Мир отходит от одноразового-пластика. Это изменило индустрию соломинок для питья менее чем за десять лет. Правила ужесточились в Европе, Северной Америке и некоторых частях Азии. Поэтому производителям пришлось работать быстро, чтобы изменить свои производственные линии. Результатом стал набор специальных машин, которые превращают свернутую бумагу в рабочие, крепкие соломинки для питья. Среди этих машинмашина для изготовления бумажной соломинки с фаскойимеет свое особое место. Это происходит не из-за того, как формируется соломинка. Это из-за того, как режется солома.
Что отличает машину для изготовления бумажных соломинок со скошенной кромкой
Большинство машин для изготовления бумажных соломинок производят трубочки прямого-нарезания. Трубку наматывают, склеивают и нарезают перпендикулярно ее оси. Это хорошо работает для автоматов с газированной водой и магазинов молочных коктейлей, но плохо работает с коробками для сока, пакетированными напитками и запечатанными контейнерами для напитков. Кончик прямого-среза может соскользнуть с точки прокола. Он может складываться. Он может не пробить ламинированную фольгу или пластиковую пленку, закрывающую пакет сока.
Машина для изготовления бумажных соломинок со скосом решает эту проблему, разрезая соломинку под углом. Фаска образует заостренный кончик-не достаточно острый, чтобы быть опасным, но достаточно заостренный, чтобы концентрировать силу в одной точке. Это превращает соломинку в функциональный инструмент для пирсинга. По тому же принципу заточенным карандашом писать легче, чем затупленным.
Производственный процесс на практике
Процесс фасок-резки находится в конце более длинной производственной цепочки. Чтобы понять роль машины, необходимо проследить всю последовательность действий от сырья до готовой продукции.
Шаг 1: Размотка бумаги и формирование слоев
Производство начинается с бумажных рулонов. Обычно это трехслойные конструкции-: внутренний слой, средний слой и внешний слой. Для каждого слоя может использоваться бумага разного сорта. Внутренний слой, контактирующий с напитком, обычно представляет собой крафт-бумагу или сульфитную бумагу пищевого-класса. На внешний слой нанесены печатные изображения-логотипы, узоры или фирменные цвета.
Бумага проходит через размоточную стойку и подается на станцию склеивания. Клеи на водной-основе, обычно модифицированные крахмалы или составы на основе альгината-, наносятся контролируемыми схемами. Клей должен смачивать поверхность бумаги, не просачиваясь насквозь. Стандарты TAPPI по проникновению клея на водной основе-в волокнистые основы дают полезные ориентиры для понимания того, почему это важно:-слишком большое проникновение ослабляет соединение; при слишком малом количестве образуется соломинка, которая расслаивается в жидкости.
Шаг 2: Спиральная обмотка
Сложенная-бумага поступает на намоточную оправку. Это металлический вал-обычно из нержавеющей стали, часто с полированной поверхностью или покрытием для предотвращения прилипания. Бумага наматывается на оправку по спирали. Угол намотки определяет толщину стенок соломинки и плотность конструкции.
Процесс намотки спирали много изучался в работах по изготовлению композитных трубок. Исследования в Composites Part A и других подобных журналах изучали, как угол намотки, натяжение и скорость отверждения клея взаимодействуют друг с другом. И эти вещи решают, насколько прочной будет конечная трубка. Хотя эти исследования сосредоточены на передовых композитах, основная механика,-контролируемая натяжением-расположением нитей и консолидацией клея-имеет непосредственное отношение к намотке бумажной соломинки.
Шаг 3: Сушка и отверждение
После намотки трубка еще не стабильна. Клей все еще активен. Оправка,-наполненная соломой, проходит через секцию сушки. На высокоскоростных-линиях это может быть туннель с горячим-воздухом или секция инфракрасного обогрева. Цель состоит в том, чтобы довести клей до окончательного схватывания, не пересушивая бумагу-. Пересушенная-бумага становится хрупкой; Недо-неотвержденный клей образует соломинки, которые размягчаются в течение нескольких минут после контакта с жидкостью.
