หลักการทางเทคนิคหลักเบื้องหลังเครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลคืออะไร?

เมื่อเดินเข้าไปในโกดัง-โลจิสติกส์อีคอมเมิร์ซใดๆ ก็ตาม วันนี้ คุณจะพบกับม้วนวัสดุกันกระแทกที่วิ่งผ่านสายการบรรจุอย่างรวดเร็ว วัสดุนี้ไม่ใช่พลาสติกห่อฟองอีกต่อไป-แต่เป็นกระดาษคราฟท์ ซึ่งถูกแปรสภาพด้วยกลไกให้เป็นโดม ทางเดิน หรือเซลล์รังผึ้งที่เติมอากาศ- อุปกรณ์ที่ใช้ทำเรียกว่าเครื่องผลิตกระดาษโฟม แต่มีผู้ซื้อน้อยรายเมื่อสั่งซื้อก เครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลให้มองข้ามตัวเลขขนาดและความเร็วการผลิตเพื่อสอบถามเกี่ยวกับผลกระทบที่เกิดขึ้นจริงต่อไฟเบอร์ออปติก สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจแนวคิดเกี่ยวกับเทคโนโลยีหลัก เนื่องจากเป็นตัวกำหนดว่ากระดาษชนิดใดวิ่งได้สะอาด คุณจะได้รูปร่างคุชชั่นแบบใด เส้นลากได้เร็วเพียงใด และลูกกลิ้งขึ้นรูปต้องการอะไรจริงๆ

จุดเริ่มต้น: คุณสมบัติของพื้นผิวและการควบคุมแรงดึง

ก่อนที่จะกดโดมเดียวออกไปเครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลต้องป้อนกระดาษเท่าๆ กันจากม้วนใหญ่ ความกว้างม้วนโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 300 มม. ถึง 1500 มม. ผ่อนคลายความตึงเครียดไม่ใช่เรื่องเล็กๆ น้อยๆ กระดาษคราฟท์มีความสามารถในการรับแรงดึงต่ำกว่าก่อนที่จะแตกหัก-โดยปกติคือ 60 – 90 แกรม คราฟท์ใหม่มาตรฐานทิศทางเชิงกลจะยืดออก 3-6 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าควรมีแรงตึงมากเกินไปก่อนที่พื้นที่การขึ้นรูปจะถูกยืดหรือฉีกออกจากกัน แทนที่จะให้ปริมาตรเส้นใยถูกดันอย่างหมดจดด้วยลูกกลิ้งลายนูน

สายการผลิตของโรงงานสมัยใหม่ใช้เบรกแบบผงแม่เหล็กหรือมอเตอร์คลี่คลายที่ควบคุมโดยเซอร์โว- เพื่อรักษาแรงตึงของรางขนาดลูกกลิ้งโดยรวมให้อยู่ภายใน ±5–10 N เมื่อลูกกลิ้งขนาดใหญ่ม้วนตัวออก หากไม่มีการควบคุมนี้ ความลึกของการขึ้นรูปตั้งแต่เริ่มม้วนจนถึงปลายม้วนจะแตกต่างออกไป ช่องลมที่สร้างขึ้นภายในระยะสองสามเมตรแรกของลูกกลิ้งใหม่มีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากช่องลมที่อยู่ใกล้กับแกนกลาง

หลักการสำคัญ: การพิมพ์ลายนูนทางกลระหว่างลูกกลิ้งขึ้นรูปที่ตรงกัน

วิธีการทำงานพื้นฐานของเครื่องกระดาษโฟมคือการพิมพ์ลายนูนแบบลูกกลิ้ง สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการขึ้นรูป-ลูกกลิ้งหรือการกด- ในกระบวนการนี้ กระดาษคราฟท์แผ่นหนึ่งจะผ่านช่องว่างที่เกิดจากลูกกลิ้งสองตัวที่หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม พื้นผิวของลูกกลิ้งเหล่านี้มีรูปแบบเว้าและเว้าที่สอดคล้องกัน

