ما هي آلة صنع الأكياس الورقية من ورق الكرافت البني وكيف تعمل؟

لقد أدى التخلص التدريجي من المواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد-على مستوى العالم إلى خلق طلب في الصناعة لم يكن يعتقده سوى القليل من الناس: آلات صنع الأكياس الورقية بكميات كبيرة. عندما تدخل إلى أي متجر بقالة أو مطعم أو متجر بيع بالتجزئة، ستجد أن الكيس الورقي البني الذي تحمله مصنوع من آلة تحويل خاصة. بمعدل أكثر من 300 كيس في الدقيقة، تقوم الآلة بتحويل اللفات المسطحة من ورق الكرافت إلى أكياس جاهزة وملصقة ومختومة من الأسفل. تتمثل المبادئ الهندسية وراء هذه العملية في المعالجة الدقيقة للويب، وتطبيق الغراء، والتشكيل الميكانيكي، والقطع-بسرعة عالية-، وكلها تعمل معًا على خط إنتاج مستمر مع هامش ضئيل للخطأ.

ستناقش هذه الورقة ماهية آلة تعبئة ورق الكرافت، وكل خطوة في عملية إنتاج آلة تعبئة ورق الكرافت، والاختيار الفني لتحديد الجودة وسرعة الإنتاج والمرونة لآلة تعبئة ورق الكرافت.

ما هو ورق الكرافت البني ولماذا يهم الآلة

قبل أن تفهم الآلة، عليك أن تفهم كيف تعمل. يتم تصنيع ورق الكرافت البني من خلال عملية طحن ورق الكرافت. هذه معالجة كيميائية لرقائق الخشب باستخدام هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم. فهو يذيب اللجنين الذي يرتبط ببعضه البعض مع الحفاظ على السليلوز. بالمقارنة مع طرق اللب الكيميائية الأخرى، يتمتع الورق بقوة شد عالية جدًا، ومقاومة للتمزق ومقاومة للانفجار.

تضع الجمعية الفنية لصناعة اللب والورق (TAPPI) معايير الأداء الفيزيائي لورق الكرافت بناءً على TAPPI T403 (مقاومة الانفجار)، وTAPPI T494 (قوة الشد) وTAPPI T414 ((مقاومة التمزق). تحدد هذه الخصائص الميكانيكية الأساسية التي يجب أن يتعامل معها صانع الأكياس [1]. قوة الشد النموذجية لورق الكرافت البني غير المبيض الذي يحتفظ بلونه الطبيعي 40 - 70 كيلو نيوتن/ مم في الاتجاه الميكانيكي 20 – 35 كيلو نيوتن/ مم في المقطع العرضي للورق 70 – 120 جم/ م2 قوة شد نموذجية.

تعتبر هذه الخصائص مهمة للآلة لأنها تحدد القوة المطلوبة لإعدادات التحكم في الشد، والطي والتجعيد، وتفاصيل شفرة القطع. لا يمكن للآلات التي تصنع ورق الكرافت دائمًا تشغيل مجلدات أخف أو ورق مقوى أثقل دون إجراء تغييرات ميكانيكية على ضغوط القطع وخلوص الألواح القابلة للطي وشكل السكين.

خط الإنتاج: مرحلة بعد مرحلة

إن كيس ورق الكرافت البني ليس جهازًا، ولكنه خط إنتاج كامل. تقوم كل خطوة بإجراء تغييرات محددة على الصفحة، ويصبح ناتج خطوة واحدة هو المدخل إلى الخطوة التالية. لفهم العملية، عليك أن تنتقل من لفات الورق إلى الحقيبة النهائية.

المرحلة 1: التفكيك وتغذية الويب

تبدأ العملية بوضع لفة كبيرة من ورق الكرافت-يبلغ عرضها عادةً 800-1200 مم وتزن 500-1500 كجم على حامل تحرير هيدروليكي أو ميكانيكي. يتم تغذية الأسطوانة في الماكينة تحت ضغط متحكم فيه.

