Was ist eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken und wie funktioniert sie?

Müllsäcke sind einer der größten Produkttypen auf dem globalen Markt für Weichverpackungen. Der Europäische Verband der Kunststoffrecyclingorganisationen schätzt, dass allein in Europa jedes Jahr mehr als 8 Millionen Tonnen Polyethylenfolie bei der Sammlung von Haushalts- und Gewerbeabfällen verwendet werden. Der weltweite Verbrauch ist viel höher. Am Produktionsende dieser Lieferkette befindet sich eine spezielle Konvertierungseinrichtung. Dabei handelt es sich um eine Maschine, die Endlosrollen aus Polyethylenfolie in versiegelte, perforierte und kerngewickelte Beutel einlegt und diese in Haushalts- und Industriebehälter entlädt. Um zu verstehen, was eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken ist und wie sie mechanisch funktioniert, müssen wir verstehen, wie Folienextrusion, Präzisionsversiegelung, kontrolliertes Falten und automatisches Aufwickeln zusammenwirken. Diese Teile bestimmen die Funktion der Maschine.

Definieren der Ausrüstung

A Maschine zur Herstellung von Müllsäckenist ein nachgeschaltetes Konvertierungssystem. Die Versorgung erfolgt durch vorextrudierte Polyethylenfolie. Bei dieser Folie kann es sich um eine einschichtige Blasfolie oder eine mehrschichtige Blasfolie handeln. Oder es kann ein Flachbildschirm sein, der gefaltet werden muss. Anschließend durchläuft die Maschine den Film in einer Reihe von Schritten. Zu diesen Schritten gehören das Versiegeln, Perforieren, Schneiden und Aufwickeln. Das Endprodukt ist eine fertige Tasche, die verpackt und versendet werden kann. Die Maschine selbst macht keinen Film. Dieser Auftrag gehört zur Produktionslinie der Blasfolienextrusionslinie. Stattdessen wird die Maschine strukturell verändert. Es sorgt für eine Versiegelung des Beutelbodens. Es ermöglicht die Perforationslinie, sodass Benutzer einen einzelnen Beutel von der Rolle abreißen können. Es bildet einen sternförmigen oder flachen Verschluss, der bestimmt, wie sich der Beutel öffnet und wie viel Gewicht er tragen kann.

Der Unterschied zwischen einer Membran und einem Beutel liegt in der Funktionsweise. Die American Society for Testing and Materials (ASTM) hat einen Standard namens D1709 für die Schlagfestigkeit von Polyethylenfolien. In dieser Norm werden die Membran und der Konvertierungsbeutel als zwei separate Dinge gemessen. Die Materialeigenschaften der Folie und die Strukturgeometrie des Beutels beeinflussen die Eigenschaften der Folie. Eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken verändert die Materialeigenschaften der Folie nicht. Es hat jedoch großen Einfluss auf das Strukturverhalten der Tasche. Dies wird durch die Kontrolle der Geometrie, Faltung und Schnittgenauigkeit der Dichtung erreicht.

Kernarbeitsphasen

Stufe 1: Filmabwicklung und Spannungskontrolle

Der Prozess beginnt mit einer Rolle Schlauch- oder Flachfolie. Die Spirale ist auf einer elektrischen Wickelmaschine montiert. Folienrollen, die bei der Herstellung von Müllsäcken verwendet werden, wiegen in der Regel zwischen 200 und 500 kg. Sie können 1.000-1.500 Millimeter breit sein. Der Abwickler muss die Folie mit kontrollierter Spannung an die nachgeschaltete Siegelstation übergeben. Bei Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) beträgt die Spannung typischerweise 15 und 40 Newton. Bei zu hoher Spannung dehnt sich die Folie und wird schmaler. Dies wird als Ausschnitt bezeichnet. Bei zu geringer Spannung knittert die Folie und die Versiegelung löst sich.

Die Society of Plastics Engineers (SPE) hat technische Referenzbedeutung für die Verarbeitung von Polyolefinfolien. Es heißt, dass die Spannungsregelung auf ± N genau sein muss, was notwendig ist, um die Filmgröße stabil zu halten. Dies gilt insbesondere für Folien von 10–25 μm, die in Hausmüllbeuteln üblich sind. Moderne Maschinen werden durch eine geschlossene Feedbackschleife basierend auf Wägezellen implementiert. Tänzerwalzen oder Kraftmessdosen messen die tatsächliche Bahnspannung zwischen 50 und 100 Mal pro Sekunde. Die Abwickelmaschine mit Servoantrieb ändert dann ihre Geschwindigkeit, um die Spannung am Einstellpunkt zu halten. Wenn die Folie zu Ende ist, verkleinert sich der Rollendurchmesser und der Hebelarm verkürzt sich. Die Steuerung erhöht also automatisch proportional die Geschwindigkeit. Dadurch bleibt die lineare Spannung konstant.

