Как машина для наполнения и герметизации пакетов с носиком обеспечивает безопасность герметизации?

Для машин для наполнения и герметизации пакетов с носиком существуют три основных метода герметизации, каждый из которых имеет свои особенности в плане безопасности, совместимости с материалами и температурных режимов. Термогерметизация разрушает, создаёт и соединяет полимерные слои под действием постоянного нагрева, обеспечивая их сплавление. Хотя этот метод отличается высокой скоростью и относительно большой производительностью, он может повредить чувствительные слои в ламинированных материалах. Импульсная герметизация, как и термогерметизация, осуществляется импульсами. Однако при этом температура снижается, что позволяет сохранить структуру материала. Этот метод хорошо подходит для материалов, таких как металлизированный ПЭТ и медицинские ламинаты с функцией отслаивания, однако он значительно замедляет производство. Ультразвуковая герметизация, напротив, генерирует тепло за счёт вибрации. При этом исключаются проблемы, связанные с внешним нагревом, однако оператору необходимо тщательно подобрать параметры процесса: неправильная амплитуда может привести к повреждению носиков или образованию слабых швов.

Метод герметизации — надёжность шва — предельные значения — совместимость с материалами — пропускная способность — скорость

Тепловая герметизация, умеренный нагрев (80–100 фунт-сила/кв. дюйм), полиэтилен, фольга, 50–80 пакетов/мин
Импульсная герметизация, высокий нагрев (100–120 фунт-сила/кв. дюйм), термочувствительные плёнки, 30–50 пакетов/мин
Ультразвуковая герметизация, максимальный нагрев (120–150 фунт-сила/кв. дюйм), асептические и ретортные материалы, 40–70 пакетов/мин

Выбор соответствующей технологии герметизации критически важен для каждого применения. Тепловая герметизация является оптимальным решением для массовой упаковки пищевых продуктов, поскольку она обеспечивает требуемую скорость и стабилизирует ламинаты. При упаковке фармацевтических препаратов и клинических питательных средств, где контроль уровня энергии имеет решающее значение, обычно предпочтительнее импульсная герметизация. В случаях, когда требуется герметизация стерильных жидкостей с полным закрытием шва, отсутствием теплового воздействия и абсолютной герметичностью, наилучшим выбором является ультразвуковая герметизация. Согласно отчёту ASTM, не менее 15 % случаев неудачной герметизации обусловлены применением неподходящей технологии герметизации для используемых материалов. Это подчёркивает необходимость проведения испытаний герметизации до приобретения оборудования для промышленного производства.

Почему чрезмерная герметизация снижает безопасность: деформация носика, микротрещины и пороги целостности уплотнения

Чрезмерная герметизация вызывает функциональные проблемы безопасности. К таким проблемам относятся резкие изменения температуры и давления или слишком длительное время процесса герметизации. Если температура превышает температуру стеклования пластиковых уплотнений более чем на 30 °C, начинается деформация носика. Это приводит к смещению крышки, в результате чего уплотнение нарушается и возникает риск протечек. Воздействие тепла может привести к разрыву полимерных цепей и образованию микротрещин, которые невозможно обнаружить без специального оборудования. Ускоренные испытания старения показали, что микротрещины расширяются под действием внутреннего давления. В течение 6 недель после герметизации у продукции проявляются видимые признаки протечек.

Определение безопасных эксплуатационных пределов включает такие факторы, как целостность уплотнения. Например, носик из полипропилена может начать деформироваться при давлении зажима 0,8 МПа, а многослойные фольгированные ламинаты начинают расслаиваться при герметизации при температурах выше 150 °C. Для решения этих задач современные системы используют замкнутую систему управления процессом. В процессе герметизации датчики реального времени измеряют, в частности, точность центровки носика при герметизации, индекс плавления материалов для герметизации и температуру на протяжении всего процесса. Эти датчики регулируют корректировку температуры таким образом, чтобы прочность герметичного соединения всегда поддерживалась в пределах заданного целевого значения. Целевое значение определяется на основе предварительных испытаний и может варьироваться в пределах ±5 % от целевого значения прочности герметичного соединения (результаты испытаний). Такой уровень контроля позволяет избежать проблем недогерметизации (которая может привести к утечкам) и перегерметизации (которая может ослабить структуру герметичного соединения). Производители могут обеспечивать стабильность качества продукции даже при изменении исходных материалов и колебаниях температуры в цехе.

Проверка герметичности и целостности крышки в реальном времени для обеспечения безопасности продукции
Тестирование на снижение вакуума (ASTM F2338-22), интегрированное в рабочий процесс машины для наполнения и закупорки пакетов с носиком

Испытание на снижение вакуума (ASTM F2338-22) интегрировано в оборудование на станциях герметизации, что позволяет проверять целостность уплотнения без разрушения образца. После того как запечатанные пакеты с носиком подвергаются контролируемому испытанию на снижение вакуума (давления), система обнаруживает наличие даже самых мелких утечек — размером всего в несколько микрон — за счёт регистрации изменения давления высокоточным преобразователем. Система также в режиме реального времени выявляет и регистрирует такие проблемы, как неполное уплотнение, производственные дефекты и некачественное соединение носика с пакетом. Кроме того, оборудование сохраняет стерильную целостность упаковки и производственной линии, удаляя бракованные пакеты до операции установки крышки. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) признаёт испытание на снижение вакуума неразрушающим методом. Поэтому неудивительно, что компании стремятся к достижению нулевого уровня дефектов при производстве стерильной и пищевой продукции. Данный метод способствует предотвращению отзывов продукции и обеспечивает соответствие строгим требованиям раздела 21 CFR Part 117 и стандарта ISO 11607.

