ЗОЛОТИЙ КАШТАН 2020

Page 1

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КЛУБ ПАКУВАЛЬНИКІВ УКРАЇНИ ІНФОРМАЦІЙНО-АНАЛІТИЧНИЙ ЦЕНТР «УПАКОВКА»

ХV Всеукраїнська студентська науково-практична конференція з проблем пакувальної індустрії ТЕЗИ ДОПОВІДЕЙ Додаток до журналу «Упаковка»® 12 листопада 2020 р. (м. Київ, Національний університет харчових технологій)

Київ 2020



ЗМІСТ Дизайн пакування «PENCILBALLS» Д.О. Ржепишевська, н. кер. – О.В. Ганоцька, к.мист., ХДАДІМ, м. Харків..................................................................................................5 Розробка конструкції та технології виготовлення упаковки для набору аксесуарів для гаджетів В.А. Кучерявий, н. кер. – Н.В. Кулик, к.х.н., НУХТ, м. Київ .................................8 Засоби художньої виразності в дизайні багатофункціональної екоупаковки товарів для дітей І.О. Філатова, н. кер. – О.Л. Храмова-Баранова, д.і.н., ЧДТУ, м. Черкаси ................................................................................................. 11 Розроблення пристрою для фальцювання розгорток картонних паковань обертовими інструментами С.М. Пастернак, н. кер. – П.І. Бегень, к.т.н., УАД, м. Львів ............................ 15 Дослідження утворення дефектів типу «холодний спай» у пакувальних полімерних виробах А.О. Гур’єва, Є.П. Сімончук, н. кер. – О.Л. Сокольський, к.т.н., НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», м. Київ ....................................................... 18 Розробка технології отримання поліетиленової плівки з поліпшеними адгезійними властивостями А.В. Малихіна, н. кер. – Г.М. Черкашина, НТУ «ХПІ», м. Харків ..................... 21 Дослідження міцності зварних швів полімерних пакетів при пакуванні дрібнодисперсної продукції С.В. Липчей, н. кер. – Ю.П. Шоловій, к.т.н., НУ «Львівська політехніка»................................................................................ 23 Створення та дослідження конструкції механічного захоплювального пристрою на засадах біоніки з розширеними функціональними можливостями для виконання операцій групового пакування Д.М. Данюк, н. кер. – М.В. Якимчук, д.т.н., НУХТ, м. Київ .............................. 26 Дослідження змін показників якості хліба під час його зберігання у біорозкладному пакованні Т.А. Ярмош, н. кер. – Д.О. Бідюк, к.т.н., О.Ю. Мельник, к.т.н., СНАУ, м. Суми ...................................................................................................... 30

3


Застосування морських водоростей при створенні екоупаковки Д.М. Бочаров, н. кер. – Н.Ю. Єлістратова, ПДТУ, м. Маріуполь .................. 33 Проєктування комбінованого резервуара для зберігання суміші парів горючих технічних рідин як виконавчого органа захисту навколишнього середовища К.В. Рябченко, О.О. Ткаченко, н. кер. – С.А. Коваленко, НУЦЗУ, м. Харків ................................................................................................. 35

4


Дизайн пакування «PENCILBALLS» Д.О. Ржепишевська, науковий керівник – О.В. Ганоцька, к.мист., Харківська державна академія дизайну і мистецтв За дослідженням «Grand View Research», кількість реалізованої шкільної канцелярської продукції невпинно росте. В той же час прогресує тенденція експансії електронними гаджетами ринку класичного шкільного приладдя, що додатково активізує ріст конкуренції [1]. Отже, створення конкурентоздатного, інтерактивного дизайну паковання для кольорових олівців для шкільної аудиторії як невід’ємної частини візуального комплексу маркетингової стратегії є зараз безперечно актуальним. Що пропонує ринок? Дизайн-пропозиції у сегменті паковання кольорових олівців на даний момент є численними. «Crayola», «Maped», «Staedtler», «Faber-Castell», «Marco Raffine» пропонують свої товари у магазинах більшості країн світу. Виробники експериментують із формами, матеріалами і графічним оздобленням. Левову частину дизайн-пропозицій займають рішення, що базуються на поєднанні простих геометричних форм і яскравої, кольорової графіки, що у більшості пропозицій імітує властивості вмісту паковання. Не менш популярним є прийом використання бренд-персонажа. Експерименти із формоутворенням у більшості базуються на покращенні функціональності паковання: перфораціїстабілізатори, багатоярусні конструкції для зберігання великої кількості об’єктів. Такого виду паковання відповідно перевищує загальний середній ціновий показник. Велике різноманіття матеріалів дає змогу обирати між паперовими, картонними, жерстяними, дерев’яними, пластмасовими, металевими упаковками. Проте більшість з них є представниками класу преміум, що значно скорочує групу цільових споживачів. Широко вживаним прийомом є додавання до пакування елементів інтерактивної, ігрової складової. Зазвичай це розмальовки. Хто є цільовою групою споживачів? Групу цільових споживачів поділено на тих, хто «купує», і тих, хто «користується». «Купують» батьки або опікуни; «користуються» діти віком від 7 до 16 років, переважно школярі. У випадках, коли діти купують кольорові олівці самостійно, вони стають «покупцями». Чого хоче цільовий споживач? Отже, задля визначення ефективного позиціонування проєктованого дизайнпродукту треба розглянути потреби двох груп цільових споживачів. «Покупці». На сьогодні одні з найбільших проблем батьків і опікунів – це ціни на шкільну канцелярію і сумна статистика швидкої її втрати школярами під час занять. Потреба у збереженні грошей спонукає «покупців» обирати більш бюджетні варіанти. Як правило, паковання для такої канцелярії є менш ергономічним і естетично привабливим.

5


«Користувачі». В свою чергу, якісний, креативний дизайн канцелярських інструментів задовольняє потребу дітей у самоактуалізації й підвищенні соціального статусу. Для них є конче необхідним сучасний і унікальний дизайн шкільного приладдя, що приверне увагу однолітків. Інтерактивна складова паковання задовольняє потребу дітей у іграх, розвагах і комунікації. Це стає особливо актуальним у час діджиталізації, коли приводів для живого спілкування стає все менше. Після перегляду пропозицій на ринку паковання кольорових олівців для дітей шкільного віку визначено: представлені варіанти паковання не задовольняють потреби і «покупця», і «споживача» комплексно. Певна частина паковання не зацікавлює своїм зовнішнім виглядом «користувача», що призводить до недбалості і подальшої втрати продукту. Паковання, що відповідає потребам «користувача», не є бюджетним і не підпадає під низку критеріїв вибору «покупців». Що пропонує дизайн-рішення «Pencilballs»? Це паковання «2 в 1», що вміщає в себе місце для збереження кольорових олівців і настільний баскетбол на двох гравців. Гра у м’яч – одне з найулюбленіших занять дітей і підлітків. Так чому б не відбутися змаганню чемпіонів на поверхні столу?

Дана пропозиція враховує наступні потреби цільової аудиторії:  «Збереження грошей». Альтернатива ціни і естетичної привабливості завдяки відповідній цільнокрійній конструкції з картону, що виключає великі фінансові витрати на виробництво, що знижує вартість товару.  «Об’єкт підвищеного інтересу». Завдяки ігровій частині, паковання зацікавить «користувача», що мінімізує випадки втрат.  «Паковання справжнього чемпіона». Завдяки ігровій складовій, упаковка спонукатиме дитину до живого спілкування, стане способом самоактуалізації серед однолітків, сприятиме розвитку дрібної моторики рук, що є необхідним для активізації роботи мозкових процесів для учнів молодших класів [2, 15].  «Друге життя паковання». Після прямого використання не викидається, а продовжує функціонувати як гра. Особливості проєктування і макетування:  В логотипі поєднано два формотворчих та ідейних символи: олівці і м’яч. Графічну мову розроблено на основі композиційно-пластичного оздоблення баскетбольних майданчиків. Використано прийом 6


  

контрастів, де конструктивні, симетричні, статичні плями протиставляються жвавим, динамічним бренд-персонажам. Кольорова гама підтримує ідею контрастів. Два поля, два комплементарних кольори – синій і жовтий. Формоутворення прив’язане до прийомів «pор-up», де завдяки додатковому згину формується другий гральний простір. Завдяки компактній конструкції гру можна брати із собою куди завгодно. І навіть коли усі олівці будуть використані, пакування продовжить слугувати засобом проведення дозвілля.

