Su una linea di riempimento la coppia di serraggio dei tappi è uno dei pochi parametri che decide contemporaneamente tenuta, shelf life e reclami del consumatore. Un tappo serrato troppo poco perde liquido, lascia entrare ossigeno e fa scadere il prodotto prima della data indicata; un tappo serrato troppo forte deforma la filettatura, taglia il liner e diventa impossibile da aprire a mano. In entrambi i casi il costo non è lo strumento mancante, ma il lotto bloccato in attesa di verifica o il richiamo dal punto vendita.
La grandezza in gioco è un momento torcente, prodotto di una forza per il braccio su cui agisce, ed è espressa in newton per centimetro, decinewton per metro o libbre per pollice. Un torsiometro la misura con un trasduttore estensimetrico o a molla calibrata interposto fra il contenitore, tenuto fermo, e la capsula che ruota. Da qui la domanda operativa: torsiometri e strumenti per prova di coppia, come scegliere il modello adatto al formato del contenitore, al fondo scala utile e alla frequenza dei controlli previsti dal piano di qualità.
A catalogo la prova di coppia sui tappi è coperta da tre strumenti SHIMPO. Il FG-7000TA è una base con display e un sensore di coppia esterno, riconosciuto automaticamente al collegamento, con un morsetto regolabile che blocca il campione. Le serie TNC e TNP sono invece strumenti da banco con mandrino a pin regolabili, che trattengono il contenitore mentre si avvita o si svita il tappo. Sono tutti strumenti per la coppia statica misurata sulla singola manovra: nessuno dei tre misura la coppia in rotazione continua su un albero.
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Coppia di chiusura e coppia di apertura: due grandezze distinte
La coppia di chiusura, o application torque, è il momento applicato dalla capsulatrice nell’istante in cui il tappo viene avvitato; la coppia di apertura, o removal torque, è il momento necessario a svitarlo dopo un tempo di riposo. Non sono la stessa cosa e non vanno confuse: fra le due si verifica un decadimento fisiologico dovuto al rilassamento viscoelastico del liner e del filetto in polimero, che nelle prime ventiquattro ore può sottrarre dal 20 al 40 per cento del valore iniziale. Un tappo chiuso a 15 dNm può quindi presentarsi a 9-10 dNm il giorno dopo. Per questo il piano di controllo definisce due limiti separati, uno sulla chiusura misurata subito a valle della capsulatrice e uno sull’apertura misurata dopo un intervallo di condizionamento dichiarato, e lo strumento deve leggere entrambi i sensi di rotazione.
Come si esegue la prova su un tappo a vite
La prova si esegue bloccando il contenitore e ruotando soltanto il tappo, perché ogni scivolamento del corpo falsa il valore letto. Sui modelli da banco il serraggio è affidato a un mandrino a griffe o ad adattatori sagomati per il formato specifico, dalla bottiglia in PET al flacone cosmetico al vasetto a bocca larga; sui portatili il contenitore viene trattenuto a mano o in una morsa dedicata. Si azzera lo strumento, si seleziona la modalità di lettura di picco, si ruota con velocità angolare costante e senza carichi assiali aggiuntivi, e si registra il massimo. Il campionamento segue il piano: tipicamente tre o cinque pezzi per testa di capsulatrice, così da distinguere il difetto di una singola testa da una deriva generale della linea. Ogni misura va annotata con testa, ora e lotto.
Incremental torque e strip torque: le anomalie che emergono dalla curva
Quando lo strumento traccia la curva coppia-angolo la lettura diventa diagnostica e non solo di collaudo. Un incremento graduale seguito da un plateau indica una chiusura corretta, con il liner in compressione. Un picco anticipato che crolla di colpo segnala lo strip torque, cioe il cedimento della filettatura: il valore massimo può risultare in tolleranza mentre il tappo non tiene più. Un andamento a gradini rivela attrito irregolare da bave di stampaggio o da residui di prodotto sul filetto. L’incremental torque, misurato riavvitando il tappo dopo la prima apertura, distingue un liner ancora elastico da uno schiacciato in modo permanente. Sui tappi con anello di garanzia compare un secondo picco, corrispondente alla rottura dei ponticelli, che non va confuso con la coppia di apertura effettiva della chiusura.
