Высокоскоростные машины VFFS: диапазоны скоростей, выбор пленки и эффективность вывода

Что на самом деле означает «высокая скорость» на вертикальной линии формования, наполнения и уплотнения

Вертикальная машина для формования, наполнения и запечатывания (VFFS) формирует пакет из плоского рулона пленки, наполняет его продуктом, запечатывает и разрезает в одном непрерывном процессе. Ярлык «высокоскоростной» широко используется в отрасли: некоторые поставщики используют его для машин, производящих 60 пакетов в минуту, в то время как интегрированные системы непрерывного движения превышают 150 пакетов в минуту с небольшими пакетами-подушками.

Для большинства производств продуктов питания и кормов для домашних животных практичная высокоскоростная зона составляет от 60 до 140 пакетов в минуту. Номинальная скорость машины предполагает стабильную пленку, сыпучий продукт и простой размер пакета. При использовании профилей застежек-молний, ​​носиков или толстостенных пленок номинальная скорость падает. Поэтому решения о покупке должны основываться на проверенных испытаниях линии, а не на спецификациях.

Одним из распространенных заблуждений является то, что модернизация станины машины — это самый быстрый путь к повышению производительности. На практике упаковочные линии теряют наибольшую эффективность из-за времени сращивания пленки, регулировки запечатывающих зажимов и отклонения пакетов из-за непостоянной толщины пленки. Высокоскоростная машина VFFS вознаграждает вас только в том случае, если расходные материалы — особенно рулонный материал для печати — удерживают стабильное натяжение через формующую манжету.

Как устроена высокоскоростная линия VFFS

Упаковочная линия VFFS – это не одно устройство. Это синхронизированная система с пятью функциональными зонами, каждая из которых может стать узким местом.

Фильм «Раскрутка и контроль напряжения»

Система размотки удерживает рулон и подает пленку в машину, сохраняя при этом постоянное натяжение. Автоматические сварочные аппараты позволяют заменять рулоны без остановки линии. Для высокоскоростной работы контроль натяжения имеет большее значение, чем размер двигателя: пленка переменной толщины поперек полотна приводит к смещению длины мешка, смещению швов и ошибкам регистрации отпечатков, что требует ручного вмешательства.

Формирование воротника и трубки

Формирующий воротник складывает плоскую пленку вокруг формовочной трубки. Ширина мешка фиксируется диаметром трубки; Длина мешка контролируется системой вытягивания пленки. На высокой скорости трение между пленкой и воротником генерирует тепло и статический заряд, поэтому материал воротника и обработка поверхности напрямую влияют на максимальную скорость лески. Более тяжелые пленки, например, со слоями алюминиевой фольги, требуют более мягкой геометрии формования, чтобы избежать складок, которые ослабляют боковые швы.

Уплотнительные губки

Уплотнение является наиболее чувствительной к процессу зоной. Температура зажима, время выдержки и давление должны быть подобраны в соответствии с герметизирующим слоем пленки. Полиэтиленовые и полипропиленовые герметики по-разному работают при высоких скоростях цикла. Если машина работает слишком быстро, чтобы герметик приклеился должным образом, уплотнения протекают; если температура зажима установлена ​​слишком высокая, вы получите прожог и пленку, прилипшую к зажиму.

Система наполнения

Наполнитель должен доставлять точную дозу внутри формовочной трубы без образования мостиков и разбрызгивания. Шнековые наполнители обычно используются для порошков, многоголовочные дозаторы для гранул и снеков, а также жидкие наполнители для соусов. На высокой скорости проблемой становится соблюдение объемной точности.

Резка и разгрузка

Режущее устройство отделяет отдельные мешки и передает их на последующую обработку. Вращающиеся ножи и ножи для поперечной резки подходят для работы с пакетами разных стилей. Для пакетов с носиком или пакетов на молнии последовательность разреза становится более сложной и часто определяет максимальную скорость.

Реалистичные диапазоны скоростей в зависимости от типа продукта и формата сумки

Заявления о скорости сильно различаются, поскольку формат пакета и свойства продукта определяют потолок. В следующей таблице приведены реалистичные диапазоны, наблюдаемые в пищевой промышленности и производстве кормов для домашних животных, с использованием типичных размеров пакетов.