Stufe 2: Falten und Zentrieren des Zwickels

Wenn der eingehende Film flach und nicht vor{0}}intubiert ist, muss er an dieser Stelle zu einem Schlauch gefaltet werden. Zwei seitlich klappbare Paneele reichen aus. Dabei handelt es sich um fein geformte Bleche aus Metall oder hochdichtem Polyethylen. Sie erzeugen nach innen gerichtete Zwickelfalten. Die Falten verengen die flache Breite und lassen auch Seitenfalten an der fertigen Tasche erkennen. Bei vor-Röhrenfilmen ist dieser Schritt nicht erforderlich. Dennoch durchläuft der Film einen Abflachungsabschnitt. Dieser Abschnitt stellt sicher, dass beide Zwickel die gleiche Tiefe haben, bevor die Folie in den Siegelbereich gelangt.

Das Führungsschienensystem nutzt Ultraschall- oder optische Sensoren. Diese Sensoren können erkennen, wo sich der Film links und rechts befindet. Anschließend kalibrierten sie es in Echtzeit über den Lenkrahmen am Abwickler. Schon eine Abweichung von 2 mm kann zu Problemen führen. Die untere Dichtung weicht von der Mitte ab. Dadurch werden die Siegelränder der Beutel ungleichmäßig. Diese Beutel zerbrechen, wenn sie gefüllt sind. TAPPI ist der technische Verband der Zellstoff- und Papierindustrie. Zur Verarbeitungsabteilung gehört auch die Verarbeitung von Polymerfolien. TAPPI gab an, dass eine Kantenführungsgenauigkeit von ±0,5 mm Standard für Hochgeschwindigkeits-Verpackungsgeräte mit mehr als 200 Umdrehungen pro Minute ist.

Stufe 3: Bodenversiegelung

Die Bodendichtung ist der wichtigste strukturelle Teil des Müllsacks. Es muss dicht genug sein, um zu verhindern, dass nasser Abfall austritt. Außerdem muss es stark genug sein, um das Gewicht einer vollen Tasche zu tragen, wenn die Tasche an den Riemen oder am oberen Rand gezogen wird.

Es gibt drei Hauptdichtungsformen:

Flache (oder gerade) Dichtung. Es handelt sich um eine horizontale Heißsiegelung über die gesamte Breite des Beutels. Dies ist der einfachste und schnellste Weg. Es übt jedoch Druck auf die Ränder der Membran aus. Der spitze Winkel zwischen der dicken Raupe und der Folie reißt unter Belastung. Untersuchungen, die von der Society of Plastics Engineers in ihren ANTEC Conference Proceedings veröffentlicht wurden, zeigten, dass Beutel zwischen 65 und 75 Prozent der Star-Pack-Kapazität brechen. Dies ist auf Spannungen an den Dichtungskanten zurückzuführen.

Sternsiegel (oder Nahtsiegel). Die Zwickelfalten öffneten sich unten. Der Film ist in Sternchen bzw. Sternchenmuster zusammengestellt. Anschließend verschweißt eine kreisförmige oder gebogene Schweißnaht alle Lagen gleichzeitig. Dadurch wird der Druck auf viele Kurven verteilt, nicht nur auf zwei Ecken. Außerdem entfallen die Schlitztaschen, in denen sich Flüssigkeit auffängt, und das Flachdichtungsdesign. Vereinigte USA. Die Environmental Protection Agency (EPA) untersucht feste Siedlungsabfälle. Es heißt, dass die sternförmige versiegelte Struktur die Hauptform von schweren Abfallbeuteln ist, da sie Lecks verhindert und die Lastverteilung ausgleicht.

C Faltdichtung (oder flache -Bodendichtung). Dies ist ein Hybriddesign. Der Boden ist flach versiegelt, hat aber eine doppelte Falte, um einen Boden mit Zwickel zu bilden. Dadurch erhält der Beutel einen flachen Boden, wenn er in der Tonne steht. Dafür ist jedoch eine komplexere Siegelstation mit zwei parallelen Siegelbalken erforderlich, die bei leicht unterschiedlichen Temperaturen arbeiten.