Література: 1. Stationery Products Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Paper Based, Ink Based), By Application (Educational Institutes, Corporates), By Region, And Seg ment Forecasts, 2019 – 2025 // Grand View Research. URL : https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/stationery-products-market (дата звернення: 15.10.2020) 2. Климанова Л.Ф. Уроки веселого карандаша. Тула : Родничок, 2010. С. 32.

7


Розробка конструкції та технології виготовлення упаковки для набору аксесуарів для гаджетів В.А. Кучерявий, науковий керівник – Н.В. Кулик, к.х.н., Національний університет харчових технологій, м. Київ Вступ. В сучасному світі мобільні гаджети є невід’ ємною частиною життя людства. Цифрові технології дуже стрімко розвиваються, а сфери використання смартфонів, комп’ютерів, планшетів та інших гаджетів постійно розширюються. Для покращення їх працездатності та зручності у використанні слугують різні аксесуари, наприклад, power bank, USB-флешнакопичувач, USB-OTG-перехідник. Така комбінація аксесуарів найбільше підходить для використання в різних робочих та життєвих ситуаціях, тому дуже зручно купувати, зберігати та використовувати ці аксесуари разом. Актуальність. Набори аксесуарів у зручній упаковці не представлені на ринку. Наразі кожний з аксесуарів продається окремо та постачається в упаковці, не призначеній для подальшого зберігання та використання аксесуарів після придбання. Для упаковки використовують комбіновані матеріали, повторна переробка яких складна та економічно недоцільна. Тому розробка конструкції та технологічної схеми виготовлення нової екологічної, економічної, функціональної та привабливої упаковки для набору аксесуарів для гаджетів є актуальною задачею. Основна частина. На підставі аналізу ринку та визначення тенденцій розвитку упаковки з’ясовано, що найбільш успішними видами упаковки є такі, що відповідають формулі «мінімум затрат – максимум функцій». А найбільш важливими тенденціями розвитку упаковки є такі:  екологічність (мінімальна кількість ресурсів для виготовлення упаковки та повторна переробка, що гарантує мінімальний вплив на навколишнє середовище);  зручність у користуванні (додаткові функції, зручна конструкція та формат);  оформлення упаковки з використанням сучасних технологій друку і декорування, які забезпечують привабливий зовнішній вигляд, ідентифікацію бренду, функції захисту від підробок, інформативність, а також ефективну комунікацію виробника з споживачем. Нова упаковка для набору аксесуарів для гаджетів повністю відповідає сучасним вимогам ринку та тенденціям розвитку упаковки (рис. 1).

8


а) б) Рис. 1. Загальний вигляд упаковки: лицьовий бік (а), зворотний бік (б) Упаковка екологічна. Для її виготовлення використовується монополімерний матеріал, якій складається з орієнтованої поліетиленової плівки (РЕ-MDO) для нанесення поліграфічного оформлення та прозорої поліетиленової плівки (РЕ) для ламінації. Структура матеріалу: РЕ-MDO // РЕ. Такій матеріал можна повторно переробляти економічно ефективним шляхом. Зазвичай для такого типу упаковки використовують ламінати РЕТ // РЕ, які не можна повторно переробити економічно ефективним шляхом. Це дуже істотно впливає на екологію, що є найголовнішою проблемою сучасного пакування. Ключові характеристики, які обумовили вибір плівки РЕ-MDO:  заміна PET-плівки;  100%-ва переробка ламінату;  високі механічні властивості;  відмінна задрукованість;  глянець. Упаковка економічна: загальна маса пакувального матеріалу дорівнює приблизно 4 г на один пакет. Упаковка забезпечує необхідний захист товару: проведено міцнісні розрахунки упаковки за критеріями Мізеса, які підтверджують, що упаковка має достатню міцність для зберігання аксесуарів для гаджетів. Упаковкою є плоский пакет з зіп-застібкою. Вона зручна у користуванні завдяки її додатковим функціям, конструкції та формату. Інноваційним елементом упаковки є секції, які розділяються у пакеті зварними швами, кожний аксесуар розміщений у окремій секції, завдяки цьому вони будуть добре утримуватися в упаковці та зберігатися разом. Конструкція упаковки має прозорі віконця для демонстрації аксесуарів для гаджетів. Упаковка може виконувати функцію футляра при подальшому зберіганні та користуванні, її зручно покласти в рюкзак або сумочку, можна постійно носити з собою. Упаковка оформлена з використанням цифрового друку. Вона приваблива, інформативна, забезпечує комунікацію зі споживачем. Дизайн упаковки відповідає товару, біля кожного віконця розміщено інформацію про технічні характеристики, що дозволить швидко знайти потрібний товар. Нанесення поліграфічного оформлення на цифровій друкарській машині дає змогу 9


друкувати кожен новий відбиток з новим дизайном, отже можна друкувати декілька різних пакетів для різних аксесуарів. Це дозволяє економити час та витратні матеріали. Технологічну схему виготовлення упаковки наведено на рис. 2. Придбання плівок PE-MDO // PEдля нанесення друку та ламінування

Нанесення поліграфічного оформлення за технологією цифрового друку на матеріал PE-MDO

Ламінування за технологією безсольвентної ламінації

Висічка єврослота на готовому пакеті

Зварювання зіп-застібки

Виготовлення пакетів

Рис. 2. Технологічна схема виготовлення упаковки Література: 1. Жидецький Ю.Ц. Поліграфічне матеріалознавство. Львів : Світ, 2000. 224 с. 2. Сирохман І.В., Завгородня В.М. Товарознавство пакувальних матеріалів і тари. Київ : Центр навч. літ., 2009. 616 с. 3. Ханлон Дж.Ф., Келси Р.Дж., Форсинио Х.Е. Упаковка и тара: проектирование, технологии, применение. СПб., 2004. 632 с. 4. Кипхан Г. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства. М. : МГУП, 2003. 1280 с. 5. Ткаченко В.П., Манаков В.П., Шевчук А.В. Оперативні та спеціальні види друку. Технологія, обладнання. Харків : ХНУРЕ, 2005. 336 с. 6. Коулз Р., МкДауэлл Д., Кирван М.Дж. Упаковка пищевых продуктов. СПб., 2012, 408 с. 7. Халайджи В.В., Кривошей В.Н. Упаковка для харчових продуктів та напоїв. Київ : ІАЦ «Упаковка», 2018. 216 с. 8. Васильківський К.В., Соколенко А.І. Основи конструювання і дизайн упаковки. Київ : НУХТ, 2016. 32 с. 9. Технологія розроблення і дизайн / К.В. Васильківський, Ю.О. Ступак; Нац. ун-т харч. технол. Київ : НУХТ, 2019. 35 с. 10. Гавва О.М., Кулик Н.В. Обладнання для групового пакування // Упаковка. 2019. № 4. С. 58–62. 11. Гавва О.М., Кулик Н.В. Обладнання для формування транспортних пакетів // Упаковка. 2019. № 5. С. 53–56. 12. Гавва О.М., Кулик Н.В. Обладнання для скріплення транспортних пакетів // Упаковка. 2020. № 1. С. 54–58.

