Какие типы пленок может обрабатывать вертикальная машина FFS?

Основные монолитные пленки: разновидности полиэтилена и их совместимость с вертикальными машинами FFS

ПНД, ЛПЭНД и ПВД — температура начала герметизации, прочность расплава и стабильность формирования трубки

LDPE, LLDPE и HDPE представляют собой основные типы однослойных плёнок, используемых в вертикальных машинах формовки-заполнения-герметизации, каждый из которых обладает уникальными характеристиками герметизации и структурной прочности, а также совместимостью с компонентами машины, проявляющейся по-разному. Начиная с LDPE, у него относительно низкие температуры начала герметизации — 110–120 °C, что обеспечивает быструю герметизацию бокового шва и снижение энергопотребления. Кроме того, высокая прочность расплава LDPE минимизирует провисание и деформацию при формировании трубок, сохраняя стабильную форму пакетов на протяжении всего производственного цикла. Что касается LLDPE, он обладает беспрецедентной стойкостью к проколам и гибкостью при механических нагрузках. Однако при работе с ним требуется особая осторожность при установке рабочего натяжения, поскольку прочность расплава LLDPE ниже, чем у LDPE. Наконец, HDPE является наилучшим выбором с точки зрения обеспечения повышенной жёсткости упаковки и защиты от всех видов внешних механических воздействий.

Недостатком является то, что HDPE — это термопластик для герметизации при высоких температурах, требующий температур в диапазоне 140–160 °C; при этом контроль температуры критически важен, поскольку слабые уплотнения, которые слишком легко разрушаются, являются следствием недостаточно точного температурного регулирования. Чтобы избежать деформации (коробления), морщин и уплотнений, которые неравномерно прилипают и потому практически непригодны к использованию, производителям необходимо подбирать конкретные характеристики материалов таким образом, чтобы они соответствовали ограничениям оборудования (включая габариты и конфигурацию нагревательной планки, время контакта, а также габариты формирующего воротника).

Понимание предела прочности при растяжении и сопротивления проколу при первичном формировании бортов на вертикальных автоматах FFS.

При обеспечении надежной работы вертикальных машин для формирования, наполнения и герметизации пакетов правильная герметизация зависит не только от понимания основных технических характеристик используемой пленки. Необходимо применять материал, обладающий пределом прочности при растяжении не менее 25 МПа, чтобы выдерживать вертикальные формующие усилия и предотвращать разрыв или повреждение кромок материала при быстром изготовлении трубчатых заготовок. Кроме того, важна устойчивость к проколам: требуется сопротивление проколу свыше 300 Н, чтобы исключить образование мелких проколов при наполнении продуктов с шероховатыми или острыми краями (например, риса, мюсли, корма для домашних животных). Также существенное значение имеет контролируемое удлинение под давлением. Оптимальное замедление движения и качественная герметизация достигаются при удлинении пленки всего на 5 % в момент контакта с нагревательной планкой. Это означает, что уплотнительный шов не деформируется и сохраняет правильную функциональность герметизирующих каналов. Неудивительно, что производители, чьи пленки не соответствуют этим требованиям, сталкиваются с типичными проблемами: слабыми швами, чрезмерным образованием морщин и даже протечками. На предприятиях с высокоскоростным производством и упаковкой доля брака может достигать 17 % при скорости производства более 120 пакетов/мин. Именно поэтому проведение испытаний пленки по установленным спецификациям является разумной практикой при организации производственного процесса. Такие испытания позволяют свести к минимуму простои оборудования и относятся к сфере компетенции специалистов по упаковке компании IoPP.

