الاتجاهات الجديدة في تقطيع الأفلام الصديقة للبيئة: كيف نواجه تحديات تقطيع المواد القابلة للتحلل؟

مع تقدم "الحظر العالمي للبلاستيك" وتحسين الوعي البيئي، أصبح استخدام الأفلام القابلة للتحلل (مثل PLA وPBAT وPBS وPHA وما إلى ذلك) أكثر انتشارًا، ولكن معالجة التقطيع الخاصة بها تشكل تحديًا جديدًا للعمليات التقليدية.

اتجاه جديد لتقطيع الأفلام الصديقة للبيئة

يركز التقطيع التقليدي على الكفاءة والدقة وجودة إعادة اللف. أما التوجه الجديد لتقطيع الأغشية الصديقة للبيئة، فيتمحور حول محورين أساسيين: "خصائص المادة" و"الاستدامة".

1. معالجة مخصصة ومُحسَّنة: مع احتياجات العملاء المتنوعة، تحتاج مصانع التقطيع إلى أفلام قابلة للتحلل يمكنها التعامل مع سماكات ومواد مختلفة (حتى البثق المشترك متعدد الطبقات) لتوفير حلول تقطيع ضيقة عالية الدقة وحلول تفريع معقدة.

2. ذكي ومعتمد على البيانات: استخدم أجهزة استشعار إنترنت الأشياء وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لمراقبة التوتر والضغط ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى أثناء عملية التقطيع في الوقت الفعلي، وتحسين العملية من خلال تحليل البيانات الضخمة، وتقليل تقلبات الجودة الناجمة عن العوامل البشرية، وهي مناسبة بشكل خاص للمواد القابلة للتحلل الحساسة للأداء.

٣. إنتاج منخفض الكربون وموفر للطاقة: تتطور معدات التقطيع نفسها نحو خفض استهلاك الطاقة ورفع الكفاءة. في الوقت نفسه، تُحسّن العملية لتقليل النفايات، وتُعاد تدوير واستخدام بقايا عملية التقطيع (مثل التحلل البيولوجي أو إعادة التدوير الفيزيائي) لتحقيق حلقة إنتاج خضراء مغلقة.

4. نظيفة وخالية من التلوث طوال العملية: التأكيد على نظافة بيئة الإنتاج وتجنب الغبار والزيت وأفلام التلوث الأخرى، والتي تعد أمرًا بالغ الأهمية للأفلام القابلة للتحلل المستخدمة في التغليف الطبي والغذائي مع متطلبات النظافة العالية.

التحديات الأساسية: خصائص المواد القابلة للتحلل وصعوبات تقطيعها

السبب وراء صعوبة قطع المواد القابلة للتحلل هو أن خصائصها الفيزيائية تختلف بشكل كبير عن المواد البلاستيكية التقليدية مثل البولي إيثيلين وبولي بروبيلين متعدد الفينيل وغيره من المواد البلاستيكية:

1. اختلافات كبيرة في الخصائص الميكانيكية:

◦ انخفاض المتانة والهشاشة: على سبيل المثال، يُعدّ حمض البولي لاكتيك (PLA) أكثر صلابة وهشاشة من البلاستيك التقليدي، ويفتقر إلى اللدونة. تحت تأثير شد القطع، تزداد احتمالية حدوث تشققات في الحواف، وتشققات مجهرية، ومشاكل أخرى.

◦ مقاومة ضعيفة للتمزق: إذا لم تكن شفرة التقطيع حادة، فمن السهل جدًا التسبب في التمزق، بدلاً من القطع السلس.

2. حساسية عالية للحرارة:

◦ عادةً ما تكون درجة حرارة انتقال الزجاج ونقطة انصهار المواد القابلة للتحلل منخفضة. الحرارة الناتجة عن الاحتكاك بين الشفرة والفيلم أثناء عملية القطع تلين وتذوب بسهولة، مما يؤدي إلى التصاق السكين. قد تلتصق المادة المنصهرة بالشفرة، مما يتسبب في عدم تساوي المقاطع، وسحبها، وبقاياها، وتلويث لفافة الفيلم.