10


Засоби художньої виразності в дизайні багатофункціональної екоупаковки товарів для дітей І.О. Філатова, науковий керівник – О.Л. Храмова-Баранова, д.і.н., Черкаський державний технологічний університет Актуальність проєкту полягає в тому, що, спираючись на світові тенденції захисту екології навколишнього середовища, раціональне сортування відходів, зменшення кількості упаковок з полімерів, необхідно розробити сучасну упаковку максимально екологічну і таку, яка б відповідала національним традиціям. Світогляд «екологічного дизайну» продовжує формуватися в сучасній проєктній культурі і науці, що узагальнено громадськими програмами щодо розвитку та формування екологічних питань та цілісного підходу до екологічної стабільності в світі. Метою роботи є створення дизайну екоупаковки з додатковими можливостями для її подальшого нового використання не тільки як предмета для транспортування чи зберігання товару, а й як настільної гри для дітей, з використанням при цьому ліногравюри як засобу художньої виразності. Завданням проєкту є розробка авторської пропозиції багатофункціональної упаковки, що виготовлена з сучасних екологічних матеріалів та з використанням ліногравюри як засобу художньої виразності. ХХ ст. принесло певні здобутки у галузі виробництва упаковки, особливо з винаходом нових матеріалів, але сьогодні ситуація кардинально змінюється, оскільки масштаби забруднення пластиком навколишнього середовища продовжують набирати обертів, і, за прогнозами фахівців, до 2050 р. людство стоятиме на межі екологічної катастрофи. Глобальність проблеми полягає в тому, що приблизно 33 % всього пластику використовується одноразово, після чого викидається, а відходи з цим матеріалом органічно не розкладаються. Єдиний вихід із цієї ситуації, який дозволяє зменшити забруднення планети пластиком, – це перехід до використання екологічно чистих та органічних матеріалів. Такі вироби самостійно розкладаються в природі, при цьому не виділяючи токсичних речовин. Дизайн екоупаковки сьогодні розвивається за декількома напрямами: це, поперше, використання екологічних матеріалів, по-друге, впровадження нових екоматеріалів задля створення упаковки для продуктів, по-третє, подовження життя упаковки, тобто введення нових функцій або створення багатофункціональної та навіть інтерактивної упаковки. Впровадження багатофункціональності та інтерактивності можна побачити в наступних прикладах. Упаковка-конструктор під назвою «БУМАШ» (рис.1) являє собою коробочки для сухофруктів і горіхів в формі кубів, трикутників і геометричних сфер, що мають взаємопов’язані сторони, і є чудовою ідеєю того, як упаковка для дитячих ласощів може стати об’єктом гри навіть після того, як ласощі закінчаться.

11


Рис. 1. Упаковка-конструктор В якості наступного прикладу розглянемо упаковку для яєць (рис. 2). Упаковка розповідає про трьох героїнь – Captain Mahe, Madame Coco і Miss Nelly, а в розкладеному вигляді приверне увагу дітей кросвордами, ребусами та розмальовками. Також упаковка несе освітню функцію, розповідає про культуру Греції й занурює малюків у світ фольклору.

Рис. 2. Багатофункціональна упаковка для яєць Дизайн сучасної упаковки для дітей неможливо уявити без використання яскравих та захопливих графічних образів. Одним з численних засобів художньої виразності для створення художнього оформлення є ліногравюра. Ліногравюра – це гравюра, що створюється на лінолеумі, для її вирізання використовують штихелі та різці. Основна перевага ліногравюри над іншими техніками – можливість тиражування зображення за принципом «штампа», ця техніка дає змогу зробити близько 500 відбитків. Характерною особливістю лінориту можна вважати лаконізм, різкі контрасти чорного і білого, соковитість та витончені штрихи завдяки м’ якості матеріалу. Сьогодні ліногравюра – досить рідкісна і мало вивчена техніка мистецтва. Лише деякі сучасні майстри та дизайнери використовують елементи ліногравюри в своїх проєктах. Художниця Надія Онищенко заснувала свій бренд «Linotale» і створює незвичні авторські вироби: принтований одяг, іграшки, предмети інтер’єру, світильники. Майстриню захоплює естетика цієї техніки, яку неможливо нічим замінити, тільки рука художника і гострий різець можуть створити це свято лінії і плями. Сучасний художник з Лос-Анджелеса Чад Ітон надихає та наштовхує до креативного використання графіки та ліногравюри в дизайні. Він має власний інтернет-магазин TIMBER, де продає авторські вироби, створені за допомогою відцифровування графічних рисунків та ліногравюр:

12


футболки, сорочки, підставки під склянки, декоративні подушки, картини на тканині тощо. За допомогою симбіозу сучасних технологій та мистецтва ліногравюра може бути надрукована на будь-якій поверхні безліч разів. Під час розробки авторського проєкту дизайну багатофункціональної екоупаковки для дітей (рис. 3) було прийнято рішення використовувати у якості матеріалу перероблений картон, який є відмінним варіантом більш екологічного паковання. Було враховано те, що пакувальний папір та картон активно виготовляють з переробленої сировини в Україні. Процес перетворення макулатури на нову паперову продукцію має масу переваг: дерева зберігаються від вирубування; для переробки макулатури треба менше енергії та води, ніж при виготовленні паперу з деревної маси; макулатура переробляється, а не утилізується, що сприяє зниженню викидів вуглецю. Багатофункціональність об`єкту розробки виражена в можливості використання упаковки в подальшому як ігрове поле для настільної гри. Завдяки такому підходу до створення дизайн об’єкта містить в собі виховну функцію для молодшого покоління, звертає його увагу на необхідність різностороннього використання звичних речей.

Рис. 3. Авторська пропозиція проєкту Для створення графічних образів використано відцифровані відтиски авторської ліногравюри. Ключовими персонажами гри виступають різноманітні представники фауни, які привернуть увагу дітей та зацікавлять під час гри. Деталі цих образів використано не тільки в оформленні ігрового поля, а й оформленні поверхонь пакування. Розроблений проєкт є перспективним для майбутнього впровадження у виробництво та може стати основою для створення нових багатофункціональних упаковок. Література: 1. Голобородько В.М., Соболєв О.В. Екологічний дизайн: до проблеми формування засад професійної освіти // Вісник Харк. держ. акад. диз. і мистецтв. 2017. № 2. С. 13–17. 2. Артамонов Н.А. Больше чем упаковка: как дизайнеры переосмысливают и дополняют функциональность. URL : https://vc.ru/design/126574-bolshe-chemupakovka-kak-dizaynery-pereosmyslivayut-i-dopolnyayut-funkcionalnost

13


3. Сучасна українська ліногравюра. Техніка отримання лінориту та дещо з його історії. URL : http://skiftrava.com.ua/ua/articles/208.html 4. Linotale – линогравюра современности. URL : http://talantime.com.ua/ru/linotalelinogravyura-sovremennosti/ 5. Храмова-Баранова О.Л., Філатова І.О. Ліногравюра в мистецтві і сучасному дизайні // Культурно-історична спадщина України: перспективи дослідження та традиції збереження: матеріали ІІ-ої Всеукр. наук.-практ. конф. (м. Черкаси, 10-11 жовт. 2019 р.). Черкаси, 2019. С. 232–234.

14


Розроблення пристрою для фальцювання розгорток картонних паковань обертовими інструментами С.М. Пастернак, науковий керівник – П.І. Бегень, к.т.н., Українська академія друкарства, м. Львів Всесвітньо відомі виробники устаткування для виготовлення паковань із картону пропонують споживачам високопродуктивні автомати і потокові лінії [1]. Таке обладнання, зважаючи на його вартість і продуктивність, раціонально використовувати для виготовлення великих обсягів продукції упродовж тривалого часу без переналагоджування. Із розвитком підприємств малого та середнього бізнесу в Україні виникла потреба в якісно оформлених і відносно дешевих пакованнях, які б виготовлялись оперативно, малими обсягами при частій зміні типорозмірів і, відповідно, швидкому й дешевому переналагоджуванні та обслуговуванні устаткування. Такі завдання якнайкраще виконують невеликим, гнучким у налагодженні операційним устаткуванням. Проте у наш час розробники пакувальних машин не приділяють належної уваги створенню такого обладнання З метою заповнення цієї прогалини запропоновано новий спосіб фальцювання картонних розгорток. Суть способу полягає у тому [2], що на опорній плиті вакуумними присмоктувачами фіксують середню ділянку картонної розгортки між другою та четвертою лініями бігування, після чого фальцюють бокові елементи розгортки ковзанням по них лівої та правої радіальних криволінійних напрямних, які обертаються у зустрічному напрямку на вертикальних валах. Склеювання елементів розгортки здійснюють обтискуванням їх у зоні клейового клапана кінцевою ділянкою правої напрямної. Для реалізації розглянутого способу розроблено принципову схему пристрою для фальцювання картонних розгорток (рис. 1), у якому опорна плита з картонною розгорткою є нерухомою, засобами фальцювання є ліва і права обертові напрямні. Пристрій складається з опорної плити 1 з присмоктувачами (на рис. не показані), лівої та правої криволінійних напрямних 2 і 3, які за допомогою стержнів 4 і 5 кріпляться до вертикальних валів 6 і 7 відповідно і обертаються у зустрічному напрямку. Визначимо основні геометричні параметри напрямних, які повинні забезпечити загинання елемента за встановленим законом руху. На рис. 2 подано розрахункову схему до визначення розмірів і конфігурації напрямної, яка призначена для фальцювання елемента розгортки шириною b = 55 мм. При розрахунках приймемо наступні параметри: відстань від опорної плити до осі обертання напрямної дорівнює 1,5 від величини елемента розгортки, який підлягає фальцюванню (Db = 1,5b).