Машина для изготовления бумажных соломинок со скосом может включать в себя этот этап сушки или может получать предварительно -высушенные трубочки из расположенной выше намоточной машины. Конфигурация зависит от того, является ли косорез автономным устройством или частью комбинированной линии намотки-и-резки.
Шаг 4: Скос со скосом
Это определяющая операция. Трубка высушенной соломы подается на станцию резки. В отличие от машины для прямой- резки, в которой используется простая гильотина или вращающееся лезвие, перпендикулярное оси трубы, станция для резки фаски расположена под углом.
Режущее лезвие-обычно представляет собой высокоскоростной-вращающийся нож или угловую гильотину с сервоприводом-управлением-прорезает трубу под заданным углом. Общие углы скоса варьируются от 15 до 45 градусов, в зависимости от предполагаемого применения. Более крутой угол дает более острый кончик, но снижает-целостность поперечного сечения стенки соломинки на кромке среза. Меньший угол сохраняет большую структуру стенки, но дает менее эффективный прокалывающий кончик.
Срез должен быть чистым. Порванные или смятые края бумаги на скосе ухудшают как работу соломинки, так и ее внешний вид. Поэтому конструкторы машин исправляют это несколькими способами. Они выбирают правильный материал лезвия (часто твердую инструментальную сталь или карбид вольфрама). Они используют план, позволяющий сохранить лезвие острым. И плотно зажимают соломинку во время разреза.
Шаг 5. Удаление-оправки и сбор
После резки соломинки необходимо снять с оправки. В некоторых конструкциях оправка представляет собой фиксированный вал, а соломинки выталкиваются с помощью пневматической или механической системы выброса. В других случаях сама оправка представляет собой выдвижную оправку-набор сегментированных элементов, которые складываются внутрь, освобождая соломинку.
Выброшенные соломинки собираются, как правило, через желоб в сборный бункер или на конвейер для последующей упаковки.
Технические аспекты проектирования машин
Несколько конструктивных параметров определяют, будет ли машина для изготовления соломинок со скошенной кромкой работать надежно в производстве.
Точность угла резки. Угол скоса должен быть одинаковым для каждой соломинки в производственном цикле. Из-за нестандартных углов соломинки протыкаются непоследовательно.-Одни из них протыкают коробку с соком начисто, другие соскальзывают с поверхности. Режущие станции-управляемые с сервоприводом теперь широко распространены в-машинах более высокого класса, поскольку они позволяют точно регулировать угол без механической перенастройки.
Срок службы и обслуживание лезвия. Режущая бумага абразивна. Даже при использовании высококачественных-материалов лезвий происходит ухудшение кромок. Некоторые машины оснащены системой автоматического индексирования лезвий или системой уведомления о замене. Другие полагаются на графики операторов. Разница проявляется в стабильности качества продукции в течение длительного периода производства.
Пропускная способность и синхронизация. Косая обрезка часто является этапом,-ограничивающим скорость производства соломы. Намотка может быть быстрой; сушку можно проводить параллельно; но резка,-особенно резка под углом, требующая точного позиционирования соломинки-, может стать узким местом. Современные машины решают эту проблему с помощью много-режущих головок, которые вращаются вместе с подачей соломы, что позволяет осуществлять непрерывную, а не прерывистую резку.
Совместимость материалов. Не вся бумага ведет себя одинаково при разрезе под углом. Бумага с высоким содержанием коротких-волокон (например, с преобладанием эвкалиптовой целлюлозы) может раздавливаться иначе, чем крафт-бумага из хвойной древесины с длинными-волокнами. Настройки машины, подходящие для одного сорта бумаги, могут привести к появлению рваных фасок на другом. Это одна из причин, по которой производственные испытания являются стандартной практикой при отборе нового поставщика бумаги.
