Parâmetros principais de selagem em uma máquina horizontal FFS
Temperaturas de selagem térmica: selagem versus danos
As temperaturas de selagem térmica determinam a selagem adequada sem danificar o material do filme da máquina horizontal de formar, encher e selar. Quando as temperaturas estão muito altas, os polímeros começam a se degradar, resultando em costuras queimadas. Quando o calor é insuficiente, a fusão do filme será inadequada, gerando um ponto fraco no filme que pode vazar. A maioria dos filmes de poliolefina, como LDPE e CPP, apresenta o melhor desempenho de selagem entre 120 e 150 graus Celsius. Para laminados à base de PET, as temperaturas devem ser aumentadas para uma faixa entre 140 e 170 graus Celsius. Os filmes de PET são mais difíceis de aquecer e exigem mais tempo para atingir a temperatura desejada. Pequenas variações na temperatura são essenciais para garantir uma selagem consistente. Os equipamentos mais recentes, que incorporam sensores infravermelhos, conseguem estabilizar a temperatura com uma precisão de ±2 graus. Isso está associado a uma redução acentuada nas falhas de selagem quando o equipamento opera em alta velocidade.
Barras de selagem e contato uniforme em todas as barras
Alcançar um contato uniforme com todas as barras de vedação é importante para garantir uma adesão uniforme e eliminar bolsas de ar. Muitas máquinas horizontais FFS operam a 40–60 psi, mas materiais laminados (especialmente os que contêm alumínio) exigem que os operadores ajustem as máquinas com pressões 25 % superiores, devido às superfícies irregulares e à necessidade de um diferencial de pressão para obter o contato necessário ao derretimento das camadas. Limitações mecânicas podem comprometer essa pressão, e folgas entre as mordentes de vedação podem reduzir a pressão nas superfícies de vedação em 15 % ou mais, resultando em selagens inadequadas. Níveis mais elevados de uniformidade e automação são características de máquinas mais modernas, com compensação dinâmica da placa de pressão e nivelamento a laser, de modo que, em velocidades mais altas (por exemplo, 120 ppm), a pressão de vedação varia em 5 % ou menos ao longo da largura da zona de vedação.
Tempo gasto na vedação: coordenação com a velocidade da máquina horizontal FFS e com a zona de permanência do filme
O momento e a data em que as forças de selagem são aplicadas são específicos. A janela ativa de forças de selagem geradas por calor e pressão depende da taxa de fluxo da linha de produção. Com filmes padrão, a uma velocidade operacional de aproximadamente 30 metros por minuto, normalmente alcançamos a ligação ideal na faixa de 0,8 a 1,2 segundos. No entanto, os tempos de permanência da selagem em velocidades de linha superiores a 50 m/min devem ser reduzidos ainda mais para evitar superaquecimento. Para resolver esse problema, são instaladas no sistema seções especiais de resfriamento capazes de dissipar o calor da selagem em menos de 1/3 de segundo. O tipo de filme também tem um impacto significativo. O polietileno simples funde-se aproximadamente 30% mais rapidamente do que as estruturas laminadas de filme PET/AL/PE. Portanto, os ajustes realizados pelos operadores devem ser feitos com maior precisão para evitar tanto selagens excessivamente fracas quanto selagens excessivamente fortes.
Diagnóstico e Correção de Problemas de Selagem em Máquinas Horizontais FFS
Diagnosticando e corrigindo problemas de vedação com base em desvios dos parâmetros de vedação
Com base na experiência, problemas de vedação indicam um problema recorrente com os parâmetros do processo. Uma vedação fraca resulta de pressão e temperatura insuficientes de vedação, o que impede a fusão das cadeias poliméricas. Vedação incompleta é causada por distribuição irregular de temperatura, tempo de permanência inadequado da máquina e espessura excessiva do filme. Pontos quentes e frios também provocam formação irregular da vedação. Uma superfície de vedação queimada é aquela descolorida, frágil ou preta devido à temperatura excessiva e à deposição de carbono proveniente de contato prolongado durante a vedação. Aproximadamente dois terços dos problemas de vedação relatados no relatório de defeitos de embalagem do ano anterior são atribuídos aos problemas mencionados acima. O primeiro passo para definir o problema é verificar:
A calibração dos termopares em todas as mordentes de vedação
A distribuição uniforme da pressão do filme de impressão
Ciclos de tempo para auditorias alinhados com as especificações da zona de permanência do filme
Para ajustes incrementais de temperatura e pressão (±5 graus e ±10%, respectivamente), realize, após cada etapa, uma observação da resposta do filme. Manter registros contínuos de cada parâmetro reduz o tempo médio de solução de problemas em 40% em comparação com ajustes reativos.