เมื่อกระดาษเข้าสู่ช่องว่างนี้ จะมีสามสิ่งเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นความร้อนหรืออุณหภูมิห้อง:

• เส้นใยบางส่วนบีบตัวและเคลื่อนตัว– ลูกกลิ้งตัวผู้แต่ละอันที่ยกขึ้นจะถูกดันเข้าไปในลูกกลิ้งตัวเมียที่เข้าคู่กัน เส้นใยกระดาษในบริเวณเหล่านี้จะโค้งงอหรือลดลงอย่างถาวร (จากพื้นผิวโดยตรง) สิ่งนี้จะสร้างโดม คอลัมน์ หรือเซลล์และติดไว้กับพื้นผิวของกระดาษต้นฉบับ
• มันจะแข็งตัวเมื่อยืดผนังโดม– โครงข่ายใยแก้วนำแสงในแต่ละด้านของฟองอากาศถูกยืดออก กระดาษคราฟท์มีความทนทานต่อแรงดัดงอได้ดีกว่ากระดาษรีไซเคิลหรือกระดาษพิมพ์ปลอดไม้- เนื่องจากมีเส้นใยยาวและมีความต้านทานการฉีกขาดสูง มีแรงเค้นตกค้างบนผนังโดมซึ่งช่วยให้โครงสร้างคงความแข็งแกร่งภายใต้แรงกดดัน
• อากาศถูกจับ– หลังจากที่ชั้นที่สอง (ชั้นด้านหลังเรียบ) ถูกเพิ่มและติดกาวเข้าด้วยกัน พื้นที่ที่อัดออกมาภายในแต่ละโดมจะจับช่องเล็กๆ ของอากาศภายในอาคาร การกันกระแทกของฟองเกือบทั้งหมดเกิดจากการกดทับของถุงลมนิรภัยอย่างช้าๆ แทนที่จะเกิดจากความแข็งของกระดาษเอง

สามขั้นตอนเหล่านี้-การกด การยืด และการจับอากาศ- ทำให้กระดาษฟองที่มีลายนูนแตกต่างจากกระดาษรังผึ้ง โครงสร้างของรวงผึ้งจะแบนบนพื้นผิวกระดาษ โครงสร้างของกระดาษฟองนูนได้รับการสนับสนุนโดยพื้นผิวของกระดาษฟองนูน ซึ่งดูดซับพลังงานโดยการดูดซับอากาศเป็นหลัก

การออกแบบลูกกลิ้งขึ้นรูป: ตัวแปรที่ควบคุมทุกสิ่ง

รูปร่างของลูกกลิ้งขึ้นรูปจะกำหนดเกือบทุกอย่างเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย: ความสูงของโดม

e, ระยะห่างของโดม, อัตราส่วนของช่องเปิด และสุดท้ายคือเส้นโค้งกันกระแทกภายใต้แรงกด ในเครื่องผลิตกระดาษโฟมทั่วไป ดรัมทำจากเหล็กอัลลอยด์ชุบแข็ง และการปรับสภาพพื้นผิว (โดยปกติจะเป็นการชุบไนตริฟิเคชั่นหรือการชุบโครเมียม) จะทำให้มีความแข็งผิวเท่ากับ HRC 55-62 นี่เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากกระดาษคราฟท์ถึงแม้จะอ่อนนุ่มในตัวมันเอง แต่เป็นเศษแร่ที่อุดมด้วยซิลิกาจากกระบวนการเยื่อกระดาษ ด้วยความเร็วคงที่ 30–80 ม./นาที พวกมันจะทำหน้าที่เหมือนกระดาษทราย

ตัวแปรการออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ :

• เส้นผ่านศูนย์กลางโดม:เครื่องจักรส่วนใหญ่จะกำหนดเป้าหมายไปที่ช่วง 8-12 มม. สำหรับบรรจุภัณฑ์อีคอมเมิร์ซทั่วไป โดมที่เล็กกว่า (4–6 มม.) จะทำให้แผ่นแข็งขึ้นและแน่นขึ้น โดมขนาดใหญ่กว่า (15–20 มม.) ให้การปกป้องวัตถุที่หนักกว่าและเบากว่า
• อัตราส่วนความสูงของโดมต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง:0.4-0.6 คือขีดจำกัดในทางปฏิบัติสำหรับการพิมพ์ลายนูนบนกระดาษคราฟท์โดยไม่ทำให้เว็บขาด เหนือจากนั้น กระดาษก็ยาวเกินไป และมีน้ำตาเล็กๆ ปรากฏบนไหล่ของโดม

• ลูกกลิ้งกด (แรงบีบ):แสดงเป็นความกว้างลูกกลิ้ง N/mm และตั้งค่าให้ตรงกับน้ำหนักกระดาษ โดยทั่วไปแผ่นคราฟท์ 75 แกรมต้องใช้แรงกด 60–100 นิวตัน/มม. เพื่อให้ได้ความลึกของโดมที่มั่นคง กระดาษ 90 แกรมอาจต้องใช้ 100–140 N/mm ใช้แรงกดมากเกินไปเพื่อบีบอัดเส้นใยกระดาษมากเกินไปและลดการเด้งกลับของโดม ความกดอากาศต่ำอาจทำให้โดมตื้นไม่สามารถกักอากาศได้ดี

   

การให้ความร้อนกับการขึ้นรูปโดยรอบ

โรงงานบางแห่งเพิ่มโซนอุ่นก่อนสร้างช่องว่าง ซึ่งอาจเป็นการแผ่รังสีหรือการสัมผัสความร้อนที่อุณหภูมิ 60-90 องศาบนพื้นผิวกระดาษ การให้ความร้อนจะทำให้สารยึดเกาะเฮมิเซลลูโลสในโครงข่ายไฟเบอร์อ่อนตัวลง วิธีนี้จะทำให้กระดาษขึ้นรูปได้ง่ายขึ้นชั่วคราว และช่วยให้โดมลึกขึ้นโดยมีแรงกดลูกกลิ้งลดลง ข้อเสียเปรียบคือการใช้พลังงานสูง การระบายความร้อนช้าก่อนการเคลือบ และความจำเป็นในการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการไหม้พื้นผิวกระดาษ

ในทางกลับกัน การขึ้นรูปที่อุณหภูมิห้องจะใช้เพียงแรงกลเท่านั้น ติดตั้งได้เร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง นี่เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับกระดาษคราฟท์มาตรฐาน แต่มีข้อจำกัดความสูงของโดมที่เข้มงวด และไม่สามารถฉีกกระดาษได้ ด้วยเหตุนี้ เครื่องจักรสำหรับโครงสร้างโดมที่ลึกกว่าจึงมักมีโมดูลการขึ้นรูปด้วยความร้อนด้วย

การเคลือบ: ปิดผนึกอากาศเข้า

ชั้นที่นูนนั้นมีโดมเปิด-และไม่ได้ปิดผนึกช่องอากาศ กระดาษแผ่นที่สอง (โดยปกติคือไลเนอร์ 40–60 แกรม) จะถูกนำไปที่ด้านหลังของชั้นที่มีลายนูน โดยใช้ลูกกลิ้งลายนูนหรือช่องว่างการติด โดยทั่วไประบบกาวจะมีดังต่อไปนี้:

