I sacchi della spazzatura sono uno dei tipi di prodotto più grandi nel mercato globale degli imballaggi morbidi. L’Associazione europea delle organizzazioni di riciclaggio della plastica stima che ogni anno nella sola Europa vengano utilizzate più di 8 milioni di tonnellate di pellicole di polietilene per la raccolta dei rifiuti domestici e commerciali. I livelli di consumo globale sono molto più alti. Alla fine della produzione di questa catena di fornitura è presente uno speciale dispositivo di conversione. Si tratta di una macchina che inserisce rotoli continui di film di polietilene in sacchi sigillati, perforati e avvolti in nuclei-e li carica in contenitori domestici e industriali. Per capire cos'è una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura e come funziona meccanicamente, dobbiamo capire come interagiscono l'estrusione della pellicola, la sigillatura di precisione, la piegatura controllata e l'avvolgimento automatico. Queste parti determinano la funzione della macchina.
Definire l'attrezzatura
A Macchina per la produzione di sacchi della spazzaturaè un sistema di conversione a valle. È alimentato da film di polietilene pre-estruso. Questa pellicola può essere una pellicola soffiata a strato singolo o una pellicola soffiata multi-strato. Oppure può essere uno schermo piatto da piegare. La macchina quindi esegue il film attraverso una serie di passaggi. Queste fasi includono la sigillatura, la perforazione, il taglio e l'avvolgimento. Il prodotto finale è una borsa finita, pronta per essere imballata e spedita. La macchina stessa non produce pellicola. Questo lavoro appartiene alla linea di produzione della linea di estrusione di film in bolla. Invece la macchina si trasforma strutturalmente. Crea una chiusura sul fondo del sacco. Permette la linea di perforazione in modo che gli utenti possano strappare un singolo sacchetto dal rotolo. Forma un sigillo a forma di stella-o un sigillo piatto, che determina come si apre la borsa e quanto peso può sostenere.
La differenza tra una membrana e una sacca è il modo in cui funziona. L'American Society for Testing and Materials (ASTM) ha uno standard chiamato D1709 per la resistenza agli urti della pellicola di polietilene. In questo standard la membrana e il sacco di conversione vengono misurati come due cose separate. Le proprietà del materiale del film e la geometria strutturale del sacchetto influiscono sulle proprietà del film. Una macchina per la produzione di sacchetti della spazzatura non modifica le proprietà del materiale della pellicola. Ma influenza in larga misura il comportamento strutturale della borsa. Si ottiene controllando la geometria, la piegatura e la precisione del taglio del sigillo.
Fasi lavorative fondamentali
Fase 1: svolgimento del film e controllo della tensione
Il processo inizia con un rotolo di film tubolare o piatto. La coclea è montata su un avvolgitore elettrico. I rotoli di pellicola utilizzati nella produzione dei sacchi per la spazzatura pesano solitamente tra 200 e 500 kg. Possono essere larghi 1.000-1.500 millimetri. Lo svolgitore deve consegnare il film alla stazione di saldatura a valle con tensione controllata. Per il polietilene a bassa densità (LDPE), la tensione è tipicamente compresa tra 15 e 40 Newton. Se la tensione è troppo elevata, la pellicola si allungherà e si restringerà. Questa si chiama scollatura. Se la tensione è troppo bassa, la pellicola si raggrinzirà e il sigillo si sposterà.
La Society of Plastics Engineers (SPE) ha un significato di riferimento tecnico per la lavorazione delle pellicole poliolefiniche. Dice che il controllo della tensione deve essere accurato a ± N. che è necessario per mantenere stabile la dimensione della pellicola. Ciò è particolarmente vero per le pellicole da 10–25 μm, che sono comuni nei sacchetti per i rifiuti domestici. Le macchine moderne sono implementate tramite feedback-a circuito chiuso basato su celle di carico. I rulli ballerini o le celle di carico misurano la tensione effettiva del nastro tra 50 e 100 volte al secondo. Lo svolgitore con servoazionamento modifica quindi la sua velocità per mantenere la tensione nel punto di impostazione. Quando il film si esaurisce, il diametro del rotolo si restringe e il braccio di leva si accorcia. Quindi il controller aumenta automaticamente la velocità in modo proporzionale. Ciò mantiene costante la tensione lineare.
