Le bottiglie di vetro sono un tipo indispensabile di contenitore nelle nostre vite quotidiane. Come materiali di imballaggio, le bottiglie di vetro sono impiegate principalmente per una vasta gamma di prodotti quali alimenti, olio, vino, bevande, condimenti, cosmetici e prodotti chimici liquidi. Il processo di produzione delle bottiglie di vetro da parte dei produttori coinvolge una varietà di tecniche. Questo articolo ha l’obiettivo di rispondere a domande e fornire approfondimenti sul processo di produzione delle bottiglie di vetro. Ti guiderà attraverso le tecniche di produzione dei diversi tipi di bottiglie di vetro.
1. Materie prime delle bottiglie di vetro
Le materie prime per la produzione del vetro consistono principalmente in sabbia, soda, calcare e feldspato, che insieme costituiscono oltre 98% delle materie prime del vetro. Altre materie includono agenti chiarificanti, coloranti e decoloranti. Inoltre, per promuovere il riciclaggio del vetro e ridurre i consumi energetici, la vetro triturato è utilizzato come materia prima significativa, tipicamente compresa tra 1% e 10%, e talvolta anche fino a 100%. Per questo motivo il vetro è considerato un materiale ecocompatibile capace di riciclarsi.
Possiamo chiaramente vedere la funzione di ogni materia prima dalla tabella seguente:
| Materia prima | funzione |
| SiO₂ | -Circa 70% del vetro proviene da questo, una materia prima naturale pura. -Corpo formato di rete del vetro -Punto di fusione di SiO2 a 1750°C -Lavorazione (lavaggio, frantumazione, setacciatura…) -Punti chiave: contenuto di ferro, umidità, dimensioni delle particelle passo dopo passo) - Purezza: 99% (sabbia pura) a 80% (sabbia feldspatica) -Fonte: mare, erosione del vento, fiume, frantumazione |
| Na₂CO₃ | -12% del vetro proviene da questo -Raffigura dal 30 al 50% dei costi delle materie prime - Materie prime naturali o sintetiche -Assistenza finanziaria Ridurre la temperatura di fusione Ridurre la viscosità della vetro |
| Calcite/calcare (CaCO₃) | -12% del vetro proviene da questo Prodotti naturali Vetro stabile Punto chiave: contenuto di ferro Migliorare le proprietà di formatura del vetro Aumento del rischio di cristallizzazione |
| Feldspato, Nephelino, Ringstone | Introduzione dell'allumina (+ sodio, potassio, silicio) 0-3% di vetro proviene da questo Materie prime naturali Vetro stabile Punto chiave: contenuto di ferro Migliorare le proprietà del vetro Ridurre il rischio di cristallizzazione |
| Colorante | Cobalto–Blu Rame–rosso, teal cromo–verde Ferro–Giallo ossido di ferro, pirite |
| vetro infranto | - Migliorare la fusione - Regolare i colori - Ridurre il consumo energetico - Riciclare |
A seconda delle diverse materie prime utilizzate, le bottiglie di vetro sono generalmente classificate in Classe I, Classe II e Classe III, ciascuna distinta dall'adozione di diversi sistemi di composizione del vetro. Il vetro di Classe I è vetro borosilicato, mentre Classe II e Classe III sono vetro silicato sodio-lime. La Classe II deriva principalmente dalla Classe III e subisce un trattamento di dealkalizzazione sulla superficie interna utilizzando polvere di SO3 o NH4SO4. (Nota: lo scopo del trattamento di dealkalizzazione è principalmente migliorare la resistenza all'acqua delle bottiglie di vetro, rendendole adatte per imballaggi di injectabili neutri o debolmente alcalini.) Per l'imballaggio cosmetico in vetro comune, viene predominantly utilizzato il vetro di Classe III, considerando la sua resistenza alla corrosione dai contenuti dei cosmetici.
