ゴミ袋は、世界の軟包装市場において最大の製品タイプの 1 つです。欧州プラスチックリサイクル団体協会は、ヨーロッパだけで毎年 800 万トンを超えるポリエチレンフィルムが家庭および商業廃棄物の収集に使用されていると推定しています。世界の消費レベルははるかに高くなっています。このサプライチェーンの生産末端には、特別な変換装置があります。これは、ポリエチレン フィルムの連続ロールを、密封され、穴が開けられ、芯が巻かれた袋に入れて、家庭用および工業用のゴミ箱に積み込む機械です。-ゴミ袋製造機とは何か、またその機械がどのように機能するかを理解するには、フィルムの押し出し、精密なシール、制御された折り畳み、自動巻き取りがどのように連携して機能するかを理解する必要があります。これらの部品が機械の機能を決定します。
機器の定義
A ゴミ袋製造機ダウンストリーム変換システムです。事前に押出成形されたポリエチレン フィルムから供給されます。-このフィルムは、単層インフレーションフィルムまたは多層インフレーションフィルムであり得る。-。または、折りたたむ必要があるフラット パネルの場合もあります。その後、マシンは一連のステップを経てムービーを実行します。これらのステップには、シール、穿孔、切断、巻き取りが含まれます。最終製品は完成したバッグであり、すぐに梱包して発送できます。機械自体はフィルムを作るわけではありません。その仕事はインフレーションフィルム押出ラインの生産ラインに属します。その代わりに、機械は構造的に変化します。底袋シールを作成します。ミシン目が入っているので、ロールから 1 つの袋を切り離すことができます。星型シールまたは平らなシールを形成し、これによってバッグの開き方とバッグがどれだけの重量に耐えられるかが決まります。
メンブレンとバッグの違いは、その仕組みです。米国材料試験協会 (ASTM) には、ポリエチレン フィルムの耐衝撃性に関する D1709 と呼ばれる規格があります。この規格では、メンブレンと変換バッグは 2 つの別個のものとして測定されます。フィルムの材料特性とバッグの構造幾何学形状は、フィルムの特性に影響を与えます。ゴミ袋製造機はフィルムの材質特性を変えることはありません。しかし、それはバッグの構造的挙動に大きな影響を与えます。これは、シールの形状、折り目、カットの精度を制御することによって実現されます。
コア作業段階
ステージ 1: フィルムの巻き戻しと張力の制御
このプロセスは、チューブ状または平らなフィルムのロールから始まります。スクロールは電動コイリングマシンに取り付けられます。ゴミ袋の製造に使用されるフィルムロールの重さは通常 200 ～ 500 kg です。幅は 1,000-1,500 ミリメートルになります。アンワインダーは、制御された張力でフィルムを下流のシーリング ステーションに搬送する必要があります。低密度ポリエチレン (LDPE) の場合、張力は通常 15 および 40 ニュートンです。張力が高すぎると、フィルムが伸びて狭くなります。これをネックラインといいます。張力が弱すぎるとフィルムにしわが寄ったり、シールがずれたりします。
Society of Plastics Engineers (SPE) は、ポリオレフィン フィルム加工に関して技術的な参考資料としての役割を果たしています。フィルムのサイズを安定させるためには、張力制御が±Nまで正確でなければならないと書かれています。これは、家庭用ゴミ袋で一般的な 10 ～ 25 μm のフィルムに特に当てはまります。最新の機械は、ロードセルに基づく閉ループ フィードバックによって実装されています。{6}ダンサー ローラーまたはロード セルは、実際のウェブの張力を 1 秒あたり 50 ～ 100 回測定します。次に、サーボドライブの巻き戻し機が速度を変更して張力を設定点に維持します。フィルムがなくなるとロール径が小さくなり、レバーアームが短くなります。したがって、コントローラーは自動的に比例して速度を上げます。これにより、直線張力が一定に保たれます。
ステージ 2: ガセットの折り曲げとセンタリング
入ってくるフィルムが挿管前ではなく平らである場合は、この時点でフィルムを折りたたんでチューブにする必要があります。{0} 2つのサイド折りたたみパネルが機能します。これらは、細かく形成された金属または高密度ポリエチレンのシートです。-内側にガセットの折り目を作ります。折り目によりフラット幅が狭くなり、完成したバッグの横の折り目も確認できます。プレチューブフィルムの場合、この手順は必要ありません。-それでも、映画は平坦化するセクションを通過します。このセクションにより、フィルムがシール領域に入る前に、両方のガセットが同じ深さになることが保証されます。
