Nuovo dispositivo per il rilevamento dei pacchetti di sigarette

Attualmente, il test delle prestazioni adesive per il confezionamento finito di sigarette è completamente manuale. Il processo di test comprende tre fasi principali: preparazione del materiale, incollaggio della carta e valutazione del distacco-, che prevede più di dieci procedure tra cui taglio del campione, applicazione della colla, pressatura, riposo, distacco e valutazione, tutte basate interamente sul lavoro manuale. Questo metodo di test tradizionale presenta problemi come quantità di colla imprecise, applicazione non uniforme, carta disallineata e pressatura insufficiente, che comportano tempi di test lunghi, ripetizioni frequenti, elevata intensità di manodopera, bassa efficienza e rischi per la sicurezza con alcune apparecchiature di riscaldamento. Per affrontare questi problemi, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (di seguito denominata "Changde Jinpeng") ha adottato un approccio di "svolta congiunta delle imprese della catena industriale a monte e a valle". Imparando sul posto-e innovando insieme, hanno sviluppato con successo un dispositivo per testare le prestazioni adesive della carta da imballaggio. Questo articolo spiega sistematicamente il contesto di sviluppo, le soluzioni tecniche, gli effetti dell'implementazione e le potenziali applicazioni di questo dispositivo, con l'obiettivo di fornire un riferimento per l'innovazione tecnologica nei test di qualità nel settore.

Background tecnico e analisi dei problemi

01/ Connotazione tecnica delle prestazioni adesive

Le prestazioni adesive si riferiscono, in base al meccanismo di cedimento dell'adesione, alla simulazione della fase di adesione nella formazione dell'imballaggio delle sigarette, in cui due campioni vengono incollati e quindi staccati in modo distruttivo. Se le fibre della carta vengono separate dalla colla, la prestazione adesiva è considerata qualificata. Questo indicatore di prestazione riflette direttamente la compatibilità tra l'adesivo e il substrato di carta ed è un parametro chiave per garantire la stabilità della struttura dell'imballaggio.

02/ Metodi di prova tradizionali e problemi esistenti

Attualmente, tutti i prodotti per l'imballaggio delle scatole di sigarette devono essere sottoposti a test sulle prestazioni adesive prima di lasciare la fabbrica. Il processo di test può essere suddiviso in tre fasi principali: "preparazione del materiale", "incollaggio della carta" e "valutazione del distacco". La procedura specifica include: prelevare il campione da testare dal sacchetto del campione → tagliare l'area adesiva del campione a una dimensione di 20 mm x 50 mm → aspirare la colla con una siringa (come mostrato nella Figura 1) → far cadere la colla sull'area designata → distribuire la colla in modo uniforme con un contagocce pulito → allineare e attaccare il retro della carta con l'area incollata → premere con un dispositivo di termosaldatura (come mostrato nella Figura 2) → adagiare e lasciare riposare per 30 minuti → staccare completamente manualmente le due superfici incollate → valutare visivamente se le fibre della carta sono danneggiate.

Figura 1 Aspirazione manuale del gel

Figura 2 Pressa per sigillatura a caldo

Dopo l'analisi, il processo operativo completamente manuale di cui sopra presenta i seguenti problemi:

(1) Bassa efficienza: i singoli test in laboratorio richiedono troppo tempo, mentre l'intero processo richiede circa 35 minuti. Dopo una richiesta di ispezione, c'è una lunga attesa per il feedback, che non può soddisfare le esigenze di monitoraggio della produzione in tempo reale-.

(2) Rischi per la sicurezza: alcune fasi del test coinvolgono apparecchiature di riscaldamento e il funzionamento manuale comporta rischi di ustioni e pericoli elettrici.

(3) Precisione insufficiente: gli attuali metodi di test sono relativamente approssimativi. Il controllo della quantità di colla si basa sull'esperienza dell'operatore e l'uniformità del rivestimento non può essere garantita, il che porta a una bassa precisione nei dati di test, rendendo difficile supportare un controllo di qualità raffinato.