Der Versiegelungsmechanismus verwendet einen Hot Rod oder ein Rotationsmesser. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) wird bei 160–200 °C gehalten. Die genaue Temperatur hängt von der Foliendicke, dem Harzschmelzindex und der Lineargeschwindigkeit ab. Der Siegelbalken drückt die Folie für einen festen Halt von 0,15–0,4 Sekunden auf die Silikonkautschuk-Stützwalze. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) verfügt über ISO 11607-2 für sterile Verpackungen am Ende ihrer Lebensdauer. Für die Prüfung der Dichtigkeit ist diese Norm anzuwenden. Darin heißt es, dass die Polyethylenfolie eine thermische Siegelfestigkeit von mehr als 5 N pro 25 mm Siegelbreite haben sollte. Dies kann durch die A-Müllsackherstellungsmaschine erreicht werden, indem die Siegeltemperatur über die gesamte Breite gleichmäßig innerhalb von ±5 Grad gehalten wird. Diese Toleranz erfordert die Platzierung eines eingebetteten Thermoelements alle 50 mm.

Stufe 4: Perforation und Schneiden

Wenn die Bodenversiegelung abgeschlossen ist, bewegt sich die Folie zur Perforationsstation. Hier bildet ein rotierendes Messer oder eine feststehende Klinge eine gepunktete Linie. Die Linie ermöglicht es Benutzern, einzelne Beutel von Rollen abzureißen. Die Perforation musste so tief sein, dass jemand sie mit der Hand aufreißen konnte. Gemäß ASTM D1922 ist hierfür normalerweise eine Reißkraft von 3 -8 N erforderlich, um die Reißfestigkeit zu verbessern. Sie darf jedoch nicht so tief sein, dass die Tasche beim Aufwickeln, Transport oder Gebrauch aufgerissen werden kann.

Der Einschnitt, der einen Beutel vom nächsten trennt, erfolgt gleichzeitig mit dem Verschließen des Bodens des nächsten Beutels. Oder direkt nach dem Siegel. Daher handelt es sich bei jedem Versiegelungszyklus um einen kompletten Beutel. Schneidmesser sind in der Regel rotierende Kreismesser. Es besteht aus Schnellarbeitsstahl oder Wolframkarbid. Die Klinge arbeitet auf einer Ambosswalze mit einem Steuerspalt von 0.02 -0.05 mm. Das Journal of Applied Polymer Science wird von Wiley Press veröffentlicht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schärfe der Klinge direkten Einfluss auf die Sauberkeit des Schnitts hat. Eine Klinge mit einem Radius von weniger als 2 μm wird sauber geschnitten. Dieser klare Schnitt hinterlässt keine leichten Rissspuren auf der Folie. Aber Klingen mit einem Radius von mehr als 5 Mikrometern haben raue Kanten. Wenn der Beutel beladen wird, führt diese raue Kante zu einem Dichtungsfehler.

Stufe 5: Falten und Kernwickeln

Die fertigen Beutel werden zur Einzelhandelsverpackung um Kartonkerne gewickelt. Der Innendurchmesser dieser Kerne beträgt üblicherweise 38 mm oder 76 mm. Die Wickelstation muss den Stoffbeutel in einem bestimmten Muster falten. Übliche Muster sind C oder ein Trifold. Durch diese Faltung wird der Durchmesser der Walze kleiner. Es sorgt auch dafür, dass einzelne Beutel beim Ziehen sauber herauskommen.

Eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken verwendet Faltbretter. Die Platine sitzt vor der Wickelmaschine. Es erzeugt das gewünschte Faltenmuster, während die Folie die Spannung kontrolliert. Der Wickler ist ein zentrales Antriebssystem. Der Kern dreht sich auf einer motorisierten Welle. Mit zunehmendem Durchmesser der Walze nimmt die Spannung ab. Dadurch wird verhindert, dass die Innenschicht durch das Gewicht der Außenschicht zerdrückt wird. Diese konische Spannungskontrolle ist sehr wichtig. Für flexible Wickelfolien gelten auch die technischen Standards der Association of Nonwoven Fabrics Industry (INDA). Laut INDA ist ein Verhältnis von 30 30 – 50 Prozent am besten. Das bedeutet, dass die endgültige Wickelspannung 30–50 Prozent der Anfangsspannung beträgt. Diese Verhältnisse verhindern die Ausdehnung der Rolle und die Verformung des Kerns in einer mehrschichtigen Rolle.