التحكم في التوتر هو المطلب الأساسي لخط الإنتاج بأكمله. إذا كان التوتر مرتفعًا جدًا، فسوف يتمدد الورق ويتشوه، مما يؤدي إلى خطأ في حجم كيس الورق. إذا كان التوتر منخفضًا جدًا، فسوف تتجعد الشبكة وتتحرك إلى الجانب وتصبح غير متصلة بالإنترنت في أوضاع الطي والترابط اللاحقة. تستخدم الآلات الحديثة بكرات راقصة (منظمات شد ميكانيكية) أو خلايا تحميل (أجهزة استشعار شد إلكترونية) في أنظمة ردود الفعل الحلقية المغلقة-. يمكن لهذه الأجهزة ضبط قوة الفرامل على دعامة التحرير في الوقت الفعلي للحفاظ على التوتر في حدود ±2% من نقطة الضبط [2].

يسمح نظام الربط التلقائي للأسطوانة الجديدة بالاتصال بالأسطوانة القديمة دون إيقاف الخط-وهو أمر مهم للإنتاج دون انقطاع. عادة ما يكون هذا الربط هو الربط الذبابي-، حيث يتم لصق الشباك الجديدة والقديمة معًا أثناء تحركها. وهذا يتطلب توقيتًا دقيقًا وتطبيق الغراء.

المرحلة الثانية: طي الحواف وتشكيل الأنبوب

يتم توجيه الشبكة المسطحة بواسطة سلسلة من الألواح القابلة للطي. هذه عبارة عن أدلة معدنية ثابتة تضيق بشكل تدريجي. يقومون بطي حواف الورقة إلى الداخل في أنبوب مسطح. بالنسبة للحقيبة القياسية ذات القاعدة المسطحة-، تكون الحواف متداخلة وتطوى إلى الداخل لتشكل حلقة مقاس 10-20 مم سيتم إغلاقها بعد ذلك.

يتم تحديد شكل الطية من خلال زاوية وموضع لوحة الطية. يتم تعديلها حسب عرض الحقيبة التي تريدها. يوفر معيار TAPPI T411 حدودًا لحجم تشكيل الأنبوب المسطح للأكياس الورقية. تنص على أنه يجب الحفاظ على تداخل لفة الغراء في حدود ±1 مم من طول الحزمة لضمان الحصول على عصي غراء جيدة [1].

المرحلة 3: تطبيق اللاصق (لصق التماس الجانبي)

بمجرد تشكيل الأنبوب، ضع الغراء على الحلقات المتداخلة. إن نوع الغراء وطريقة الاستخدام لهما تأثير كبير على سرعة الإنتاج وقوة الكيس النهائي.

هناك نوعان من الغراء الشائع الاستخدام:

الغراء البارد (PVA أو الدكسترين-المعتمد على الماء): يتم تطبيقه على أدوات تطبيق العجلة أو فوهة Groovedie. الغراء البارد رخيص الثمن وله رابطة قوية على ورق الكرافت المسامي. لكن الأمر يستغرق وقتًا حتى يجف-عادةً ما بين 0.5 إلى 2 ثانية لفتحه، ثم ما يكفي للربط. وهذا يحد من سرعة الخط لأن جزء الغراء يجب أن يمر عبر مشبك ضغط ثم يتماسك الغراء.

الغراء الحراري (EVA أو البولي أوليفين): استخدم فوهات بثق ساخنة بدرجة حرارة 150-180 درجة. عندما يلامس الذوبان الساخن سطحًا ورقيًا باردًا، فإنه يتصلب على الفور تقريبًا، لذلك يمكنك تشغيل الأنبوب بشكل أسرع. العيب هو أن المادة باهظة الثمن وتتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة لإيقاف التوتير (خيوط الغراء الدقيقة التي تلطخ سطح الكيس).

المرحلة 3: قطع الأنبوب

يُقطع الأنبوب المُلصق إلى قطع طولية-باستخدام سكين دوارة. إنها شفرة دائرية مثبتة على أسطوانة دوارة عالية السرعة- يمكنها قطع الأنبوب على مسافة محددة. يجب أن يكون الشق نظيفًا ومستقيمًا. ستؤدي أي حواف خشنة أو شقوق مائلة إلى إنشاء فتحة غير مغلقة في الجزء السفلي من الكيس، والتي ستفشل في تشكيل الجزء السفلي وإغلاقه لاحقًا.