ガイド レール システムは超音波または光学センサーを使用します。これらのセンサーはフィルムの左右の位置を認識します。次に、アンワインダーのステアリング フレームを介してリアルタイムで校正しました。 2mmのずれでも問題が発生する可能性があります。底部シールが中心からずれます。そのため、袋のシール部分が不均一になります。これらの袋はいっぱいになると壊れます。 TAPPI は紙パルプ業界の技術協会です。同社のコンバーティング部門には、ポリマーフィルムのコンバーティングも含まれています。 TAPPI は、毎分 200 周を超える高速袋詰め装置のエッジ ガイダンス精度 ±0.5 mm が標準であると述べました。-
ステージ 3: 底部のシール
底シールはゴミ袋の最も重要な構造部分です。湿った廃棄物が漏れないように十分に密閉する必要があります。また、バッグがストラップや上端で引っ張られたときに、バッグをいっぱいにしたときの重量に耐えるのに十分な強度も必要です。
シールの形状は主に次の 3 つがあります。
フラット（またはストレート）シール。袋の幅方向に横長のヒートシールです。これが最も簡単で早い方法です。しかし、膜の端に圧力がかかります。厚いビードとフィルムの間の鋭角は、負荷がかかると亀裂が生じます。プラスチック技術者協会が ANTEC 会議議事録で発表した調査によると、袋の破損はスターパックの容量の 65 ～ 75 パーセントであることが示されています。これはシールのエッジ端にかかる応力によるものです。
スターシール（またはシームシール）。マチの折り目が底部に開きます。フィルムはアスタリスクまたはアスタリスク パターンで収集されます。次に、円形または湾曲したシールがすべての層を同時に溶接します。これにより、2 つのコーナーだけでなく、多くのカーブに圧力が分散されます。また、フラットシールデザインで液体を捕らえるスリットポケットも排除しました。米国統一。環境保護庁 (EPA) は都市固形廃棄物を研究しています。それによると、スターシール構造は、漏れを防ぎ、荷重支持のバランスをとるため、重いゴミ袋の主な形状であるとのことです。
C シールを折ります（または平らな底）。{0}}これはハイブリッドデザインです。底面は平らにシールされていますが、二重に折り畳んでマチ付きの底面を作っています。これにより、袋の底が平らになり、ゴミ箱の中に置かれます。ただし、わずかに異なる温度で動作する 2 つの平行なシール バーを備えた、より複雑なシーリング ステーションが必要です。
シール機構はホットロッドまたはロータリーナイフを採用しています。低密度ポリエチレン (LDPE) は 160 ～ 200 ℃ に保たれます。正確な温度はフィルム ゲージ、樹脂のメルト インデックス、線速度によって異なります。シールバーはフィルムをシリコーンゴム製のバックアップローラーに押し付け、0.15 ～ 0.4 秒間一定の時間保持します。国際標準化機構 (ISO) は、耐用年数を経た滅菌包装に関する ISO 11607-2- を取得しています。この規格はシール強度の試験に使用されます。ポリエチレンフィルムのサーマルシール強度はシール幅25mmあたり5N以上でなければならないと記載されています。 Aゴミ袋製造機ではシール温度を全幅±5度以内に均一に保つことで実現しています。この許容差では、埋め込み熱電対を 50 mm ごとに配置する必要があります。
ステージ 4: 穿孔と切断
底部のシールが完了すると、フィルムは穿孔ステーションに移動します。ここでは、回転ナイフまたは固定刃が点線を形成します。このラインを使用すると、ユーザーは巻物から個々の袋を引き裂くことができます。ミシン目は、誰かが手で引き裂くことができるほど深くなければなりませんでした。 ASTM D1922 によると、引裂き抵抗を改善するには、通常 3 -8 N の引裂き力が必要です。ただし、巻き取り、輸送、使用中にバッグが破れてしまうほど深くすることはできません。
