ما الفرق بين آلات صنع الأكياس HDPE وLDPE؟

البولي إيثيلين هو المادة الأكثر شيوعًا في العبوات الناعمة. ولكن ليس كل البولي ايثيلين هو نفسه. والآلات التي تعالجها مختلفة. يرتبط البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) كيميائيًا. ولكن عندما يتعلق الأمر بالمعالجة، فإنهما يتصرفان بشكل مختلف. وتعكس الآلات المستخدمة لصنع الأكياس متطلبات الحرارة المختلفة وبنية الغشاء ومتطلبات المنتج النهائي. بالنسبة لمهندسي التعبئة والتغليف ومديري المصانع وفرق المشتريات الذين يبحثون عن المعدات، من المهم أن نفهم بالضبط ما الذي يميز HDPE عن LDPE ولماذا، وذلك من أجل القيام بالاستثمارات الصحيحة.

الفرق المادي: لماذا يدفع تصميم الآلة

قبل النظر إلى الآلة، يجب أن تكون فروق المواد واضحة. كل اختلاف ميكانيكي بين أنواع الآلات يأتي من الخواص الفيزيائية للبوليمر.

HDPE (البولي إيثيلين عالي الكثافة بكثافة 0.941-0.965 جم / سم 3) عبارة عن بوليمر خطي له فروع جانبية قليلة. هذا التركيب الجزيئي المحكم يمنحه الخصائص التالية:

• قوة شد عالية بالنسبة لسمكها
• نقطة انصهار أعلى (~130-135 درجة)
• فيلم أكثر صلابة بسماكة متساوية
• نافذة مانعة للتسرب-تضيق الحرارة
• شفافة إلى مظهر معتم
• مقاومة ممتازة للرطوبة والمواد الكيميائية

يتم إنتاج البولي إيثيلين منخفض الكثافة- (LDPE بكثافة 0.910 - 0.940 جم/سم3) بطرق الضغط العالي-. وقد أدى هذا إلى عدد كبير من المتفرعة السلسلة.

هذا الهيكل يعطي هذه النتائج:

• قوة شد أقل بنفس السُمك (لذلك تحتاج إلى طبقة أكثر سمكًا لنفس الحمل)
• نقطة انصهار أقل (~105-115 درجة)
• فيلم أكثر ليونة ومرونة
• نطاق درجة حرارة أوسع لختم الحرارة
• مظهر أكثر وضوحًا ولمعانًا
• تمتد أعلى قبل الكسر

هذه الاختلافات كبيرة. لقد قاموا بضبط درجة حرارة الختم، ومتطلبات التبريد، ومعالجة الغشاء، وقوة القطع، وتصميم خط إنتاج أكياس الماكينة بالكامل.

الاختلافات الرئيسية بين الماكينة: مقارنة فنية

1. نظام الختم: درجة الحرارة ومدة البقاء

وهذا هو الفرق الأساسي بين الجهازين.

يجب أن تحافظ حقيبة HDPE على درجة حرارة الختم بين 140 درجة و200 درجة مئوية. ويعتمد هذا على سمك الفيلم وسرعة الخط. يحتوي HDPE على نافذة إغلاق ضيقة، عادة ما تكون بين ختم ضعيف وطبقة متفحمة تبلغ ± 5 درجة مئوية. وهذا يتطلب حرارة موحدة جدًا من خلال عرض الختم. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة غير المتساوية إلى إضعاف الأختام في المناطق الباردة وحرقها في المناطق الأكثر دفئًا. هذا هو السبب في أن قضبان الختم HDPE عادةً ما تحتوي على:

• سخانات خرطوشة عالية الكثافة-تحتوي على عدة مناطق تسخين يتم التحكم فيها بشكل منفصل
• استبدل المزدوجات الحرارية بأجهزة استشعار درجة الحرارة ذات المقاومة البلاتينية (Pt100 أو Pt1000) لتحسين الدقة
• وقت إقامة أقصر (لأن HDPE يتبلور بشكل أسرع) لمنع ارتفاع درجة الحرارة
• نطاق درجة حرارة الختم لآلة LDPE هو 100-150 درجة. مداها واسع (+ -10 -15 درجة). وهذا يجعل أنظمة التدفئة أكثر بساطة، ويبقى لفترة أطول، وله ضغط حراري أقل على الختم.