Fase 2: piegatura e centratura del tassello
Se la pellicola in entrata è piatta anziché pre-intubata, a questo punto deve essere piegata per formare un tubo. Due pannelli pieghevoli laterali faranno il lavoro. Si tratta di fogli di metallo finemente formati o di polietilene ad alta-densità. Creano pieghe a soffietto verso l'interno. Le pieghe restringono la larghezza piatta e consentono inoltre di vedere le pieghe laterali sulla borsa finita. Per le pellicole pre-tubate, questo passaggio non è obbligatorio. Tuttavia, il film attraversa una sezione di appiattimento. Questa sezione garantisce che entrambi i fazzoletti abbiano la stessa profondità prima che il film entri nell'area di saldatura.
Il sistema di binari di guida utilizza sensori a ultrasuoni o ottici. Questi sensori possono vedere dove si trova la pellicola a destra e a sinistra. Lo hanno poi calibrato in tempo reale attraverso il telaio sterzante sullo svolgitore. Anche una deviazione di 2 mm può causare problemi. La guarnizione inferiore si discosterà dal centro. Ciò rende i margini di saldatura dei sacchetti irregolari. Questi sacchetti si romperanno una volta riempiti. TAPPI è l'associazione tecnica dell'industria della pasta e della carta. La sua Divisione Converting comprende anche la conversione di film polimerici. TAPPI ha indicato che la precisione della guida del bordo ±0,5 mm è standard per i dispositivi di insacco ad alta-velocità superiore a 200 giri al minuto.
Fase 3: Sigillatura del fondo
La sigillatura inferiore è la parte strutturale più importante del sacco della spazzatura. Deve essere sufficientemente stretto da evitare la fuoriuscita di rifiuti umidi. Deve inoltre essere sufficientemente robusto da sostenere il peso di una borsa piena quando questa viene tirata dalle cinghie o dal bordo superiore.
Esistono tre forme principali di sigilli:
Guarnizione piatta (o diritta). È una saldatura termica orizzontale su tutta la larghezza della borsa. Questo è il modo più semplice e veloce. Ma esercita pressione sui bordi della membrana. L'angolo acuto tra il cordone spesso e la pellicola si spezzerà sotto carico. Una ricerca pubblicata dalla Society of Plastics Engineers negli atti della conferenza ANTEC ha dimostrato che le rotture dei sacchetti rappresentano tra il 65 e il 75% della capacità del pacchetto stellare. Ciò è dovuto allo stress sui bordi del bordo di tenuta.
Sigillo a stella (o sigillo di cucitura). Le pieghe del tassello si aprono sul fondo. Il film è raccolto in asterischi o pattern di asterisco. Quindi una guarnizione circolare o curva salda tutti gli strati contemporaneamente. Questo distribuisce la pressione su molte curve, non solo su due curve. Elimina anche le tasche a fessura che catturano i liquidi in un design a tenuta piatta. Stati Uniti Uniti. L'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente (EPA) studia i rifiuti solidi urbani. Dice che la struttura sigillata a stella- è la forma principale dei sacchetti per rifiuti pesanti poiché resiste alle perdite e bilancia il supporto del carico.
C Sigillatura piegata (o con fondo-piatto). Questo è un design ibrido. Il fondo è sigillato piatto ma ha una doppia piega per creare una base a soffietto. Ciò conferisce al sacchetto un fondo piatto, che rimane nel cestino. Ma richiede una stazione di sigillatura più complessa con due barre saldanti parallele che operano a temperature leggermente diverse.