ある袋を次の袋から分離するための切り込みは、次の袋の底をシールすると同時に行われます。もしくは封印直後。したがって、各シールサイクルは完全な袋になります。切断刃は通常、回転する円形のナイフです。これは高速度鋼またはタングステンカーバイドで作られています。{4}ブレードは、0.02 -0.05 mm の制御ギャップを持つアンビル ローラー上で動作します。 Journal of Applied Polymer Science は Wiley Press から出版されています。結果は、刃の鋭さが切断のきれいさに直接影響することを示しています。半径2μm以下の刃がきれいに切れます。このクリアカットはフィルムにわずかな破れ跡を残しません。ただし、半径が 5 ミクロンを超えるブレードは、エッジが粗くなります。バッグに荷物を入れると、この荒れたエッジがシール不良に発展します。
ステージ 5: 折り曲げとコアの巻き取り
完成したバッグは、小売用包装用に板紙の芯に巻き付けられます。これらのコアの内径は通常 38 mm または 76 mm です。巻き取りステーションでは、布袋を特定のパターンで折りたたむ必要があります。一般的なパターンは C または 3 つ折りです。この折り曲げにより、ローラーの直径が小さくなります。また、個々の袋を引っ張るときれいになります。
ゴミ袋製造機は折りたたみボードを採用しています。ボードは巻線機の上流にあります。フィルムの張力を制御しながら、必要な折り目パターンを作成します。ワインダーは中央駆動システムです。コアは電動シャフト上で回転します。ローラーの直径が大きくなると、張力は減少します。これにより、内層が外層の重みによって潰れるのを防ぎます。このテーパーテンションのコントロールが非常に重要です。フレキシブル巻取りフィルムは、不織布工業会 (INDA) の技術基準にも適用されています。 INDA は、30 30 – 50% の比率が最適であると述べています。これは、最終的な巻き取り張力が初期張力の 30 ～ 50% であることを意味します。これらの比率により、ロールの膨張や多層ロールのコアの変形が防止されます。
文庫本用の袋の場合、ロールではなく別の折り袋で、パスが異なります。切断ステーションの後ろで道が分岐していました。スタッカーが袋を集めて数えます。その後、フォルダーは最終的な折り畳みモードを適用します。次に、バッグを箱に入れます。
ドローテープの統合
多くの家庭用ゴミ袋にはサスペンダーが付いています。これは、通常幅 6 -10 mm の細いフィルムのストリップです。それはバッグの上端に沿って伸びており、両側に結び目で突き出ています。ゴミ袋メーカーにドローテープの生産を追加するには、2 つの追加部品が必要です。 1 つ目は、テープ押出機またはテープ切断モジュールです。これにより、ドローテープが 2 番目のフィルムから巻き取られます。 2つ目はボンディングステーションです。この熱溶着または超音波接着テープには、シール サイクル中に上部と下部のヘムがあります。
超音波接合法が普及しつつあります。接着剤は必要ありません。これにより、温度に敏感な問題を回避できます。- Edison Welding Institute (EWI) は研究チームに参加する独立した機関です。 EWIはこの点に関する研究を発表した。結果は、ポリエチレン製ドローテープの超音波剥離強度は 12 ～ 18 N/25 mm であることを示しています。これは、袋を確実に閉じるために必要な 8N のしきい値を超えています。同じコネクタの熱接合よりも消費エネルギーが 60% 少なくなります。
重要な考慮事項と持続可能性
ゴミ袋の主な材質は低密度ポリエチレン（LDPE）または直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）です。高密度ポリエチレン (HDPE) は、より薄くて安価な袋を製造するために使用されます。欧州化学庁 (ECHA) は REACH 規制に基づいて運営されています。セルカミド、シリカ、着色剤（黒い袋の場合はカーボン ブラック、白い袋の場合はチタン ホワイト）など、プラスチックに使用される添加剤を監視します。新しいルールにより、消費者リサイクル（PCR）コンテンツへの関心が高まっています。{4}包装および包装廃棄物規制は、2030 年までにプラスチック包装のリサイクル率を 35 パーセント セントにするという目標を設定しています。これは、材料の選択と機械の取り扱い方法を直接変えます。