• กาวเทอร์โมพลาสติก (EVA หรือโพลีโอเลฟิน)นำไปใช้ในสล็อต-แม่พิมพ์หรือเครื่องเคลือบลูกกลิ้งที่ 130-160 องศา วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากสำหรับการติดด้วยความเร็วสูงเนื่องจากสามารถติดได้ทันที
• กาวที่ใช้น้ำเย็น-ปลอดพลาสติก-รีไซเคิลได้ทั้งหมด (การกระจายตัวของแป้งหรืออะคริลิก)กาวเย็นใช้เวลานานในการติดกัน และมักจะต้องใช้ส่วนอัดเพื่อรักษาแรงกดเมื่อกาวแห้ง
• เส้นประสานต้องตรงกับความเร็วของลูกกลิ้งขึ้นรูปทุกประการ ความแตกต่างของเวลาระหว่างใยนูนและไลเนอร์จะทำให้โดมและไลเนอร์ไม่ตรงแนว วิธีนี้จะหยุดฟองอากาศไม่ให้เปิด (ซึ่งทำให้อากาศคงอยู่ได้น้อยลง) หรือขอบโดมไม่ให้เกาะติดกัน (ซึ่งทำให้ฟองอากาศอ่อนลงภายใต้แรงกดด้านข้าง)

ความเร็ว เอาท์พุต และการใช้พลังงาน

เครื่องจักรโฟมอุตสาหกรรมขนาดกลาง-ทำงานที่ความเร็ว 40–60 ม./นาที และความกว้างการทำงาน 600 มม. หรือประมาณ 1,440–2,160 เมตรเชิงเส้นต่อชั่วโมง ตามระยะห่างโดมมาตรฐาน จำเป็นต้องใช้วัสดุกันกระแทกสำเร็จรูปประมาณ 900–1,350 ตร.ม. ต่อชั่วโมง โดยทั่วไปกำลังไฟที่เชื่อมต่อทั้งหมดจะอยู่ระหว่าง 5-15kW ซึ่งรวมถึงการควบคุมแรงตึงที่คลี่ออก การขึ้นรูปแอคชูเอเตอร์ การเรียงซ้อนและการม้วนกลับ แต่เส้นทางรถไฟความเร็วสูงที่มีความเร็วเกิน 80 ม./นาที และกว้าง 1,000 มม. สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าได้ 20–30 กิโลวัตต์อย่างเต็มประสิทธิภาพ

ขนาดตลาดพลาสติกกันกระแทกและบรรจุภัณฑ์ป้องกันทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 6.2–6.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2024 ครอบคลุมทั้งประเภทฟองพลาสติกและกระดาษ- ผลิตภัณฑ์กระดาษเป็นธุรกิจ-ที่เติบโตเร็วที่สุด เนื่องจาก-บริษัทขนส่งทางอีคอมเมิร์ซเผชิญกับกฎเกณฑ์เพิ่มเติมเกี่ยวกับ-พลาสติกแบบใช้ครั้งเดียว นักวิเคราะห์หลายคนประมาณการการเติบโตเฉลี่ยต่อปีระหว่าง 5% ถึง 7% ภายในปี 2575 การเลือกสิ่งที่เหมาะสมเครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลส่งผลโดยตรงต่อความมีประสิทธิภาพของโรงงานที่สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดที่กำลังเติบโตนี้

สิ่งที่เครื่องจักรทำไม่ได้

ทำความเข้าใจวิธีการกเครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลงานยังหมายถึงการเข้าใจขีดจำกัดของมันด้วย กระดาษคราฟท์รีไซเคิลมีความยาวเส้นใยสั้นกว่าและมีปริมาณเถ้าสูงกว่า พวกมันทำงานได้แย่กว่าในการสร้างช่องว่าง-ผนังโดมมีแนวโน้มที่จะแตกออกมากกว่า โดยกักอากาศน้อยกว่าถึง 15-25 เปอร์เซ็นต์ต่อตารางนิ้ว เมื่อเทียบกับกระดาษคราฟท์ไฟเบอร์ยาว-ใหม่ที่มีน้ำหนักเท่ากัน เครื่องจักรเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ไขปัญหาคุณภาพกระดาษไม่ดีได้ รูปร่างได้รับการแก้ไขในลูกกลิ้งและคุณภาพงานพิมพ์ที่เหมาะสมจะถูกกำหนดโดยกระดาษป้อนเข้า