ASTM D3198 e ASTM D2063: taratura e tracciabilità del dato
I riferimenti normativi per le chiusure sono ASTM D3198, che definisce la procedura di prova della coppia di chiusura e di apertura sui tappi a vite per contenitori, e ASTM D2063, dedicata alla misura della coppia sui tappi a pressione e sui sistemi a incastro. Entrambe richiedono che lo strumento sia tarato e che le condizioni di condizionamento del campione siano dichiarate. La taratura periodica si esegue in due modi: appendendo masse note a un braccio di lunghezza nota applicato al mandrino, oppure confrontando la lettura con un torsiometro di riferimento in almeno tre punti del campo, tipicamente al 20, 50 e 80 per cento del fondo scala. L’intervallo consigliato è annuale, ridotto a sei mesi sugli strumenti impiegati in produzione continua. I dati vanno esportati per alimentare le carte di controllo.
Torsiometri e strumenti per prova di coppia: come scegliere fra banco e portatile
Il criterio decisivo è il fondo scala, perché la classe di accuratezza si esprime in percentuale del fondo scala e non del valore letto: si lavora quindi nella parte centrale del campo, indicativamente fra il 20 e l’80 per cento. Uno strumento da 50 dNm con accuratezza dello 0,5 per cento del fondo scala sbaglia 0,25 dNm sia a 45 sia a 5 dNm, e sul valore basso l’errore relativo diventa inaccettabile: meglio due portate distinte che una sola sovradimensionata. La risoluzione va scelta almeno dieci volte più fine della tolleranza da giudicare. Il modello da banco garantisce bloccaggio rigido e ripetibilità fra operatori, il portatile la verifica immediata a bordo linea senza fermare il flusso.
Per il confronto fra portate disponibili, adattatori per i diversi formati e modalità di registrazione dei dati, la pagina di catalogo dedicata ai torsiometri e strumenti per prova di coppia raccoglie le famiglie disponibili e i criteri di abbinamento al contenitore.
I tre strumenti di prova di coppia a catalogo
Sono tutti e tre strumenti di prova sulle chiusure, cioè misurano la coppia applicata in una singola manovra di avvitamento o di svitamento. Cambia il modo di trattenere il campione: il FG-7000TA con un morsetto regolabile abbinato a una base con display, il TNC e il TNP con un mandrino a pin su una struttura da banco. I dati vincolanti — portate, risoluzioni, accuratezze e campi di diametro — stanno nelle schede.
Base con sensore esterno
SHIMPO FG-7000TA
Base con display e sensore di coppia esterno riconosciuto al collegamento, con morsetto regolabile per bloccare il campione. Modi Track, Peak, First Peak e Preset: il First Peak è il modo del distacco del tappo. Portate, accuratezza e campo del morsetto nella scheda.
Banco per la prova sui tappi
SHIMPO serie TNC
Strumento da banco per la coppia di chiusura e di apertura: i pin del mandrino sono estraibili e la manopola regola l’apertura, senza attrezzature dedicate per ogni formato. Sette modi di misura, memoria interna, uscite USB e RS-232. Portate e diametri nella scheda.
Banco per la prova sui tappi
SHIMPO serie TNP
Struttura da banco con modi apertura, chiusura e media e comparatore a LED HI-GO-LO sulle tolleranze impostate: l’esito si legge senza interpretare il numero, utile sui lotti numerosi. Memoria con valore medio, massimo e minimo e uscita USB. Portate e diametri nella scheda.
L’elenco completo è nella pagina di catalogo Torsiometri e strumenti per prova di coppia.
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