Эти цифры предполагают использование однопоточной машины со стандартными мешками-подушками или мешками с плоским дном. Пакеты с носиком, профили на молнии и ламинат из плотной фольги снижают скорость на 15–40 % из-за дополнительной обработки пленки и увеличения времени запечатывания.

Почему качество пленки ограничивает скорость линии больше, чем машина

Поставщики пленки и производители оборудования разделяют ответственность за линейную продукцию, но пленка является той переменной, которая больше всего меняется между заказами. Когда производственная группа жалуется, что машина VFFS «не может достичь номинальной скорости», основной причиной часто является рулон пленки: разница в толщине, плохая намотка или непостоянный слой герметика.

Допуск по толщине

Для холоднокатаного или ламинированного рулонного проката допуск по толщине обычно составляет от ±3% до ±8% поперек полотна. Пленка с отклонением ±8% приводит к неравномерному складыванию и отклонению длины пакета. Высокоскоростные машины усиливают эту проблему: изменение расстояния вытягивания пленки на 1% приводит к пропорционально большей ошибке длины пакета, когда машина работает 100 раз в минуту. Для регулируемых продуктов, таких как продукты питания и фармацевтические препараты, это приводит к отклонению партий и периодическим корректировкам.

Характеристики слоя герметика

Герметик – это слой, который склеивается при нагревании и прессовании. Для высокоскоростных линий предпочтительнее широкое окно уплотнения: пленка должна образовывать прочное уплотнение в широком диапазоне температур и времени выдержки. Если герметик слишком мягкий, при высоких температурах пленка прилипнет к щеке; если он слишком жесткий, прочность уплотнения падает. Вот почему структура упаковочной пленки должна определяться вместе со скоростью машины, а не как второстепенная мысль.

Механические свойства и вытяжка

Пленка должна равномерно растягиваться и складываться при прохождении через формующую манжету. Высокобарьерные пленки, содержащие алюминиевую фольгу или EVOH, более жесткие и могут сминаться во время формования, что ослабляет герметичность. Более мягкие пленки, такие как структуры на основе полиэтилена, формируются легче, но им может не хватать жесткости, необходимой для пакетов-стойок или пакетов с плоским дном.

Сопоставьте формат пакета со скоростью машины

Каждый стиль сумки предполагает свой потолок скорости. Пакет-подушка является самым быстрым форматом, поскольку путь пленки прост, а запечатывающим губкам достаточно сделать только две поперечные сварки. Пакет с плоским дном требует этапа формирования донной вставки, что увеличивает время выдержки. Для пакета-стойки на молнии требуется дополнительный модуль размотки пленки для ленты молнии и более длинный запечатывающий участок.

Следующее сравнение показывает, как формат пакета меняет практический диапазон скоростей для одного и того же продукта типа майонеза.

Если ваш продукт чувствителен к теплу, например шоколад или сыр, время запечатывания должно быть больше при более низкой температуре, что снижает производительность. Для замороженных продуктов пленка должна выдерживать низкие температуры, не растрескиваясь, а формовочный воротник может потребовать специального покрытия, чтобы оставаться гладким при низких температурах в помещении для упаковки.

Как ограничить потери скорости на существующих линиях

Прежде чем покупать новую машину, большинство заводов могут восстановить 10–20 % потерянной скорости, приняв меры по следующим пяти направлениям. Структурированный аудит обычно показывает, какое из них является настоящим узким местом.

Наивысшая отдача от инвестиций обычно зависит от спецификации пленки, а не от машины. Упаковочная пленка, оптимизированная с учетом размера формовочной трубы, ширины запечатывающего зажима и температуры наполнения продукта, может повысить эффективность линии больше, чем любая электронная модернизация.

Выбор подходящего поставщика пленки для высокоскоростной VFFS

Поскольку пленка является той переменной, которая влияет на высокую скорость или ухудшает ее, процесс оценки поставщика имеет большое значение. Компетентный поставщик гибкой упаковки должен быть в состоянии обеспечить:

• Данные допуска по толщине на каждую партию, а не просто сертификат соответствия.
• Результаты испытаний на прочность уплотнения при температуре и времени выдержки, которые соответствуют настройкам вашей машины.
• Формирование рекомендаций : угол воротника, жесткость пленки и ограничения скорости вытяжки для каждой структуры.
• Обрезать историю отходов : сколько метров пленки было забраковано на конвертере перед отправкой.