Il meccanismo di sigillatura adotta l'asta calda o il coltello rotante. Il polietilene a bassa densità (LDPE) viene mantenuto a 160–200 gradi C. La temperatura esatta dipende dallo spessore della pellicola, dall'indice di fusione della resina e dalla velocità lineare. la barra saldante preme la pellicola sul rullo di supporto in gomma siliconica per un tempo fisso di 0,15–0,4 secondi. L'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) ha adottato la norma ISO 11607-2 per gli imballaggi sterili a fine-vita utile. Questo standard sarà utilizzato per la prova della sua resistenza alla tenuta. Dice che il film di polietilene dovrebbe avere una forza di tenuta termica superiore a 5 N per 25 mm di larghezza di saldatura. Ciò può essere ottenuto dalla macchina per la produzione di sacchetti della spazzatura mantenendo la temperatura della guarnizione uniforme entro ± 5 gradi su tutta la larghezza. Questa tolleranza richiede che una termocoppia incorporata venga posizionata ogni 50 mm.
Fase 4: Perforazione e taglio
Una volta completata la saldatura del fondo, il film si sposta verso la stazione di perforazione. Qui, un coltello rotante o una lama fissa formano una linea tratteggiata. La linea consente agli utenti di strappare singoli sacchetti dalle pergamene. La perforazione doveva essere abbastanza profonda da consentire a qualcuno di aprirla con le mani. Secondo ASTM D1922, questo di solito richiede una forza di strappo di 3 -8 N per migliorare la resistenza allo strappo. Ma non può essere così profondo da poter aprire la borsa durante l'avvolgimento, il trasporto o l'uso.
L'incisione che separa un sacchetto dal successivo viene praticata contemporaneamente alla sigillatura del fondo del sacchetto successivo. O subito dopo il sigillo. Pertanto ogni ciclo di saldatura è un sacchetto completo. Le lame da taglio sono solitamente coltelli circolari rotanti. È realizzato in acciaio ad alta velocità-o in carburo di tungsteno. La lama lavora su un rullo incudine con uno spazio di controllo di 0.02 -0.05 mm. Journal of Applied Polymer Science è pubblicato da Wiley Press. I risultati mostrano che l'affilatura della lama influenza direttamente la pulizia del taglio. Una lama con un raggio inferiore a 2 μm viene tagliata in modo netto. Questo taglio netto non lascia alcun segno di strappo sulla pellicola. Ma le lame con un raggio superiore a 5 micron hanno bordi ruvidi. Quando il sacco viene caricato, questo bordo ruvido si trasforma in un cedimento della tenuta.
Fase 5: piegatura e avvolgimento del nucleo
I sacchetti finiti vengono avvolti attorno a nuclei di cartone per l'imballaggio al dettaglio. Il diametro interno di questi nuclei è solitamente di 38 mm o 76 mm. La stazione di avvolgimento deve piegare il sacchetto di stoffa secondo un determinato schema. I modelli comuni sono C o trifold. Questa piegatura rende il rullo di diametro più piccolo. Inoltre, fa sì che le singole borse escano pulite quando vengono tirate.
Una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura adotta un pannello pieghevole. La tavola si trova a monte della macchina avvolgitrice. Crea lo schema di piega richiesto, mentre la pellicola controlla la tensione. L'avvolgitore è un sistema di guida centrale. Il nucleo ruota su un albero motorizzato. All'aumentare del diametro del rullo la tensione diminuisce. Ciò impedisce che lo strato interno venga schiacciato dal peso dello strato esterno. Questo controllo della tensione rastremata è molto importante. I film flessibili per avvolgimento sono coperti anche dagli standard tecnici dell'Associazione dell'industria dei tessuti non tessuti (INDA). L'INDA afferma che il rapporto migliore è 30 30 – 50%. Ciò significa che la tensione finale dell'avvolgimento è pari al 30–50% della tensione iniziale. Questi rapporti impediscono l'espansione del rotolo e la deformazione dell'anima in un rotolo multistrato.
Per le borse tascabili, si tratta di una borsa pieghevole separata, anziché di un rotolo, con un percorso diverso. Dietro la stazione di taglio il sentiero si biforcava. Un impilatore raccoglie e conta i sacchi. La piegatrice applica quindi la modalità di piegatura finale. Quindi, metti la borsa nella scatola.