Bei Taschenbuchtaschen handelt es sich nicht um eine Rolle, sondern um eine separate Falttasche mit einem anderen Weg. Hinter der Schneidestation zweigte der Weg ab. Ein Stapler sammelt und zählt Säcke. Der Falter wendet dann den endgültigen Faltmodus an. Legen Sie dann den Beutel in die Schachtel.

Drawtape-Integration

Viele Hausmüllbeutel haben Hosenträger. Dabei handelt es sich um einen schmalen Filmstreifen, der normalerweise 6 -10 mm breit ist. Es verläuft am oberen Rand der Tasche entlang und ragt auf beiden Seiten in Knoten heraus. Für die Erweiterung einer Müllbeutelmaschine um die Zugbandproduktion sind zwei zusätzliche Teile erforderlich. Das erste ist ein Bandextruder oder Bandschneidemodul. Dadurch wird das Zugband vom zweiten Film abgerollt. Die zweite ist die Bonding-Station. Dieses heißgeschweißte oder Ultraschallklebeband weist im Siegelzyklus einen oberen und unteren Saum auf.

Die Ultraschall-Verbindungsmethode wird immer häufiger eingesetzt. Es sind keine Klebstoffe erforderlich. Dies vermeidet temperaturempfindliche Probleme. Das Edison Welding Institute (EWI) ist ein unabhängiger Werkstoff, der sich dem Forschungsteam anschließt. Das EWI hat hierzu eine Studie veröffentlicht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ultraschall-Schälfestigkeit von Polyethylen-Zugbändern 12 – 18 N/25 mm beträgt. Dies liegt über dem 8N-Schwellenwert, der für einen zuverlässigen Beutelverschluss erforderlich ist. Es verbraucht 60 Prozent weniger Energie als das thermische Bonden desselben Steckverbinders.

Materielle Überlegungen und Nachhaltigkeit

Das Hauptmaterial von Abfallbeuteln ist Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE). Zur Herstellung dünnerer und kostengünstigerer Beutel wird Polyethylen hoher Dichte (HDPE) verwendet. Die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) arbeitet im Rahmen der REACH-Verordnung. Es überwacht in Kunststoffen verwendete Zusatzstoffe wie Serucamid, Kieselsäure und Farbstoffe (Ruß für schwarze Beutel und Titanweiß für weiße Beutel). Neue Regeln haben das Interesse an Post-Consumer-Recycling-Inhalten (PCR) geweckt. Die Verpackungs- und Verpackungsabfallverordnung legt für Kunststoffverpackungen bis 2030 ein Recyclingziel von 35 Prozent fest. Dies verändert unmittelbar die Materialauswahl und den Umgang mit Maschinen.

Eine Maschine zur Herstellung von Müllbeuteln muss sich an die unterschiedlichen Fließeigenschaften von PCR-Mischungen anpassen können. Im Vergleich zum neuen Harz weist recyceltes Polyethylen einen größeren Molekulargewichtsbereich und eine größere Schwankung des Schmelzflusses auf. Dies führt zu einer geringeren Filmdicke und mehr Gelpartikeln. Hierbei handelt es sich um Flecken aus ungeschmolzenem Harz, die zu Dichtungsproblemen führen können. Zu den Änderungen an der Maschine gehören etwas höhere Dichtungstemperaturen von etwa + 5-10 Grad. Längere Stoppzeiten von etwa +0.05 Sekunden sind ebenfalls enthalten. Sie müssen die Klingen häufiger überprüfen, um abrasiven Schmutz in PCR-Filmen zu beseitigen.


Qualitätskontrolle und Prüfung

Die fertige Verpackung wird einer Standardprüfung unterzogen, um ihre Leistung zu testen. Zu den wichtigsten Tests gehören:

Falltest (ASTM D5276). Eine beschwerte Tasche fiel aus einer bestimmten Höhe. Dies ahmt die Wirkung nach, die entsteht, wenn man in einen Mülleimer oder Mülleimer wirft. Ein sternförmiger Beutel übersteht normalerweise einen Fall aus 1,2 bis 1,5 Metern Höhe und einem Gewicht von 5 kg. Bei gleicher Belastung versagt das Flat-Pack bei 0,8–1,0 m.