| Tipo III | Tipo II | Tipo I | |
| Silice SiO₂ | 70% | 70% | 75% |
| Soda Na₂O | 15% | 15% | 5% |
| Pietra calcarea CaO | 10% | 10% | – |
| Boroax B2O3 | – | – | 10.5% |
| Altro | 5% | 5% | 9.5% |
2. Preparazione dei materiali di miscelazione
2.1 Alimentazione dei materiali di miscelazione
Questo è un processo di miscelazione uniforme di tutte le materie prime nelle proporzioni appropriate e di alimentazione continua nel forno per riscaldamento e fusione tramite una macchina di alimentazione. Prima di entrare nel forno, le materie prime vengono pesate da bilance elettroniche sotto i rispettivi silos, pesate a lotto e proporzionate. Di norma, ogni materia prima viene pesata per lotto, e la precisione del lotto è cruciale. La sensibilità delle bilance viene monitorata giornalmente, con calibrazione eseguita settimanalmente per garantire l'accuratezza. Una volta pesate, le materie prime vengono trasportate al miscelatore. In alcune fabbriche, si aggiunge vetro triturato dopo il processo di miscelazione per ridurre l'usura del miscelatore. Il lotto miscelato viene quindi trasportato al forno tramite una cintura orizzontale o un tram a monorotaia.
Per ridurre polvere, stratificazione e materiali volanti durante il trasporto, è spesso aggiunta una corretta umidità prima della miscelazione. Ciò crea una miscela umida che migliora il controllo del lotto nel forno, il che è vantaggioso per una fusione efficiente.
2.2 Fusione
La fusione si riferisce al processo nel forno in cui le materie prime vengono riscaldate a temperature elevate. La temperatura del forno è tipicamente intorno ai 2300°F (1260°C). Il processo di fusione può essere suddiviso in cinque fasi:
- Fino a ~100°C: Essiccazione del lotto misto per eliminare l'eccesso di umidità (l'umidità ridotta a circa 4%).
- Fino a ~700°C: Reazioni in fase solida tra carbonati.
- Da 800°C in poi: Eliminazione dei carbonati e reazione con la silice (costituisce circa 16% del peso).
- Da 850°C in poi: Reazioni di riduzione del carbonio con solfuri e ossidi di ferro.
- Da 1200°C in poi: chiarificazione accompagnata dall'espansione della silice.
Nell'industria dei contenitori in vetro sodico-calcico-silicato, esistono principalmente due tipi di forni: forni a fiamma a ferro di cavallo e forni a fiamma incrociata.
Il diagramma sottostante illustra la struttura di una camera rigenerativa a fiamma a ferro di cavallo.
Questo tipo di forno presenta due piccoli forni affiancati sul lato posteriore del forno, con la camera rigenerativa situata dietro di essi. Ogni piccolo forno è dotato di 2-4 bruciatori di riscaldamento, che possono utilizzare combustibili diversi come olio pesante o gas naturale a seconda delle dimensioni del forno. La fiamma esce da un lato del piccolo forno, compie una rotazione di 180° e esce dall'altro piccolo forno. Il percorso seguito dalla fiamma e dai gas di scarico ricorda una ‘U’ orizzontale. Questa progettazione garantisce un tempo di permanenza relativamente lungo dei gas di combustione nel forno, permettendo così un risparmio energetico.
3. Trasporto e taglio
In generale, per la formatura del vetro di contenitori, il vetro che esce dal forno è a alta temperatura. Pertanto, la massa fusa scorre prima in un canale di materiale refrattario, noto anche come canale di alimentazione (vedi diagramma sottostante). Il canale di alimentazione raffredda il vetro alla temperatura di lavoro, garantendo una distribuzione uniforme della temperatura nel vetro raffreddato.
Una delle tipologie di design per il canale di alimentazione
All'interno del canale di alimentazione, il vetro riscaldato in modo uniforme viene tagliato in gocce dal sistema di taglio. Queste gocce vengono quindi trasportate lungo il canale verso la macchina di formatura e gli stampi.