Integrazione del nastro adesivo
Molti sacchi per i rifiuti domestici sono dotati di bretelle. Questa è una stretta striscia di pellicola, solitamente larga 6 -10 mm. Corre lungo il bordo superiore della borsa, sporgendo in nodi su entrambi i lati. Aggiungere la produzione di nastri a un produttore di sacchetti della spazzatura richiede due parti aggiuntive. Il primo è un estrusore di nastro o un modulo di taglio del nastro. Ciò fa sì che il nastro adesivo della seconda pellicola si srotoli. La seconda è la stazione di legame. Questo nastro adesivo saldato a caldo o ad ultrasuoni presenta un orlo superiore e inferiore nel ciclo di saldatura.
Il metodo di incollaggio ad ultrasuoni sta diventando sempre più comune. Non necessita di adesivi. Ciò evita problemi-sensibili alla temperatura. L'Edison Welding Institute (EWI) è un materiale indipendente che si unisce al gruppo di ricerca. L'EWI ha pubblicato uno studio al riguardo. I risultati mostrano che la resistenza alla pelatura ultrasonica dei nastri in polietilene è di 12 – 18 N/25 mm. Questo valore è superiore alla soglia di 8N richiesta per una chiusura affidabile del sacco. Utilizza il 60% di energia in meno rispetto al collegamento termico dello stesso connettore.
Considerazioni sui materiali e sostenibilità
Il materiale principale dei sacchi per rifiuti è il polietilene a bassa densità (LDPE) o il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE). Il polietilene ad alta densità (HDPE) viene utilizzato per realizzare borse più sottili ed economiche. L’Agenzia europea per le sostanze chimiche (ECHA) opera ai sensi del regolamento REACH. Monitora gli additivi utilizzati nelle materie plastiche, come l'erucamide, la silice e i coloranti (nero di carbonio per i sacchetti neri e bianco di titanio per i sacchetti bianchi). Le nuove regole hanno suscitato interesse per i contenuti riciclati post-consumo (PCR). La normativa sugli imballaggi e sui rifiuti da imballaggio fissa un obiettivo di riciclaggio del 35% per gli imballaggi in plastica entro il 2030. Ciò cambia direttamente la selezione dei materiali e il modo in cui vengono gestite le macchine.
Una macchina per la produzione di sacchetti della spazzatura deve essere in grado di adattarsi alle diverse caratteristiche di flusso delle miscele PCR. Rispetto alla nuova resina, il polietilene riciclato ha un intervallo di peso molecolare più ampio e una maggiore variazione del flusso di fusione. Ciò si traduce in uno spessore del film inferiore e in un numero maggiore di particelle di gel. Si tratta di granelli di resina non fusa che possono causare problemi di tenuta. Le modifiche apportate alla macchina includono temperature di tenuta leggermente più elevate di circa + 5-10 gradi. Sono inclusi anche tempi di arresto più lunghi di circa +0.05 secondi. Devono esaminare le lame più frequentemente per eliminare lo sporco abrasivo nelle pellicole PCR.
Controllo qualità e test
Il pacchetto finito è soggetto a ispezione standard per testarne le prestazioni. I test chiave includono:
Test di caduta (ASTM D5276). Una borsa appesantita è caduta da una certa altezza. Questo imita l'impatto di essere gettato in un cestino o in un bidone. Il sacco a forma di stella- solitamente sopravvive a una caduta compresa tra 1,2 e 1,5 metri con un peso di 5 kg. Con lo stesso carico, il flat-pack cederà a 0,8–1,0 m.
Resistenza della tenuta (ASTMF88). Questo è un test di distacco della guarnizione inferiore. Misura la forza necessaria per rompere il sigillo. Il valore minimo accettabile per i sacchetti di plastica domestici è 5 N/25 mm. Il valore del pacchetto per appaltatori pesanti è 12 N/25 mm.