ゴミ袋製造機は、PCR ブレンドのさまざまな流れ特性に適応できなければなりません。新しい樹脂と比較して、再生ポリエチレンは分子量範囲が広く、メルトフローの変動が大きくなります。これにより、フィルムの厚さが薄くなり、ゲル粒子が多くなります。これらは溶けていない樹脂の斑点であり、シールの問題を引き起こす可能性があります。機械の変化には、約 + 5-10 度のわずかに高いシール温度が含まれます。約 +0.05 秒の長い停止時間も含まれます。 PCR フィルムの研磨汚れに対処するために、ブレードをより頻繁に検査する必要があります。
品質管理とテスト
完成したパッケージは、その性能をテストするための標準検査を受けます。主要なテストには次のものが含まれます。
落下試験 (ASTM D5276)。重りのかばんが一定の高さから落ちました。これは、ゴミ箱やゴミ箱に投げ込まれたときの衝撃を模倣しています。星形のバッグは通常、5kg の重さで 1.2 ～ 1.5 メートルの高さからの落下に耐えます。同じ荷重下では、フラットパックは 0.8 ～ 1.0 m で故障します。-
シール強度(ASTMF88)。ボトムシールの剥離テストです。封印を解くのに必要な力を測定します。家庭用ビニール袋の最小許容値は 5 N/25 mm です。重量コントラクターパッケージの値は 12 N/25 mm です。
耐突刺性 (ASTM D4833)。これは、コーンでフィルムを突き刺すのに必要な力を測定します。鋭利な廃棄物との接触をシミュレートします。 15 ～ 25 μm のLDPE フィルムの一般的な値は 5 ～ 15 N でした。
国際貿易センター (ITC) は、国連と世界貿易機関の共同機関です。 ITC は、これらの試験方法を廃棄物管理用品の技術調達ガイドに含めています。これらのガイドは、都市および機関のバイヤーが利用できます。これにより、機械で作られた袋が出荷前に契約の性能基準を満たしていることが保証されます。{3}
結論
ゴミ袋製造機は、多段階の変換システムです。{0}その主な仕事は、連続ポリエチレンフィルムを密封し、穴を開け、巻いた袋にすることです。この作業は、展開張力、折り目、サーマルシール、ミシン目切断、幾何学的形状のカールを正確に調整することにかかっています。機械のパフォーマンスは生産速度だけで測られるわけではなく、標準設定は通常 150 ～ 250 サイクル/分です。また、作られたバッグの構造強度によって測定することもできます。この強度は、シールの温度均一性、ブレードの鋭さ、穿孔深さ、シール パターン全体の応力分布によって決まります。新しい規則により、コンバーターはリサイクル可能なフィルムに移行し、廃棄物分別システムにはより多くの種類の袋が必要となり、シールと切断の品質を維持しながらさまざまな素材を処理する機械の能力は、その生産価値に与える影響が増大します。
参考文献
- 欧州プラスチックリサイクル回収組織協会 (EPRO)。ヨーロッパのプラスチックリサイクル市場統計とマテリアルフロー分析。
- ASTMインターナショナル。ASTM D1709 - 自由落下ダーツ法によるプラスチック フィルムの耐衝撃性の標準試験方法-。
- プラスチック工学会 (SPE)。ポリオレフィンフィルム加工技術資料そしてANTEC 会議議事録 - シールの形状と廃棄物袋への積載性能。
- TAPPIコンバーティング事業部。柔軟なフィルム変換操作のための技術ガイドライン。
- 米国環境保護庁 (EPA)。都市固形廃棄物の特性評価研究 - 包装および容器の分析。
- ISO 11607-2:2019。最終滅菌医療機器の包装 - パート 2: 成形、密封、および組み立てプロセスの検証要件。
- ワイリー-応用高分子科学ジャーナル- ポリエチレンフィルム加工における刃先の形状と切断品質。
- INDA - 不織布産業協会。フレキシブルフィルム巻き取りおよびコア管理に関する技術基準。
- エジソン溶接研究所 (EWI)。ポリエチレンフィルム接合部の超音波接合 - 強度とエネルギー性能の研究。
- 欧州化学庁 (ECHA)。REACH 規則 - ポリオレフィン フィルム配合物の添加剤モニタリング。
- ASTMインターナショナル。ASTM D5276 - 積載されたコンテナの落下試験のための標準試験方法。 ASTM F88 - フレキシブルバリア材料のシール強度に関する標準試験方法。 ASTM D4833 - ジオテキスタイルの耐穿刺性に関する標準試験方法。
- 国際貿易センター (ITC) / WTO。廃棄物管理用品の技術調達ガイドライン。