Для компаний, занимающихся упаковкой кофе, пакетами для корма для домашних животных или пакетами для замороженных продуктов, структура пленки также должна обладать необходимыми барьерными свойствами. Например, высокоскоростная линия, производящая пакетики для кофе весом 250 г, нуждается в пленке с низкой скоростью пропускания кислорода и эффективным клапаном дегазации. Быстродействующая линия не требует дополнительного времени для деаэрации, поэтому конструкция мешка должна учитывать поведение газа в продукте. Наш Ассортимент упаковочных пакетов для кофе охватывает ламинированные и гладкие конструкции, проверенные на высокоскоростных машинах.

При переходе от более медленной линии к высокоскоростной линии VFFS разумно провести пилотное испытание с точной структурой пленки и размером пакета, который вы собираетесь использовать. Производственная мощность должна измеряться при той же системе наполнения, температуре уплотнения и условиях окружающей среды, что и на вашем заводе. Испытание, в ходе которого машина тестируется только на холостом ходу, мало что вам скажет.

Схема принятия решений: действительно ли вам нужна более быстрая машина?

Простой тест помогает определить, является ли вашим узким местом машина или вышестоящий/последующий процесс. Запустите линию для одной полной смены и запишите потерянное время по следующим категориям:

• Время сращивания/замены рулонов
• Регулировка уплотнения из-за изменения пленки
• Застревания, вызванные системой наполнения
• Отбракованные пакеты из-за негерметичности уплотнений или дефектов печати
• Переключение между различными размерами пакетов

Если более 30% потерянного времени приходится на категории 1, 2 и 4, новый станок не решит эту проблему. Рынок высокоскоростных VFFS уже хорошо развит: большинство машин с производительностью 60–120 мешков в минуту технически совершенны. Разница между хорошей линией и посредственной заключается в качестве интеграции пленки, наполнителя и системы уплотнения.

При производстве кормов для домашних животных, где вес мешков варьируется от 1 до 15 кг, ограничивающими факторами становятся подъемная сила и возможность обращения с пленкой. А Ассортимент пакетов для упаковки кормов для домашних животных который подходит как для подушек, так и для форматов с плоским дном, может упростить замену и сократить количество вариантов пленки, хранящихся на складе.

При производстве замороженных продуктов пленка должна оставаться гибкой при низких температурах и противостоять проколам острыми краями, такими как кости или замороженные раковины морепродуктов. Ассортимент пакетов для упаковки замороженных продуктов построен на основе высокобарьерных, устойчивых к низким температурам ламинатов, которые надежно работают на линиях VFFS.

Косвенные показатели эффективности, которые стоит отслеживать

Самая распространенная ошибка при оценке упаковочной линии — измерение только пакетов в минуту. При высокой скорости косвенные индикаторы предсказывают проблемы раньше и коррелируют с общей стоимостью одного мешка.

На приведенной выше диаграмме показано типичное распределение причин простоя на предприятии по упаковке пищевых продуктов среднего размера. Настройка уплотнения и склейка пленки занимают больше времени, чем сама рама машины. Уменьшение этих двух потерь за счет улучшения консистенции пленки напрямую влияет на выходную мощность.

Вопросы соответствия и обслуживания

Высокоскоростные машины VFFS налагают особые обязательства по безопасности пищевых продуктов и техническому обслуживанию. Для пленок, контактирующих с пищевыми продуктами, поставщики должны предоставить декларации о соответствии действующим нормам на рынках, где будет продаваться упаковка. Производственные группы должны убедиться, что декларация поставщика пленки охватывает фактический диапазон рабочих температур запечатывающих губок, а не только предполагаемую температуру хранения упакованного продукта.

Проверка целостности уплотнений

При высоких скоростях цикла окно уплотнения сужается. Подход, контролируемый процессом, включает рутинные испытания готовых мешков на разрыв или испытания на разрушение под давлением. Если процент брака превышает 1,5% от общего объема производства, перед продолжением цикла необходимо повторно проверить параметры запечатывания и партию пленки.