Parâmetros de Diferentes Filmes de Embalagem Aplicáveis a Máquinas Horizontais FFS
LDPE, CPP, laminados PET/AL/PE e filmes de material único: perfis de resposta térmica e mecânica
Qual tecnologia de vedação utilizar depende de como os filmes reagem à vedação. Como ilustração, os filmes de LDPE vedam em temperaturas de aproximadamente 105 a 115 graus Celsius, portanto executamos as vedações entre 110 e 150 °C. Contudo, deve-se ter cuidado com a pressão de vedação: pressão excessiva cria canais, resultando em fraqueza da vedação. Os filmes de CPP exigem vedação em temperaturas de 140 a 170 °C, o que é certamente mais quente do que o LDPE, e possuem um tempo de vedação mais curto. Isso é especialmente útil em aplicações de vedação nas quais a transparência é importante devido à vedação. A vedação de laminados PET/AL/PE também é desafiadora. O motivo é que a camada de alumínio isola as camadas internas do calor, sendo necessário, portanto, cerca de 10 a 15% mais calor do que o normal para vedar as camadas. No entanto, deve-se ter cuidado para não aplicar calor excessivo, pois isso pode causar a deslaminação das camadas em vez de vedá-las. Algumas empresas também adotaram novas estruturas fabricadas integralmente com materiais de PE, o que também melhora a reciclabilidade.
Essas alternativas funcionam adequadamente; no entanto, exigem um controle preciso de temperatura, pressão e tempo para atingirem resistência e capacidades protetoras semelhantes às dos laminados convencionais. Consulte sempre o fabricante do filme antes de alterar as configurações do seu equipamento. Diferenças mínimas são fundamentais; por exemplo, uma variação de 5 mícrons na espessura pode alterar as configurações ideais em 8 a 12 por cento.
Ajustes dos Parâmetros da Máquina Horizontal FFS com Variáveis do Mundo Real
Ajustes em relação à temperatura, umidade e deriva de tração do filme.
Garantido contra uma grande variedade de fatores mecânicos e ambientais, a qualidade da vedação está sujeita a variações. Dadas flutuações de temperatura de aproximadamente ±5 graus Celsius, a viscosidade do filme pode variar entre 12% e 18%. Consequentemente, o fluxo de 'fusão' exige um ajuste de ~±2 graus. Além disso, com um nível de umidade superior a 60% de umidade relativa, ocorre uma redução significativa de 15% na eficiência térmica. Esse problema pode ser resolvido pelo operador, que pode aumentar o tempo de permanência em 0,1 segundo para cada 10% de umidade relativa ou, simplesmente, elevar ligeiramente o ponto de ajuste da temperatura. Adicionalmente, um alinhamento defeituoso do rolo pode causar variação na tração do filme, resultando em um sistema de transporte mal alinhado, o que gera rugas capazes de provocar falha na vedação em 1 de cada 4 embalagens. Esses problemas podem ser resolvidos ao envolver os sistemas automatizados com sensores infravermelhos em tempo real e controladores de tração em malha fechada.
Desenvolver curvas de correção com base no desempenho do filme em resposta a diversos lotes de filme e condições ambientais; as curvas de correção seriam mais eficazes do que métodos teóricos para garantir um desempenho consistente em todos os lotes de filme, condições ambientais e turnos, bem como em todos os lotes de filme.
Seção de Perguntas Frequentes
Como a temperatura de selagem térmica afeta a integridade do filme?
A selagem deve ser realizada na temperatura adequada da superfície de selagem. Se a temperatura for muito alta, o polímero começa a se degradar e a solda é queimada. Se a temperatura for muito baixa, forma-se uma área fraca na solda. A maioria dos filmes de poliolefina selam entre 120 e 150 graus Celsius.
Por que a pressão de selagem é importante?
Para garantir a adesão adequada das camadas adesivas, a pressão de vedação é essencial, especialmente para o laminado, a fim de criar um contato uniforme ao longo da vedação e eliminar todos os bolsões de ar.
Qual é o papel do tempo de permanência na vedação?
O tempo de permanência na vedação é o período durante o qual a vedação é submetida ao calor e à pressão; esse tempo deve ser coordenado com a velocidade da máquina e controlado com precisão para obter uma vedação com a resistência desejada. Se for permitido um tempo excessivo, a vedação ficará fraca. Se for permitido um tempo insuficiente, a vedação será inadequada.