Упаковывание в усадочные материалы

Трудно сказать, какой способ создания некрупных групповых, в том числе, транспортных, упаковок – помещение продукции в картонную тару или создание упаковок с помощью термоусадочной пленки – наиболее распространен. И тот, и другой вариант упаковывания встречается часто. Разве что в отношении потребительских групповых упаковок (мультипаков или наборов) картон держит первенство. Хотя и тут не обходится без термоусадки, групповая упаковка длинномерных изделий (например, вагонки) в усадочной пленке, что это как не групповая потребительская упаковка?

Немного истории

Групповое упаковывание в термоусадочные пленки вытесняет получение групповых упаковок способом обертывания гибкими материалами – это несомненно. Мало того, способ завертывания группы изделий в гибкий термосвариваемый материал (рисунок 2 статьи «Последние могикане упаковки») в наши дни подчас дополняют тепловым усаживанием материала. Тем самым достигается лучшее облегание материалом упакованной группы.

Впервые же усадочный материал при упаковывании группы изделий был применен в США в 1930 году. Тогда в качестве упаковочного материала был использован предварительно намоченный целлофан. Он высох и обтянул группу, надежно зафиксировав помещенные в упаковке изделия. Применение в качестве термоусадочного материала полиэтиленовой пленки началось в 1948 году. Сейчас наряду с полиэтиленовой пленкой как усадочные используются и другие полимерные пленки, но чаще всего, полипропиленовая, а также многослойные полимерные пленочные материалы.

Широкое (добавим: и до сего дня все расширяющееся применение усадочных пленок для создания групповых упаковок) началось в 70-е годы прошлого века. Но до сих пор мы встречаем все новые изделия, в том числе и не слишком жесткие, об упаковывании которых «термоусадкой» мы и подумать не могли еще несколько лет назад. Вообще же использование термоусадочных пленок - типичный пример применения в технике «зла во благо». Вот цитата из третьего тома (стр. 15) «Энциклопедии полимеров в трех томах» (изд. 1972 года): «В случае термической сварки ориентированных полиолефиновых (ПЭ, ПП) пленок возможны релаксационные явления, которые делают шов сморщенным и непрочным». При обычном упаковывании предпочитают сварку ультразвуком или термическую сварку пленок с нанесенным на них полимерным покрытием, имеющим более низкую температуру размягчения. Но и тут бывает, пленка, «вспомнив», что некогда она обладала иными размерами, начинает сужаться (мне приходилось с таким встречаться при наладке техники). И вот этот недостаток ориентированных пленок использовали на благо упаковочным процессам. Специальным образом ориентированная пленка, обернувшая группу изделий (или изделие), под воздействием тепла начинает стремиться к своим первоначальным размерам, обтягивая расположенную под ней группу.

Общий принцип создания групповых упаковок с помощью усадочных пленок

Процесс создания групповых упаковок с помощью термоусадочной пленки включает в себя три этапа: формирование группы изделий, помещение их под усадочный материал и воздействие на пленку тепла. Любой этап на оборудовании разной степени механизации может выполняться вручную, в том числе с помощью простейших, помогающих человеку средств, и механически, вплоть до полной автоматизации и роботизации. Поэтому для создания таких упаковок изготавливается самое разнообразное по своему техническому уровню и по степени механизации оборудование. Выпускается и техника с достаточной степенью универсальности, позволяющая (при больших или меньших трудозатратах на переналадку – это другой вопрос) упаковывать разнообразные предметы, и оборудование специализированное, адаптированное под то или иное изделие.

Общая схема создания групповой упаковки с помощью гибких усадочных материалов представлена на рисунке 1.

Из поступающих на оборудование потребительских упаковок (1) формируется группа (блок), которая проталкивается (2) между разведенными губками. Достигнув своего крайнего положения, толкатель возвращается назад, а сварочные губки образуют поперечный шов (4) и разрезают его, отделяя группу (5), помещенную между слоями материала. Эта группа перемещается (6) в устройство, где происходит усаживание упаковочного материала (7). Из устройства выходит и отводится на дальнейшие операции готовая упаковка (8). При необходимости получения герметичной упаковки вводятся еще две пары сварочных губок, которые сваривают слои материала продольными швами.

Усадка

В описании процессов, происходящих при создании групповых упаковок с помощью усадочной, точнее термоусадочной, пленки, начинаем с последнего.

Вспомнилось, как в конце 70-х годов прошлого века одно из советских предприятий пищевого машиностроения создало машину, где для усаживания упаковочного материала вокруг обернутого им изделия использовалось окунание его в ванну с горячей водой. Сейчас такой «экзотический» метод вряд ли кто использует, во всяком случае, автору этих строк сведений об этом найти не удалось.

А вот способ усадки, вытекающий из только что названного, применяется. В качестве теплоносителя используется перегретый водяной пар. Он подается на поверхность усаживаемой пленки с помощью форсунок, что позволяет направлять тепло именно на то место, куда требуется. В той камере, где установлены такие форсунки, обычно приходится использовать и вытяжную вентиляцию для удаления остывшего в результате теплообмена пара.