Resistenza alla perforazione (ASTM D4833). Questo misura la forza necessaria per perforare la pellicola con un cono. Simula il contatto con rifiuti taglienti. I valori tipici della pellicola LDPE da 15 – 25 μm erano 5-15 N.
L'International Trade Center (ITC) è un'agenzia congiunta delle Nazioni Unite e dell'Organizzazione mondiale del commercio. ITC ha incluso questi metodi di prova nella sua guida tecnica sugli appalti per le forniture per la gestione dei rifiuti. Queste guide sono a disposizione degli acquirenti cittadini e istituzionali. Ciò garantisce che le borse realizzate a macchina-soddisfino gli standard di prestazione del contratto prima della spedizione.
Conclusione
Una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura è un sistema di conversione a più-fasi. Il suo compito principale è trasformare il film di polietilene continuo in sacchetti sigillati, perforati e avvolti. Questo lavoro dipende dalla precisa coordinazione delle tensioni di svolgimento, delle pieghe, delle sigillature termiche, del taglio della perforazione e dell'arricciatura delle forme geometriche. Le prestazioni della macchina non si misurano solo in base alla velocità di produzione: l'impostazione standard è generalmente di 150–250 cicli al minuto. Può anche essere misurato dalla resistenza strutturale delle borse realizzate. Questa resistenza dipende dall'uniformità della temperatura della guarnizione, dall'affilatura della lama, dalla profondità della perforazione e dalla distribuzione dello stress lungo tutto il modello di sigillatura. Con le nuove regole, i trasformatori passeranno ai film riciclabili, i sistemi di raccolta differenziata richiederanno più tipologie di sacchetti e la capacità delle macchine di gestire materiali diversi mantenendo la qualità di saldatura e taglio avrà un impatto crescente sul loro valore produttivo
Riferimenti
- Associazione europea delle organizzazioni di riciclaggio e recupero della plastica (EPRO).Statistiche del mercato europeo del riciclo della plastica e analisi del flusso dei materiali.
- ASTM Internazionale.Metodi di prova standard ASTM D1709 - per la resistenza agli urti della pellicola plastica mediante il metodo del dardo a caduta libera.
- Società degli ingegneri delle materie plastiche (SPE).Riferimento tecnico sulla lavorazione delle pellicole poliolefinicheEAtti della conferenza ANTEC - Geometria della sigillatura e prestazioni di carico nei sacchi per rifiuti.
- Divisione Converting TAPPI.Linee guida tecniche per le operazioni di conversione di film flessibili.
- Agenzia statunitense per la protezione dell'ambiente (EPA).Studi sulla caratterizzazione dei rifiuti solidi urbani - Analisi degli imballaggi e dei contenitori.
- ISO 11607-2:2019.Imballaggio per dispositivi medici sterilizzati terminalmente - Parte 2: requisiti di convalida per i processi di formatura, sigillatura e assemblaggio.
- Wiley -Giornale di scienza applicata dei polimeri- Geometria del bordo della lama e qualità di taglio nella conversione di pellicole di polietilene.
- INDA - Associazione dell'industria dei tessuti non tessuti.Norme tecniche per l'avvolgimento di film flessibili e la gestione delle anime.
- Edison Istituto di saldatura (EWI).Incollaggio ad ultrasuoni di giunti di pellicole di polietilene - Studi sulla resistenza e sulle prestazioni energetiche.
- Agenzia europea per le sostanze chimiche (ECHA).Regolamento REACH - Monitoraggio degli additivi per formulazioni di film poliolefinici.
- ASTM Internazionale.Metodo di prova standard ASTM D5276 - per la prova di caduta dei contenitori caricati; Metodo di prova standard ASTM F88 - per la resistenza della tenuta dei materiali barriera flessibili; Metodo di prova standard ASTM D4833 - per la resistenza del geotessile alla perforazione.
- Centro commerciale internazionale (ITC)/OMC.Linee guida tecniche per l'approvvigionamento di forniture per la gestione dei rifiuti.