График профилактического обслуживания

• Ежедневно : проверить поверхность зажимов на наличие остатков пленки, проверить давление воздуха, проверить формовочную манжету на наличие царапин.
• Еженедельно : измерить ширину шва поперек пакета, проверить толщину пленки, проверить прочность соединения.
• Ежемесячно : проверить вакуумную систему, проверить выравнивание приводного ремня, проверить датчики натяжения.

Подробное руководство по процедурам проверки упаковочных материалов для пищевых продуктов можно найти в нашем Статья о проверке пакетов для упаковки пищевых продуктов .

Компании, закупающие продукцию у зарубежных поставщиков, также должны подтвердить, что структура пленки соответствует правилам переработки и утилизации отходов на их целевом рынке. Структуры из мономатериала PE легче перерабатывать, чем конструкции из многослойной фольги, но они имеют различную жесткость и барьерные свойства. Компромисс следует оценить вместе с поставщиком оборудования и переработчиком пленки.

Чего ожидают разные отрасли от высокоскоростной линии VFFS

Продукты питания по-прежнему являются крупнейшим пользователем высокоскоростных машин VFFS, поскольку закуски и порошковые продукты хорошо подходят для упаковки в пакеты-подушки. Сегмент кормов для домашних животных быстро растет, особенно среди брендов премиум-класса, использующих пакеты с плоским дном и застежками-молниями. В средствах личной гигиены, как правило, используются пакеты с носиком, похожие на бутылки, что требует более медленной машины, но обеспечивает более высокую прибыль. Хотя скорость машины имеет значение в каждой отрасли, оптимальная экономическая скорость различна: высокорентабельный косметический продукт может оправдать меньшую производительность в час, тогда как низкорентабельный закусочный продукт зависит от максимальной производительности.

Практические шаги по объединению проекта высокоскоростной VFFS

Следующая последовательность используется инженерами по упаковке, которые используют интегрированные решения, а не отдельные машины.

1. Определите целевую сумку и продукт : точные размеры, весовой диапазон, температура наполнения и необходимый срок хранения.
2. Установите реалистичную цель по скорости : включить допуски на изменение плотности продукта и изменение размера мешка.
3. Выберите структуру фильма : определить требования к барьеру, тип герметика и механическую жесткость.
4. Проведите испытание формования и герметизации с фактической пленкой на машине, которая соответствует размеру формовочной трубы.
5. Проверьте точность наполнителя на заданной скорости и убедитесь, что система дозирования соответствует допустимому весу.
6. Задокументируйте окно уплотнения : запишите приемлемый диапазон температур челюстей при заданной скорости для дальнейшего устранения неполадок.
7. Планируйте процедуры переналадки : спроектируйте быстроразъемные муфты, предварительно установленный зазор между челюстями и стандартизированные методы сращивания.

Эта последовательность действий в равной степени применима к пакету кофе весом 250 г и пакету корма для домашних животных весом 15 кг. Разница лишь в жесткости пленки и размере формовочной трубки. Более подробную информацию о факторах выбора можно найти в статье Технические характеристики нижней термоформовочной пленки объясняет, как свойства пленки изменяются в зависимости от семейства материалов и почему одна и та же композиция смолы ведет себя по-разному в процессах формования-заполнения-герметизации и термоформования.

Когда вы работаете с поставщиком пленки, который понимает машинную сторону уравнения, весь проект становится быстрее. Прежде чем рекомендовать конструкцию, специальный поставщик спросит о диаметре формовочной трубы, ширине уплотняющей губки и целевой частоте цикла. Именно такой уровень точности обеспечивает стабильную работу высокоскоростной линии VFFS.

Окончательный вердикт: что следует расставить по приоритетам для успеха высокоскоростной VFFS

Наша производственная группа в Шэнчане работает с переработчиками и владельцами торговых марок над разработкой решений для пленок и пакетов, соответствующих параметрам их линии VFFS. Если вы начинаете выпуск нового продукта или модернизируете существующую линию, страница контактов это прямой канал для обсуждения скорости работы машины, характеристик пленки и испытаний формата пакетов.