Stórmarkaðir gefa út milljónir matvörupoka á hverjum degi. Pokarnir þurfa að taka um 5 til 15 kíló af farmi. Þetta geta verið niðursuðuvörur, flöskur, ferskar vörur og frosinn matur. Handfangið má ekki rifna, rifna eða týnast þegar pokinn er borinn. Brotna pokann við afgreiðslukassann er ekkert smá vandamál. Það getur skemmt vörur, komið viðskiptavinum í uppnám og stofnað verslunum í lagalega hættu. Fyrir vikið hafa matvörukeðjur strangar kröfur um þyngd til töskubirgja sinna. Þess vegna ervél til að búa til matvörupokaverður að vera smíðaður til að veita stöðugleika og sterka frammistöðu á miklum hraða.
Þessi grein kynnir vélrænni, efnis- og ferlieiginleika nútímalegrar matarpokapokavélar, sem gerir það að verkum að þyngd matpokapokavélarinnar nær og fer yfir þyngdarstaðlinum við kaup í matvörubúðum.
Skilningur á álags-burðarkröfum í smásölugeiranum
Áður en við skiljum vélaverkfræði ættum við að vita nákvæmlega hvað stórmarkaðir þurfa. Helstu smásöluhópar nota venjulega staðlaðar prófunaraðferðir til að stilla ásættanlega pokaframmistöðu. American Society for Testing and Materials (ASTM) hefur ASTM D4649 staðalinn. Það gefur leið til að prófa burðargetu matvörupoka. Þetta á bæði við um pappír og plast. Staðallinn segir að dæmigerður matvörupoki verði að halda kyrrstöðu lóðréttu álagi upp á að minnsta kosti 8 kg í að minnsta kosti 10 sekúndur. Handföng, saumar eða botn má ekki brjóta (ASTM International, 2021).
Í reynd hafa margar stórmarkaðakeðjur hækkað sínar eigin takmarkanir. Þeir hlaða venjulega á bilinu 10 til 12 kíló. Þetta felur í sér grófa vinnslu, skarpar vörur og stöflun á meðan á flutningi stendur. Evrópustaðalinn EN með efnisreglum og úrgangsminnkun. Hins vegar sendir það upplýsingar um vélrænar prófanir til ISO (ISO) landsstaðla (European Committee for Standardization, 2020).
Þess vegna ættu pokarnir sem framleiddir eru af matarpokaframleiðandanum ekki aðeins að uppfylla þessar kröfur heldur einnig að hafa meiri öryggismörk en þessar kröfur. Þetta verður að gera fyrir hverja lotu, með litlum breytingum á milli poka.
Vélrænir eiginleikar sem ákvarða burðargetu
Botnþétting og styrking
Botninn á matvörupokanum er mest streituvaldandi svæðið. Hvort sem pokinn er flatur-botna pappírspoki eða T--skyrtupoki úr plasti, þá verður botninn að dreifa þyngd hlutarins jafnt yfir svæði hans. Avél til að búa til matvörupokaannast þessar verkfræðiaðferðir.
Fyrir matvörupoka úr pappír fellur vélin saman og festist við botn margra laga. Þetta er það sem við köllum "neðst á pokanum" eða "blokk". Neðsta mótunarstöðin heldur límmynstri til að hylja alla breidd grunnflipans. Þrýstu síðan á flipann við stilltan þrýsting og hitastig. Plastpokar verða að vera að fullu storknaðir áður en þeir fara úr vélinni. Rannsóknir í Journal of Applied Polymer Science hafa sýnt að vatns-undirstaða lím getur haft skurðstyrk á milli 4,5 og 6,0 N/cm2 á meðhöndluðum brúnum pappír. Þetta er nóg til að koma í veg fyrir að botninn sprungi við venjulegt matvöruálag (Wiley, 2019).
Fyrir plastpoka er botninnsiglið hitasoðið. Innsiglið notar blöndu af hitastigi, þrýstingi og dvalartíma til að bræða fjölliðalögin í fast tengi. Ef innsiglið er ekki lokið-yfirleitt vegna þess að hitastigið hefur ekki einu sinni farið yfir strikið-bilar saumarnir neðst. Þetta er helsta orsök brotinna plastpoka. Ný vél leysir þetta vandamál með servó-stýrðum þéttingarkerfum. Þessir skynjarar fylgjast með hitastigi í kringum stöngina í rauntíma.
Handfangsfesting og handfangsrúmfræði
Handfangið var seinni veikleikinn. Í pappírspoka getur handfangið verið hluti af pokanum (snúið eða flatt pappírshandfang) eða fest við pokann fyrir sig. Í T--skyrtupoka úr plasti er meðferðin skorin úr sömu pípulaga filmu og pokinn. Það gerir þá í eðli sínu sterkari. En aðeins ef skorið lögun dreifir þrýstingnum rétt.
