Sopsäckar är en av de största produkttyperna på den globala marknaden för mjuka förpackningar. European Association of Plastic Recycling Organisations uppskattar att mer än 8 miljoner ton polyetenfilm används i hushållsavfall och kommersiellt avfall enbart i Europa varje år. Den globala konsumtionsnivån är mycket högre. I slutet av denna försörjningskedja finns en speciell konverteringsanordning. Det är en maskin som lägger kontinuerliga rullar av polyetenfilm i de förseglade, perforerade och kärnlindade påsarna- och laddar dem i hushålls- och industrikärl. För att förstå vad en soppåsmaskin är och hur den fungerar mekaniskt måste vi förstå hur filmextrudering, precisionsförsegling, kontrollerad vikning och automatisk lindning fungerar tillsammans. Dessa delar bestämmer maskinens funktion.
Definiera utrustningen
A Maskin för att göra soppåsarär ett nedströms konverteringssystem. Den matas med för-extruderad polyetenfilm. Denna film kan vara en blåsfilm med ett lager eller en blåsfilm med flera-lager. Eller det kan vara en platt panel som behöver vikas. Maskinen kör sedan filmen genom en serie steg. Dessa steg inkluderar tätning, perforering, skärning och lindning. Slutprodukten är färdig påse, redo att packas och skickas. Maskinen själv gör inte film. Det jobbet tillhör produktionslinjen för blåst filmextrudering. Istället omvandlas maskinen strukturellt. Det skapar en bottenpåseförsegling. Det tillåter perforeringslinjen så att användare kan riva en enda påse från rullen. Den bildar en stjärnformad-försegling eller platt försegling, som avgör hur påsen öppnas och hur mycket vikt den kan hålla.
Skillnaden mellan ett membran och en påse är hur det fungerar. American Society for Testing and Materials (ASTM) har en standard som heter D1709 för slagtålighet av polyetenfilm. I denna standard mäts membranet och omvandlingspåsen som två separata saker. Filmens materialegenskaper och påsens strukturella geometri påverkar filmens egenskaper. En maskin för att tillverka soppåsar ändrar inte filmens materialegenskaper. Men det påverkar väskans strukturella beteende i stor utsträckning. Det uppnås genom att kontrollera tätningens geometri, vikning och skärprecision.
Grundläggande arbetsstadier
Steg 1: Filmavveckling och spänningskontroll
Processen börjar med en rulle av rörformig eller platt film. Scrollen är monterad på en elektrisk lindningsmaskin. Filmrullar som används vid tillverkning av soppåsar väger vanligtvis mellan 200 och 500 kg. De kan vara 1 000-1 500 millimeter breda. Avrullaren måste leverera filmen till nedströmsförslutningsstationen med kontrollerad spänning. För lågdensitetspolyeten (LDPE) är spänningen typiskt 15 och 40 Newton. Om spänningen är för hög kommer filmen att sträckas och smalna av. Detta kallas en halsringning. Om spänningen är för låg kommer filmen att skrynklas och förseglingen kommer att förskjutas.
Society of Plastics Engineers (SPE) har teknisk referensbetydelse för bearbetning av polyolefinfilm. Det står att spänningskontrollen måste vara exakt till ± N, vilket är nödvändigt för att hålla filmstorleken stabil. Detta gäller särskilt filmer på 10–25 μm, som är vanliga i hushållsavfallspåsar. Moderna maskiner implementeras med återkoppling med sluten-slinga baserat på lastceller. Dansrullar eller lastceller mäter den faktiska banspänningen mellan 50 och 100 gånger per sekund. Servodrivningens avrullningsmaskin ändrar sedan sin hastighet för att bibehålla spänningen vid inställningspunkten. När filmen tar slut krymper rulldiametern och hävarmen förkortas. Så styrenheten höjer automatiskt hastigheten proportionellt. Detta håller den linjära spänningen konstant.
Steg 2: Kilvikning och centrering
Om den inkommande filmen är platt snarare än för-intuberad måste den vikas till ett rör vid denna tidpunkt. Två sidovikbara paneler kommer att göra jobbet. Dessa är finformade plåtar av metall eller polyeten med hög-densitet. De skapar inåtgående veck. Viken minskar den platta bredden och låter dig även se sidoveck på den färdiga väskan. För pre-film är detta steg inte nödvändigt. Ändå går filmen igenom ett tillplattande avsnitt. Detta avsnitt säkerställer att båda kilarna har samma djup innan filmen kommer in i förseglingsområdet.
