue. The thermal degradation method reduced the rate of false positives from 75 \% to 15 \%, and the low shear rate method reduced the same number to 23 \%. The developed methods can not eliminate the issue, but implementation would significantly reduce the detection rate and reduce the risk of having issues. The project recommends implementing both methods for development purposes to help communicate the requirements of the polymer compound with the supplier.

Popular Abstract (Swedish)

Matsvinn är ett stort samhällsproblem. Om förpackningen inte håller den nivå av kvalitet som krävs så slängs den under produktionen, tillsammans med det livsmedel den skulle skydda. Vissa förpackningar har korkar, som hjälper till att återsluta förpackningen. Om plasten i korken har fel egenskaper uppstår det ibland problem i produktionen. Detta projekt har tagit fram två sätt att undersöka plasten för att se om den har fel egenskaper. Dessa två nya metoder beskriver olika egenskaper hos plasten, som den gamla metoden missade. Projektet har visat att genom användning av dessa nya metoder som komplement till den gamla så går det att minska omfattningen av problemet avsevärt.



Livsmedelsförpackningar har en avgörande påverkan på hållbarheten av det livsmedel som skyddas. För att hållbarheten ska vara så lång som möjligt behöver förpackningen hålla hög kvalitet. Om förpackningen inte håller den nivå av kvalitet som krävs så slängs den under produktionen. Detta kostar pengar och resurser för både företag och klimat. Det är därmed av yttersta vikt att det råmaterial som sedan blir förpackningen inte orsakar produktionsproblem.

Vissa förpackningar har korkar, som hjälper till att återsluta förpackningen och möjliggöra längre förvarning av maten. För att maximera hållbarheten innan korken öppnas så finns det på insidan av vissa korkar en barriär, som ger ett extra skydd. Vissa sådana barriärer drar konsumenten loss själv, genom att dra i en liten plastring innanför korken. Detta har du säkert själv noterat när du öppnat vissa livsmedelsförpackningar första gången.

Membranet och dragringen tillverkas genom formsprutning. Den plast som används idag har en tendens att ibland orsaka produktionsproblem vid uppstart. Om plasten har fel egenskaper så fylls inte hela formen, se Figur 1. Då plastringen tillverkas genom att formsprutas direkt på en fylld förpackning så måste hela förpackningen med livsmedel slängas. Detta kan bli mycket dyrt för företag och miljö, speciellt om livsmedlet i förpackningen har ett högt literpris och stor miljöpåverkan.

Även om två tillverkningsomgångar med plast ser och luktar likadant så kan de ha olika egenskaper. Den mest relevanta egenskapen i det här fallet handlar om hur plasten flyter när den är smält. Ibland flyter plasten för trögt, och det är detta som gör att ringen inte alltid fylls. Det är dessutom så att när plasten står under värme blir den mer och mer trögflytande med tiden. Detta är ett problem om fyllningsmaskinen stannar ett tag och sedan startar igen. Då har en del av plasten varit varm för länge, och skapar därmed problem med dragringen. Vissa batcher med plast blir trögflytande snabbare än andra.

Genom att testa plasten innan produktion går dessa egenskaper att beskriva. Detta görs genom att värma en cylinder till en viss temperatur, fylla den med plast och sedan placera en vikt på toppen. Plasten rinner då ut genom ett litet hål längst ner i cylindern, och man mäter hur mycket plast som rinner ut under en viss tid. Idag används endast en vikt och en temperatur och denna enpunktsmetod beskriver inte plasten tillräckligt bra.

Detta projekt har därför beskrivit två sätt att ändra i undersökningen av plasten. Dessa två metoder har tagits fram genom att studera batcher med och utan problem. Den ena metoden använder lägre vikt och temperatur, den andra väntar längre innan vikten läggs på cylindern. Dessa två metoder beskriver olika egenskaper hos plasten som är viktiga för att den ska fungera under produktion, som den gamla metoden missade. Projektet har visat att genom användning dessa nya metoder som komplement till den gamla så går det att minska omfattningen av problemet avsevärt. Detta gör det även möjligt att beskriva för plastleveranatören vilka egenskaper som önskas, och på så sätt hjälpa dem att tillverka plast som fungerar hos kunden.

• author: Cederberg, Felix
• supervisor: Baozhong Zhang; Maria Eriksson
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM15 20241
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Rheology, Injection Molding, Supplier Management, Method Development, Polymer Technology
• language: English
• id: 9158341
• date added to LUP: 2024-06-12 09:17:46
• date last changed: 2024-06-12 09:17:46