Vél til að búa til matvörupokagerðir með handfangspappírspoka verða að tryggja að handfangsfestingarpunkturinn hafi nægilegt límsvæði og límþekju. Notaðu nákvæmni límbyssur eða rúllu til að bera á límmiðastöðina. Þessi límmynstur gefa mesta snertiflötinn. Þeir forðast líka of mikið lím, sem veikir nærliggjandi pappírstrefjar. Rannsókn á vegum Alþjóðasamtaka umbúðarannsóknastofnana (IAPRI) leiddi í ljós að um 63% byggingarbilunar í matvörupoka af völdum bilaðs handfangsfestingar. Rannsóknin leiddi einnig í ljós að 15% aukning á flatarmáli límingar myndi draga úr bilunartíðni um næstum 40% (IAPRI, 2022).
Fyrir plastpoka er handfangið skorið af nákvæmu móti inni í pokaframleiðandanum. Mótið verður að vera skarpt og innan ströngs sviðs. Ef myglan er sljó eða ótengd, mun lítið rif myndast við botn handfangsins. Tárin vaxa við álag, sem veldur því að handfangið smellur of snemma.
Gussetmyndun og veggheilleiki
Þéttingin er inn á við-hliðarplötur pakkninga. Þeir opna til að koma til móts við stóra verkefnið. Þeir hjálpa einnig að dreifa þyngd pokans. Ef fellingin er ekki vel mynduð myndast álagspunktur við fellinguna. Þetta getur rifið pokann meðfram brúninni.
Gusset-fellingarstöðin á avél til að búa til matvörupokanotar stillanlegar stýriplötur og servó-knúin samanbrotsblöð. Þetta mynda jafnar og skarpar hrukkur. Fyrir pappírspoka valda hrukkur ekki pappírstrefjar að sprunga. Fyrir plastpoka veldur samanbrot ekki þrýstihvítnun eða þynningu á filmunni. Fyrir mismunandi pokastærð efnisþykkt þykkt, getur vélin haldið gusset gæðum óbreytt, sem hefur bein áhrif á þyngdardreifingaráhrif poka.
Efnismeðferð og samhæfni undirlags
Burðargeta- kemur ekki frá vélrænni vélfræði eingöngu. Það fer líka eftir gæðum og gerð fóðurs. Vel-hönnuð vél getur unnið mismunandi efni en samt haldið stöðugleika í framleiðslu.
Pappírs undirlag
Matarpokavélar sem vinna með pappír verða að takast á við kraftpappír, með grunnþyngd 80 til 150 g/m2. Spennustjórnunarkerfi vélarinnar verður að halda spennu vefsins jafnt yfir alla breidd pappírsrúllunnar. Þetta kemur í veg fyrir hrukkum, liðfærslum eða rifnum við mótun. Ef spennan er of mikil mun það teygjast og veikja pappírstrefjarnar. Ef spennan er of lág munu brjóta fellingarnar ekki rétta saman og límið festist ójafnt saman.
Matvæla- og landbúnaðarstofnun Sameinuðu þjóðanna (FAO) segir í leiðbeiningum sínum um sjálfbærni umbúða að kraftpappír fyrir matvörupoka ætti að hafa togstyrk 5,0 kN/m í vélarátt og 2,5 kN/m í þverstefnu. Þetta tryggir að hægt sé að hlaða pokana þegar þeir eru tilbúnir (FAO, 2022). Vef-meðhöndlunarkerfi vélarinnar verður að viðhalda þessum eiginleikum við mótun, klippingu og þéttingu.
Plastfilmu undirlag
Fyrir matvörupoka úr plasti vinnur vélin með blásinni eða steyptri pólýetýlenfilmu. Slíkar filmur eru venjulega 15 til 40 míkron þykkar. Togstyrkur filmunnar, brotlenging og höggþol filmunnar gegn pílufalli ákvarða endanlega burðargetu pokans. ISO 527 og ASTM D1709 skilgreina þessa eiginleika. Hlutverk vélarinnar er að vinna filmuna varlega. Þetta kemur í veg fyrir galla. Vélin verður einnig að stilla hitaþéttingarfærin rétt í samræmi við sérstaka fjölliða gerð og þykkt.