Styrskenesystemet använder ultraljudssensorer eller optiska sensorer. Dessa sensorer kan se var filmen är vänster och höger. De kalibrerade den sedan i realtid genom styrramen på avrullaren. Även en avvikelse på 2 mm kan orsaka problem. Bottentätningen kommer att avvika från mitten. Detta gör påsarnas förseglingsmarginaler ojämna. Dessa påsar går sönder när de är fyllda. TAPPI är den tekniska föreningen för massa- och pappersindustrin. Dess konverteringsdivision inkluderar även polymerfilmkonvertering. TAPPI indikerade att kantstyrningsnoggrannhet ±0,5 mm är standard för höghastighetspåsarenheter över 200 varv per minut.
Steg 3: Bottentätning
Bottenförslutningen är den viktigaste strukturella delen av soppåsen. Den måste vara tillräckligt tät för att förhindra att vått avfall läcker ut. Den måste också vara tillräckligt stark för att hålla vikten av en hel väska när väskan dras i sina remmar eller överkant.
Det finns tre huvudsakliga tätningsformer:
Platt (eller rak) tätning. Det är en horisontell värmeförsegling tvärs över påsens bredd. Detta är det enklaste och snabbaste sättet. Men det sätter press på membranets kanter. Den skarpa vinkeln mellan den tjocka pärlan och filmen kommer att spricka under belastning. Forskning publicerad av Society of Plastics Engineers i dess ANTEC Conference Proceedings visade att påsar går sönder är mellan 65 och 75 procent av stjärnpaketets kapacitet. Detta beror på spänningar vid tätningskanternas kanter.
Stjärntätning (eller sömtätning). Kilvecken öppnades i botten. Filmen är samlad i asterisker eller asteriskmönster. Sedan svetsar en cirkulär eller böjd tätning alla lager samtidigt. Detta sprider trycket över många kurvor, inte bara två hörn. Den blir också av med slitsfickorna som fångar upp vätska i en platt tätningsdesign. Förenade USA. Environmental Protection Agency (EPA) studerar kommunalt fast avfall. Det står att den stjärna-förseglade strukturen är huvudformen på tunga avfallspåsar eftersom den motstår läckor och balanserar laststödet.
C Vik (eller platt-botten) tätning. Detta är en hybriddesign. Botten är plattförseglad men har en dubbel vik för att göra en kil botten. Detta ger en platt botten till påsen, stående i soptunnan. Men det kräver en mer komplex tätningsstation med två parallella tätningsstänger som arbetar vid lite olika temperaturer.
Tätningsmekanismen använder hot rod eller roterande kniv. Lågdensitetspolyeten (LDPE) hålls vid 160–200 grader C. Den exakta temperaturen beror på filmmått, hartssmältindex och linjär hastighet. Seal bar pressar filmen mot silikongummistödrullen under en fast vistelse på 0,15–0,4 sekunder. International Organization for Standardization (ISO) har ISO 11607-2 för uttjänta sterila förpackningar. Denna standard ska användas för provning av dess tätningshållfasthet. Det står att polyetenfilmen ska ha en termisk tätningshållfasthet som är större än 5N per 25 mm tätningsbredd. Detta kan uppnås med A Garbage Bag Making Machine genom att hålla tätningstemperaturen enhetlig inom ±5 grader över hela bredden. Denna tolerans kräver att ett inbäddat termoelement placeras var 50:e mm.
Steg 4: Perforering och skärning
När bottenförseglingen är klar flyttas filmen till perforeringsstationen. Här bildar en snurrkniv eller fast blad en prickad linje. Linjen tillåter användare att riva enskilda påsar från rullar. Perforeringen måste vara tillräckligt djup för att någon skulle kunna riva upp den för hand. Enligt ASTM D1922 kräver detta vanligtvis en rivkraft på 3 -8 N för att förbättra rivhållfastheten. Men den får inte vara så djup att väskan kan rivas upp vid upplindning, transport eller användning.
Snittet som skiljer en påse från nästa görs samtidigt som botten på nästa påse förseglas. Eller direkt efter tätningen. Därför är varje förseglingscykel en komplett påse. Skärblad är vanligtvis roterande cirkulära knivar. Den är gjord av-höghastighetsstål eller volframkarbid. Bladet fungerar på en städrulle med ett kontrollgap på 0.02 -0.05 mm. Journal of Applied Polymer Science publiceras av Wiley Press. Resultaten visar att skärpans skärpa direkt påverkar skärningens renhet. Ett blad med en radie på mindre än 2 μm skärs rent. Detta tydliga snitt lämnar inte ett lätt rivmärke på filmen. Men blad med en radie på mer än 5 mikron har grova kanter. När påsen är laddad utvecklas denna grova kant till ett tätningsfel.