Более широкий контекст: производительность и восприятие
Бумажные трубочки со скошенной кромкой находятся на пересечении функциональности и признания потребителя. Бумажная трубочка-прямого разреза функционально достаточна для многих применений, но она не воспроизводит ощущения пользователя от пластиковой соломинки, прокалывающей запечатанный контейнер. Скошенный кончик восстанавливает этот опыт.
Исследование потребительского восприятия бумажных трубочек выявило несколько повторяющихся жалоб: ощущение во рту (вкус или текстура бумаги), структурные нарушения (соломинка разрушается или расслаивается) и функциональные ограничения (невозможность проткнуть запечатанные контейнеры). Скошенная-соломинка напрямую касается третьего из них. Само по себе оно не решает первых двух-проблем, требующих усовершенствований в рецептуре бумаги, химии клея и плотности намотки.
Исследования по оценке жизненного цикла (LCA) соломинок для питья, в том числе сравнивающие бумагу с биопластиком PLA и полипропиленом, неизменно показывают, что экологические характеристики соломинки во многом зависят от предположений об окончании-срока-срока службы. Бумажная соломинка, которая не компостируется и не перерабатывается, имеет ограниченное преимущество перед пластиковой соломинкой, сжигаемой с рекуперацией энергии. Режущий механизм является компонентом этой более крупной системы-он обеспечивает формат продукта, но польза для окружающей среды зависит от того, что произойдет после того, как солома покинет производственную линию.
Приложения и сегменты рынка
Бумажные трубочки со скосом-чаще всего используются в коробках с соком и пакетиках с напитками. Формат является стандартным для европейских рынков, где нормативное давление на одноразовый пластик усилилось раньше, чем во многих других регионах. В Северной Америке этот формат получил распространение, поскольку крупные бренды общественного питания отказались от пластиковых трубочек в ответ на давление потребителей и муниципальные постановления.
Помимо упаковки напитков, соломинки со скошенными краями-появляются в медицинских и лабораторных условиях, где заостренный кончик полезен для доступа к герметичным контейнерам для проб. Бумажная основа совместима со схемами сертификации компостируемости (такими как EN 13432 в Европе или ASTM D6400 в США), что актуально для учреждений с формализованными требованиями к закупкам в области устойчивого развития.
Ссылки
- ТАППИ Пресс. Полезные методы TAPPI: Клеи и прочность сцепления в субстратах на основе волокон-. TAPPI Standards, Атланта, Джорджия.
- Европейский комитет по стандартизации. EN 13432: Требования к упаковке, восстанавливаемой путем компостирования и биоразложения. CEN, Брюссель, 2000.
- АСТМ Интернешнл. ASTM D6400: Стандартные спецификации для маркировки пластмасс, предназначенных для аэробного компостирования на муниципальных или промышленных объектах. ASTM, Вест-Коншохокен, Пенсильвания.
- Сьёстрем, Э. Химия древесины: основы и приложения. 2-е издание. Academic Press, Сан-Диего, 1993. (Главы, посвященные структуре бумаги и соединению волокон, имеющие отношение к целостности стенок соломинки.)
- Мангалам, А.С. и др. «Эффекты ориентации волокон в намотанных композитных трубках при осевом сжатии». Композиты. Часть A: Прикладная наука и производство, Том. 40, выпуск 7, 2009 г., стр. 1142–1152. (Механика намотки, имеющая отношение к формированию соломенной трубки.)
- Агентство по охране окружающей среды США. Устойчивое управление материальными ресурсами: товары краткосрочного пользования, включая упаковку. Агентство по охране окружающей среды, Вашингтон, округ Колумбия.
- Европейская комиссия. Директива (ЕС) 2019/904 о снижении воздействия некоторых пластиковых изделий на окружающую среду. Официальный журнал Европейского Союза, 2019.