15


7 5 6 КР

3

1 2 4

Рис. 1. Схема пристрою для фальцювання картонних розгорток

Рис. 2. Розрахункова схема до визначення геометричних параметрів напрямної Поточні значення радіус-вектора ρ2 та кута його нахилу α2:  2  Db2  Db  b  cosak   2   0,25  b 2 , 0,5  b  sin ak   2   2  arctg Db  0,5  b  cosak   2  ,

(1) (2)

де ak – поточні інваріанти переміщення для обраного закону руху; γ Σ – максимальний кут фальцювання елемента розгортки, γΣ = 180°. Результати розрахунків конфігурації напрямних подано на полярних графіках (рис. 3), на яких відображено характер кривини напрямних при фальцюванні елементів розгортки за законом періодичного руху «синусоїда». 16


Рис. 3. Полярні графіки профілів напрямних при фальцюванні елементів розгортки завширшки 135 мм (1) і 55 мм (2) Висновки. Сучасні реалії на ринку паковань для споживчої продукції диктують потребу у виготовленні невеликих їх тиражів при частому переході на інші формати або типи паковань. Тому на перший план виходить не продуктивність пакувального обладнання, а його універсальність, гнучкість, можливість оперативного переналагоджування. Для таких завдань підходить розглянутий пристрій, який реалізовує операційний принцип виконання технологічного процесу, зручний і простий у користуванні та переналагодженні. Література: 1. Регей І.І. Споживче картонне паковання. Матеріали, проєктування, обладнання для виготовлення. Львів : УАД, 2011. 142 с. 2. Патент № 98069 України, МПК В31В 1/12 В31В 3/00. Спосіб фальцювання розгорток картонного пакування та пристрій для його реалізації / Регей І.І. (Укр.), Бегень П.І. (Укр.), № а201103718; Заявл. 28.03.2011; Опубл. 10.04.2012. Бюл. № 7. 4 с.

17


УДК 678.023.3 Дослідження утворення дефектів типу «холодний спай» у пакувальних полімерних виробах А.О. Гур’єва, Є.П. Сімончук, науковий керівник – О.Л. Сокольський, к.т.н., НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», м. Київ Лиття під тиском – один з найбільш розповсюджених методів виготовлення пакувальних полімерних виробів, який полягає в заповненні формувальної порожнини форми розплавленим полімерним матеріалом з наступним його ущільненням і фіксацією форми за рахунок охолодження. Цим методом перероблюються практично всі термопластичні матеріали. Лиття під тиском дозволяє отримати вироби складної форми з арматурою, з елементами точних розмірів [1]. Одним із недоліків даного методу є імовірність утворення таких дефектів, як «лінії спаю». Спаї є характерною ознакою виробів з термопластичних полімерних матеріалів, що виготовляються литтям під тиском, і більшою чи меншою мірою спричиняють погіршення зовнішнього вигляду виробів, їх розмірної точності, короткочасних і довготривалих механічних властивостей, а також небажану зміну їх теплофізичних, електричних та інших характеристик. Зазвичай спай виникає при фронтальному з’єднанні потоків розплаву або обтіканні елементів форми, які формують отвори чи поглиблення (рис. 1).

Рис. 1. Схема послідовного утворення лінії спаю Після застигання поверхневих шарів полімеру, прилеглих до спаю, внутрішня ділянка спаю все ще зберігає рухливість, і її просторова конфігурація визначається градієнтом тиску в формувальній порожнині, який залежить від збалансованості заповнення. При незначній незбалансованості заповнення відбувається швидке наростання тиску в тій ділянці виробу, яка заповнюється в першу чергу, що призводить до викривлення поверхні контакту потоків [2]. 18


Метою досліджень є аналіз чинників утворення спаїв та їх механічних характеристик. В даній роботі використано програми Moldex3D та Moldflow. Для проведення необхідних розрахунків було задано граничні та початкові умови:  форма і розміри формуючої порожнини;  температура розплаву та стінок форми;  максимальний тиск інжекції та усадки. За рекомендованих у програмі вихідних даних для перероблюваного матеріалу поліамід: тиск інжекції – 50 МПа, час заповнення – 0,7 с, температура форми – 90 °С , тиск усадки – 10 МПа. Візуалізація результатів розрахунків показує зміну орієнтації молекул полімеру та наповнювачів у ділянці спаю, що впливає на зміну механічних характеристик полімеру в цій зоні (рис. 2). Для дослідження впливу температури плавлення на відносну ширину лінії спаю (відношення товщини зміненої зони до ширини зразка) було проведено числові дослідження, результати яких представлено на рис. 3. Підвищення температури плавлення збільшує ширину лінії спаю.

Відносна ширина лінії спаю

Рис. 2. Візуалізація зміни орієнтації молекул полімеру та наповнювачів в ділянці спаю 0,85 0,8 0,75 0,7

0,65 0,6 260

270

280

290

300

Температура розплаву, Т, °С Рис. 3. Графік залежності відносної ширини лінії спаю від температури лиття 19


Прикладом пакувального виробу з дефектом типу «холодний спай» є кришка від шампуню (рис. 4а). Дослідження показали, що наявність дефекту залежить від точки вприскування розплаву в форму.

Б б) а) А Рис. 4. Кришка з дефектом (а) та її геометрична модель (б) Після її перенесення з точки А (рис. 4б) до точки Б дефект зникає завдяки покращенню умов стикування потоків після обтікання деталі, яка формує отвір. Збільшуються тиск, швидкість і температура зустрічних фронтів розплаву, тим самим збільшується дифузія між ними. Висновок В ділянці з’єднання потоків розплаву або обтікання елементів форми може утворюватися зона зі зміненою орієнтацією молекул полімеру та наповнювачів, яка погіршує зовнішній вигляд виробів та їх механічні характеристики. Властивості та наявність такого дефекту залежать від тиску, швидкості потоків і температури фронтів розплаву в цій зоні. Зі збільшенням даних параметрів взаємна дифузія фронтів потоку розмиває межі зміненої ділянки, сприяючи її зникненню. Література: 1. Крыжановский В.К., Кербер М.Л., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д. Производство изделий из полимерных материалов. СПб. : Профессия, 2004. 464 с. 2. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: спаи. URL : http://www.barvinsky.ru/articles/art_039_troubleshooting_weld-lines_2009.htm