Steg 5: Vikning och kärnlindning
Färdiga påsar lindas runt kartongkärnor för detaljhandelsförpackning. Den inre diametern på dessa kärnor är vanligtvis 38 mm eller 76 mm. Upplindningsstationen måste vika tygpåsen i ett visst mönster. Vanliga mönster är C eller en trifold. Denna vikning gör rullen mindre i diameter. Det gör också att enskilda påsar kommer ut rena när de dras.
En maskin för att tillverka soppåsar använder vikbräda. Skivan sitter uppströms lindningsmaskinen. Det skapar det önskade vikmönstret, samtidigt som filmen kontrollerar spänningen. Windern är ett centralt drivsystem. Kärnan roterar på en motordriven axel. När rullens diameter ökar minskar spänningen. Detta förhindrar att det inre skiktet krossas av tyngden av det yttre skiktet. Denna avsmalnande spänningskontroll är mycket viktig. Flexibla lindningsfilmer omfattas också av de tekniska standarderna från The Association of Nonwoven Fabrics Industry (INDA). INDA säger att en 30 30 – 50 procents kvot är bäst. Detta innebär att den slutliga lindningsspänningen är 30–50 % av den initiala spänningen. Dessa förhållanden förhindrar valsens expansion och deformation av kärnan i en flerskiktsvals.
För pocketpåsar är detta en separat vikpåse, snarare än en rulle, med en annan väg. Stigen grenade sig bakom klippstationen. En staplare samlar och räknar påsar. Mappen tillämpar sedan det sista vikningsläget. Lägg sedan påsen i lådan.
Drawtape-integration
Många hushållsavfallspåsar har hängslen. Detta är en smal filmremsa, vanligtvis 6 -10 mm bred. Den löper längs väskans överkant och sticker ut i knutar på båda sidor. Att lägga till produktion av dragband till en soppåstillverkare kräver två extra delar. Den första är en bandextruder eller tejpskärningsmodul. Detta får dragbandet att rulla från den andra filmen. Den andra är bindningsstation. Denna varmsvetsade eller ultraljudshäftande tejp har en övre och nedre fåll i förseglingscykeln.
Ultraljudsbindningsmetoden blir allt vanligare. Det behöver inte lim. Detta undviker temperaturkänsliga-problem. Edison Welding Institute (EWI) är ett oberoende material som ansluter sig till forskargruppen. EWI publicerade en studie i detta avseende. Resultaten visar att ultraljudsavdragningshållfastheten hos polyetendragband är 12 – 18 N/25 mm. Detta är över tröskeln på 8N som krävs för pålitlig stängning av påsen. Den använder 60 procent mindre energi än termisk bindning av samma anslutning.
Materialöverväganden och hållbarhet
Huvudmaterialet i avfallspåsar är lågdensitetspolyeten (LDPE) eller linjär lågdensitetspolyeten (LLDPE). Högdensitetspolyeten (HDPE) används för att göra tunnare, billigare påsar. Europeiska kemikaliemyndigheten (ECHA) verkar enligt REACH-förordningen. Den övervakar tillsatser som används i plast, såsom aserukamid, kiseldioxid och färgämnen (kimrök för svarta påsar och titanvit för vita påsar). Nya regler har väckt intresse för efter-konsumentåtervunnet innehåll (PCR). Förpacknings- och förpackningsavfallsförordningen sätter ett återvinningsmål på 35 procent för plastförpackningar till 2030. Detta förändrar direkt materialvalet och sättet att hantera maskiner.
En maskin för att tillverka soppåsar måste kunna anpassa sig till de olika flödesegenskaperna hos PCR-blandningar. Jämfört med det nya hartset har återvunnen polyeten ett bredare molekylviktsområde och större smältflödesvariation. Detta resulterar i mindre filmtjocklek och fler gelpartiklar. Dessa är fläckar av osmält hartsfläckar som kan orsaka tätningsproblem. Förändringar i maskinen inkluderar något högre förseglingstemperaturer på cirka + 5-10 grader. Längre stopptider på cirka +0.05 sekunder ingår också. De måste undersöka bladen oftare för att hantera slipande smuts i PCR-filmer.