يتم تحقيق وقت القطع عن طريق نظام قطع مؤازر-. وهذا يتوافق مع سرعة الإنترنت. تقدم الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) إرشادات بشأن القطع الدوار عالي السرعة-في معدات التحويل. وقالوا إن شكل حافة النصل، والفجوة بين النصل الدوار والسندان الثابت، وحدّة النصل، يجب أن تبقى ضمن حدود صارمة. وهذا يمنع الورق من التمزيق بدلاً من قطعه نظيفًا [3].

المرحلة 4: تشكيل القاع وختمه

هذه هي الخطوة الأكثر تعقيدًا ميكانيكيًا. يتم نقل أنبوب القطع إلى محطة التشكيل السفلية. هنا، يتم طي الجزء السفلي من الأنبوب ولصقه وضغطه لعمل قاع كيس مغلق. يحدد نوع القاع-القاع المسطح (الحقيبةي)، أو القاع المضغوط أو القاع المربع (الكتلة)-كيفية إعداد محطة التشكيل.

بالنسبة للأكياس المسطحة-، تتم العملية على النحو التالي:

افتح الجزء السفلي من الأنبوب: تمسك أكواب الشفط أو الأصابع الميكانيكية بحافة الشق وتفتح نهاية الأنبوب.

اللصق: ضع نمطًا من الغراء الساخن أو البارد على السطح الداخلي لتشكيل ختم سفلي.

الطي: تقوم لوحة الطي الميكانيكية بطي الغطاء السفلي إلى الداخل بترتيب معين لتشكيل قاع مسطح.

الضغط: يتم تثبيت الجزء السفلي المطوي وإغلاقه بشكل دائم عن طريق ضغط المشبك أو الضغط لأسفل على لوحة التسخين (المستخدمة في الذوبان الساخن).

الطي (اختياري): بالنسبة للحقائب التي تحتوي على أختام علوية قابلة للطي، يتم طي الحواف العلوية، وأحيانًا يتم لصقها مسبقًا-في هذه الخطوة.

المرحلة 5: التجفيف والتراص

يتم تسليم الأكياس النهائية عبر نفق التجفيف-خاصة في حالة استخدام الغراء البارد. هنا، يمكن للهواء الساخن القسري الذي تبلغ درجة حرارته 40-60 درجة مئوية أن يسرع من تصلب الغراء. يتم ضبط وقت التجفيف ودرجة الحرارة لضمان قوة ربط المادة اللاصقة قبل التعبئة.

يتم بعد ذلك عد الأكياس وتكديسها وضغطها في حزم. يستخدم نظام العد التلقائي أجهزة استشعار بصرية للتحقق من عدد الأكياس والتخلص من أي أكياس معيبة (نقص الغراء، ضعف طي الجزء السفلي، الحجم الخطأ).

تكوينات الآلة وأنواع الأكياس

A آلة صنع الأكياس الورقية من ورق الكرافت البنييمكن تهيئتها لأنواع مختلفة من الأكياس، ويحدد التكوين الوحدات النهائية المضمنة:

تتطلب الأكياس ذات القاع المربع والمقابض أحدث الآلات. ويرجع ذلك إلى معالجة القولبة والربط وإضافة الأكياس إلى العديد من محطات التحكم المؤازرة. يمكن أن تشتمل الملحقات-التي تستخدم اليد الواحدة على قطع شرائح من الورق، ولفها في مقابض من الحبال، وتشكيل ملحقات حلقية وربطها بالحقائب. ويحدث كل هذا بينما تخضع الحقيبة الرئيسية للقولبة والختم.

التحكم في التوتر والتعامل مع الويب: الهندسة غير المرئية

من الصعب رؤية التحديات الهندسية، ولكن جودة الإنتاج الأكثر أهمية هي إدارة توتر الويب. الورق مادة متباينة الخواص. وهذا يعني أن لها خصائص ميكانيكية مختلفة في الاتجاه الميكانيكي (على طول اتجاه الجسيم) واتجاه التقاطع (عبر اتجاه الجسيم). يمتد ورق الكرافت نحو الماكينة تحت الضغط وينكمش قليلاً باتجاه الصليب. إذا تغير مستوى التوتر في جميع أنحاء خط الإنتاج - بسبب تغيرات السرعة أو أحداث الربط أو التغيرات في رطوبة الهواء - يتغير حجم الورق. ثم قم بطي الخطوات ولصقها وقصها بعد صنع الأكياس بأحجام مختلفة.