20


Розробка технології отримання поліетиленової плівки з поліпшеними адгезійними властивостями А.В. Малихіна, науковий керівник – Г.М. Черкашина, НТУ «Харківський політехнічний інститут» Для виготовлення упаковки використовують плівки з поліолефінів, які фарбуються і маркуються друкуванням тексту та інших інформаційних символів (товарних знаків, логотипів та ін.) [1]. Але поліолефіни мають низьку поверхневу енергію і не мають адгезії до фарб і клеїв, тому ці матеріали найчастіше піддаються обробці для підвищення адгезійних властивостей. Методи активації поверхні полімерних матеріалів поділяють на дві групи. Це методи фізичної активації (обробка коронним розрядом, іонізуючим випромінюванням, тліючим розрядом, газовим полум’ям та іншими методами) і хімічної активації (обробка поверхні травильними розчинами і хімічна модифікація). Хоча ці методи відрізняються один від одного, але їх вплив на поверхню плівки зводиться до окислення поверхні, зшивання (появи сітчастої структури) і утворення розвиненого мікрорельєфу поверхні плівки [2–4]. Технологічну схему отримання рукавної поліетиленової плівки, яка існує на підприємстві, запропонували модернізувати. Рекомендували операцію активації поверхні плівки коронним розрядом замінити на опромінення прискорювачем важкими іонами. При опроміненні плівки важкими іонами можна домогтися низької окисної деструкції, що дозволяє знизити кількість окислених матеріалів, які знижують адгезію. Перед ріжучим і намотувальним пристроями плівка піддається спеціальній обробці за допомогою пристрою для опромінення полімерних плівок на прискорювачах важких іонів [5]. Пристрій має вакуумну камеру з стрічкопротяжним механізмом, вузол опромінення, що подає бобіну, провідні ролики, приймальню бобіну і привод. До вузла опромінення входять два валики. Вони мають здатність обертатися в різні боки, що дозволяє опромінювати плівку з обох сторін. Кут між осями пучків важких іонів і осями валиків, які опромінюються, лежить в інтервалі від 84° до 89°. Для друкування сольвентними фарбами рівень активації поліетилену повинен бути в межах 38–40 дин/см, водними фарбами – близько 42 дин/см, тоді як поверхнева енергія не активованого поліетилену – 29–32 дин/см. Проведено дослідження впливу методу активації поверхні поліетиленової плівки коронним розрядом. Активацію коронним розрядом проводили в такому режимі: сила струму 2 А; зазор між електродом 2 мм, напруга 24 кВ, час активації 5–15 с. Вимірювання енергетичних характеристик поверхні зразків плівки проводили методом визначення крайового кута змочування за допомогою мікроскопа з гоніометричною приставкою. Як тестову рідину застосовували дистильовану воду. Кут змочування вихідної плівки склав 63°, кут змочування плівки, яку обробляли коронним розрядом в повітряному середовищі, склав 38,3°.

21


Оцінювали адгезійну здатність полімерних плівок, активованих коронним розрядом, шляхом розрахунку роботи адгезії за рівнянням Дюпре – Юнга. Адгезійну міцність вимірювали методом рівномірного відриву плівки від алюмінієвої поверхні субстрату. Зусилля відриву плівки від субстрату визначали динамометром. Плівку до субстрату приклеювали за допомогою клею. Робота адгезії у вихідній плівки склала 0,104 Дж/м 2, у плівки активованої коронним розрядом в повітряному середовищі, склала 0,132 Дж/м2. Проводяться дослідження впливу методу активації поверхні поліетиленової плівки опроміненням важкими іонами. Під час використання цього методу активації важливо досягнути достатнього рівня обробки поверхні плівки для забезпечення якісного змочування та поліпшення адгезії. Література: 1. Кондратов А.П. Новые полимерные пленки для печати защищен-ной от подделки этикетки и упаковки // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2011. № 2. С. 83–94. 2. Нгуен К.Х., Ананьев В.В. Использование «коронного разряда» при производстве упаковочных материалов // Полиграфия и издательское дело. Известия вузов. 2009. № 6. С. 23–26. 3. Акулова М.В., Мельников Б.Н., Федосов С.В., Шарина Л.В. Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности / Иван. гос. хим.-техн. ун-т. Иваново, 2008. 232 с. 4. Головятинский С.А. Модификация поверхности полимеров импульсной плазмой атмосферного давления // Вестник Харьк. ун-та. 2004. № 628. С. 80. 5. Патент №2150991 (Росія).

22


Дослідження міцності зварних швів полімерних пакетів при пакуванні дрібнодисперсної продукції С.В. Липчей, науковий керівник – Ю.П. Шоловій, к.т.н., Національний університет «Львівська політехніка» Актуальним на даний час є створення якісної і дешевої упаковки. Теплове зварювання забезпечує отримання міцної упаковки з полімерних матеріалів. Її надійність і міцність залежать від виду плівки, температурного нагрівання, тривалості контакту елементів зварювання і зусилля їх притискання [1]. Однак при пакуванні дрібно-дисперсних сипких матеріалів (СМ) виникають певні проблеми, спричинені здатністю цих матеріалів утворювали пил під час завантаження упаковки, який, осідаючи на її стінках, зокрема в зоні зварних швів, призводить до погіршення якості зварювання і зниження міцності самої упаковки. Це такі матеріали, як крохмаль, борошно, цукор-пудра, сухі будівельні суміші тощо. Для спрощення розрахунків і моделювання теплового процесу розглядали СМ як шар, що рівномірно осів на стінки полімерних плівок у їх зоні контакту, тобто розглядали процес теплопровідності як задачу багатошарової плоскої плівки, яка складається із шарів різних матеріалів (рис. 1).

Рис. 1. Схема розподілу температури через багатошарову плоску стінку Розрахункову формулу теплопровідності складної стінки при стаціонарному стані отримали із рівняння теплопровідності для окремих шарів, вважаючи, що тепловий потік, що проходить через будь-яку ізотермічну поверхню неоднорідної стінки, однаковий. Для розв’язку цієї задачі розглядали тришарову задачу. Шар, що знаходиться всередині, – це сипкий продукт. Оскільки ми розглядали процес зварювання поліетиленового пакета, то товщини крайніх стінок дорівнюють δ1, а товщина пилоподібного шару – δ2. Відповідно, коефіцієнти теплопровідності цих шарів – λ1 і λ2, температури зовнішніх поверхонь – t̍ш і t̎ст, а температури між шарами – t̍ш і t̎ш, площа поверхні, через яку проходить тепловий потік, – F. Тепловий потік для кожного шару становить: 23


 1  ' '' F  tcт  tш'  ; Q  2 F  tш'  tш''  ; Q  1 F  tш''  tcт . 2 1 1 Розв’ язуючи ці рівняння відносно різниці температур, отримали: Q  21  2  Q  ' '' Q  Q  ' '' ' ''   tcт  tш'   1 ; tш  tш   2 ; tш''  tcт   1 ; tcт  tcт   F  1 2  . F 2 F 1 F 1 Отже,  2δ δ  Q   F  t 'cт  t ''ст   1  2  .  λ1 λ 2  Відношення δ/λ називають термічним опором шару. Для дослідження обрали борошно, теплопровідність якого складає 0,088–0,104 Вт/(м·К). Тому термічний опір знаходиться в межах 0,0003–0,001 К·м2/Вт [2]. Механізм утворення зварних швів при зварюванні полімерів може бути різним в залежності від температури, при якій він відбувається [3]. Теоретична міцність зварного шва σМ зростає із збільшенням модуля пружності Е і поверхневої енергії γ і зменшується із збільшенням відстані між сусідніми атомними площинами а0 [4]: Q

0,5

М

 E   γ  .  a0 

Використавши рівняння Арреніуса, що встановлює залежність константи швидкості хімічної реакції від температури, можна визначити поверхневу енергію γ:

γ

lnk   R  T . A

Використавши ці рівняння, визначали залежність міцності зварного шва від температури в зоні зварювання:

 lnk   R  T E    . A a0   Виходячи з теплофізичних властивості досліджуваного полімеру (ПЕНТ) [5], було встановлено, що міцність чистого зварного шва становить 9 МПа. Оскільки температура у зоні зварювання зменшується в залежності від товщини шару сипкого продукту між контактуючими поверхнями, то міцність буде також знижуватись. Для дослідження впливу температури на міцність зварного шва було обрано поліетиленові плівки товщиною 50 мкм. Змоделювавши вплив температури на міцність, одержали графічну залежність (рис. 2). 0, 5

 М  

24


Рис. 2. Залежність міцності зварного шва поліетиленової плівки товщиною 50 мкм від товщини шару сипкого продукту між контактуючими поверхнями Аналіз рисунку показує, що із збільшенням товщини сипкого продукту між контактуючими поверхнями знижується міцність на розтяг утвореного зварного шва. З цього можемо зробити висновок, що із зменшенням температури зварювання зменшується і міцність зварного шва. Результати досліджень дозволяють стверджувати, що при збільшенні товщини матеріалу, що зварюється, зменшується вплив шару сипкого продукту між контактуючими поверхнями на міцність зварного шва. Література: 1. Ефремов Н.Ф. Тара и ее производство. М. : МГУП, 2001. 312с. 2. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов. СПб. : Профессия, 2005. 248 с. 3. Зайцев К.И. Сварка полимерных материалов. М. : Химия, 1988. 305 с. 4. Сафин В.Н. Композиционные материалы. М. : Химия, 2010. 100 с. 5. Кривошей В.Н., Соломенко М.Г., Шредер В.Л. Справочник по полимерной упаковке. Киев : Техника, 1982. 232 с.