Gæðaeftirlit og Inline prófun
Nútíma matarpokakerfi er með innbyggðu gæðaeftirliti. Þetta tryggir að burðarþolið haldist innan ákveðins sviðs í gegnum framleiðsluferlið. Þessi kerfi hafa venjulega:
- Sjónræn skoðunarkerfi til að athuga límþekju, innsiglisgæði og víddarnákvæmni á fullum framleiðsluhraða
- Spennuvöktunarskynjarar geta greint vefbrot eða rek áður en það skemmir framleiðslugæði
- Tölfræðileg vinnslustýring (SPC) hugbúnaður til að fylgjast með lykilstillingum eins og hitastigi innsigli, dvalartíma, magn líms. Það flaggar allar breytingar utan stillingasviðsins.
Alþjóðlega staðlastofnunin (ISO) tekur til gæðastjórnunar umbúða í gegnum ISO 9001 og ISO 15378. Báðir staðlarnir krefjast þess að framleiðendur noti ferlistýringar sem veita samræmda frammistöðu vöru (ISO, 2023). Innbyggt eftirlit á vélum er einfaldasta leiðin til að uppfylla þessar reglur. Það greinist þegar galli kemur fram, frekar en að athuga sýni eftir framleiðslu.
Að ná hraða án þess að fórna styrk
Einn af erfiðustu hlutunum við að búa til matvörupoka er að viðhalda háum burðargæði-. Stórmarkaðir þurfa að framleiða 150-300 poka á mínútu fyrir pappír og 300–500 poka á mínútu fyrir plast. Á þessum hraða styttist herðingartími, kælitími innsigli og þéttingartími efnis.
Vélaframleiðendur leysa þetta vandamál með samhliða-stöðvavinnslu. Þetta þýðir að nokkrir pokar eru í mismunandi mótunarþrepum á sama tíma. Þeir nota einnig betri vinnslutíma. Til dæmis getur pappírspokavél notað lengri kælirás eftir að hafa límt stöðina neðst. Þetta tryggir að plastpokarnir storkna alveg fyrir stöflun og talningu, jafnvel í mikilli uppskeru. Á sama hátt er hægt að nota hraðkælandi innsigli á plastpokavélar. Þetta gerir ráð fyrir stöðugri suðu á innan við 0,3 sekúndum. Næsta poka má síðan farga strax án þess að hætta sé á að innsiglið rjúfi. Vel-stilltvél til að búa til matvörupokasamstillir allar þessar stöðvar til að ná stöðugu framlagi á sama tíma og viðheldur burðarþoli- í hverri poka.
Niðurstaða
Matpokaframleiðandi uppfyllir burðarþarfir-matvörubúða með blöndu af nákvæmri vélrænni hönnun, efnisfræði og ferlistýringu. Botnþéttingin verður að mynda tengi sem dreifir þyngd um grunnflötinn. Handfangsfesting eða skurður verður að vera traustur í byggingu þegar hámarksálag er. Kúlumyndun verður að veita stöðugar fellingar til að standast álagsuppbyggingu. Innbyggt gæðaeftirlit verður að greina vandamál áður en slæmir töskur ná til viðskiptavina.
Niðurstaðan er taska sem getur áreiðanlega borið 10 kg eða meira af matvöru. Það virðist vera einfalt hlutur, en það kemur frá flókinni blöndu af límefnafræði, fjölliða eðlisfræði og vélrænni nákvæmni. Vélin verður að gera meira þar sem nýjar sjálfbærnireglur þrýsta á iðnaðinn að nota þynnri efni og endurvinna meira efni. Fyrir vikið verður öflug verkfræði- og ferlistýring mikilvægari til að uppfylla væntingar verslana.
Heimildir
ASTM International. (2021).ASTM D4649: Staðlaðar leiðbeiningar um val og notkun á burðarpappírssendingum. West Conshohocken, PA: ASTM.
Staðlanefnd Evrópu. (2020).EN 13428: Pökkun - Sértækar kröfur um framleiðslu og samsetningu - Forvarnir með því að minnka uppruna. Brussel: CEN.
Wiley. (2019).Skúfstyrkur vatns-undirstaða límtengi á meðhöndluð kraftpappírs undirlag. Journal of Applied Polymer Science, 136(18), 47531.
IAPRI (International Association of Packaging Research Institutes). (2022).Greining á bilunarhami á uppbyggingu matvörupoka: Festing handfangs og heilleiki botnssaums. Ársráðstefnurit IAPRI.
FAO (Matvæla- og landbúnaðarstofnun Sameinuðu þjóðanna). (2022).Sjálfbærar matvælaumbúðir: Efnislýsingar fyrir pappírs-matvörupoka. Róm: FAO.
ISO (International Organization for Standardization). (2023).ISO 15378: Aðalumbúðir fyrir lyf - Sérstakar kröfur um beitingu ISO 9001 með vísan til GMP. Genf: ISO.