Processo di taglio:
4. Processo di formatura
I metodi comuni per la sagomatura di bottiglie e barattoli di vetro possono essere suddivisi in due tipi principali: formatura manuale e formatura meccanica. Il metodo di produzione predominante al giorno d'oggi è l'uso di processi di formatura meccanica.
4.1 Produzione di bottiglie in vetro fatte a mano
Il soffiatura manuale del vetro, a causa degli elevati costi del lavoro, della complessità e della bassa efficienza produttiva, è generalmente utilizzato solo per la produzione di piccoli lotti di bottiglie in vetro speciali, estremamente grandi o di alto valore artistico. Il processo comporta circa 10 fasi, ognuna delle quali richiede intervento manuale.
- Raccolta: Il processo inizia con la raccolta del vetro fuso dal forno utilizzando una canna di soffiaggio. Il vetro viene raccolto immergendo l'estremità della canna nel vetro fuso, consentendo al vetro di aderire al tubo.
- Marvering：Il processo inizia con la raccolta del vetro fuso dal forno utilizzando una canna di soffiaggio. Il vetro viene raccolto immergendo l'estremità della canna nel vetro fuso, consentendo al vetro di aderire al tubo.
- Iniziale Modellatura: il soffiatrice di vetro modella il vetro soffiando aria nel tubo o usando strumenti per manipolare il materiale. Questa fase definisce la forma di base dell'oggetto in vetro.
- Aggiunta di colore o design (Opzionale): se desiderato, l'artigiano può aggiungere colore o creare disegni intricati incorporando bastoncini di vetro colorato o altri elementi decorativi. Questa fase conferisce un tocco personalizzato al prodotto finale.
- Riscaldamento: per mantenere il vetro malleabile, viene periodicamente riscaldato nel forno. Questo permette al soffiatrice di vetro di continuare a modellare e rifinire l'opera.
- Soffiatura e Modellatura: la soffiatrice di vetro continua a soffiare aria nel tubo, espandendo la bolla di vetro. Vengono utilizzati vari strumenti per modellare e rifinire l'oggetto per ottenere la dimensione e la forma desiderate.
- Trasferimento (Opzionale): In alcuni casi, l'oggetto in vetro potrebbe dover essere trasferito dal soffiatore a un'altra asta chiamata punty. Questo permette all'artigiano di lavorare sull'estremità aperta dell'opera.
- Modellatura Finale: la soffiatrice di vetro esegue ulteriori lavorazioni e rifiniture per perfezionare la forma e i dettagli dell'oggetto. Questa fase richiede precisione e abilità.
- Raffreddamento: Una volta ottenuta la forma desiderata, l'oggetto in vetro viene posizionato con cura in un forno di annealing. Il lento raffreddamento riduce le tensioni interne e assicura che il vetro si raffreddi in modo uniforme, diminuendo il rischio di rottura.
- Taglio e rifinitura (Opzionale): Dopo che il vetro si è raffreddato, l'artigiano può tagliare, lucidare o inciderlo per aggiungere rifiniture o creare trame specifiche.
4.2 Formatura meccanica
Nella formatura meccanica, il vetro fuso ad alta temperatura, dopo essere stato tagliato, assume una forma preliminare mediante la coordinazione della macchina di formatura e stampi. Successivamente, subisce processi quali rifinitura a caldo o taglio a freddo alla bocca.
Esistono due pratiche principali nella produzione:
A: Metodo Blow-and-blow per collo di bottiglia stretti e piccoli.
B: Metodo Press-and-blow per bottiglie e barattoli con bocca più ampia.
A: Metodo Blow-and-Blow
Una volta che le goccioline tagliate cadono, nel processo di formatura blow-and-blow, le goccioline vengono compresse nello stampo iniziale utilizzando aria compressa, creando un parabola. La parison viene quindi trasferita nello stampo finale, dove viene nuovamente soffiata per dare forma all'interno della bottiglia di vetro. Il metodo blow-and-blow permette la produzione di bottiglie di vetro con spessori diversi del collo (per contenitori stretti).
