В любом автоматическая машина для переработки бумажных пакетов,система нанесения клея — один из тех компонентов, которым не уделяется особого внимания, пока что-то не пойдет не так. Когда пакеты трескаются по шву, протекают снизу или застревают в выходной стопке, клеевая система обычно находится где-то в верхней части списка подозрительных пакетов. Но помимо устранения неполадок понимание того, как на самом деле работает клеевая система - и как она влияет на прочность мешков и скорость производства -, действительно полезно для операторов, инженеров-технологов и всех, кто принимает решения о покупке оборудования.
В этой статье рассматривается механизм нанесения клея в автоматических машинах для производства бумажных пакетов, объясняется, как различные конструкции систем влияют как на механическую прочность готовых пакетов, так и на производительность, которую может выдержать машина, а также приводятся практические рекомендации по оптимизации производительности.
Роль клеевой системы в производстве бумажных пакетов
Прежде чем углубляться в технические детали, полезно выяснить, что на самом деле делает клеевая система в машине для изготовления бумажных пакетов.
Стандартная автоматическая машина для переработки бумажных пакетов производит пакеты из непрерывного полотна крафт-бумаги. Машина разрезает полотно на листы, формирует форму трубки, наносит клей для герметизации нижней части и боковых складок, а также складывает и запечатывает верхнюю часть. В машинах, производящих пакеты с витыми или плоскими ручками, клеевая система также обеспечивает крепление ручек.
Клеевые соединения в этом процессе несут нагрузку-. Когда покупатель наполняет бумажный пакет продуктами, продуктами или промышленными товарами, нижний шов и боковые складки принимают на себя весь вес. Слабое клеевое соединение означает, что сумка вышла из строя. Неисправный пакет означает возврат, рекламацию или - в случае упаковки пищевых продуктов - потенциальную угрозу безопасности.
В то же время клеевая система работает как часть непрерывной высокоскоростной-производственной линии. Каждый момент, необходимый клею для схватывания, каждый миллиметр рисунка нанесения и каждая регулировка, которую машина делает для учета изменений вязкости, - все это влияет на скорость работы линии.
Обеспечение правильного баланса - между прочностью соединения и скоростью производства - – это основная задача проектирования и эксплуатации клеевой системы.
1. Типы клея и их влияние на прочность соединения
Тип используемого клея оказывает самое непосредственное влияние на прочность пакета, а различные химические составы клея ведут себя в автоматической машине для изготовления пакетов по-разному.
Клей-расплав (HMA)
Термоплавкий клей является доминирующей клеевой системой в современных автоматических машинах для производства бумажных пакетов. Он наносится в расплавленном состоянии (обычно при температуре 150–200 градусов в зависимости от рецептуры) и быстро охлаждается для образования связи.
Прочностные характеристики:Клеи-расплавы быстро приобретают прочность соединения - иногда в течение нескольких секунд после нанесения -, поэтому они так хорошо подходят для высокоскоростного-производства. Удельная прочность соединения на разрыв и сдвиг зависит от состава клея: термоклеи на основе этилен-винилацетата (ЭВА) обеспечивают хорошие универсальные-эффективные свойства при работе с крафт-бумагой; Термоклеи на основе полиолефина-обеспечивают превосходную термостойкость и предпочтительны для сумок, которые могут подвергаться воздействию теплых сред во время транспортировки или хранения.
Связь между клеем-расплавом и бумагой является не только химической, но и механической. Клей слегка проникает в волокна бумаги при нанесении и при охлаждении фиксируется в структуре волокна. Хорошо спроектированная система термоклея обеспечивает прочность соединения, которая обычно превышает прочность внутренних волокон самой бумаги -, что означает, что пакет порвется раньше, чем выйдет из строя клеевой шов.
Влияние на скорость производства:Быстрое время схватывания клея-расплава позволяет использовать очень короткое время открытого периода -, после нанесения клея машине не придется долго ждать, прежде чем соединение станет достаточно прочным, чтобы с ним можно было работать. Вот почему термоклей позволяет использовать одни из самых быстрых в эксплуатации автоматических упаковочных машин.
Компромисс- – чувствительность к температуре. Если температура нанесения выходит за пределы оптимального диапазона (из-за изменений температуры окружающей среды, остановки линии или ухудшения качества клея), качество склеивания заметно падает.
Холодный клей (на водной-основе)
Клеи на-основе - обычно-на основе крахмала или декстрина-- отверждаются за счет потери воды в бумажную основу и окружающий воздух. Они медленнее-схватываются, чем термоклеи, и требуют больше открытого времени, прежде чем соединение будет прочным.
Прочностные характеристики:При правильном отверждении крахмальных клеев они могут очень прочно сцепляться с крафт-бумагой. Фактически, для сумок, которые будут перевозить тяжелые грузы или храниться в течение длительного времени, некоторые производители по-прежнему выбирают клеи на-основе крахмала. Это связано с тем, что они лучше впитываются в волокна и остаются стабильными в течение длительного времени. Затвердевшее соединение также более гибкое, чем клей-расплав. Это может быть полезно для сумок, которые сгибаются и сгибаются, когда с ними обращаются люди.
Влияние на скорость производства:Медленная скорость отверждения холодного клея является его основным ограничением на высокоскоростных-линиях. Машина должна обеспечивать достаточное расстояние для сушки или отверждения - более длинный участок конвейера между нанесением клея и погрузкой мешков -, что эффективно снижает производительность машины. Системы холодного клея чаще встречаются на медленном полу-автоматическом или средне-оборудовании.
Полиуретановый (PUR) клей
Полиуретановые клеи отверждаются в результате реакции с влагой окружающей среды и обеспечивают исключительную прочность сцепления, особенно на трудно-склеиваемых- или разнородных основаниях. При производстве бумажных пакетов полиуретан обычно используется в линиях пакетов премиум-класса, где требуется высочайшая надежность скрепления.
Прочностные характеристики:PUR-облигации на бумаге очень сильны. Они также хорошо противостоят теплу, влаге и химикатам. Для пакетов, используемых в тяжелых условиях -, таких как промышленная упаковка, замороженные продукты или контейнеры для химикатов, - пакеты с полиуретановым клеем подходят гораздо лучше, чем пакеты с термоклеем или крахмальным клеем.
Влияние на скорость производства:PUR требует тщательного контроля влажности. Кроме того, для отверждения требуется больше времени, чем для клея-расплава. Новые формулы PUR уменьшили эту разницу во времени. Но системы PUR по-прежнему немного замедляют производство по сравнению с линиями горячего расплава, которые настроены на максимальную скорость.
2. Схема нанесения и расход клея.
Распределение клея по поверхности склеивания так же важно, как и сам клей.
Полное-покрытие или точечное применение
Заявка на полное-покрытие-, когда клей наносится на всю склеиваемую поверхность, - обеспечивает максимальную прочность соединения. Нагрузка распределяется по всей площади шва, сводя к минимуму концентрацию напряжения в любой отдельной точке. Схемы полного-покрытия являются стандартными для склеивания нижнего шва в мешках, предназначенных для тяжелых грузов.
Точечное или полосовое нанесение- если клей наносится отдельными точками, полосами или сеткой, - расходуется меньше клея на пакет, что снижает стоимость материала. В хорошо спроектированных полосах-отдельные точки расположены таким образом, чтобы объединенная область склейки по-прежнему отвечала требованиям прочности для целевого применения. Полоски обычно используются для более легких-мешков или для запечатывания боковых складок, где требования к нагрузке ниже.
Согласованность шаблона
Клеевая система должна наносить рисунок с высокой консистенцией от мешка к мешку. Неравномерное покрытие - на одних сумках полная полоса, а на других только половина - непосредственно приводит к нестабильной прочности сумки. В современных автоматических машинах используются прецизионные штампы с пазами или системы распыления, которые поддерживают однородность рисунка в пределах жестких допусков, но качество обслуживания и калибровки клеенаносящего устройства определяет, сохранится ли эта однородность при производстве тысяч пакетов.
Край против центра соединения
При склеивании нижнего шва имеет значение расположение клея относительно кромок шва. При склеивании слишком близко к краю шов может растянуться под нагрузкой при сгибании сумки. При склеивании слишком далеко от края клей теряется без пропорционального увеличения прочности. Оптимальное размещение - обычно на расстоянии 3–8 мм от каждого края шва - уравновешивает эти соображения.
3. Контроль температуры и вязкости нанесения клея.
Для систем клея-расплава точное управление температурой является одним из наиболее важных с эксплуатационной точки зрения - и наиболее часто игнорируемых - аспектов работы клеевой системы.
Почему вязкость имеет значение
Клей-расплав представляет собой тиксотропную жидкость -, его вязкость меняется в зависимости от температуры и скорости сдвига. Когда клей имеет правильную температуру нанесения, он растекается достаточно свободно и образует тонкую равномерную пленку на поверхности бумаги. Если температура падает, вязкость увеличивается, клей не распределяется должным образом, и покрытие становится неравномерным -, образуя слабые места в соединении.
И наоборот, если температура поднимется слишком высоко, клей станет слишком тонким. Он может проникнуть слишком глубоко в бумагу (вызывая насыщение волокна и потенциальное расслоение), выдавиться из стыка под давлением или термически разложиться, придавая темный цвет и снижая прочность склеивания.
Температурные зоны
Хорошо спроектированная система клея-расплава-имеет несколько отдельных температурных зон:
Температура питающего бака- Это позволяет поддерживать постоянную температуру плавления большого количества клея. Он предотвращает разрушение клея при длительном нагреве.
Шланги и линии рециркуляции- Их необходимо хранить при правильной температуре. Это предотвратит охлаждение и загустение клея по мере его продвижения от расплавителя к соплу.
Головка приложения и слот-матрица- необходимо точно контролировать при оптимальной температуре нанесения для конкретного используемого состава клея. Даже небольшие температурные градиенты на фильерной головке приводят к изменениям в схеме распределения и покрытии.
Время открытия и время установки
Конструкция клеевой системы определяет два критических параметра синхронизации:
Открытое времяЭто промежуток между нанесением клея и моментом сжатия склеиваемых поверхностей. Клей должен оставаться достаточно жидким, чтобы смачивать обе поверхности при их соприкосновении. Слишком короткое открытое время, и клей уже остыл ниже температуры смачивания. Если продержаться слишком долго, клей остынет и затвердеет еще до того, как поверхности сойдутся.
Установка времени— это время, необходимое для того, чтобы клей приобрел достаточную прочность, чтобы выдержать манипуляции, штабелирование и упаковку без вскрытия.
Для максимальной скорости производства вам необходимо минимальное время открытия и схватывания, которое при этом будет совместимо с достижением необходимой прочности сцепления. Точность клеевой системы -, насколько хорошо она контролирует температуру нанесения, рисунок и давление -, определяет, насколько точно можно оптимизировать это окно.
4. Давление нанесения и геометрия зазора
Давление, при котором склеиваемые поверхности сближаются -, и геометрия точки зажима, в которой это происходит -, оказывают прямое влияние на качество соединения.
давление защемления
После нанесения клея на нижний шов машина пропускает бумагу через прижим - пару роликов, которые плотно прижимают склеенные поверхности друг к другу. Адекватное давление зажима обеспечивает плотный контакт между клеем и волокнами бумаги, что важно для достижения механического соединения, придающего соединению прочность.
Недостаточное давление приводит к образованию зазоров на уровне волокон, которые уменьшают эффективную площадь соединения и создают слабые места. Чрезмерное давление может выдавить клей из шва (с образованием отходов-) или сжать бумагу настолько, что нарушит ее структурную целостность в области шва.
Наилучшее давление прижима зависит от толщины бумаги, толщины клея и скорости движения лески. Автоматы с серво-управляемыми зажимами могут самостоятельно изменять давление по мере необходимости. Его можно регулировать по всей ширине шва. Это также может компенсировать изменения толщины бумаги.
Ширина захвата и время контакта
Ширина контакта зазора -, насколько широка зона сжатия на границе раздела роликов -, определяет, как долго поверхности удерживаются под давлением. Более широкий зажим обеспечивает большее время контакта, позволяя клею более тщательно растекаться и смачивать поверхность, прежде чем шов выйдет из зоны зажима.
Чем выше скорость производства, тем короче время нахождения бумаги в зажиме. Ширина захвата остается прежней. Таким образом, машинам, которые работают на максимальной скорости, могут потребоваться более широкие зазоры или два захода подряд. Это помогает поддерживать крепкую связь, не замедляя линию.
5. Свойства бумаги влияют на характеристики клеевой системы.
Клеевая система не работает сама по себе. Переработанная крафт-бумага, которую вы перерабатываете, оказывает большое влияние на качество работы клеевой системы.
Пористость и поверхностное поглощение
Переработанная крафт-бумага изготавливается из использованных бумажных волокон. У нее больше отверстий и более неровная поверхность, чем у новой крафт-бумаги. Когда вы наносите клей на поверхность с множеством отверстий, клей сильнее впитывается в бумагу. Это может вызвать некоторые проблемы.
На поверхности может не хватить клея для прочного соединения. Вы можете увидеть, как клей проходит через бумагу, что плохо смотрится на печатных или цветных пакетах. Вы также можете использовать больше клея, что увеличит стоимость каждого пакета.
Клеевым системам, которые работают с переработанной бумагой, возможно, придется нанести немного больше клея. Или им, возможно, придется использовать клеи другой толщины, чтобы компенсировать этот эффект.
Чистота и обработка поверхности
Любое загрязнение поверхности бумаги - пылью, силиконом от-противоскользящего покрытия, остатками печатной краски - влияет на то, насколько хорошо клей смачивает поверхность. Автоматические упаковочные машины, которые обрабатывают рулоны бумаги с предварительно-печатью или покрытием, обычно включают обработку поверхности (коронным или пламенным способом) перед клеевой станцией для улучшения смачиваемости и надежности склеивания.
Содержание влаги
Влажность бумаги влияет как на ее размерную стабильность, так и на способность воспринимать клеи на водной-основе. Для клеевых систем-на основе крахмала бумага нуждается в достаточном количестве влаги. Это позволит клею правильно затвердеть. Для систем горячего расплава все наоборот. Если бумага слишком влажная, при нанесении горячего клея из нее может образоваться пар. Этот пар портит растекание клея.
6. Как конструкция клеевой системы влияет на скорость производства
Теперь, когда мы рассмотрели компоненты, рассмотрим, как они в совокупности определяют потолок пропускной способности машины.
Компромисс в скорости-силе-
По сути, скорость производства ограничена способностью клеевой системы образовывать надежное соединение за время, доступное между нанесением клея и моментом, когда пакет подвергается следующему механическому воздействию - укладке, подсчету или выбрасыванию.
Более высокая скорость означает:
Более короткое открытое время до выхода шва из зазора
Сокращение времени схватывания перед укладкой мешка под давлением
Большая уверенность в точности клеевой системы и скорости приготовления клея.
Если скорость превышает скорость, которую может выдержать клеевая система, пакеты, которые выглядели нормально, когда они выходили из машины, открываются позже - во время охлаждения, во время укладки или в руках покупателя.
Отзывчивость системы
Современные клеевые системы-высокопроизводительных автоматических упаковочных машин включают в себя несколько функций, обеспечивающих более высокую скорость:
Быстродействующие-запорные клапаны- В некоторых аппликаторных головках используются пневматические или электромагнитные запорные клапаны, которые открываются и закрываются за миллисекунды, что позволяет точно наносить небольшие образцы клея без перерасхода и растекания.
Программируемые изменения рисунка: для машин, которые производят пакеты разных размеров, можно настроить клеевую систему для изменения ширины рисунка, площади, которую он покрывает, и количества используемого клея. Это делается без необходимости замены каких-либо деталей вручную. Это сокращает время простоя между производственными циклами.
Непрерывный мониторинг вязкости: передовые системы отслеживают густоту клея в режиме реального времени. Затем они сами меняют температуру применения. Благодаря этому клей распределяется равномерно и покрывает нужную поверхность даже при изменении условий в помещении.
Многостанционная-склейка- На высокоскоростных-линиях по производству тяжелых-мешков некоторые машины наносят клей на двух отдельных станциях вдоль производственного пути. Первое применение обеспечивает первоначальное соединение; второй добавляет усиление и устраняет любые несоответствия выравнивания. Это обеспечивает более высокую эффективную производительность, чем может обеспечить одна клеевая станция.
Эффективность использования материала и стоимость одного мешка
Хотя эффективность использования клеевого материала не является прямым фактором скорости производства, - количество клея, используемого на мешок -, влияет на общую экономику линии. Точное нанесение штампа для пазов, рисунок полос, оптимизированный в соответствии с фактическими требованиями к нагрузке, а также постоянный контроль температуры — все это сокращает отходы клея. Меньший расход клея на пакет снижает затраты на материалы, которые значительно превышают миллионы пакетов в год производства.
Практические стратегии оптимизации
Операторам, желающим получить максимальную отдачу от своих клеевых систем, следует изучить следующие области:
Проведите аудит шаблона вашего приложения.Запустите короткую пробную партию, поместив кусок стекла или прозрачной пленки между аппликатором и бумагой и визуально осмотрите рисунок нанесения. Ищите пробелы, наложения и изменения от центра к краю.
Запишите расход клея.Отслеживайте граммы клея на пакет с течением времени. Внезапное увеличение может указывать на температурный дрейф, изменения вязкости или износ аппликатора.
Регулярно проверяйте затвердевшие швы.Возьмите пакет с образцами из каждого производственного цикла и вручную проверьте нижний шов. Сумка, которая легко разъединяется по шву под легким нажатием пальца, не выживет в полевых условиях.
Проверьте калибровку давления зажима.По мере износа роликов геометрия захвата меняется. Периодическое измерение и регулировка давления зажима предотвращает постепенное ухудшение качества склеивания, которое может остаться незамеченным до поступления жалобы на качество.
Управляйте запасами клея.Клеи-расплавы имеют определенный срок годности и максимальное время выдержки в расплавителе. Клей, который хранился при температуре, превышающей рекомендуемый срок службы, обесцветится, обуглится и ухудшит качество соединения. Следуйте рекомендациям производителя и своевременно очищайте систему.
Часто задаваемые вопросы
Q:Почему некоторые пакеты трескаются по нижнему шву, а с другими из той же партии все в порядке?
A:Обычно это происходит из-за того, что несколько вещей работают вместе. К ним относятся изменение толщины бумаги по всему рулону, неравномерное давление зажима, повышение и понижение температуры клея или износ матрицы аппликатора, приводящий к неравномерному покрытию. Тщательная проверка клеевой станции - рисунка, температуры и давления - обычно позволяет обнаружить причину.
Q:Можно ли использовать термоклей на переработанной крафт-бумаге, а также на новой крафт-бумаге?
A:Да, если вы используете правильную формулу. Переработанная крафт-бумага имеет больше отверстий, поэтому может потребоваться немного более высокая температура нанесения. Или может потребоваться формула клея, которая лучше смачивает бумагу. Некоторые поставщики клея-расплава предлагают марки, предназначенные специально для переработанной бумаги.
Q:Как скорость производства влияет на прочность клеевого соединения?
A:Чем выше скорость, тем меньше открытое время и время схватывания клея. Если машина работает быстрее, чем может адаптироваться клеевая система, связь становится слабее. Вот почему в машинах, рассчитанных на очень высокие скорости, используются формулы клея,-схватывающиеся быстрее. Они также используют более широкие зажимы или несколько станций склеивания.
Q:Что произойдет, если температура клея при его нанесении будет слишком низкой?
A:Клей становится гуще. Он не превращается в полноценную пленку. Покрытие становится неравномерным. В результате возникают слабые места в облигациях. Эти слабые места могут не сразу выйти из строя. Но они выйдут из строя, когда мешок будет загружен или обработан. Нанесение слишком холодного клея является одной из наиболее частых причин выхода сумок из строя после их продажи.
Q:Какую часть общей стоимости материала для каждого пакета составляет клеевая система?
A:Обычно клей составляет небольшую часть общей стоимости материала для каждой сумки. Обычно она составляет от 2% до 5%. Это зависит от размера сумки, типа клея и рисунка. Но когда вы делаете очень большое количество пакетов, стоимость клея увеличивается. Таким образом, даже небольшая экономия на клеевой системе со временем приведет к реальной экономии денег.
Q:Какое обслуживание требуется системе термоклея?
A:Регулярное техническое обслуживание включает в себя очистку аппликационной головки и шлицевой матрицы во избежание накопления обугливания. Также необходимо проверить и заменить изношенные уплотнения и шланги. Необходимо проверить точность показаний датчиков температуры. И очищать систему нужно по графику, который рекомендует производитель клея. Починить клеевую систему до того, как она сломается, гораздо дешевле, чем бороться с проблемами качества или непредвиденными простоями.
Заключительные мысли
Система нанесения клея в автоматической машине для переработки бумажных пакетов представляет собой исследование взаимозависимости. Рецептура клея, схема нанесения, контроль температуры, давление зажима и свойства бумаги — все это динамически взаимодействует -, а оптимизация прочности пакета и скорости производства означает понимание того, как каждая переменная влияет на другие.
При устранении неполадок возникает искушение отрегулировать что-то и подождать, чтобы посмотреть, поможет ли это. Более эффективный подход — рассматривать связующую систему как интегрированную систему -, проверяя несколько параметров, последовательно измеряя и внося дополнительные корректировки на основе данных, а не предположений.
Для любого, кто использует или продает автоматическое оборудование для изготовления бумажных пакетов, потратить время на изучение клеевой системы — это одна из самых-окупаемых инвестиций, которые вы можете сделать. Сами машины сложны, но фактическая целостность несущей- нагрузки сумки определяется системой клея.
