Nuove tendenze nel taglio di pellicole ecocompatibili: come affrontare le sfide del taglio di materiali degradabili?

Con l'avanzare del "divieto di plastica" globale e il miglioramento della consapevolezza ambientale, l'applicazione di pellicole degradabili (come PLA, PBAT, PBS, PHA, ecc.) sta diventando sempre più diffusa, ma la loro lavorazione tramite taglio rappresenta una nuova sfida per i processi tradizionali.

Nuova tendenza del taglio di pellicole ecocompatibile

Il taglio tradizionale si concentra su efficienza, precisione e qualità del riavvolgimento. La nuova tendenza del taglio di film ecocompatibile ruota attorno a due pilastri: "proprietà dei materiali" e "sostenibilità":

1. Lavorazione raffinata e personalizzata: date le diverse esigenze dei clienti, le fabbriche di taglio necessitano di pellicole degradabili in grado di gestire spessori e materiali diversi (anche coestrusione multistrato) per fornire soluzioni di taglio strette ad alta precisione e soluzioni di devolvenza complesse.

2. Intelligente e basato sui dati: utilizza sensori IoT e algoritmi di intelligenza artificiale per monitorare in tempo reale tensione, pressione, temperatura e altri parametri durante il processo di taglio, ottimizzare il processo tramite l'analisi dei big data e ridurre le fluttuazioni di qualità causate da fattori umani, particolarmente adatto per materiali degradabili sensibili alle prestazioni.

3. Produzione a basse emissioni di carbonio e a risparmio energetico: l'attrezzatura di taglio si sta evolvendo verso un basso consumo energetico e un'elevata efficienza. Allo stesso tempo, il processo è ottimizzato per ridurre la produzione di rifiuti e gli scarti generati durante il processo di taglio vengono riciclati e riutilizzati (ad esempio tramite biodegradazione o riciclo fisico) per realizzare un ciclo chiuso ecologico nel processo produttivo.

4. Pulito e privo di inquinamento durante tutto il processo: enfatizzare la pulizia dell'ambiente di produzione ed evitare polvere, olio e altri film inquinanti, che sono fondamentali per i film degradabili per imballaggi medicali e alimentari con elevati requisiti di pulizia.

Sfide principali: le caratteristiche dei materiali degradabili e le loro difficoltà di taglio

Il motivo per cui i materiali degradabili sono difficili da tagliare è che le loro proprietà fisiche sono significativamente diverse da quelle dei tradizionali PE, BOPP e altre plastiche:

1. Grandi differenze nelle proprietà meccaniche:

◦ Bassa tenacità e fragilità: il PLA (acido polilattico), ad esempio, è più duro e fragile delle plastiche tradizionali, mancando di duttilità. Sotto tensione di taglio, è più probabile che si verifichino crepe sui bordi, microfessurazioni e altri problemi.

◦ Scarsa resistenza allo strappo: se la lama di taglio non è affilata, è molto facile che si verifichi uno strappo, anziché un taglio netto.

2. Elevata sensibilità al calore:

◦ La temperatura di transizione vetrosa e il punto di fusione dei materiali degradabili sono generalmente inferiori. Il calore generato dall'attrito tra la lama e il film durante il processo di taglio può facilmente ammorbidirsi e fondersi, causando l'incollamento della lama. Il materiale fuso può aderire alla lama, causando sezioni irregolari, stiramenti e residui, e contaminando il rotolo di film.

3. Coefficiente di attrito (COF) Instabilità:

◦ La levigatezza della pellicola degradabile può essere irregolare o cambiare durante l'uso (a causa della temperatura e dell'umidità), il che crea grandi difficoltà al controllo della tensione durante il taglio e l'avvolgimento e può facilmente portare a problemi quali avvolgimento irregolare e collasso.

4. Problema di elettricità statica evidente:

◦ I materiali degradabili sono generalmente buoni isolanti e tendono a generare molta elettricità statica. L'elettricità statica può far sì che la pellicola assorba polvere, rendendone difficile l'avvolgimento ordinato e persino causando problemi di sicurezza in fase di produzione.

5. Problemi legati all'età (invecchiamento):

◦ Le proprietà di alcuni materiali cambiano durante lo stoccaggio (ad esempio, la fragilità del PLA), il che richiede che il processo di taglio venga regolato dinamicamente in base al lotto in arrivo e persino al tempo di stoccaggio.

Come affrontare queste sfide? Soluzioni sistemiche

Per affrontare le sfide del taglio dei materiali degradabili, è necessario aggiornare e ottimizzare sistematicamente quattro aspetti: attrezzatura, processo, lama e ambiente.

1. Aggiornamenti dell'attrezzatura: su misura per materiali morbidi e resistenti, fragili e appiccicosi

1. Sistema di controllo della tensione ad alta precisione:

◦ Adottare un sistema di controllo della tensione digitale completamente automatico con funzioni di controllo della tensione conica e del decadimento della coppia. Adottare una tensione elevata all'inizio del taglio e ridurla gradualmente all'aumentare del diametro del rotolo, evitando lo schiacciamento del film interno (particolarmente importante per il PBAT morbido) o la rottura dei bordi (importante per il PLA fragile) causati da una "laminazione più stretta".