3. عدم استقرار معامل الاحتكاك (COF):

◦ قد تكون نعومة الفيلم القابل للتحلل غير متساوية، أو تتغير أثناء الاستخدام (تتأثر بدرجة الحرارة والرطوبة)، مما يسبب صعوبات كبيرة في التحكم في الشد أثناء الشق واللف، ويمكن أن يؤدي بسهولة إلى مشاكل مثل اللف غير المتساوي (اللف) والانهيار.

4. مشكلة الكهرباء الساكنة البارزة:

◦ المواد القابلة للتحلل عادةً ما تكون عازلة جيدة، لكنها معرضة لتوليد قدر كبير من الكهرباء الساكنة. قد تتسبب الكهرباء الساكنة في امتصاص الفيلم للغبار، مما يُصعّب لفّه بسلاسة، بل ويُسبب مشاكل تتعلق بسلامة الإنتاج.

5. القضايا الحساسة للعمر (الشيخوخة):

◦ قد تتغير خصائص بعض المواد أثناء التخزين (على سبيل المثال، هشاشة PLA)، الأمر الذي يتطلب تعديل عملية التقطيع ديناميكيًا وفقًا للدفعة الواردة وحتى وقت التخزين.

كيف نواجه هذه التحديات؟ الحلول النظامية

ولمعالجة تحديات تقطيع المواد القابلة للتحلل، فمن الضروري التحديث والتحسين بشكل منهجي من أربعة جوانب: المعدات، والعملية، والشفرة، والبيئة.

1. ترقيات المعدات: مصممة خصيصًا للمواد الناعمة والصلبة والهشة واللزجة

1. نظام التحكم في التوتر عالي الدقة:

◦ اعتماد نظام تحكم رقمي أوتوماتيكي بالكامل في الشد، مع وظائف للتحكم في شد التفرع وانخفاض عزم الدوران. يُطبّق شد عالي في بداية القطع، ويُخفّض الشد تدريجيًا مع زيادة قطر اللفة، مما يُجنّب سحق الغشاء الداخلي (وهو أمر بالغ الأهمية لـ PBAT الناعم) أو تشقق الحواف (وهو أمر بالغ الأهمية لـ PLA الهش) الناتج عن "الدرفلة المُحكمة".

◦ يوصى باستخدام قابض المسحوق المغناطيسي أو محرك السيرفو للاستجابة في غضون ميلي ثانية والتحكم الدقيق في التوتر.

2. تصميم حامل سكين التقطيع المخصص:

◦ التقطيع بدرجة حرارة منخفضة: يتم استخدام حامل الأداة المبرد أو نظام تبريد الهواء لنفخ الهواء البارد بالقرب من الشفرة، مما يقلل بشكل فعال من درجة حرارة الشفرة ويحل بشكل أساسي مشكلة ذوبان المواد وسكاكين الالتصاق.

◦ اختيار الأدوات:

▪ شفرة أحادية الجانب (مثل شفرة الحلاقة): أفضل للمواد الرقيقة والهشة للحصول على قطع أنيقة.

شفرة مزدوجة الجوانب (نوع المقص): ​​مناسبة للمواد السميكة والصلبة، وتتميز بقطع ناعم. مع ذلك، تتطلب دقة تركيب عالية جدًا.

◦ الشفرات المغطاة بالتفلون أو السيراميك: تتميز هذه الطلاءات بسطح منخفض للغاية وهي فعالة في منع التصاق المواد بعد الذوبان.

3. أنظمة إزالة الكهرباء الساكنة الفعالة:

◦ قم بتثبيت قضبان الهواء الأيونية أو مزيلات الكهرباء الساكنة في المحطات الرئيسية مثل فك اللف، والتقطيع، واللف لتحييد الشحنة الساكنة على سطح الفيلم بشكل مستمر والتأكد من أن عملية التقطيع نظيفة ومرتبة وآمنة.