(4) Elevato tasso di reispezione: l'intero processo viene eseguito manualmente e i passaggi chiave (come raschiare la colla, allineare e pressare) sono soggetti a errori, causando il fallimento dell'esperimento. Il tasso di reispezione arriva fino al 50%, il che non solo aumenta il carico di lavoro ma spreca anche risorse per i test.

In sintesi, i tradizionali metodi di test manuali non sono più adatti ai requisiti del moderno settore dei pacchetti di sigarette per un controllo di qualità preciso ed efficiente. C’è un urgente bisogno di sviluppare un dispositivo di test standardizzato e automatizzato per eliminare radicalmente l’interferenza umana.

Soluzione e principi tecnici

01/ Obiettivi della ricerca e approccio generale

Per affrontare i problemi di cui sopra, il nostro team di progetto ha fissato il seguente obiettivo di sviluppo: sviluppare un dispositivo per testare le prestazioni dell'adesivo della carta da imballaggio che standardizzi e automatizzi il processo di test, controlli efficacemente la quantità e l'uniformità della colla applicata, garantisca una pressatura a caldo sicura e salda e migliori significativamente l'efficienza dei test e l'affidabilità dei dati. L'approccio tecnico complessivo è quello di integrare funzioni come il raschiamento della colla, il trasferimento, il riscaldamento e la pressatura in un unico dispositivo, convertendo operazioni manuali sparse in un processo automatizzato continuo; ottenere un controllo preciso dei parametri chiave del processo attraverso una struttura meccanica precisa; ed eliminare i fattori umani attraverso procedure operative standardizzate.

02/ Progettazione strutturale del dispositivo

Il dispositivo di test delle prestazioni dell'adesivo per carta da imballaggio sviluppato appartiene al campo della tecnologia di incollaggio degli imballaggi e comprende principalmente tre moduli funzionali, come mostrato nella Figura 3.

Figura 3 Dispositivo per il test delle prestazioni degli adesivi in ​​carta da imballaggio (a sinistra: diagramma schematico, a destra: dispositivo reale)

(1) Base: funge da piattaforma di supporto per l'intero dispositivo, integrando l'installazione del meccanismo di raschiatura, del meccanismo di rotolamento e del meccanismo di laminazione. Garantisce che il posizionamento spaziale di ciascun modulo funzionale sia coordinato con precisione, consentendo processi di test continui.

(2) Meccanismo di raschiatura: utilizzato per raschiare la colla in eccesso dalla vasca della spazzola per colla nella vasca di troppopieno e livellare la colla. Questo meccanismo è dotato di un preciso dispositivo di regolazione della distanza del raschiatore per controllare lo spessore dello strato di colla entro un intervallo preimpostato, garantendo uno spessore uniforme e costante.

(3) Meccanismo di rotolamento: utilizzato per premere la carta da imballaggio sullo strato di colla dopo averla raschiata, trasferendo la colla sulla carta. Il meccanismo è controllato da un'unità di azionamento che garantisce che il rullo applichi velocità e pressione costanti, eliminando le fluttuazioni di velocità e la pressione irregolare causate dal rotolamento manuale.

(4) Meccanismo di laminazione: utilizzato nei test adesivi per applicare pressione e tempo di laminazione controllati alla carta che è stata incollata e trasferita nella vasca di laminazione, simulando il processo di laminazione nella produzione effettiva di stampa e imballaggio. Questo meccanismo include un modulo di riscaldamento elettrico per controllare con precisione la temperatura e il tempo di pressatura.

03/ Processo di test standardizzato

Sulla base del dispositivo sviluppato, è stato stabilito il seguente processo di test standardizzato:

(1) Campionamento: devono essere campionati almeno 5 fogli per lotto. I campioni devono essere piatti, non danneggiati, privi di appiccicature e soddisfare i requisiti dimensionali di almeno 300 mm × 300 mm. Ogni campione deve indicare la direzione della grana della carta e i lati fronte/retro ed essere sigillato in un sacchetto.

(2) Condizionamento di temperatura e umidità: i campioni devono essere condizionati nelle condizioni specificate in GB/T 10739 per eliminare le influenze ambientali sui risultati.

(3) Taglio del campione: tagliare i campioni nel Campione 1 (98 mm × 42 mm) e nel Campione 2 (98 mm × 50 mm), assicurandosi che il lato lungo (98 mm) sia parallelo alla direzione delle venature per coerenza con la direzione della forza durante la produzione effettiva.