Закручивание с контролем крутящего момента и мониторингом по статистическому контролю процесса (SPC) для обеспечения надёжной активации контрольной пломбы

Технология укупорки и герметизации была усовершенствована за счёт внедрения СПУ (статистического управления процессами). Благодаря СПУ контроль крутящего момента обеспечивает последовательное приложение заданного значения крутящего момента к каждой крышке, что позволяет крышке и уплотнительной ленте выполнять свои функции — предотвращение утечек и обеспечение защиты от несанкционированного вскрытия — на каждой упаковке. В ходе цикла укупорки захватный механизм навинчивает крышку, в то время как датчики (тензометрические ячейки) измеряют крутящий момент, прикладываемый к крышке. Эти высокоточные (и воспроизводимые) системы СПУ измеряют величину крутящего момента, прикладываемого к крышке, и регулируют процесс её навинчивания в пределах заданного «целевого» диапазона. Системы СПУ измеряют крутящий момент и регулируют процесс навинчивания крышки в пределах заданного «целевого» диапазона. При недостаточно плотном закручивании крышки возможно возникновение утечек; при чрезмерно плотном закручивании возможны повреждения крышки (например, разрыв уплотнительной ленты или повреждение носика). Системы СПУ контролируют величину крутящего момента не только при навинчивании крышек, но и при деформации уплотнительной ленты. Для продукции, требующей разрушения защитных лент при первом вскрытии (например, крышки с защитой от детей в соответствии со стандартом CFR 1700.20), необходимо, чтобы такие ленты разрушались именно при первом открытии.

Самое примечательное заключается в том, что SPC позволила снизить колебания крутящего момента более чем на 70 %. Это приводит к улучшению эксплуатационных характеристик даже при смене производственных смен или переходе между партиями продукции. Для персонала, отвечающего за техническое обслуживание, анализ таких тенденций позволяет заблаговременно определить момент, когда оборудование требует повторной калибровки, тем самым снижая частоту незапланированных простоев, нарушающих рабочий процесс.

Автоматические машины для наполнения и герметизации пакетов с насадкой, защищённые от несанкционированного вскрытия и детские упаковки

Современные автоматизированные машины для наполнения и герметизации пакетов с носиком оснащены интегрированными системами обеспечения детской защиты и защиты от вскрытия. По мере наполнения и запечатывания пакетов такие машины мгновенно активируют все функции безопасности закрытых пакетов. К ним относятся установка разрывных колец, точное позиционирование полосок для разрыва и активация устройства детской защиты типа «нажать и повернуть». Для реализации функций детской защиты используются сервоприводы, позволяющие определять толщину материала пакета и точное положение носика, чтобы приложить необходимое усилие. Некоторые машины также оснащаются системами технического зрения для подтверждения правильного выравнивания компонентов. Такие машины способны обрабатывать и обеспечивать наличие функций безопасности более чем для 50 пакетов в минуту. Эта система устраняет необходимость индивидуального визуального контроля пакетов работниками и минимизирует ручное вмешательство при работе с пакетами с носиком, одновременно гарантируя своевременное срабатывание всех функций безопасности.

Независимо от типа конфигурации носика — включая угловые установки, верхние уплотнители и даже перевёрнутые дозаторы — не требуется никаких специальных настроек, в том числе специальных инструментов. Справиться с этой задачей позволяет адаптивность инструмента на конце манипулятора в сочетании с технологией программируемых сервопрофилей. Когда в реальном времени осуществляется контроль крутящего момента и снижения вакуума, совмещённый с вышеуказанными решениями, проблемы безопасности при упаковке сокращаются на 32 % согласно отчётам аудита за 2023 год. Что особенно важно, всё оборудование соответствует международным стандартам, включая стандарт CFR 1700.20, предотвращающий открытие упаковки детьми, стандарт ISO 8317, допускающий повторное закрытие упаковки после вскрытия, и стандарт ASTM D3475, касающийся видимости «нарушения герметичности» на упаковке. Такое соответствие стандартам позволяет нам немедленно продавать продукцию в Северной Америке, Европе и странах Азиатско-Тихоокеанского региона без каких-либо дополнительных документов.

Часто задаваемые вопросы

Какие основные методы герметизации используются в машинах для наполнения и закупорки пакетов с носиком? Основные методы герметизации включают термогерметизацию, импульсную герметизацию и ультразвуковую герметизацию; каждый из них обладает уникальными преимуществами, что делает его подходящим для определённых типов материалов.

Почему чрезмерная герметизация является проблемой? Чрезмерная герметизация может стать проблемой, поскольку она вызывает деформацию носиков, образование мелких трещин и даже ослабление герметичности, что приводит к утечкам и проблемам безопасности.

Какие стандарты применяются к машинам для наполнения и закупорки пакетов с носиком? К таким машинам применяются стандарты ASTM F2338-22 (испытание методом снижения вакуума), 21 CFR Part 117, ISO 11607 (регламентирующий стерилизацию средств детской защиты) и CFR 1700.20.