Siegelfestigkeit (ASTMF88). Dies ist ein Schältest der unteren Versiegelung. Es misst die Kraft, die zum Aufbrechen des Siegels erforderlich ist. Der zulässige Mindestwert für Haushaltsplastiktüten beträgt 5 N/25 mm. Der Wert des Schwerlastpakets beträgt 12 N/25 mm.

Durchstoßfestigkeit (ASTM D4833). Dabei wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um die Folie mit einem Kegel zu durchstoßen. Es simuliert den Kontakt mit scharfen Abfällen. Typische Werte für 15 – 25 μm LDPE-Folie waren 5–15 N.

Das International Trade Center (ITC) ist eine gemeinsame Agentur der Vereinten Nationen und der Welthandelsorganisation. ITC hat diese Testmethoden in seinen technischen Beschaffungsleitfaden für Abfallentsorgungsmaterialien aufgenommen. Diese Leitfäden stehen städtischen und institutionellen Käufern zur Verfügung. Dadurch wird sichergestellt, dass maschinell hergestellte Taschen vor dem Versand den vertraglichen Leistungsstandards entsprechen.

Abschluss

Eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken ist ein mehrstufiges Verarbeitungssystem. Seine Hauptaufgabe besteht darin, kontinuierliche Polyethylenfolie zu versiegelten, perforierten und gewickelten Beuteln zu verarbeiten. Bei dieser Arbeit kommt es auf die genaue Koordination von Entfaltungsspannung, Falten, thermischen Versiegelungen, Perforationsschneiden und Kräuseln geometrischer Formen an. Die Leistung der Maschine wird nicht nur an der Produktionsgeschwindigkeit gemessen, die Standardeinstellung liegt typischerweise bei 150–250 Takten pro Minute. Sie kann auch an der strukturellen Festigkeit der hergestellten Beutel gemessen werden. Diese Festigkeit hängt von der Temperaturgleichmäßigkeit der Versiegelung, der Klingenschärfe, der Perforationstiefe und der Spannungsverteilung im gesamten Versiegelungsmuster ab. Mit den neuen Vorschriften werden Verarbeiter auf recycelbare Folien umsteigen, Abfallsortiersysteme werden mehr Arten von Beuteln erfordern und die Fähigkeit der Maschinen, unterschiedliche Materialien zu verarbeiten und gleichzeitig die Siegel- und Schnittqualität beizubehalten, wird einen zunehmenden Einfluss auf ihren Produktionswert haben

Referenzen

• Europäischer Verband der Kunststoffrecycling- und -rückgewinnungsorganisationen (EPRO).Europäische Marktstatistik für Kunststoffrecycling und Materialflussanalyse.
• ASTM International.ASTM D1709 - Standardtestverfahren für die Schlagfestigkeit von Kunststofffolien nach der Methode des freien-Falls mit Pfeilen.
• Gesellschaft der Kunststoffingenieure (SPE).Technische Referenz zur PolyolefinfolienverarbeitungUndANTEC-Konferenzbeiträge - Dichtungsgeometrie und Ladeleistung in Abfallbeuteln.
• TAPPI-Verarbeitungsabteilung.Technische Richtlinien für die Verarbeitung flexibler Folien.
• US-Umweltschutzbehörde (EPA).Studien zur Charakterisierung von Siedlungsabfällen - Verpackungs- und Behälteranalyse.
• ISO 11607-2:2019.Verpackung für im Endstadium sterilisierte Medizinprodukte - Teil 2: Validierungsanforderungen für Form-, Versiegelungs- und Montageprozesse.
• Wiley -Zeitschrift für Angewandte Polymerwissenschaft- Klingenkantengeometrie und Schnittqualität bei der Verarbeitung von Polyethylenfolien.
• INDA - Verband der Vliesstoffindustrie.Technische Standards für flexible Folienwicklung und Kernmanagement.
• Edison Welding Institute (EWI).Ultraschallverklebung von Polyethylenfolienverbindungen - Festigkeits- und Energieleistungsstudien.
• Europäische Chemikalienagentur (ECHA).REACH-Verordnung - Additivüberwachung für Polyolefinfolienformulierungen.
• ASTM International.ASTM D5276 - Standardtestmethode für den Falltest beladener Container; ASTM F88 - Standardtestverfahren für die Siegelfestigkeit flexibler Barrierematerialien; ASTM D4833 - Standardtestmethode für die Durchstoßfestigkeit von Geotextilien.
• Internationales Handelszentrum (ITC) / WTO.Technische Beschaffungsrichtlinien für Abfallentsorgungsbedarf.