Пакетосварочные машины

Пакетосварочная машина - это оборудование для сварки горловины пакетов из рукавной пленки или трехсторонней (боковые швы и горловина) сварки пакетов из пленочного полотна.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Под сваркой полимеров понимается процесс неразъемного соединения двух полотен путем термического воздействия на пленку. В результате возникает взаимная диффузия микромолекул свариваемых полимеров, за счет которой граница между соединяемыми поверхностями исчезает. Сварка происходит в диапазоне температур, соответствующих температуре перехода полимера в вязкотекучее состояние. Правильно сформировать прочный и надежный шов позволяет современная пакетосварочная машина. Она используется, преимущественно, для производства фасовочных пакетов, мешков, вкладышей для биг-бэгов.



Фото заимствовано с сайта avantpack.ru

Классификация пакетосварочных машин

При классификации известных пакетосварочных машин используются следующие критерии:

- Конструкция (напольная, настольная, ручная).

- Тип сварки (термоконтактная, ультразвуковая, высокочастотная).

- Тип шва (односторонний, двусторонний, разрезной, плоский, комбинированный).

Классификация по конструкции

Пакетосварочные машины промышленного типа имеют напольную конструкцию. Они характеризуются высоким коэффициентом производительности, работают с пленкой различной толщины. В быту чаще используют ручные или педальные импульсные сварщики пакетов, которые подходят для неразъемного соединения пленок толщиной до 0,2 мм. Однако из-за низкой производительности такой тип сварщиков пакетов в промышленных условиях не используется.



Конвейерные сварщики пакетов с постоянным типом нагрева электрода работают с простыми и композиционными полимерными материалами. Они обеспечивают высокое качество шва, нетребовательны к толщине пленки и ее типу. Параметры сварки устанавливаются в широком диапазоне благодаря плавно регулировке температуры.

Не менее популярны импульсные сварщики, принцип работы которых основан на импульсном нагреве сварочной планки, которая обеспечивает соединение полотен. Их преимущества в низком энергопотреблении, но существуют ограничения по типу используемой полимерной основы, виду шва и толщине пленки.

Классификация по типу сварки

Термоконтактная

При сваривании полимерных пленок в пакеты используют термоконтактную (термоимпульсную или с постоянным нагревом) высокочастотную, ультразвуковую или газовую сварку. Менее популярна из перечисленных видов сварка нагретым газом. При производстве пакетов она не применяется.



Ультразвуковая и высокочастотная сварка

В основе работы метода ультразвуковой сварки лежит трансформация энергии колебаний ультразвуковой частоты  в тепло. Данный метод подходит не для всех видов пленок. Ультразвуковую сварку можно выбрать при работе с пленкой из полиэтилентерефталата, полистирола, поликарбоната, полиамида. Эти материалы не используются для производства пакетов, но широко распространены в других отраслях промышленности. Для формования соединительных швов на пленках из перечисленных полимеров применяют ультразвуковую сварку, термоконтактная сварка будет менее эффективной.

Для производства упаковочной пакетированной продукции из полиэтилена высокого давления (ПЭВД), полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и полипропилена (ПП) применяется высокочастотная сварка. Данный тип полимеров имеет достаточный запас температур между температурой текучести и температурой деструкции. Например, для температура текучести составляет 115-120 °С, а температура деструкции – 220 °С Потому для них подходит и контактная сварка.



Фото заимствовано с сайта granula.pro

Термоконтактная сварка

Самой простой, экономичной и востребованной считается термоконтактная (контактно-тепловая) сварка. Она делится на два вида: сварка нагретым электродом с постоянным нагревом и термоимпульсная запайка пакетов.

При импульсной сварке на полимер кратковременно воздействуют электродом с высоким омическим сопротивлением. Чаще всего электрод – это нихромовая проволока или лента, закрепленная в прижимном устройстве. Она нагревается за счет импульсного воздействия током. Время импульсного воздействия составляет доли секунды, отличается в зависимости от типа полимера. Чем выше температура нагрева и ближе максимальная температурная граница (до перехода в деструкцию), тем меньше время сварки. Необходимое давление на материал развивается за счет прижимного устройства. Термоимпульсная сварка используется при работе с полиолефиновыми, многослойными пленками и комбинированными материалами на основе полимеров.

Для контактной сварки с постоянным нагревом используют электроды из теплопроводного материала, внутри которых находятся электрические спирали. Продолжительность сварки определяется временем контакта электрода со свариваемым материалом. Необходимая сила давления на материал обеспечивается за счет прижатия к полотну разогретого электрода.

Сварка полотен из полиолефинов контактным методом возможна как в контакте с внутренними поверхностями материалов (сварка оплавлением), так и в контакте с наружными поверхностями материалов (сварка с проплавлением).