(4) Iniezione di colla: utilizzare un erogatore di colla per aspirare una quantità misurata di colla di prova e iniettarla nel serbatoio della colla a punti del modulo di applicazione della colla.

(5) Raschiatura della colla: il raschietto raschia automaticamente la colla in eccesso attorno al serbatoio dei punti nella vasca di troppopieno e la livella, formando uno strato di colla uniforme.

(6) Applicazione della colla: posizionare il campione 1 (98 mm × 42 mm) nel modulo di applicazione della colla con il lato anteriore della carta rivolto verso l'alto. Avviare il meccanismo di rotolamento per premere il campione sullo strato di colla livellato a velocità e pressione costanti, garantendo un trasferimento uniforme della colla.

(7) Adesione: rimuovere il campione 1 incollato e posizionarlo nella scanalatura del modulo di riscaldamento elettrico del modulo di incollaggio, con la colla rivolta verso l'alto, allineato con il lato anteriore del campione 2. Impostare la temperatura del modulo di riscaldamento elettrico e avviare il dispositivo di pressatura a caldo- per comprimere insieme il campione 1 e il campione 2.

(8) Installazione del campione: prelevare il campione incollato dal dispositivo di applicazione della colla. Inserire un'estremità del Campione 2 nella fessura fissa del peel tester e bloccare l'altra estremità del Campione 1 con il dispositivo di trazione.

(9) Test di distacco: come mostrato nella Figura 4, utilizzare un angolo di distacco di 150 gradi e una velocità di prova di 600 mm/s con il dispositivo di trazione. Registrare la curva della forza di distacco e determinare la modalità di guasto (guasto della fibra di carta o guasto dell'interfaccia dello strato di colla).

Figura 4 Test di distacco del pacchetto di sigarette

04/ Principali innovazioni tecnologiche

Questo dispositivo ha raggiunto progressi tecnologici nelle seguenti tre aree:

(1) Progettazione integrata: integrando i tre moduli funzionali principali-raschiatura, laminazione e laminazione della colla-in un'unica base, standardizza l'intero processo negli esperimenti sulle prestazioni dell'adesivo, tra cui l'applicazione della colla, il livellamento dello strato adesivo, il trasferimento della colla e la laminazione, eliminando gli errori tra i passaggi.

(2) Controllo preciso dei parametri: il meccanismo di raschiamento garantisce che lo strato adesivo abbia uno spessore uniforme (errore inferiore o uguale a 0,01 mm); il meccanismo di rotolamento, azionato da un servosistema, controlla i rulli per trasferire l'adesivo a velocità e pressione costanti, con una precisione di velocità di ±0,1 mm/s e una precisione di pressione di ±0,5 N; il meccanismo di laminazione può regolare con precisione la pressione di laminazione (±1N), la temperatura (±1 grado) e il tempo (±0,1 s), simulando accuratamente le condizioni di produzione effettive.

(3) Operazione standardizzata: tutte le operazioni vengono impostate tramite un'interfaccia uomo-macchina e, dopo un-clic di avvio, l'intero processo viene completato automaticamente. Ciò elimina completamente i difetti causati dal funzionamento manuale, come quantità di colla imprecisa, applicazione non uniforme, carta disallineata o pressione insufficiente, garantendo la ripetibilità e la comparabilità dei risultati del test. Il confronto tra il processo di test prima-e-dopo è mostrato nella Figura 5.

Figura 5 Confronto dei processi di ispezione prima e dopo il miglioramento



Efficacia tecnica e analisi dei dati



01/ Analisi di miglioramento dell'efficienza



Dopo numerose convalide pratiche e test pratici, il dispositivo ha ottenuto miglioramenti significativi nell'efficienza dell'ispezione. Il tempo totale di ispezione per passaggio è stato ridotto da 2.057 secondi nei metodi manuali tradizionali a 442 secondi, aumentando l'efficienza lavorativa del 365,38%. Il tasso di successo dell'intero processo di ispezione ha raggiunto il 100% e il tasso di ri-ispezione è sceso dal 50% a 0, riducendo notevolmente l'intensità di lavoro del personale addetto ai test.