นอกจากนี้เครื่องขึ้นรูปชนิดนี้ยังแตกต่างจากเครื่องผลิตกระดาษแบบรังผึ้งอีกด้วย พวกเขาทั้งหมดใช้ลูกกลิ้งเพื่อขึ้นรูปกระดาษ แต่รูปร่างของเครื่องมือ วิธียืดกระดาษ และเส้นโค้งกันกระแทกขั้นสุดท้ายนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิง รังผึ้งดึงกระดาษไปด้านข้างเป็นตาข่ายหก-ด้าน บับเบิ้ลดันกระดาษเข้าไปในโดมปิด ทางเลือกระหว่างสิ่งเหล่านั้นไม่ได้เป็นเพียงรูปลักษณ์ภายนอก-แต่ขึ้นอยู่กับรูปแบบน้ำหนักและแรงของผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการป้องกัน ทั้งหมดเครื่องทำกระดาษบับเบิ้ลมีจุดประสงค์-สร้างขึ้นสำหรับโครงสร้างโดม ไม่ใช่โครงรังผึ้ง

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: อุปกรณ์ขึ้นรูปเบาะกระดาษนี้สามารถใช้กระดาษคราฟท์รีไซเคิลเป็นวัสดุตั้งต้นได้หรือไม่

ใช่ แต่มีข้อจำกัดที่ชัดเจน ความยาวของเส้นใยของกระดาษรีไซเคิลจะสั้นกว่าและอัตราการยืดตัวจะลดลงก่อนที่จะแตกหัก โดยทั่วไปจะปรับขนาดได้ 1.5 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับ 4–6 เปอร์เซ็นต์สำหรับคราฟท์ใหม่ โดมจะต้องลดลง ต้องตั้งค่าความดันลูกกลิ้งอย่างระมัดระวัง ต้องลดการผลิตลง 20-30 เปอร์เซ็นต์เพื่อป้องกันไม่ให้โดมแตกร้าว ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากผสมกระดาษคราฟท์รีไซเคิลกับกระดาษคราฟท์ใหม่ (70/30 หรือ 60/40 รีไซเคิลเป็นกระดาษคราฟท์ใหม่) เพื่อให้ต้นทุนและการขึ้นรูปสมดุลกัน

ถาม: เปลี่ยนลูกกลิ้งขึ้นรูปบ่อยแค่ไหน?

บนเส้นทางที่ได้รับการดูแลอย่างดี- กระดาษคราฟท์ขนาด 75 แกรมใหม่จะทำงานที่ 50 ม./นาที และโดยปกติลูกกลิ้งจะมีอายุการใช้งาน 12,000 ถึง 18,000 ชั่วโมง ก่อนที่ความสูงของโดมจะเริ่มลดลง กระดาษรีไซเคิลหรือกระดาษที่มีปริมาณซิลิกอนสูงสามารถลดอายุการใช้งานลูกกลิ้งได้ 30–40 เปอร์เซ็นต์ ลูกกลิ้งถูกกราวด์ใหม่- (เพื่อสร้างรูปแบบโดมขึ้นใหม่) เพื่อให้อยู่กับที่นานขึ้นก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่ทั้งหมด

ถาม: เครื่อง Styrofoam และเครื่องผลิตกระดาษ Styrofoam แตกต่างกันอย่างไร

เครื่องไดอะแฟรมละลายพลาสติก ซึ่งมักจะเป็น LDPE ผ่านแม่พิมพ์แบน จากนั้นดูดลงบนลูกกลิ้งที่มีฝาปิดรูเพื่อสร้างโฟม จากนั้นจึงให้ความร้อนเพื่อติดฟิล์มสำรอง วัสดุที่ขึ้นรูปเป็นพลาสติกหลอมเหลว เครื่องจักรผลิตกระดาษโฟมดันตาข่ายกระดาษสำเร็จรูปผ่านช่องว่างของดรัมที่เข้ากัน กระดาษไม่ร้อนหรือละลาย วัสดุที่ผลิตออกมาแตกต่างออกไป: พลาสติกห่อบับเบิ้ลกันน้ำได้และสามารถรีไซเคิลได้ในระบบรีไซเคิลฟิล์มพลาสติกโดยเฉพาะเท่านั้น ระบบรีไซเคิลกระดาษแบบปกติยอมรับการห่อบับเบิ้ล

ถาม: ขนาดของโดมส่งผลต่อความเร็วของเครื่องหรือไม่?