Ламинированные пленки с высоким барьером: использование алюминиевой фольги, бумаги и целлофана в вертикальных машинах FFS

Ламинаты на основе алюминиевой фольги — проблемы теплопроводности и регулировки нагревательных элементов (запечатывающих планок) в вертикальных машинах FFS

В ламинатах с высоким барьерным эффектом алюминиевая фольга по-прежнему обеспечивает наилучшие показатели: скорость проникновения кислорода (OTR) составляет менее 0,1 см³/м²/сутки, а скорость проникновения водяного пара (WVTR) — менее 0,01 г/м²/сутки. Благодаря таким показателям ламинаты на основе алюминиевой фольги являются обязательным компонентом при производстве кофейных пакетов, упаковки лекарств и закусок. Однако одним из основных недостатков алюминиевой фольги является её высокая теплопроводность. Это создаёт серьёзные трудности при использовании вертикальных машин для формирования, заполнения и герметизации (VFFS). Температура нагревательных элементов (запайных планок) должна быть выставлена с высокой точностью, поскольку тепло слишком быстро отводится из зоны запайки, что затрудняет формирование прочного шва. Промышленные испытания показали, что в условиях герметичной среды, если температура запайной планки отклоняется от заданной более чем на ±30 °C, или если время контакта запайной планки недостаточно, либо если давление запайной планки недостаточно (т.е. менее 40 psi), то у 20 % пакетов шов не сформируется.

Для улучшения этого производителям необходимо одновременно учитывать три ключевых параметра: контроль температуры в диапазоне от 140 до 180 градусов Цельсия, приложение давления не менее 40 psi и время закрытия пресса для герметизации — от 0,9 до 1,5 секунды. Современные машины для герметизации, оснащённые сервомоторами и системой контроля температуры в реальном времени в прессе, способны вносить корректировки «на лету», обеспечивая оптимальную целостность соединения на протяжении всего цикла производства независимо от изменений параметров.

Нестабильность подачи и контроль натяжения, вызванные влагой, на вертикальных формовочно-упаковочных автоматах (FFS) при работе с композитными материалами из бумаги и целлофана

При использовании компостируемой или перерабатываемой устойчивой упаковки вертикальные машины для формовки, заполнения и герметизации сталкиваются с трудностями при работе с композитными материалами на основе бумаги и целлофана. Вертикальные машины для формовки, заполнения и герметизации работают при относительной влажности не более 5 %. Если этот показатель превышен, бумажная основа будет расширяться или сжиматься в достаточной степени, чтобы повлиять на контроль натяжения полотна. Основа с относительной влажностью менее 5 % приведёт к заклиниванию направляющих роликов, сбоям в системе контроля натяжения полотна, а также к возникновению эксплуатационных проблем с бумагой — включая засорение и блокировку оптических регистров, увеличение частоты обрывов соединений (спайсов) и повышение частоты деформации (сплющивания) трубок на стадии формирования. Вертикальные машины для формовки, заполнения и герметизации работают наиболее эффективно в климатически контролируемых помещениях, где относительная влажность поддерживается в пределах ±2 %. Также необходимы механизмы контроля натяжения, включающие обратную связь от тензодатчиков и адаптивные сервоприводы. Упомянутые выше ролики с низким коэффициентом трения и керамическим покрытием играют ключевую роль в снижении и контроле статического электричества. Кроме того, они увеличивают срок службы кромок роликов.

Объединение всех этих решений обычно приводит к снижению проблем с дозированием примерно на 18 %, согласно недавним испытаниям на предприятиях по производству хлопьев и пищевых добавок (Технический бюллетень Ассоциации гибкой упаковки, 2023 г.).

Специализированные ориентированные пленки: БОПП и ПЭТ для прозрачности, жесткости и контролируемой термосварки

Поведение пленки БОПП — размерная стабильность при вертикальном формовании по сравнению с оптимизацией температуры начала сварки

Биаксиально ориентированный полипропилен, или БОПП (сокращённо), — это упаковочная плёнка для конечного этапа упаковки, которая формируется вертикально и требует чёткой, чистой и хорошо проработанной печати. Эти характеристики особенно важны при упаковке конфет, сушёных фруктов и пищевых добавок. Плёнки БОПП производятся по специальной технологии, обеспечивающей им высокую размерную стабильность. При температурах до 120 °C степень усадки плёнки составляет менее 1,5 %. Такая низкая усадка предотвращает деформацию или смещение пакетов при вертикальном формировании трубчатой оболочки. У плёнок БОПП также узкий диапазон температур термосваривания — от 130 до 150 °C. При превышении этого диапазона плёнка склонна к заворачиванию, швы становятся хрупкими, а возможно и расслоение. При температурах ниже указанного диапазона прочность швов может оказаться недостаточной для надёжного удержания плёнки. В отрасли сложился консенсус о том, что температуру термосваривания необходимо контролировать с высокой точностью, причём эта задача становится особенно актуальной при высокоскоростных операциях.