2. نظام التبريد

يتصلب HDPE بشكل أسرع عند تبريده من LDPE. ومع ذلك، بعد الختم، يلزم التبريد المتحكم فيه للحفاظ على شكل الختم ومنع الفيلم من الانحناء. تتميز آلات تعبئة HDPE بشكل عام بالخصائص التالية:

• تركيب قضبان تبريد الهواء الإلزامية مباشرة بعد محطات الختم
• في الآلات-عالية السرعة، يمكن لقضبان الضغط المبردة بالماء-تبريد المناطق المغلقة وتسويتها في نفس الوقت
• يتحرك الحزام الناقل بشكل أسرع، ويأخذ الحرارة من منطقة الختم.

يمكن استخدام آلات LDPE لتبريد الهواء البسيط أو أنظمة الهواء القسري خفيفة الوزن. يمكن للفيلم الناعم التعامل مع الحرارة بعد الختم دون تغيير الشكل.

3. تغذية الفيلم والتحكم في التوتر

البولي إيثيلين عالي الكثافة- (فيلم HDPE أصلب وأرق (أكياس البيع بالتجزئة عادة ما تكون 10 -25 ميكرون). وهو أكثر حساسية لشد وحدة التغذية من البولي إيثيلين منخفض الكثافة. يمكن أن يؤدي الشد الزائد إلى تمدد الغشاء أو تمزيقه. ويؤدي الشد القليل جدًا إلى مشاكل التتبع وأخطاء المحاذاة. تتم معالجة أكياس HDPE كما يلي:

• أنظمة لفة الرقص مع أذرع شد زنبركية أو مكيفة بالهواء-. يمكنها ضبط قطر لفة الفيلم في الوقت الفعلي.
• أنظمة الكبح الدقيقة لنظام الفرامل (محرك مؤازر أو التحكم في فرامل التباطؤ). هذه أفضل من مكابح الاحتكاك البسيطة التي تعمل عادةً في LDPE.
• أنظمة EPC (التحكم في موضع الحافة). يستخدمون أجهزة استشعار بصرية أو فوق صوتية للحفاظ على الفيلم ضمن ± 0.5 مم بسرعة عالية.

تكون أفلام LDPE أكثر ليونة وأكثر سمكًا عادةً (20 -100 ميكرون). وهو أكثر تحملاً للتغيرات العصبية. تعمل مكابح الراقصات الزنبركية القياسية والاحتكاك بشكل جيد مع معظم تطبيقات LDPE.

4. آلية القطع

تعمل آلة القطع بشكل مختلف لكل مادة.

يتم قطع فيلم HDPE بشكل نظيف باستخدام الأسلاك الساخنة أو أنظمة السكين الساخنة. الأسلاك تذوب بسرعة في الفيلم. اترك أيضًا حافة محكمة الغلق في أسفل وأمام الكيس التالي. يعد إجراء الختم لهذه المجموعة أمرًا شائعًا في إنتاج أكياس القمصان-. وهي تستخدم أساسا لHDPE.

عادةً ما يتم قطع أفلام LDPE باستخدام نظام الشفرات الباردة (القص أو السحق). هذا ينطبق بشكل خاص على الأكياس المسطحة والسفلية. يمكنك قطع البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) بسلك ساخن، ولكنه غالبًا ما يترك السلك-مثل الشظايا عند حافة القطع. يحدث هذا لأن البولي إيثيلين منخفض الكثافة-يتدفق بشكل أكبر عند درجات حرارة عالية ويكون لزجًا.

الفرق ليس مطلقا. كلا الطريقتين لديها آلات. لكن طريقة القطع هي إحدى أسرع الطرق لتحديد ما إذا كانت الآلة مصنوعة بشكل أساسي من HDPE أو من البولي إيثيلين منخفض الكثافة-.