Классификация по типу шва

При сварке полимерных пленок учитывается тип шва, его длина и ширина. Большинство пакетосварочных машин способно выполнять несколько видов швов различной толщины при смене сварочного модуля.

По длине шва

Все пакетосварочные машины можно разделить на узкоформатные и широкоформатные в зависимости от ширины полученного сварного шва. Широкоформатное оборудование может работать с рулоном шириной более 1000 мм.



Такая ширина шва необходима для производства вкладышей для биг-бэгов, мешков для фасовки пищевой продукции и сыпучих строительных материалов, чехлов для матрасов, полотен для обтяжки теплиц. При рабочем диапазоне менее 1000 мм используются узкоформатные пакетосварочные машины.

По ширине шва

Основным параметром при выборе ширины шва является ее толщина. Для сваривания пленок полиолефинового типа толщиной до 150 мкн выполняется односторонний подвод тепла (один нагревательный элемент), ширина шва 2-5 мм. Для пленок толщиной более 150 мкн используется односторонний или двусторонний (два нагревателя) подвод тепла, ширина шва 4-6 мм. В обоих случаях может применяться импульсная сварка и запайка с постоянным нагревом.

По конфигурации шва

Различают несколько конфигураций швов, используемых при сварке полимерных пленок:

1. Отрезной шов. Для создания отрезного шва используются аппараты импульсной сварки, нагревательным элементом в которых служит нихромовая проволока диаметром 0,3-1,2 мм. Проволока в нагретом состоянии проходит через материал, одновременно спаивая края и отрезая их. При этом швы образуются с двух сторон от разреза. Шов подходит для любых термосвариваемых пленок.

2. Плоский шов до 10 мм. Для сварки используется нихромовая лента толщиной 0,1-0,2 мм и шириной 1-10 мм, закрепленная в прижимном устройстве. При опускании разогретой нихромовой ленты на пленку образуется плоский шов, ширина которого равна ширине самой ленты. Плоский шов герметичен, подходит для запайки жидкой или сыпучей продукции.

3. Комбинированный параллельный шов с отрезным краем. Для получения комбинированного устройства используют нагревательные элементы сразу двух видов – ленту и струну. Такой шов используется при изготовлении пакетов, запайки упаковки в сварщиках с постоянным нагревом и импульсных пакетосварочных машинах.

4. Плоские параллельные швы. Данный вид шва можно выполнить на аппарате, в котором одновременно используется два нагревательных элемента, расположенных параллельно друг другу. Параллельный шов позволяет добиться хорошей герметичности, например, в медицине или при сварке пакетов с сыпучей мелкодисперсной продукцией. Ширина каждого шва может быть 3, 4, 5, 10 мм на импульсном запайщике или 5-15 мм на сварщике с постоянным нагревом.

5. Параллельные швы с разрезом. При необходимости увеличить производительность сварки пленочных изделий выполняются параллельные швы с разрезом между ними. Таким способом одновременно можно выполнять донные швы на двух пакетах или мешках. Разрез параллельно шву выполняется встроенным ножом. Данный тип шва характерен как для промышленных запаечных машин, так и для импульсных запайщиков или сварщиков с постоянным нагревом.

6. Плоский еврошов. Еврошов имеет большую ширину 10-20 мм. Его получают при использовании сварщика постоянного нагрева линейного или непрерывного типа. Прочность шва соответствует прочности полимерных пленок. Нагревательный элемент выполнен в форме губок или роликов с внутренним нагревом от ТЭНов. На таких машинах часто устанавливается датор, маркиратор и датчик температуры. Для отрезки готового изделия после сшивания используется горячая струна, механический или электрический нож.

7. Плоский двусторонний шов. Для выполнения двустороннего шва используют два нагревательных элемента, между которыми помещают пленку. После раскрытия нагревательных элементов на месте их смыкания остается плоский равномерный сварной шов высокой прочности. Такая технология актуальна при сваривании толстых, многослойных, кэшированных пленочных материалов на основе полимеров. В конструкции предусмотрен нож для отрезания края.

8. Плоский шов по краю пленки. Этот тип шва больше подходит для запайки пакетов с фасованной продукцией. Он выполняется на машинах импульсного или постоянного нагрева. Для сваривания может использоваться горячий ролик или плоский нагревательный элемент. Ширина шва варьируется от 1 до 15 мм и определяется шириной нагревательного элемента. Машина для выполнения шва по краю может быть дополнена датором или маркератором для печати дополнительной информации.

Принцип работы пакетосварочных машин

Пакетосварочная машина относится к категории пакетоформующих машин и выполняет операции по изготовлению фасовочных пакетов, мешков для мусора, пакетов-вкладышей.



При производстве пакетов из рукавной пленки (наиболее экономичный и доступный вариант) выполняется две последовательные операции: формирование дна методом сварки и нарезка на штучные изделия.