02/ Precisione e affidabilità del rilevamento



Valutazione del cliente: "Questo dispositivo è scientificamente e ragionevolmente progettato, facile da usare, estremamente preciso e altamente stabile. Supera efficacemente problemi come il ritardo di rilevamento e la distorsione dei dati riscontrati nei precedenti metodi di ispezione manuale, fornendo un forte supporto tecnico per i nostri sforzi volti a rafforzare il controllo di qualità dell'adesivo della carta da imballaggio."



03/ Miglioramenti della sicurezza



I test manuali tradizionali utilizzano termosigillatrici e altre apparecchiature di riscaldamento con ustioni e rischi per la sicurezza elettrica. Questo dispositivo integra il modulo di riscaldamento in un meccanismo composito chiuso, dotato di protezione dell'isolamento termico e controllo automatico della temperatura, pertanto gli operatori non devono toccare i componenti ad alta-temperatura, eliminando completamente il rischio di ustioni.



Benefici sociali e valore applicativo



01/ Benefici economici diretti



Questo dispositivo può ridurre efficacemente il tasso di scarti e perdite di rilavorazione nella produzione di imballaggi prevedendo in anticipo gli effetti di incollaggio della carta. Secondo le stime, se questo dispositivo venisse promosso in tutto il settore, il tasso di scarto dei prodotti finiti causato da problemi di adesivi nelle aziende di confezionamento potrebbe essere ridotto da una media del 5,7% a meno del 2%. Allo stesso tempo, una migliore efficienza delle ispezioni può far risparmiare una quantità significativa di costi di manodopera, riducendo i costi di manodopera per ispezione di circa l’80%.



02/ Ruolo di leadership tecnologica



Il funzionamento standardizzato di questo dispositivo può misurare le prestazioni di incollaggio di diversi tipi di colla, selezionare e adattare in modo efficiente le formulazioni di colla per processi specializzati di carta, inchiostro e laminazione di pacchetti di sigarette, abbreviare il ciclo di ricerca e sviluppo per la selezione della colla e il miglioramento della formulazione, risolvere con precisione problemi pratici come scollamento, deformazione, traboccamento di colla e adesione nella produzione di pacchetti di sigarette e stabilire un sistema di valutazione per la compatibilità della colla e della carta dei pacchetti di sigarette.



03/ Sinergia di filiera



Il progetto adotta un modello di ricerca congiunto lungo tutta la catena industriale, integrando la ricerca e sviluppo sulla colla a monte, la stampa e la produzione intermedia di pacchetti di sigarette e i produttori di imballaggi di sigarette a valle con risorse tecniche, di talento e di attrezzature. Abbatte le barriere informative e tecniche in ogni fase, formando un sistema di ottimizzazione tecnica-della catena completa, dalle materie prime ai prodotti finiti, guidando l'intero settore dei pacchetti di sigarette verso una maggiore efficienza, precisione e intelligenza e migliorando la competitività di base del settore.



04/ Contributo alla standardizzazione industriale



Questo progetto ha sviluppato con successo il primo dispositivo di test delle prestazioni adesive della carta da imballaggio del paese, ottenendo un primato nel settore. Per soddisfare le specifiche tecniche unificate richieste da diverse imprese e istituti di test del settore, il team del progetto ha standardizzato i risultati della ricerca, promosso innovazioni tecniche e miglioramenti della qualità nei cartoni pieghevoli e nelle materie prime e ausiliarie (carta) nel settore dell’imballaggio e della stampa e ha migliorato l’allocazione coordinata e le capacità di innovazione delle imprese a monte e a valle.



In futuro, il gruppo di ricerca continuerà a ottimizzare il livello di intelligenza del dispositivo, a sviluppare un sistema di giudizio automatico basato sulla visione artificiale, a realizzare test delle prestazioni adesive completamente senza operatore e ad esplorare l'espansione dell'applicazione del dispositivo ad altri materiali di imballaggio (come plastica e fogli metallici) per test delle prestazioni di adesione, dando un contributo maggiore all'innovazione tecnologica nell'ispezione di qualità nel settore dell'imballaggio.