25


Створення та дослідження конструкції механічного захоплювального пристрою на засадах біоніки з розширеними функціональними можливостями для виконання операцій групового пакування Д.М. Данюк, науковий керівник – М.В. Якимчук, д.т.н., Національний університет харчових технологій, м. Київ Постановка проблеми. В конструкціях сучасних захоплювальних пристроїв спостерігаються революційні зміни. Ці зміни пов’язані з появою нових конструктивних матеріалів з покращеними фізико-механічними характеристиками та технологій створення складних конструкцій шляхом використання 3D-принтерів. Потреба створення нових конструкцій захоплювальних пристроїв з розширеними функціональними можливостями призвела до появи нової філософії проєктування таких об’єктів, яка базується на використані засад біоніки [1]. Саме способи захоплення об’єктів живими організмами (тваринами та людиною) покладені в основу функціонування нового покоління захоплювальних пристроїв. Мета дослідження полягає у розробленні, виготовленні та дослідженні характеристик механічного захоплювального пристрою на засадах біоніки з розширеними функціональними можливостями для виконання операцій групового пакування. Матеріали та методи. За результатами огляду та аналізу наукових робіт та патентів захоплювальних пристроїв вітчизняних та закордонних виробників [2, 3] було запропоновано нову конструкцію механічного захоплювального пристрою на засадах біоніки для робототехнічних комплексів групового пакування з подальшим їх інтегруванням в Індустрію 4.0 (рис. 1а). Відмінною рисою таких захоплювальних пристроїв є їх універсальність щодо захоплення та утримання складних за формою пакованих об’єктів та можливість регулювання зусилля притискання утримуючих елементів. Використання чотирьох гнучких пальців (рис. 1б) дозволило отримати універсальний захоплювальний модуль для великої номенклатури різноманітних форм пакованих харчових продуктів з подальшим врахуванням зміни їх розмірів та текстур пакованого матеріалу. На основі розробленої технічної документації елементів захоплювального пристрою було виготовлено експериментальну установку з різними видами приводів: серво- (рис. 1б) та пневмо- (рис. 1в).

26


а) б) в) Рис. 1. Чотирипальцевий захоплювальний пристрій з гнучкими пальцями: конструкція (а); з сервоприводом (б); з пневматичним приводом (в); 1 – корпус; 2 – пневмоциліндр; 3 – шарнір; 4 –пластини-фіксатори; 5 – пальці На першому етапі було досліджено функціональні характеристики захоплювального пристрою, щодо відтворення робочою поверхнею пальців контуру твірної поверхні різних об’єктів з можливістю додаткового їх фіксування шляхом згинання кінцівок пальців на торцях об’єкта (рис. 2).

а) б) в) г) Рис. 2. Дослідження характеристик захоплення штучних об’єктів: круглої форми (а); циліндричної форми (б); складної форми (в, г) На другому етапі було досліджено довговічність та якість конструктивних елементів захоплювального пристрою, виготовлених з різних полімерних матеріалів. Аналітичне дослідження впливу зміни напружень на пальцях захоплювального пристрою проводилось за допомогою програмного комплексу Autodesk Fusion (рис. 3).

27


Рис. 3. Зони розподілення напружень під час згинання пальця захоплювального пристрою Перевірка адекватності результатів аналітичних досліджень підтверджувалась експериментально. Для цього експериментальна установка була запрограмована в автоматичний режим роботи з циклічною роботою пальців захопленням. Амплітуда та частота прогину робочих поверхонь пальців становила до 10 мм та 2 Гц відповідно. Результати дослідження представлено на рис. 4.

а) б) в) Рис. 4. Вид та місце руйнування пальця, виготовленого з ABS (а), PLA (б) та Elastan (в), після випробування на втому За результатами експериментальних випробувань визначено залежність кількості циклів роботи захоплювального пальця до руйнування як функції сили, що прикладається пальцем до об’єкта (рис. 5).

Рис. 5. Результати експериментальних досліджень кількості циклів роботи захоплювального пальця до руйнування як функції сили, що прикладається пальцем до об’єкта: 1 – ABS ; 2 – PLA; 3 – Elastan

28


Висновки. За результатами аналітичних та експериментальних досліджень встановлено, що зразки пальців, виготовлені з PLA, характеризуються стабільною роботою, при якій співвідношення навантаження/деформація залишається відносно постійним: ± 0,5 Н до 800 циклів. Згодом відбулася фаза нестабільної операції захоплення, в якій сила захоплення змінювалася від 6,5 Н - 3,5 Н. Біля 1200 циклу зразок остаточно руйнується. Зразки пальців, виготовлені з ABS, дозволяють працювати лише нестабільно до 500 циклів, що характеризуються зміною сили від 14,5 Н до 11,5 Н. У наступних циклах навантаження швидко змінюється з 11,5 Н до 6,5 Н. Руйнування зразка відбувається біля 750 циклу. Зразки пальців, виготовлені з матеріалу Elastan, характеризуються найбільшими функціональними можливостями. Надрукований палець показав можливість стабільної роботи до 4000 циклів. Подальше його використання характеризується лише незначним зниженням, що призводить до руйнування елементів жорсткості біля 5500 циклу. Література: 1. Якимчук М.В., Гавва О.М. Захоплювальні пристроїв для пакувальної індустрії // Упаковка. 2020. № 4-5. С. 48–51. 2. Гавва О.М., Беспалько А.П., Волчко А.І., Кохан О.О. Пакувальне обладнання. Київ : ІАЦ «Упаковка», 2010. 746 с. 3. Функціонально-модульне проєктування машин / О.М. Гавва, М.В. Якимчук, Л.О. Кривопляс-Володіна та ін. Київ : Сталь, 2015. 547 с.

29


Дослідження змін показників якості хліба під час його зберігання у біорозкладному пакованні Т.А. Ярмош, наукові керівники – Д.О. Бідюк, к.т.н., О.Ю. Мельник, к.т.н., Сумський національний аграрний університет Хліб є найважливішим продуктом харчування населення. Відомо, що зберігання хліба неминуче супроводжується його черствінням, до якого входять зміни пов’язаних між собою структурно-механічних, органолептичних, мікробіологічних показників: підвищення твердості та крихтуватості внаслідок втрати вологи та ретроградації крохмалю, зміна смаку та аромату за рахунок окислювальних процесів, розвиток плісняви в результаті забруднювання після випікання тощо. Соціальні зміни, індустріалізація виробництва, розвиток інновацій сильно вплинули на технологію, способи купівлі та споживання хліба, збільшивши необхідність подовження терміну зберігання цього продукту. Одним із шляхів вирішення цього завдання є використання паковання [1]. Традиційно пакувальні матеріали повинні бути якомога інертнішими, а захист хліба від основних причин псування в основному полягає у використанні бар’ єрної плівки з синтетичних полімерів з низькою газопроникністю в поєднанні зі зміною атмосфери вільного простору. Одночасно використання паковання не повинно мати негативних наслідків на стан навколишнього середовища. Такий підхід диктує необхідність використання матеріалів з біорозкладних полімерів для створення паковання. Вони мають явні переваги перед синтетичними матеріалами: скорочені викиди CO2, поновлюваність сировини, екологічна та харчова безпечність, здатність до біорозкладання у ґрунті та ін. Важливо відмітити, що на даний час зацікавленість харчових підприємств вітчизняного та світового рівня у використанні пакувальних матеріалів з біорозкладних полімерів постійно зростає. Проблемі використання біорозкладного паковання для хліба присвячено ряд наукових праць [2–6]. Концепцією розроблення таких паковань було використання біорозкладних полімерів (желатину, метилцелюлози, хітозану тощо) із включенням компонентів, які дозволяють подовжити терміни його зберігання шляхом гальмування вказаних вище процесів псування. Нашою метою було визначення можливості заміни комерційного поліетиленового паковання на біорозкладне, тестові зразки якого було отримано на вітчизняному підприємстві у м. Сумах, та дослідження змін показників якості свіжовипеченого хліба під час зберігання у такому пакованні. Предметами наших досліджень були зразки хлібу із суміші пшеничного борошна (81 %) та борошна амаранту (19 %), який був запакований у біорозкладне паковання, вироблене на ТОВ «Фудбіопак», та комерційне поліетиленове паковання, що було придбане у місцевому супермаркеті (рис. 1). Біорозкладне паковання було вироблене з продуктів переробки кукурудзи на видувному плівковому екструдері та повністю розкладається в умовах домашнього компостування протягом 1 міс. 30