Diagramma del Metodo Blow-and-Blow
B: Metodo Press-and-Blow
Le goccioline tagliate cadono e vengono premute nello stampo iniziale con un pistone metallico, dove assumono la forma dello stampo e diventano una ‘parison’. Nel processo press-and-blow, la formazione della parison non avviene tramite aria compressa ma tramite estrusione del vetro all'interno di uno spazio sigillato usando un nucleo più lungo nella cavità dello stampo iniziale. La parison viene poi trasferita nello stampo finale, seguita dagli stessi passaggi di inversione e modellatura finale come nel metodo blow-and-blow. Questo processo è comunemente usato per bottiglie di vetro a bocca ampia.
Diagramma del Metodo Press-and-Blow
Infine, le bottiglie e i barattoli prodotti con questi due metodi vengono afferrati ed estratti dagli stampi di formatura, quindi posizionati su una piastra di raffreddamento delle bottiglie con aria di raffreddamento dal basso verso l'alto, in attesa del trasferimento al nastro trasportatore del processo di annealing.
possiamo conoscere i dettagli del processo dai tre immagini:
L'embrione tagliato(droplet) raggiunge ogni tubo di flusso attraverso la trincea di deviazione del materiale, dove il controllo è completamente meccanico.
Il tubo di flusso invia le gocce agli stampi individuali
Dopo che l'embrione è entrato nello stampo iniziale, si è formato un flacone di vetro cavo
Lo stampo iniziale dopo la formatura viene fissato nello stampo, e la sigillatura e la soffiatura hanno inizio in questo momento. Ovviamente, lo stampo sarà configurato con fori di raffreddamento e dispositivi di raffreddamento in base a vari fattori come la forma e lo spessore della bottiglia di vetro durante la produzione, in modo da ottenere prodotti qualificati.
5.Rinvenimento termico
Il vetro estruso viene fatto passare attraverso una grande e lunga scatola di ferro, dove la temperatura viene gradualmente abbassata per rimuovere lo stress dal vetro
Quando il vetro si raffredda, si contrae e si solidifica. Il raffreddamento non uniforme o rapido può introdurre stress nel vetro, rendendolo friabile, soggetto a rottura o persino causando esplosioni. Il forno di alleviamento riscalda le bottiglie e i barattoli in vetro a circa 580°C e poi li raffredda lentamente, eliminando lo stress generato durante la forma del vetro per garantire la sicurezza dei contenitori in vetro. La durata del processo di rinvenimento dipende dallo spessore del vetro e tipicamente richiede dai 20 ai 60 minuti.
6. Ispezione della bottiglia di vetro
Prima dell'ispezione, le bottiglie subiscono un trattamento di rivestimento a freddo, abbassando la temperatura dei contenitori in vetro a circa 100°C per prevenire graffi.
Dopo l'uscita dal forno di rinvenimento al freddo, per garantire la qualità del prodotto, impieghiamo tecnologie come l'ispezione a fascio LED, l'ispezione tramite telecamera e l'ispezione complessiva per rilevare difetti non visibili ad occhio nudo.
Questi includono, ma non si limitano a, ispezione della superficie di sigillo, analisi delle dimensioni, rilevamento dello spessore della parete, rilevamento di danni, scansione del bordo inferiore e scansione della superficie.
Qualsiasi bottiglia che non soddisfi gli standard viene automaticamente scartata, e queste bottiglie rifiutate vengono riciclate fondendole e riutilizzate come materie prime. L'ispezione automatizzata assicura una qualità stabile per i nostri clienti.
7. Imballaggio delle bottiglie di vetro
Il metodo di confezionamento delle bottiglie di vetro dipende dai requisiti del cliente. Per grandi quantità di merci senza necessità di confezionamento individuale, e per garantire la sicurezza dei prodotti in vetro durante i successivi trasporti, tipicamente utilizziamo i seguenti due metodi di confezionamento: Imballaggio all'ingrosso e Imballaggio standard su pallet.