5. التعامل مع التثقيب والقطع-(T-إنتاج أكياس القمصان)

تُصنع حقائب القمصان-بشكل كامل تقريبًا من مادة HDPE. وذلك لأن صلابة HDPE تسمح لفتحات المقبض الهلالي بالاحتفاظ بشكلها عند حمل الحقيبة. يتعامل LDPE مع الطي والإمساك غير المريح.

يتعلق نموذج المنفعة بآلة صنع أكياس القمصان HDPE-التي يتم تزويدها بوحدة تخريم وقطع القالب-بعد الختم. تقوم المثقاب بقطع فتحة المقبض حيث يغادر كل كيس منطقة الختم. الخصائص الميكانيكية الرئيسية هي كما يلي:

آليات التثقيب عالية السرعة-، بمعدل 100-200 ضربة في الدقيقة

تصميم مثقوب من الفولاذ المقوى والقالب مع خلوص محكم (0.05-0.15 مم). يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنشاء حواف نظيفة في HDPE دون تمزق.

حركة اللكمات الهوائية أو المؤازرة-تتزامن بشكل مثالي مع حركة الفيلم.

لا تنتج ماكينات أكياس البولي إيثيلين المنخفض الكثافة (LDPE) عمومًا أكياسًا-مسطحة أو سفلية محكمة الغلق. إذا تم استخدام LDPE في حقائب اليد ذات الحلقات الناعمة- (أنواع مختلفة من حقائب اليد ذات الحلقات المربوطة أو الملحومة)، فسيتم استخدام أنظمة يدوية مختلفة. إنها ليست عملية قطع نرد-.

6. سرعة الماكينة ومعدل الإخراج

تختلف اقتصاديات الإنتاج بين نوعي الماكينات بشكل كبير:

تعمل آلات تعبئة HDPE الحديثة بسرعة عالية وتستخدم الآن أنظمة محرك مؤازر كامل. لديهم محركات مؤازرة منفصلة لدفع الغشاء، وحركة قضيب الختم، وحركة التثقيب، ومحرك الناقل. يقوم PLC المركزي بتنسيق كل هذا. يعد هذا الجدول الزمني الضيق ضروريًا لأنه عند أكثر من 150 دورة في الدقيقة، يكون أي تأخير بين دفع الفيلم والختم والختم والقطع هو ميلي ثانية فقط.

يمكن لماكينات الأكياس المسطحة LDPE- ذات المستوى المبتدئ استخدام نظام تشغيل كام بسيط للمحرك الرئيسي. وهذا ينطبق على الأوقات البطيئة والأقل تطلبًا.

أنظمة المؤازرة الكاملة أكثر تكلفة. ولكن هنا الفوائد:

7. نظام القيادة والتكامل المؤازر

تعمل آلات تعبئة HDPE الحديثة بسرعة عالية وتستخدم الآن أنظمة محرك مؤازر كامل. لديهم محركات مؤازرة منفصلة لدفع الغشاء، وحركة قضيب الختم، وحركة التثقيب، ومحرك الناقل. يقوم PLC المركزي بتنسيق كل هذا. يعد هذا الجدول الزمني الضيق ضروريًا لأنه عند أكثر من 150 دورة في الدقيقة، يكون أي تأخير بين دفع الفيلم والختم والختم والقطع هو ميلي ثانية فقط.

يمكن لماكينات الأكياس المسطحة LDPE- ذات المستوى المبتدئ استخدام نظام تشغيل كام بسيط للمحرك الرئيسي. وهذا ينطبق على الأوقات البطيئة والأقل تطلبًا.

تعمل أنظمة المؤازرة الكاملة على زيادة التكاليف، ولكنها توفر ما يلي:

• إدارة الوصفات الإلكترونية (حفظ وتحميل الإعدادات لكل منتج)
• من السهل التبديل دون تعديل ميكانيكي
• مدمج-في اكتشاف المشكلات وتسجيل الأخطاء

التعاون مع أنظمة المراقبة Industry 4.0

هل يمكن لآلة واحدة تشغيل كلا من HDPE وLDPE؟

هذا سؤال متابعة شائع-. الجواب هو: نعم، ولكن بشروط معينة.