Рис. 1. Зовнішній вигляд хліба у пакованні: комерційному поліетиленовому та біорозкладному з продуктів переробки кукурудзи Хліб був випечений в лабораторних умовах. Після випікання хліб виймали із форм, залишали для остигання та запаковували. Запакований хліб зберігали у навколишньому середовищі та у холодильнику протягом чотирьох діб. Температуру та вологість навколишнього середовища визначали за допомогою цифрових датчиків, показання яких фіксували кожні три години впродовж дня. Визначали середню температуру та відносну вологість повітря за добу та середню температуру та відносну вологість повітря за увесь період досліджень як середнє арифметичне показань датчиків. Протягом всього терміну зберігання хліб аналізували за органолептичними показниками згідно ДСТУ-П 8536:2015 та масовою часткою вологи готового виробу згідно ДСТУ 7045:2009. Оцінка помилки середнього результату та розрахунок довірчого інтервалу проводилась із використанням критерію Стьюдента за надійною ймовірністю 95 %. При цьому проводили три паралельних досліди, з яких знаходили середнє арифметичне та середнє квадратичне відхилення. Результати визначення вологості наведено на рис. 2. 36

36

W, %

W, %

34

34 32

32 1

30

2

28

30 Час, год

26 0

24

48

72

1

28

2 Час, год

26

96

0

24

48

72

96

а) б) Рис. 2. Динаміка зміни вологості хліба, що зберігався в холодильнику (а) і за кімнатної температури (б); 1 – у поліетиленовому пакованні, 2 – у біорозкладному пакованні Встановлено, що середні температура та відносна вологість повітря протягом терміну зберігання за кімнатної температури складали відповідно 23,5±1,3 °С та 56,0±12,8 %, за умов зберігання у холодильнику – 5,1±1,1 °С та 66,4±4,1 % відповідно. Ці умови входять до діапазону рекомендованих 31


ДСТУ-П 4583-2006 (температура не нижче, ніж 4 °С, відносна вологість повітря – не вище, ніж 75 %). З рис. 2 видно, що початкова вологість усіх зразків була від 34,23±1,45 % до 34,49±1,05 %, що свідчить про рівномірність процесу випікання тістових заготовок. При зберіганні у холодильнику вологість хліба у поліетиленовій упаковці зменшувалася на 9,24 %: від 34,49±1,27 % до 31,46±2,72 %, у біорозкладному пакованні – на 11,50 %: від 34,39±0,60 % до 30,43±2,92 %. При зберіганні за кімнатної температури вологість хліба у поліетиленовій упаковці зменшувалася на 15,19 %: від 34,49±1,05 % до 29,25±1,46 %, у біорозкладному пакованні – на 17,76 %: від 34,23±1,45 % до 28,15±3,22 %. За результатами сенсорного аналізу органолептичних показників всіх зразків хліба було встановлено, що протягом чотирьох діб форма, поверхня та колір хліба не змінилися, зміни смаку та запаху, а також стану мʼякушки були відчутні на третю добу та більш інтенсивно – на четверту. Отже, за наведеними результатами можна зробити висновки, що дане біорозкладне паковання можна використовувати як екологічну альтернативу поліетиленовому пакованню та рекомендовано зберігати хліб до чотирьох діб за кімнатної температури або у холодильнику. За період зберігання вологість хліба, що зберігався у поліетиленовому пакованні, зменшується на 9,24…15,19 %, у біорозкладному пакованні – на 11,50…17,76 % (у 1,1-1,2 рази вище). При цьому сенсорною оцінкою органолептичних показників не виявлено суттєвої різниці між зразками, що зберігалися у зазначених двох видах паковань. Література: 1. Flour and Breads and their Fortification in Health and Disease Prevention. Chapter 17 – Bread Packaging: Features and Functions / Edited by Victor R. Preedy and Ronald Ross Watson. 2nd Edition. Academic Press, 2019. Pp. 211–222. 2. Balaguer M.P., Lopez-Carballo G., Catala R., Gavara R., Hernandez-Munoz P. Antifungal properties of gliadin films incorporating cinnamaldehyde and application in active food packaging of bread and cheese spread foodstuffs // International Journal of Food Microbiology. 2013. № 166. Pp.369–377. 3. Passarinho A.T., Dias N.F., Camilloto G.P., Cruz R.S., Otoni C.G., Moraes A.R., Soares N.D. Sliced bread preservation through oregano essential oilcontaining sachet // J Food Process Eng. 2014. № 37. Pp. 53–62. 4. Krisch J., Rentskenhand T., Horváth G., Vágvolgyi C. Activity of essential oils in vapor phase against bread spoilage fungi // € Acta Biol Szeged. 2013. № 57. Pp.9–12. 5. Mihaly Cozmuta A., Peter A., Mihaly Cozmuta L., Nicula C., Crisan L., Baia L., Turila A. Active packaging system based on Ag/TiO2 nanocomposite used for extending the shelf life of bread. Chemical and microbiological investigations // Packag Technol Sci. 2015. № 28. Pp. 271–84. 6. Peter A., Mihaly-Cozmuta L., Mihaly-Cozmuta A., Nicula C., Ziemkowska W., Basiak D., Danciu V., Vulpoi A., Baia L., Falup A., Craciun G. Changes in the microbiological and chemical characteristics of white bread during storage in paper packages modified with Ag/TiO2–SiO2, Ag/N–TiO2 or Au/TiO2 // Food Chem. 2016. № 197. Pp. 790–798. 32


Застосування морських водоростей при створенні екоупаковки Д.М. Бочаров, науковий керівник – Н.Ю. Єлістратова, Приазовський державний технічний університет, м. Маріуполь Вирішення кризової екологічної ситуації в Україні – це впровадження інноваційних технологій і матеріалів з урахуванням можливості технологічного рециклінгу та біологічної утилізації відходів без утворення канцерогенів. Робота присвячена питанням створення екологічної упаковки, що біологічно розкладається і не призводить до утворення відходів, що забруднюють навколишнє середовище, а також розширення сировинної бази за рахунок використання дешевої та нетрадиційної сировини з водоростей, переважно фукусових, які є основною складовою штормових викидів на північному боці Білосарайської затоки Азовського моря. Видовий склад викидів у веснянолітній період представлений морськими травами Zostera mаrina, Zostera noltii і зеленими водоростями Enteromorpha intestinalis, Enteromorpha clathrata, Enteromorpha linza і Сladophora sp. Біомаса (сира) витягнутих водоростей на 30-метровій ділянці пляжу склала понад 3 т. Дослідження створення пакувального матеріалу у вигляді паперу з морських водоростей проведено за допомогою вивчення кількісних залежностей між якістю водоростевої маси та оптимального співвідношення складових для отримання паперу, а також випробування фізико-механічних властивостей.

Рис. 1. Викиди морських водоростей (сел. Юр’ївка) Проведено дослідження складу водоростевої сировини з трьома різними фракціями (4, 3, 1 мм) і трьома видами пластифікату: клей ПВА, яєчний білок і крохмаль пшеничного борошна. Вибрано оптимальний варіант за зовнішніми і механічними якостями. Для досягнення необхідних властивостей паперу з водоростей використано наступні методи: 33


підбір вихідних волокнистих водоростей шляхом складання композиції за видом та походженням волокон;  вибір режимів основних процесів паперового виробництва (помелу, відливу, сушки);  введення у водоростеву масу сполучних домішок (полімерних і органічних проклеюючих речовин);  обробка отриманого паперу (крепування, армування). Обрано зразок з кращими показниками за адгезійними властивостями: капілярною вбираністю, жорсткістю до деформації при намоканні, вогнестійкістю, пористістю, з фракцією 3 мм, де у якості пластифікатора – клей ПВА. Однак отримані зразки паперу мають обмежену механічну міцність на розрив: руйнівне зусилля (67,14 Н), межу міцності (1,72 Па).