ใช่. ระยะห่างของโดมที่เล็กลง (รูปแบบที่หนาแน่นมากขึ้น) จำเป็นต้องมีการจัดตำแหน่งลูกกลิ้งที่แม่นยำมากขึ้น โดยปกติจะใช้ความเร็วเชิงเส้นที่ต่ำกว่า เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นใยจะถูกอัดออกมาเต็มที่ รูปทรงโดมที่ใหญ่ขึ้น-ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 มิลลิเมตรขึ้นไป สามารถทนต่อความเร็วที่สูงกว่าได้ แต่ต้องใช้แรงกดลูกกลิ้งที่มากขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มภาระให้กับแบริ่งลูกกลิ้งและต้องใช้แรงบิดมากขึ้นจากมอเตอร์ขับเคลื่อน

ถาม: เครื่องจักรผลิตกระดาษโฟมทุกเครื่องจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิหรือไม่

ไม่ได้ กระดาษสีน้ำตาลมาตรฐานใหม่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์เชิงพาณิชย์ได้ส่วนใหญ่ที่ความหนา 60–90 แกรม เมื่อโดมต้องสูงกว่าอุณหภูมิห้องจึงจะขึ้นรูปได้ หรือเมื่อใช้กระดาษที่หนักกว่า (100+ แกรม) จะต้องขึ้นรูปด้วยความร้อนเนื่องจากการขึ้นรูปเชิงกลต้องใช้แรงกดมากจนลูกกลิ้งสามารถโค้งงอเป็นบริเวณกว้างได้

ข้อมูลอ้างอิงและแหล่งที่มา

• สมาคมเทคนิคอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษระหว่างประเทศ (TAPPI) -สมบัติแรงดึงของกระดาษและกระดาษแข็งโดยใช้อัตราคงที่ของเครื่องยืดตัว,มาตรฐาน ที 494.
• สมาคมเทคนิคของอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ (TAPPI) -น้ำหนักพื้นฐานของกระดาษและกระดาษแข็ง, สแตนดาร์ด ที 410.
• การวิจัยตลาดอย่างต่อเนื่อง / เทคโนโลยี SkyQuest -รายงานตลาดบรรจุภัณฑ์ห่อฟองทั่วโลกฉบับปี 2024: มูลค่าตลาด 6.2–6.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (พ.ศ. 2567) คาดการณ์ CAGR 5–7% จนถึงปี 2575
• ลีออนเดลล์บาเซลล์ -คู่มือการอัดขึ้นรูปฟิล์ม(อ้างอิงสำหรับบริบทการประมวลผล PE เปรียบเทียบ), 2022
• สภารีไซเคิลกระดาษแห่งยุโรป (EPRC) -รายงานการติดตามอัตราการรีไซเคิลกระดาษของยุโรป, 2023: อัตราการกู้คืนบรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่นที่ใช้กระดาษ-ตามประเทศสมาชิก
• ASTM นานาชาติ -ASTM D1117 คู่มือมาตรฐานสำหรับการประเมินผ้านอนวูฟเวน(อ้างอิงสำหรับพื้นฐานการเปรียบเทียบ-น้ำหนักและเส้นใย-บริบทการวัดความหนาแน่น)
• ISO 1924-2 -กระดาษและกระดาน - การกำหนดคุณสมบัติแรงดึง - ส่วนที่ 2: อัตราคงที่ของวิธีการยืดตัว, องค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน.