Søppelsekker er en av de største produkttypene i det globale myke emballasjemarkedet. European Association of Plastic Recycling Organizations anslår at mer enn 8 millioner tonn polyetylenfilm brukes i husholdnings- og kommersiell avfallsinnsamling i Europa alene hvert år. Det globale forbruket er mye høyere. I produksjonsenden av denne forsyningskjeden er det en spesiell konverteringsenhet. Det er en maskin som legger kontinuerlige ruller med polyetylenfilm i de forseglede, perforerte og kjerneviklede posene- og laster dem i husholdnings- og industribinger. For å forstå hva en søppelsekkmaskin er og hvordan den fungerer mekanisk, må vi forstå hvordan filmekstrudering, presisjonsforsegling, kontrollert folding og automatisk vikling fungerer sammen. Disse delene bestemmer funksjonen til maskinen.
Definere utstyret
A Maskin for å lage søppelsekkerer et nedstrøms konverteringssystem. Den mates med pre-ekstrudert polyetylenfilm. Denne filmen kan være en blåsefilm med ett lag eller en blåsefilm med flere-lag. Eller det kan være et flatt panel som må brettes. Maskinen kjører deretter filmen gjennom en rekke trinn. Disse trinnene inkluderer forsegling, perforering, kutting og vikling. Sluttproduktet er ferdig pose, klar til å pakkes og sendes. Maskinen i seg selv lager ikke film. Den jobben tilhører produksjonslinjen for blåst filmekstruderingslinje. I stedet forvandles maskinen strukturelt. Det skaper en bunnposeforsegling. Den tillater perforeringslinjen slik at brukerne kan rive en enkelt pose fra rullen. Den danner en stjerne-formet forsegling eller flat forsegling, som bestemmer hvordan posen åpnes og hvor mye vekt den kan holde.
Forskjellen mellom en membran og en pose er måten den fungerer på. American Society for Testing and Materials (ASTM) har en standard kalt D1709 for slagfasthet av polyetylenfilm. I denne standarden måles membranen og konverteringsposen som to separate ting. Filmens materialegenskaper og posens strukturelle geometri påvirker filmens egenskaper. En maskin til å lage søppelposer endrer ikke filmens materialegenskaper. Men det påvirker den strukturelle oppførselen til posen i stor grad. Det oppnås ved å kontrollere geometrien, brettingen og kuttepresisjonen til tetningen.
Kjernearbeidsstadier
Trinn 1: Filmavvikling og spenningskontroll
Prosessen starter med en rull med rørformet eller flat film. Scrollen er montert på en elektrisk kveilmaskin. Filmruller som brukes i produksjon av søppelsekker veier vanligvis mellom 200 og 500 kg. De kan være 1000-1500 millimeter brede. Avrulleren skal levere filmen til nedstrøms forseglingsstasjon med kontrollert strekk. For lavdensitetspolyetylen (LDPE) er spenningen typisk 15 og 40 Newton. Hvis spenningen er for høy, vil filmen strekke seg og smalne. Dette kalles en utringning. Hvis spenningen er for lav, vil filmen rynke seg og forseglingen vil løsne.
Society of Plastics Engineers (SPE) har teknisk referansebetydning for polyolefinfilmbehandling. Den sier at spenningskontrollen må være nøyaktig til ± N. som er nødvendig for å holde filmstørrelsen stabil. Dette gjelder spesielt for filmer på 10–25 μm, som er vanlig i husholdningsavfallsposer. Moderne maskiner implementeres av tilbakemelding med lukket-sløyfe basert på belastningsceller. Danseruller eller belastningsceller måler faktisk banespenning mellom 50 og 100 ganger per sekund. Servodrevet avviklingsmaskin endrer deretter hastigheten for å opprettholde spenningen ved innstillingspunktet. Når filmen går tom, krymper rulldiameteren og spakarmen forkortes. Så kontrolleren øker automatisk hastigheten proporsjonalt. Dette holder den lineære spenningen konstant.
Trinn 2: Kilefolding og sentrering
Hvis den innkommende filmen er flat i stedet for pre-intubert, må den brettes til et rør på dette tidspunktet. To sidefoldbare paneler vil gjøre jobben. Disse er finformede metall- eller polyetylenplater med høy-tetthet. De skaper innovergående kilefolder. Foldene begrenser den flate bredden og lar deg også se sidefolder på den ferdige vesken. For pre-film er dette trinnet ikke nødvendig. Likevel går filmen gjennom et flatende avsnitt. Denne seksjonen sikrer at begge kilene har samme dybde før filmen kommer inn i forseglingsområdet.
Styreskinnesystemet bruker ultralyd eller optiske sensorer. Disse sensorene kan se hvor filmen er venstre og høyre. De kalibrerte den deretter i sanntid gjennom styrerammen på avtrekkeren. Selv et 2 mm avvik kan forårsake problemer. Bunnpakningen vil avvike fra midten. Dette gjør forseglingsmarginene på posene ujevne. Disse posene vil gå i stykker når de fylles. TAPPI er den tekniske foreningen for tremasse- og papirindustrien. Konverteringsdivisjonen inkluderer også konvertering av polymerfilm. TAPPI indikerte at kantføringsnøyaktighet ±0,5 mm er standard for høyhastighets bagasjeenheter over 200 runder per minutt.
Trinn 3: Bunnforsegling
Bunnforsegling er den viktigste strukturelle delen av søppelsekken. Den må være tett nok til å hindre at vått avfall lekker ut. Den må også være sterk nok til å holde vekten av en full pose når posen trekkes i stroppene eller overkanten.
Det er tre hovedforseglingsformer:
Flat (eller rett) tetning. Det er en horisontal varmeforsegling over hele posens bredde. Dette er den enkleste og raskeste måten. Men det legger press på kantene av membranen. Den skarpe vinkelen mellom den tykke perlen og filmen vil sprekke under belastning. Forskning publisert av Society of Plastics Engineers i deres ANTEC Conference Proceedings viste at poser som går i stykker er mellom 65 og 75 prosent av stjernepakkens kapasitet. Dette skyldes påkjenninger ved tetningskantkantene.
Stjerneforsegling (eller sømforsegling). Kilefoldene åpnet seg i bunnen. Filmen er samlet i stjerner eller stjernemønster. Deretter sveiser en sirkulær eller buet tetning alle lag samtidig. Dette sprer trykket over mange kurver, ikke bare to hjørner. Den kvitter seg også med spaltelommene som fanger opp væske i et flatt forseglingsdesign. United USA. Environmental Protection Agency (EPA) undersøker kommunalt fast avfall. Det står at den stjerne-forseglede strukturen er hovedformen til tunge avfallsposer, siden den motstår lekkasjer og balanserer laststøtten.
C Brett (eller flat-bunn) forsegling. Dette er en hybrid design. Bunnen er flatforseglet, men har en dobbel fold for å lage en kilebunn. Dette gir en flat bunn til posen, stående i søpla. Men det krever en mer kompleks tetningsstasjon med to parallelle tetningsstenger som opererer ved litt forskjellige temperaturer.
Tetningsmekanismen bruker hot rod eller roterende kniv. Lavdensitetspolyetylen (LDPE) holdes ved 160–200 grader C. Den nøyaktige temperaturen avhenger av filmmåleren, harpikssmelteindeksen og lineær hastighet. tetningsstangen presser filmen til silikongummistøtterullen i et fast opphold på 0,15–0,4 sekunder. Den internasjonale organisasjonen for standardisering (ISO) har ISO 11607-2 for utgått{10}}steril emballasje. Denne standarden skal brukes for testing av tetningsstyrken. Det står at polyetylenfilmen skal ha en termisk forseglingsstyrke som er større enn 5N per 25 mm forseglingsbredde. Dette kan oppnås med A Garbage Bag Making Machine ved å holde forseglingstemperaturen jevn innenfor ±5 grader i hele bredden. Denne toleransen krever at et innebygd termoelement plasseres hver 50. mm.
Trinn 4: Perforering og skjæring
Når bunnforseglingen er fullført, beveger filmen seg til perforeringsstasjonen. Her danner en snurrekniv eller fast blad en stiplet linje. Linjen lar brukere rive individuelle poser fra ruller. Perforeringen måtte være dyp nok til at noen kunne rive den opp for hånd. I henhold til ASTM D1922 krever dette vanligvis rivekraft på 3 -8 N for å forbedre rivemotstanden. Men den kan ikke være så dyp at posen kan rives opp under vikling, transport eller bruk.
Snittet som skiller en pose fra den neste gjøres samtidig som bunnen av neste pose forsegles. Eller rett etter forseglingen. Derfor er hver forseglingssyklus en komplett pose. Skjæreblader er vanligvis roterende sirkulære kniver. Den er laget av høy-stål eller wolframkarbid. Bladet fungerer på en amboltrulle med et kontrollgap på 0.02 -0.05 mm. Journal of Applied Polymer Science er utgitt av Wiley Press. Resultatene viser at skarpheten til bladet direkte påvirker rensligheten til skjæringen. Et blad med en radius på mindre enn 2 μm kuttes rent. Dette klare snittet etterlater ikke et lite rivemerke på filmen. Men blader med en radius på mer enn 5 mikron har grove kanter. Når posen er lastet, utvikler denne grove kanten seg til en forseglingsfeil.
Trinn 5: Folding og kjernevikling
Ferdige poser pakkes rundt pappkjerner for detaljinnpakning. Den indre diameteren til disse kjernene er vanligvis 38 mm eller 76 mm. Viklestasjonen skal brette tøyposen i et bestemt mønster. Vanlige mønstre er C eller en trifold. Denne foldingen gjør valsen mindre i diameter. Det gjør også at individuelle poser kommer rene ut når de trekkes.
En maskin til å lage søppelposer bruker sammenleggbar brett. Brettet sitter oppstrøms viklingsmaskinen. Det skaper det nødvendige brettemønsteret, mens filmen kontrollerer spenningen. Vinderen er et sentralt drivsystem. Kjernen roterer på en motorisert aksel. Når diameteren på valsen øker, avtar spenningen. Dette forhindrer at det indre laget knuses av vekten av det ytre laget. Denne koniske spenningskontrollen er veldig viktig. Fleksible viklingsfilmer er også dekket av de tekniske standardene til The Association of Nonwoven Fabrics Industry (INDA). INDA sier et 30 30 – 50 prosent forhold er best. Dette betyr at den endelige viklingsspenningen er 30–50 prosent av startspenningen. Disse forholdene forhindrer utvidelse av rullen og deformasjon av kjernen i en flerlagsrull.
For pocketposer er dette en separat sammenleggbar pose, i stedet for en rull, med en annen bane. Stien forgrenet seg bak skjærestasjonen. En stabler samler og teller poser. Mappen bruker deretter den siste brettemodusen. Legg deretter posen i esken.
Drawtape-integrasjon
Mange husholdningsavfallsposer har seler. Dette er en smal stripe med film, vanligvis 6 -10 mm bred. Den løper langs den øverste kanten av posen, og stikker ut i knuter på hver side. Å legge til produksjon av tegnebånd til en søppelsekkprodusent krever to ekstra deler. Den første er en båndekstruder eller båndskjæremodul. Dette får tegnetapen til å spole fra den andre filmen. Den andre er bindingsstasjon. Denne varmsveisede eller ultralydklebende tapen har en topp- og bunnkant i forseglingssyklusen.
Ultralydbindingsmetoden blir mer vanlig. Den trenger ikke lim. Dette unngår temperaturfølsomme-problemer. Edison Welding Institute (EWI) er et uavhengig materiale som blir med i forskerteamet. EWI publiserte en studie i denne forbindelse. Resultatene viser at ultralydskrellstyrken til polyetylen-trekkbånd er 12 – 18 N/25 mm. Dette er over terskelen på 8N som kreves for pålitelig lukking av posen. Den bruker 60 prosent mindre energi enn termisk binding av samme kontakt.
Materielle hensyn og bærekraft
Hovedmaterialet i avfallsposer er polyetylen med lav tetthet (LDPE) eller lineær polyetylen med lav tetthet (LLDPE). Høydensitetspolyetylen (HDPE) brukes til å lage tynnere, billigere poser. European Chemicals Agency (ECHA) opererer under REACH-forordningen. Den overvåker tilsetningsstoffer som brukes i plast, som aserukamid, silika og fargestoffer (kullsvart for svarte poser og titanhvitt for hvite poser). Nye regler har vekket interesse for post-forbrukerresirkulert (PCR) innhold. Forordningen om emballasje og emballasjeavfall setter et gjenvinningsmål på 35 prosent for plastemballasje innen 2030. Dette endrer direkte materialutvalget og måten maskiner håndteres på.
En maskin til å lage søppelsekker må kunne tilpasse seg de forskjellige flytegenskapene til PCR-blandinger. Sammenlignet med den nye harpiksen har resirkulert polyetylen et bredere molekylvektsområde og større smelteflytvariasjon. Dette resulterer i mindre filmtykkelse og flere gelpartikler. Dette er flekker av usmeltede harpiksflekker som kan forårsake tetningsproblemer. Endringer i maskinen inkluderer litt høyere forseglingstemperaturer på rundt + 5-10 grader. Lengre stopptider på rundt +0.05 sekunder er også inkludert. De må undersøke bladene oftere for å håndtere slipende smuss i PCR-filmer.
Kvalitetskontroll og testing
Ferdig pakke er gjenstand for standard inspeksjon for å teste ytelsen. Nøkkeltester inkluderer:
Falltest (ASTM D5276). En vektet pose falt fra en viss høyde. Dette etterligner virkningen av å bli kastet i en søppelbøtte eller søppelbøtte. Stjerneformet-pose overlever vanligvis et fall på mellom 1,2 og 1,5 meter med en vekt på 5 kg. Under samme belastning vil flat-pakken svikte ved 0,8–1,0 m.
Tetningsstyrke (ASTMF88). Dette er en skrelletest av bunnforseglingen. Den måler kraften som trengs for å bryte forseglingen. Minste akseptable verdi for husholdningsplastposer er 5 N/25 mm. Verdien av tung entreprenørpakke er 12 N/25 mm.
Punkteringsmotstand (ASTM D4833). Dette måler kraften som kreves for å gjennombore filmen med en kjegle. Den simulerer kontakt med skarpt avfall. Typiske verdier på 15 – 25 μm LDPE-film var 5-15 N.
International Trade Center (ITC) er et felles byrå for FN og Verdens handelsorganisasjon. ITC har inkludert disse testmetodene i sin tekniske veiledning for innkjøp av avfallshåndteringsrekvisita. Disse veiledningene er tilgjengelige for by- og institusjonskjøpere. Dette sikrer at maskin-fremstilte poser oppfyller kontraktens ytelsesstandarder før forsendelse.
Konklusjon
En søppelsekkmaskin er et-trinns konverteringssystem. Hovedoppgaven er å lage kontinuerlig polyetylenfilm til forseglede, perforerte og viklede poser. Denne jobben avhenger av nøyaktig koordinering av utfoldingsspenning, bretter, termiske forseglinger, perforeringsskjæring og krølling av geometriske former. Maskinens ytelse måles ikke bare ved produksjonshastighet, standardinnstillingen er typisk 150–250 sykluser per minutt. Det kan også måles ved den strukturelle styrken til posene som er laget. Denne styrken avhenger av temperaturensartetheten til tetningen, bladets skarphet, perforeringsdybden og fordelingen av spenning gjennom tetningsmønsteret. Med de nye reglene vil omformere gå over til resirkulerbare filmer, avfallssorteringssystemer vil kreve flere typer poser og maskinenes evne til å håndtere ulike materialer samtidig som forseglingen og skjærekvaliteten vil ha en økende innvirkning på produksjonsverdien.
Referanser
- European Association of Plastics Recycling and Recovery Organizations (EPRO).Europeisk plastresirkuleringsmarkedsstatistikk og materialstrømanalyse.
- ASTM International.ASTM D1709 - standard testmetoder for slagfasthet av plastfilm ved Free{1}}Falling Dart-metoden.
- Society of Plastics Engineers (SPE).Teknisk referanse om polyolefinfilmbehandlingogANTEC Conference Proceedings - Forseglingsgeometri og belastningsytelse i avfallsposer.
- TAPPI Converting Division.Tekniske retningslinjer for fleksible filmkonverteringsoperasjoner.
- US Environmental Protection Agency (EPA).Studier av karakterisering av kommunalt fast avfall - Emballasje- og beholderanalyse.
- ISO 11607-2:2019.Emballasje for terminalt sterilisert medisinsk utstyr - Del 2: Valideringskrav for formings-, forseglings- og monteringsprosesser.
- Wiley -Journal of Applied Polymer Science- Bladkantgeometri og kuttekvalitet i polyetylenfilmkonvertering.
- INDA - Association of the Nonwoven Fabrics Industry.Tekniske standarder for fleksibel filmvikling og kjernestyring.
- Edison Welding Institute (EWI).Ultralydbinding av polyetylenfilmskjøter - Styrke- og energiytelsesstudier.
- European Chemicals Agency (ECHA).REACH-forordningen - Additiv overvåking for polyolefinfilmformuleringer.
- ASTM International.ASTM D5276 - standard testmetode for falltest av lastede beholdere; ASTM F88 - standard testmetode for tetningsstyrke for fleksible barrierematerialer; ASTM D4833 - standard testmetode for motstand av geotekstiler mot punktering.
- International Trade Center (ITC) / WTO.Tekniske retningslinjer for innkjøp for avfallshåndteringsmateriell.