تحتوي بعض السيارات المكشوفة على قضبان مانعة للتسرب قابلة للتبديل. يمكنك استبدال قضيب مستقيم بحقيبة LDPE مسطحة وقضيب U- بأكياس قمصان HDPE T-. لديهم أيضًا أدوات تحكم في درجة الحرارة قابلة للتعديل لتغطية كلتا المادتين. ولكن هناك مشاكل:

إن الآلة ذات الدوران 180 درجة مع التحكم الصارم في درجة الحرارة لـ HDPE سوف تتمتع بقدرة تسخين أكبر مما يتطلبه LDPE. وهذا يضيف إلى التكلفة.

قد لا تتمتع الآلات المصممة لنطاق الختم الأوسع من LDPE بدقة درجة الحرارة أو التثقيب المطلوب لأكياس القمصان HDPE T-.

غالبًا ما يؤدي تشغيل البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) على معدات البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) إلى ضعف جودة الختم وزيادة النفايات وتآكل الأدوات بشكل أسرع.

نصيحة عملية: اختر المكونات الرئيسية أولاً. ثم تحقق مما إذا كان بإمكانك أيضًا تشغيل مواد أخرى مع خسائر أداء مقبولة. لا ينبغي أن تكون قابلية التحويل هي المطلب الرئيسي دون التحقق من بيانات الإنتاج الفعلية لكلا الطرازين.

الاختيار بين أنواع الآلات: إطار القرار

السياق التنظيمي والمعايير

• يجب على كلا الجهازين إنتاج أكياس تلبي معايير السوق الخاصة بهما:
• ISO 4591 -قياس متوسط ​​سمك الفيلم والصفائح البلاستيكية
• ASTM D882 -قوة الشد للأغطية البلاستيكية الرقيقة لكل من أكياس HDPE وLDPE)
• EN 13432 -قواعد التغليف التي يمكن تحويلها إلى سماد وتحلل (عندما تطالب بقابلية إعادة التدوير)

ملخص

الفرق بين آلة صنع الأكياس HDPE وآلة LDPE لا يتعلق فقط بإعدادات درجة الحرارة. إنه يوضح أسلوبًا مختلفًا تمامًا لتغذية الفيلم، ودقة الختم، وطرق القطع، وتكامل القطع بالقالب-، وتصميم نظام التشغيل. آلات HDPE هي أدوات دقيقة. إنها مصنوعة لمعالجة مادة صلبة ضمن نطاق تشغيل ضيق وبسرعات عالية. آلات LDPE أكثر تسامحا. إنها تعمل مع مجموعة واسعة من أنواع الأكياس وأحجام الإنتاج.
بالنسبة لأي عملية تعبئة وتغليف تتعلق بالمعدات، يجب أن تبدأ بفكرة واضحة عن نوع الكيس، ومواد الفيلم الرئيسية، وكمية الإنتاج، واحتياجات الجودة - قبل مقارنة أي آلات. تعد مطابقة تصميم الماكينة مع سلوك المادة هو العامل الوحيد الأكثر أهمية للحصول على جودة متسقة للأكياس وتكاليف إنتاج جيدة.

مراجع:

• بريدسون، جورجيا – المواد البلاستيكية، الطبعة السابعة، بتروورث -هاينمان (إلسفير)، 1999
• هاربر، كاليفورنيا – دليل تقنيات البلاستيك، ماكجرو -هيل، 2006
• روساتو، دي في وروساتو إم جي – دليل تكنولوجيا البلاستيك، الطبعة الرابعة، مطبعة اتفاقية حقوق الطفل، 2006
• جلانفيل، AB – كتاب بيانات مهندس البلاستيك، منشورات الهندسة الميكانيكية، 1993
• ASTM D882-18 – طريقة الاختبار القياسية لخصائص الشد للصفائح البلاستيكية الرقيقة، ASTM International
• ISO 4591:1992 - البلاستيك - الأفلام والألواح - تحديد متوسط ​​السمك، المنظمة الدولية للمعايير