На упаковочных заводах выяснили, что оптимизация времени выдержки в диапазоне от 0,8 до 1,2 секунды и давления не менее 0,3 МПа позволяет сэкономить до 20 % материалов. Интеллектуальные операторы контролируют натяжение формовочного материала и поддерживают его на уровне ниже 2,5 Н/мм², чтобы избежать трещин, вызванных напряжением. Не забудьте охладить упаковку после герметизации, чтобы предотвратить образование морщин на поверхности из-за усадки.

Функциональные дополнительные элементы: замки-молнии, клапаны и барьерные слои в рабочем процессе вертикальных машин VFFS

Интеграция замков-молний и клапанов для выпуска газа — согласование положения, синхронизация и помехи при ленточном/фланцевом герметизировании на вертикальных машинах VFFS

Перезакрываемые замки-молнии и клапаны для одностороннего выпуска газа повышают функциональную ценность упаковки, однако создают новые вызовы для вертикальных формовочно-упаковочных машин (FFS). В этих случаях допуски на совмещение, не превышающие 0,3 мм, могут привести к целому ряду проблем на последующих этапах: заклиниванию трубки, искажению финишных герметизирующих швов и пакетам со слабыми швами. К счастью, появились новые технологии. Оптические датчики и сервоприводы позволяют обеспечить чрезвычайно точное позиционирование таких компонентов. Установка замков-молний и клапанов может быть синхронизирована с точностью до нескольких шагов подачи плёнки в течение одного цикла FFS. Также следует учитывать клапаны для выпуска газа. Их необходимо активировать заблаговременно — до подхода к станции наложения шва. Задержка срабатывания газовых клапанов может стать причиной сокращения срока годности обжаренного кофе и ферментированных закусок.

Еще одной проблемой, связанной с молниями, является их изготовление с неровными профилями. Неровные профили приводят к образованию небольших воздушных карманов под уплотнительными выступами, что в крайних случаях может снизить их прочность на разрыв до пятидесяти процентов. Однако изобретательные конструкторы нашли обходное решение этой проблемы. Во многих из лучших систем предусмотрены уникальные боковые каналы, которые отделяют молнии от основных зон уплотнения, а также автоматические устройства регулировки натяжения, адаптирующиеся к увеличению нагрузки и трению. Когда все эти элементы работают согласованно, система обеспечивает более плотное и полностью функциональное уплотнение для повседневного использования, а также дополнительно снижает объем упаковочных отходов примерно на пятнадцать процентов.

Часто задаваемые вопросы

Какие основные типы пленок используются в вертикальных машинах формовки-заполнения-герметизации?

Основными типами используемых пленок являются LDPE, LLDPE и HDPE, которые обладают различной прочностью при герметизации и структурной прочностью, а также отличаются совместимостью с машиной.

Почему LDPE предпочтительнее для более быстрой герметизации?

LDPE предпочтителен, поскольку он имеет относительно низкую температуру начала герметизации (110–120 °C), что ускоряет процесс герметизации бокового шва и способствует энергосбережению.

Какая минимальная прочность на разрыв требуется для надёжной герметизации бокового шва?

Плёнки должны обладать прочностью на разрыв не менее 25 МПа, чтобы сохранять вертикальную форму без разрывов, а также иметь сопротивление проколу свыше 300 Н, чтобы избежать образования отверстий при наполнении продуктом.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании ламинатов с алюминиевой фольгой на вертикальных машинах FFS?

Проводящие ламинаты с алюминиевой фольгой отводят тепло от зоны герметизации, вызывая проблемы с герметизацией, если температура и давление герметизации не контролируются с высокой точностью.