4. ترقية مادة أسطوانة التلامس:

◦ يمكن طلاء سطح أسطوانة التلامس (أسطوانة الضغط) الخاصة باللف بمادة مرنة مثل البولي يوريثين (PU) لتوفير ضغط لطيف وموحد لتجنب سحق الفيلم الناعم.

2. تحسين العملية: المعلمات هي الروح

1. ضبط التوتر:

مبدأ "الصغير خير من الكبير". يتم الضبط الدقيق بدءًا من أدنى شد يضمن انكماشًا سلسًا، ويجب إجراء اختبارات كافية للعينات.

◦ إنشاء قاعدة بيانات مستقلة لمعلمات الشد للمنتجات المصنوعة من مواد مختلفة، وسمك مختلف، وعرض مختلف.

2. زاوية الشفرة والتداخل:

◦ اضبط زاوية الشفرة (الخلفية) ومساحة القطع (التداخل). للمواد سهلة الالتصاق بالسكاكين، قلل مساحة القطع بشكل مناسب، واستخدم طريقة "القطع الخفيف بزاوية حادة" لتقليل حرارة الاحتكاك.

◦ الحفاظ على الحدة القصوى للشفرة وإنشاء نظام صارم لاستبدال الشفرة وطحنها.

3. سرعة القطع:

◦ السرعة ليست دائمًا الأفضل. بالنسبة للمواد القابلة للتحلل والتي يصعب قطعها، يُعدّ تقليل سرعة القطع بشكل مناسب طريقة فعّالة لتقليل تراكم الحرارة وضمان جودة القطع.

4. الرقابة البيئية:

◦ التحكم في درجة حرارة ورطوبة ورشة العمل. يتأثر أداء المواد القابلة للتحلل بدرجة الحرارة والرطوبة، لذا فإن بيئة الإنتاج المستقرة (مثل ٢٢±٢ درجة مئوية، ٥٠٪±٥٪ رطوبة نسبية) شرط أساسي لضمان جودة تقطيع مستقرة.

3. التشغيل والصيانة: التفاصيل تحدد النجاح أو الفشل

1. التعامل مع اللفائف وتخزينها:

◦ تعتبر لفات الأفلام القابلة للتحلل أكثر "حساسية" من البلاستيك التقليدي، ويجب التعامل معها برفق أثناء المناولة والتخزين لتجنب تلف الحافة الناجم عن الاصطدامات.

◦ الاهتمام بظروف التخزين لمنع امتصاص الرطوبة أو شيخوخة المواد.

2. التنظيف والصيانة:

◦ حافظ على نظافة المعدات، وخاصة بكرات التوجيه، والشفرات، وبكرات الضغط، وامسحها بانتظام بمذيبات غير ضارة مثل الكحول لمنع تلوث الغبار.

ملخص

إن معالجة تحدي تقطيع المواد القابلة للتحلل يتطلب في الأساس التحول من الاعتماد على الخبرة إلى الاعتماد على التكنولوجيا.

• الفكرة الأساسية: فهم خصائص المواد → ضبط تكوين المعدات → تحسين معلمات العملية → التحكم الصارم في البيئة.

• التركيز على الاستثمار: إعطاء الأولوية لتحديث أنظمة التحكم في التوتر، وأنظمة تبريد الشفرات، وأنظمة إزالة الكهرباء الساكنة.

• القوة الناعمة: إنشاء قاعدة بيانات عملية محسنة وإجراءات تشغيلية قياسية لتعزيز تدريب الموظفين على خصائص المواد.

مع التقدم في علوم المواد وتكنولوجيا المعدات، يتزايد نضج تقطيع الأغشية القابلة للتحلل. الشركات التي تتولى زمام المبادرة في إتقان هذه التقنيات والعمليات الجديدة ستحتل بالتأكيد مكانة رائدة في عالم التغليف الصديق للبيئة.