◦ Per una risposta in millisecondi e un controllo preciso della tensione si consiglia la frizione a polvere magnetica o il servomotore.

2. Design dedicato del portacoltelli da taglio:

◦ Taglio a bassa temperatura: il portautensili raffreddato o il sistema di raffreddamento ad aria vengono utilizzati per soffiare aria fredda vicino alla lama, riducendo efficacemente la temperatura della lama e risolvendo sostanzialmente il problema della fusione del materiale e dell'incollaggio dei coltelli.

◦ Selezione dello strumento:

▪ Lama monolaterale (tipo rasoio): ideale per materiali sottili e fragili, per tagli netti.

▪ Lama a doppia lama (tipo forbice): è più adatta per materiali spessi e resistenti e ha un taglio liscio. Tuttavia, richiede una precisione di installazione estremamente elevata.

◦ Lame rivestite in teflon o ceramica: questi rivestimenti hanno una superficie molto ridotta e sono efficaci nell'impedire che il materiale si attacchi dopo la fusione.

3. Sistemi efficienti di eliminazione dell'elettricità statica:

◦ Installare barre di aria ionica o eliminatori di elettricità statica nelle stazioni chiave come lo svolgimento, il taglio e l'avvolgimento per neutralizzare continuamente la carica statica sulla superficie della pellicola e garantire che il processo di taglio sia pulito, ordinato e sicuro.

4. Aggiornamento del materiale del rullo di contatto:

◦ La superficie del rullo di contatto (rullo di pressione) dell'avvolgitore può essere rivestita con un materiale elastico come il poliuretano (PU) per fornire una pressione delicata e uniforme ed evitare di schiacciare la pellicola morbida.

2. Ottimizzazione del processo: i parametri sono l'anima

1. Impostazione della tensione:

◦ Il principio "meglio essere piccoli che grandi". La messa a punto viene effettuata partendo dalla tensione minima che garantisce una retrazione precisa, e devono essere eseguiti sufficienti test sui campioni.

◦ Creare un database indipendente di parametri di tensione per prodotti di materiali diversi, spessori diversi e larghezze diverse.

2. Angolo e sovrapposizione della lama:

◦ Regolare l'angolazione della lama (dorso) e la quantità di taglio (sovrapposizione). Per i materiali che tendono ad attaccarsi facilmente ai coltelli, ridurre opportunamente la quantità di taglio e utilizzare il metodo del "taglio leggero ad angolo acuto" per ridurre il calore da attrito.

◦ Mantenere la massima affilatura della lama e stabilire un rigoroso sistema di sostituzione e affilatura della lama.

3. Velocità di taglio:

◦ Più veloce non è sempre sinonimo di migliore. Per materiali degradabili difficili da tagliare, ridurre opportunamente la velocità di taglio è un modo efficace per ridurre l'accumulo di calore e garantire la qualità della sezione.

4. Controllo ambientale:

◦ Controllare la temperatura e l'umidità dell'officina. Le prestazioni dei materiali degradabili sono sensibili alla temperatura e all'umidità, e un ambiente di produzione stabile (ad esempio 22±2°C, 50%±5%RH) è il prerequisito per garantire la qualità stabile del taglio.

3. Funzionamento e manutenzione: i dettagli determinano il successo o il fallimento

1. Movimentazione e stoccaggio dei rotoli:

◦ I rotoli di pellicola degradabile sono più "delicati" rispetto alle plastiche tradizionali e devono essere maneggiati con cura durante la movimentazione e lo stoccaggio per evitare danni ai bordi causati da collisioni.

◦ Prestare attenzione alle condizioni di conservazione per evitare l'assorbimento di umidità o l'invecchiamento dei materiali.

2. Pulizia e manutenzione:

◦ Mantenere l'attrezzatura, in particolare i rulli guida, le lame e i rulli di pressione, perfettamente puliti e pulirli regolarmente con solventi innocui come l'alcol per evitare l'inquinamento da polvere.

riepilogo

Affrontare la sfida del taglio di materiali degradabili significa essenzialmente passare da un approccio "guidato dall'esperienza" a uno "guidato dalla tecnologia".

• Idea fondamentale: comprendere le proprietà dei materiali → adattare la configurazione delle apparecchiature → ottimizzare i parametri di processo → controllare attentamente l'ambiente.

• Focus sugli investimenti: dare priorità all'aggiornamento dei sistemi di controllo della tensione, dei sistemi di raffreddamento delle pale e dei sistemi di eliminazione dell'elettricità statica.

• Soft power: stabilire un database di processi raffinato e procedure operative standard (SOP) per rafforzare la formazione dei dipendenti sulle proprietà dei materiali.

Grazie ai progressi nella scienza dei materiali e nella tecnologia delle attrezzature, il taglio di film degradabili sta diventando sempre più sofisticato. Le aziende che sapranno assumere un ruolo guida nell'utilizzo di queste nuove tecnologie e processi occuperanno sicuramente una posizione di leadership nel nuovo oceano blu degli imballaggi ecosostenibili.