Kvalitetskontroll och testning
Färdigt paket är föremål för standardinspektion för att testa dess prestanda. Nyckeltester inkluderar:
Falltest (ASTM D5276). En tyngdpåse föll från en viss höjd. Detta efterliknar effekten av att kastas i en soptunna eller soptunna. Stjärnformad väska överlever vanligtvis ett fall på mellan 1,2 och 1,5 meter med en vikt på 5 kg. Under samma belastning kommer det platta-paketet att misslyckas vid 0,8–1,0 m.
Tätningshållfasthet (ASTMF88). Detta är ett skalningstest av bottentätningen. Den mäter kraften som behövs för att bryta förseglingen. Minsta acceptabla värde för hushållsplastpåsar är 5 N/25 mm. Värdet på tungt entreprenörspaket är 12 N/25 mm.
Punkteringsmotstånd (ASTM D4833). Detta mäter kraften som krävs för att tränga igenom filmen med en kon. Den simulerar kontakt med vasst avfall. Typiska värden för 15 – 25 μm LDPE-film var 5-15 N.
International Trade Center (ITC) är ett gemensamt organ för FN och Världshandelsorganisationen. ITC har inkluderat dessa testmetoder i sin tekniska upphandlingsguide för avfallshanteringsmaterial. Dessa guider är tillgängliga för köpare i städer och institutioner. Detta säkerställer att maskintillverkade påsar- uppfyller kontraktets prestandastandarder innan de skickas.
Slutsats
En maskin för att tillverka soppåsar är ett-stegskonverteringssystem. Dess huvudsakliga uppgift är att göra kontinuerlig polyetenfilm till förseglade, perforerade och lindade påsar. Detta jobb beror på den exakta koordineringen av utvikningsspänningar, veck, termiska tätningar, perforeringsskärning och curling av geometriska former. Maskinens prestanda mäts inte bara av produktionshastigheten, standardinställningen är vanligtvis 150–250 cykler per minut. Det kan också mätas genom den strukturella styrkan hos de tillverkade påsarna. Denna styrka beror på tätningens temperaturlikformighet, bladets skärpa, perforeringsdjup och fördelningen av spänningar genom tätningsmönstret. Med de nya reglerna kommer omvandlare att gå över till återvinningsbara filmer, sopsorteringssystem kommer att kräva fler typer av påsar och maskiners förmåga att hantera olika material samtidigt som förseglings- och skärkvalitet kommer att få en allt större inverkan på deras produktionsvärde
Referenser
- European Association of Plastics Recycling and Recovery Organisations (EPRO).Europeisk plaståtervinningsmarknadsstatistik och materialflödesanalys.
- ASTM International.ASTM D1709 - standardtestmetoder för slagtålighet av plastfilm med Free-Falling Dart-metoden.
- Society of Plastics Engineers (SPE).Teknisk referens om polyolefinfilmbearbetningochANTEC Conference Proceedings - Tätningsgeometri och belastningsprestanda i avfallspåsar.
- TAPPI Converting Division.Tekniska riktlinjer för flexibla filmkonverteringsoperationer.
- US Environmental Protection Agency (EPA).Studier av karakterisering av kommunalt fast avfall - Analys av förpackningar och behållare.
- ISO 11607-2:2019.Förpackningar för slutsteriliserade medicintekniska produkter - Del 2: Valideringskrav för formnings-, förseglings- och monteringsprocesser.
- Wiley -Journal of Applied Polymer Science- Bladkantsgeometri och skärkvalitet i polyetenfilmkonvertering.
- INDA - Association of the Nonwoven Fabrics Industry.Tekniska standarder för flexibel filmlindning och kärnhantering.
- Edison Welding Institute (EWI).Ultraljudsbindning av polyetenfilmskarvar - Styrka- och energiprestandastudier.
- Europeiska kemikaliemyndigheten (ECHA).REACH-förordningen - Additiv övervakning för polyolefinfilmformuleringar.
- ASTM International.ASTM D5276 - standardtestmetod för falltest av laddade behållare; ASTM F88 - standardtestmetod för tätningshållfasthet hos flexibla barriärmaterial; ASTM D4833 - standardtestmetod för motstånd hos geotextil mot punktering.
- International Trade Center (ITC) / WTO.Tekniska upphandlingsriktlinjer för avfallshanteringsmaterial.