قام مركز أبحاث التعامل مع الويب، بالتعاون مع جامعة ولاية أوكلاهوما، بنشر العديد من الأوراق البحثية حول توتر الويب في خطوط التبديل متعددة المراحل [3]، وقد تم الاعتراف بعمله من قبل الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين. تظهر دراستهم أنه للحفاظ على استقرار الحجم، يجب الحفاظ على عزل التوتر بين مناطق العملية عن طريق مشابك القيادة أو براميل النقل الفراغي. وبدون عزل المنطقة، يمكن أن تمر مشاكل التوتر عبر الأنبوب، مما يسبب عيوبًا لا يتم ملاحظتها إلا بعد امتلاء الكيس وتنكسر أثناء الاستخدام.

مراقبة الجودة واكتشاف العيوب

يمتلك صانعو الأكياس الحديثة أنظمة مراقبة الجودة المضمنة التي تتحقق من جودة كل حقيبة:

• تبحث كاميرات الفحص البصري عن الغراء المفقود والقيعان المطوية بشكل سيئ والأوساخ السطحية وأخطاء محاذاة الطباعة.
• تقوم أجهزة استشعار الأبعاد (الليزرية أو الضوئية) بفحص طول وعرض وشكل الطية السفلية للحقيبة وفقًا للحدود المحددة.
• تعمل مستشعرات عمق المجمعة على التحقق من طي المجمعات الجانبية إلى العمق الصحيح.
• تقوم آليات الرفض بدفع الأكياس المعيبة خارج تدفق الإنتاج قبل أن تصل إلى محطة التكديس.

قواعد تصنيف العيوب هي أكياس الورق الورقية المنصوص عليها في مجموعات TAPPI القياسية T557. ويقسم العيوب إلى عيوب حرجة (تسرب، فشل سفلي)، كبرى (حجم أكبر من التفاوتات المسموح بها) وعيوب صغيرة طفيفة (عيوب سطحية صغيرة) [1]. عادةً ما يتم ضبط أنظمة الفحص المضمنة لرفض العيوب الحرجة والكبيرة تلقائيًا أثناء وضع علامة على العيوب البسيطة لفحص المشغل.

الاعتبارات البيئية والرطوبة

يمتص الورق الهواء المحيط ويطلق الرطوبة. ولذلك فإن حجمها وخصائصها الميكانيكية تتغير مع تغير مستوى الرطوبة. تختلف قوة الشد وأداء الطي للورق البني عند رطوبة نسبية 50% عن قوة الشد وأداء الطي للورق البني عند رطوبة نسبية 30% أو 70%. تضع المنظمة الدولية للمعايير (ISO) شروط التكييف القياسية لاختبارات الورق (ISO 187: 23 درجة، 50% رطوبة نسبية) للتأكد من أن نتائج الاختبار قابلة للمقارنة [4].

في بيئة الإنتاج، تسبب الرطوبة غير المنضبطة ما يلي:

• تراكم الكهرباء الساكنة: يؤدي انخفاض الرطوبة إلى تراكم الكهرباء الساكنة على الصفحة. يؤدي هذا إلى التصاق الأوراق ببعضها البعض أو فصلها على الطاولات القابلة للطي.
• تغير الحجم: الرطوبة العالية تؤدي إلى انتفاخ الورق. وهذا يجعل حجم الحقيبة محدودًا جدًا أو صغيرًا جدًا.
• التغيرات في خصائص الغراء: يزداد وقت تجفيف الغراء البارد مع زيادة الرطوبة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إبطاء الخط أو ترك السندات غير مكتملة.

تعد مساحات الإنتاج التي يتم التحكم في مناخها - 20-25 درجة و45-55% رطوبة نسبية - أمرًا طبيعيًا في مصانع التعبئة الحديثة لتقليل هذه التأثيرات.