При производстве пакетов с боковым швом (заготовки для пакетов типа «майка», шоппинг-пакеты, заготовки для пакетов с вырубными ручками) в качестве исходного материала используется пленка однослойная или многослойная в формате полотна заданной ширины. В этом случае сваривание осуществляется по линии дна и по бокам. Готовые пакеты нарезаются и стоппируются.

На размоточном устройстве закрепляется рулон с пленкой. Подача пленки осуществляется посредством роликовых направляющих, регулирующих степень натяжения рукава.

Отдельные модели могут быть оборудованы дополнительным рулонодержателем, который используется для одновременной подачи полотна пленки с двух рулонов. Это особенно актуально при изготовлении пакетов из пузырьковой пленки, которая не выпускается в виде рукава. Также два держателя рулона используется в двухручьевых пакетосварочных машинах.





Протяжные валы подают пленку в зону сварки. Выравнивание полотна обеспечивается боковыми направляющими. Сварочное устройство выполняет шов в соответствии с типом пакета, после чего полотно нарезается или перемещается в зону нанесения перфорированной отрывной линии (для рулонной фасовки). Далее пакеты транспортируются в зону штабелирования (штучные изделия) или намотки.

Конструкция пакетосварочной машины

Стандартная конструкция пакетосварочной машины включает следующие технологические узлы:

- рама;

- ТЭН;

- узел размотки, подачи и протяжки пленки;

- сварочное и отрезное устройство;

- складывающее и намоточное устройство;

- счетное устройство;

- контролирующие датчики.

Рама

На раме машины установлены все основные рабочие узлы пакетоделательной машины. От толщины рамы зависит прочность и надежность конструкции. Рама может быть отлита или сварена, достаточной считается толщина стенок 3-5 см.



Станина имеет специальные посадочные места, в которые устанавливаются рабочие узлы машины и фиксируются при помощи болтовых соединений. Рама устанавливается на фундамент и крепится к нему фундаментными болтами.

ТЭН

Теплоэлектронагреватели устанавливаются внутри нагревательных элементов, которые используются для сварки швов на будущих пакетах. В большинстве случаев это нихромовые спирали, которые работают при подаче электрического тока.

Узел размотки, подачи и протяжки пленки

Рулоны с пленкой устанавливаются на размоточный узел, представляющий собой рулонодержатель и систему валов для равномерной подачи пленки к узлу сварки и нарезки. Ширина рулона пленки может быть различной и определяется шириной рабочей зоны машины, габаритными размерами готовой продукции. Размотка пленки в рулоне или в полотне запускается автоматически.



За подачу материала отвечает сервопривод (шаговый двигатель). Именно его корректная работа гарантирует точность соблюдения геометрии готовых изделий.

Сварочное и отрезное устройство

Вид сварочного устройства зависит от выбранного типа шва для пленки. Оно может обеспечивать односторонний или двухсторонний нагрев. Двустороннее сварочное устройство актуально в случае переработки пленки большой толщины. Еще одним отличием является ширина сварочного (нагревательного) элемента. Он может выглядеть как струна (ширина 0,1-0,2 мм), лента (ширина 0,3-1,2 мм), губки или ролики (ширина от 3 мм).



Отдельные типы сварочных устройств могут одновременно выполнять нарезку изделий между швами. Большинство моделей оснащается электрическим или механическим отрезным устройством, которое делит полотно на штучные изделия.

Складывающее и намоточное устройство

При производстве штучных изделий используется складывающее устройство для сбора продукции с функцией автоматического сброса пакетов на приемный конвейерный стол. Далее оператор осуществляет сортировку и фасовку изделий в пачки. При выпуске пакетов в рулоне используется автоматическое намоточное устройство для рулонной продукции. Готовые рулоны с пакетами также сбрасываются на конвейерный стол для дальнейшей фасовки.



Контролирующие датчики

Датчики контроля натяжения необходимы для регулировки подачи материала с заданной скоростью для производства изделий заданных геометрических размеров. При изменении скорости подачи полотна может возникнуть чрезмерное натяжение или ослабление пленки, что отрицательно скажется на качестве продукции. Также датчики контроля отвечают за остановку работы машины в случае отсутствия материала в рулоне или его обрыва.

Регулировка технологического процесса осуществляется через центр управления. Данные считываются датчиками и передаются на компьютер, откуда поступает команда об отладке режима работы пакетосварочной машины.

Счетное устройство

Счетчик пакетов необходим для контроля объема работы пакетосварочной машины. Даже при среднем показателе производительности машина может выпускать 50-100 пакетов в минуту. В условиях массового производства работа оборудования происходит в круглосуточном режиме. Ручной пересчет такого объема продукции затруднителен.



При наличии счетчика происходит автоматический подсчет готовых изделий и остановка работы машины при достижении запрограммированного количества изделий (если данное действие запрограммировано оператором).