Рис. 2. Упаковка з обраного зразка Отриманий зразок водоростевого паперу може бути використаний як декоративний обгортковий матеріал і використовуватися у побуті. Упаковка є біорозкладною і після використання може бути утилізована у виробництві біоматеріалів або включена в органічні добрива.

34


Проєктування комбінованого резервуара для зберігання суміші парів горючих технічних рідин як виконавчого органа захисту навколишнього середовища К.В. Рябченко, О.О. Ткаченко, науковий керівник – С.А. Коваленко, Національний університет цивільного захисту України, м. Харків Резервуари для зберігання технічних горючих, хімічно активних і токсичних рідин є тарою багаторазового використання, яка має значні масогабаритні та вартісні показники, піддається ваговим й інерційним механічним навантаженням, що носять перманентний, імпульсний чи коливальний характер, а рідини нафтового походження є цінним і невідновним енергоресурсом, пари яких є токсичними, пожежо- та вибухонебезпечними полютантами, викиди яких зумовлено проявами явищ малого і великого дихання резервуарів (МДР та ВДР) [1]. Для захисту атмосферного повітря від вказаних полютантів розроблено технологію захисту навколишнього середовища (ТЗНС), схему якої наведено на рисунку [2, 3]. Джерелами негативного впливу на атмосферу є резервуари для зберігання технічних горючих рідин (ТГР), які є основним технологічним обладнанням нафтосховища (поз. А, В і С на схемі), а впливом – викиди парів таких рідин, зумовлені явищами МДР та ВДР (поз. 1–6 на схемі). Приймачем викиду є атмосфера м. Харкова (поз. S на схемі). Пари ТГР, котрі зберігаються у резервуарах нафтобази, що вивільняються за механізмами МДР і ВДР цих резервуарів (поз. 1–6 на схемі), надходять до повітря атмосфери і становлять викид забруднюючих речовин (полютантів). Такий полютант складається здебільшого з вуглеводнів різного типу – насичених, ненасичених, поліциклічних – з формулами С5 – С20. Кожен з трьох видів ТГР, що зберігаються у значних кількостях у декількох резервуарах кожна, утворює над своєю вільною поверхнею шар насиченої пари з обсягом, що дорівнює обсягу резервуару над її вільною поверхнею та масою, яку визначає надлишковий тиск насичених парів, що залежить від температури ТГР.

Рисунок. Технологічна схема ТЗНС 35


Для нівелювання ефекту МДР, спричиненого добовими коливаннями температури зовнішнього середовища, у конструкцію їх запірного органа (кришка, горловина) введено дихальний клапан двосторонньої дії (поз. D на схемі). Такий регулювальний орган має дві пружини, одна з яких налаштована на граничне значення додатного надлишкового тиску в резервуарі, а друга – на від’ємне значення (розрідження). Для нівелювання ефекту ВДР, спричиненого витісненням рідиною парів при заповненні резервуара, резервуари мають систему суфлювання, котра відділяє з потоку аерозольного викиду його дисперсну фазу – краплі рідини, пари якої складають дисперсне середовище викиду аерозолю (поз. Е на схемі). На шляху до накопичувального резервуара високого тиску (НРВТ) суміш парів очищується від парів води (поз. 8 на схемі), сконденсованих у краплі, в осушувачі (поз. Н на схемі), а також від механічних домішок (поз. 9 на схемі) у фільтрі (поз. І на схемі). З НРВТ суміш парів ГТР (поз. 10 на схемі) крізь газовий пальник (поз. К на схемі) подається як додаткове паливо у твердопаливний котел (ТК) (поз. L на схемі) та спалюється, виділяючи теплову енергію, неочищені відпрацьовані гази (ВГ) (поз. 11 на схемі) та порошкоподібну тверду золу (поз. 14 на схемі). До ТК для забезпечення здійснення екзотермічних ОВР подається повітря (поз. 16 на схемі) з киснем у своєму складі з атмосфери (поз. S на схемі). Основним паливом для ТК є паливні брикети (поз. 13 на схемі), що подаються зі складу (поз. Р на схемі). Отримувана у ТК теплова енергія передається споживачеві (поз. АА на схемі) та використовується для власних господарчих потреб підприємства. Утворені у ТК ВГ (поз. 11 на схемі) є аерозолем, забрудненими твердими частинками (ТЧ), продуктами неповного згоряння палива (ПНЗП) та оксидами азоту, а також має значний запас теплової енергії. Потік аерозолю ВГ очищується від вказаних законодавчо нормованих полютантів у системі нейтралізації полютантів у потоці ВГ ТК (поз. W на схемі). Потік аерозолю ВГ, очищений від ТЧ та ПНЗП й оксидів азоту, а також позбавлений від надлишку теплової енергії, викидається у атмосферне повітря. ВДР з моторним пальним має залповий характер, зумовлене витісненням газоподібного середовища з резервуара рідиною при його повному чи частковому заповненні (заправці) крізь або відкритий запірний орган резервуара, або спеціальний відповідним чином налаштований клапан у ньому [1]. МДР з моторним пальним зумовлене циклічною зміною температурного режиму (зокрема, добовим коливанням температури повітря й барометричного тиску) в експлуатації АТЗ чи резервуара, яка призводить до поперемінної інтенсифікації процесів випаровування та конденсації моторного пального й відповідної зміни значення тиску його насиченої пари у резервуарі, надлишок і нестача якої компенсується шляхом масообміну з повітрям НПС крізь відповідним чином налаштований двосторонній клапан у запірному органі резервуара [1]. Масовий годинний викид газоподібного полютанта має бути охарактеризований якісно і кількісно. Щодо якісного аспекту викиду, то для надання такої його характеристики можна скористатися результатами визначення значення безрозмірного показника відносної агресивності такого 36


полютанта в монографії [1], де його прирівняно до значення вагомості паливної складової комплексного паливно-екологічного критерію проф. Ігоря Парсаданова Afv = 38,4, що за фізичним змістом є відношенням ПДК k-го полютанта до ПДК полютанта, який обрано за еталонний [1]. Щодо кількісного аспекту викиду, то для надання такої його характеристики можна скористатися традиційним підходом, а саме обрати за таку характеристику значення масового годинного викиду Gfv у кг/год, оскільки саме у термінах масового викиду виконується закон нерозривності потоку газоподібного плинного середовища [1, 4]. Встановлено, що сумарно для усіх ГТР, що зберігаються на нафтобазі – дизпаливо у трьох резервуарах, бензин у п’яти резервуарах, моторна олива у двох резервуарах по 1178 м3 – за механізмами ВДР і МДР для їх зберігання сумарно утворюється 60 кг/год парів при ступені заповнення резервуарів 0,50 та добовому перепаді температур 15 °С, а максимальне значення сумарного приведеного масового годинного викиду парів усіх ГТР за обома механізмами складає 4236,3 кг/год. Література: 1. Кондратенко О.М. Метрологічні аспекти комплексного критеріального оцінювання рівня екологічної безпеки експлуатації поршневих двигунів енергетичних установок. Харків : ФОП Бровін О.В., 2019. 532 с. 2. Проєктування й конструювання систем забезпечення екологічної безпеки. Методичні вказівки до виконання контрольних (модульних) робіт / Уклад. С.О. Вамболь, В.В. Вамболь, В.Ю. Колосков. Харків : НУЦЗУ, 2018. 64 с. 3. Системи управління екологічною безпекою. Конспект лекцій / Уклад. С.О. Вамболь, І.В. Міщенко, В.Ю. Колосков, О.М. Кондратенко. Харків : НУЦЗУ, 2018. 224 с. 4. Технічна механіка рідин та газів / Уклад. С.О. Вамболь, І.В. Міщенко, О.М. Кондратенко. Харків : НУЦЗУ, 2016. 350 с.

37


Для записів

38


ІАЦ «Упаковка», 02002, м. Київ, вул. Є. Сверстюка, 4-А Тел.: +38 044 221 4603, +38 094 821 4603 E-mail: upakjour@nbi.com.ua upakjour@ukr.net www.upakjour.com.ua www.packinfo.com.ua