السرعة والكفاءة واقتصاديات الإنتاج المستمر

تعتمد القيمة الاقتصادية لكيس ورق الكرافت البني على معدلات استخدامه العالية. يمكن للآلة التي تنتج 250 كيسًا في الدقيقة إنتاج 15000 كيسًا في الساعة. لكن تلك السرعة القصوى لم تدوم أبدًا. تبلغ كفاءة الإنتاج العالمية-الحقيقية-مع الأخذ في الاعتبار التغييرات في اللفائف وإعادة تعبئة الغراء وتغييرات الشفرات والحجم بين أحجام الأكياس وتوقفات الصيانة غير المخطط لها- عادةً 70 - 85% من السرعة المقدرة.

أكبر عامل الكفاءة هو وقت التغيير. إن التبديل من حجم كيس إلى آخر يعني ضبط ألواح الطي، وتباعد السكاكين، وموضع فوهة الغراء، وإعدادات الشد. تستغرق الأجهزة القديمة التي تم ضبطها يدويًا ما بين 30 إلى 90 دقيقة للتبديل في كل مرة. يمكن للآلات الحديثة التي تعمل بمحرك مؤازر وأنظمة وصفات الحفظ- تغيير التنسيق خلال 5 إلى 15 دقيقة. يُترجم توفير الوقت هذا مباشرةً إلى قدرة إنتاجية أعلى وإيرادات أعلى طوال عمر تشغيل الماكينة.

خاتمة

يعتبر كيس ورق الكرافت البني نظام تحويل دقيق. يتم لف ورق الكرافت إلى أكياس جاهزة في سلسلة من الخطوات: الفتح، الطي، الربط، القطع، تشكيل القاع والتكديس. كل خطوة تعتمد على التي قبلها. وسوف تتبع مشاكل التوتر. يمكن أن تؤدي أخطاء الغراء إلى فشل الحقيبة. يمكن أن تؤدي الأخطاء في القطع إلى عيوب الختم في الأسفل. إن الهندسة التي تسمح بإكمال كل هذه الخطوات في الوقت المحدد وبسرعات إنتاج تصل إلى مئات الأكياس في الدقيقة هي ما يميز آلة صنع الأكياس- عن كومة نفايات الورق.

إن فهم هذه العملية مفيد ليس فقط لأولئك الذين يقومون بتشغيل المعدات أو إصلاحها، ولكن أيضًا لأي شخص في سلسلة توريد التغليف الذي يحتاج إلى الحكم على قدرات الماكينة، أو تحديد معايير جودة الأكياس أو وزن سرعة الإنتاج، وتعقيد الأكياس، ومقايضة التكلفة-بين اختيارات المواد. الآلات هي الركائز غير المرئية لصناعة التعبئة والتغليف الورقية، وقدراتها تحدد اتجاه السوق.

مراجع

[1] الجمعية الفنية لصناعة اللب والورق (TAPPI).TAPPI T403 (قوة انفجار الورق)، TAPPI T494 (خصائص الشد للورق والورق المقوى)، TAPPI T414 (مقاومة التمزق الداخلي للورق)، TAPPI T411 (الأبعاد والتفاوتات لتشكيل الأنبوب المسطح للأكياس الورقية)، TAPPI T557 (تصنيف العيوب للأكياس الورقية). طرق الاختبار الموحدة ومواصفات الأبعاد ومعايير الجودة لورق الكرافت ومنتجات الأكياس الورقية المحولة.

[2] INDA، رابطة صناعة الأقمشة غير المنسوجة، بالتعاون مع TAPPI.المرجع الفني: أداء الربط اللاصق في عمليات التحويل المستندة إلى الويب-.. توثيق خصائص أداء الغراء البارد والمواد اللاصقة المذوبة بالحرارة، وأوقات الضبط، وتطوير قوة الرابطة على ركائز الورق المسامية.

[3] الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME).منشورات مركز أبحاث التعامل مع الويب: ديناميكيات التحكم في التوتر في خطوط التحويل متعددة المراحل. ASME-تم الاعتراف بالأبحاث المتعلقة بإدارة شد الويب، ومبادئ عزل المنطقة، والديناميكيات الميكانيكية لعمليات القطع والتشكيل الدوارة في-معدات التحويل عالية السرعة.

[4] المنظمة الدولية للمعايير (ISO).ISO 187: الورق والكرتون والعجائن-الجو القياسي للتكييف والاختبار. معيار التكييف الجوي للمواد الورقية والورق المقوى لضمان إمكانية تكرار قياسات الخصائص الفيزيائية.