Нагрев изделия с помещенным на нем термоусадочным материалом в конкретном месте можно получать и инфракрасным излучением. Инфракрасное (ИК) излучение для нагрева усадочных пленок стало использоваться совсем недавно, хотя в промышленности такой процесс нагрева применяется давно, еще с 30-х годов ХХ века, а в 70-е годы отмечены первые попытки применения инфракрасного нагрева термопластичных материалов при формировании емкостей. Сейчас этот способ нагрева чаще используют для усаживания рукавных этикеток и колпачков из усадочных материалов, надетых на тару, прежде всего, бутылки и банки, а при создании групповых упаковок он применяется редко. И еще: ИК-излучение хотя и обеспечивает местный, а не общий нагрев, проникновение тепла внутрь изделия в месте нагрева происходит интенсивнее, нежели при других способах. Поэтому стоит избегать его при условии нежелательности временного повышения температуры помещенного под усадочным материалом продукта.

Нагрев поверхностей усадочных упаковочных материалов при образовании групповых упаковок чаще всего производится обычным – конвективным способом. В качестве теплоносителя в большинстве случаев используется горячий воздух.

Горячий воздух (или иной газ) может подаваться на поверхность упакованной группы изделий с помощью форсунки, которую обносят вокруг обернутой материалом группы. Но такое чаще применяется при создании крупных транспортных упаковок на предприятиях с небольшим объемом производства, а при создании небольших групповых упаковок больше используются устройства с закрытым (правильнее сказать, относительно закрытым) пространством, где происходит нагрев. Сейчас такие устройства сравнительно недороги, и их использование вполне доступно даже небольшому и стесненному в средствах пищевому предприятию. Устройства нагрева можно разделить на два вида: термокамеры (тупиковые устройства с одним местом ввода и вывода продукции) и гораздо более распространенные термотоннели, где ввод и вывод упаковок осуществляется с разных концов.

Простейшие термотоннели представляют собой камеру с расположенными по ее боковым стенкам (а порой и по верху) тэнами. Но чаще к ним добавляются и вентиляторы, так как движущийся воздух лучше и равномернее доставляет тепло ко всем наружным поверхностям помещенной в усадочный материал группы. Иногда, когда упаковку по каким-то причинам требуется быстро охладить, после термотоннеля располагается охлаждающее устройство.

Формирование групп

Рассматривая множество вариантов формирования групп изделий или товаров в потребительской упаковке, некоторые из которых видел «живьем», а в большинстве на видеороликах, в достаточном количестве размещенных в интернете, автор не заметил каких-либо существенных отличий от способов формирования групп для упаковывания их в картонную тару. Разве что формируемую группу нет необходимости так «тесно сплачивать», как в случаях с «картонкой», усадочный материал в итоге и так заставит изделия оказаться «плечом к плечу». Ну, а о вариантах создания тех групп уже было рассказано в предыдущем материале серии.

Здесь стоит вновь коснуться образования групп кассетным способом, тем более, что раньше о нем упоминалось лишь вскользь. Операции формирования группы с помощью кассет и помещения ее между слоями упаковочного материала показаны на рисунке 2. Рисунок и описание технологической схемы сделаны на основе работы линии УМ-1 «Автомат Ф» производства компании «Пакверк».

Поступающие на упаковывание потребительские упаковки в виде заполненных пакетов с боковой складкой (1) перемещаются (2) и укладываются в кассеты (3). Набор кассет представляет собой конвейер с установленными на нем перпендикулярно ленте пластинами, движущийся дискретно. После укладывания в кассету одной, двух, трех или более (зависит от размеров потребительских упаковок и числа изделий в формируемой группе) потребительских упаковок конвейер начинает двигаться, перемещая заполненную кассету (4) и выставляя под загрузку новую. В момент остановки конвейера толкатель выводит из кассет заданное число стоп потребительских упаковок и перемещает (5) сформированную таким образом группу. Когда верхняя сварочная губка поднята, группа проходит под ней и упирается в сваренные слои упаковочного материала, разматывая их с верхнего (6) и нижнего (7) рулонов. После прохождения группой зоны работы сварочных губок они смыкаются, образуя на материале шов и отделяя помещенную между слоями группу (8). Сама же группа направляется к устройству усаживания (9).

Помещение групп в усадочный материал

Здесь насчитывается четыре ярко выраженных способа соединения усадочного упаковочного материала и группы изделий, что и создает групповую упаковку: помещение группы между слоями упаковочного материала, обертывание группы листом упаковочного материала, помещение группы в полурукав из упаковочного материала, формирование рукава из упаковочного материала и помещение туда упаковываемой группы. Конечно, можно допустить, что есть еще варианты, например, помещение группы в пакет из усадочного материала. Но в создании некрупных групповых упаковок такое применяется только при упаковывании вручную. Другие же способы, если и найдутся, то только в единичных случаях.

Помещение группы между слоями упаковочного материала

Этот вариант, видимо, самый распространенный, представлен на рисунках 1 и 2. Единственное, не столь существенное отличие в этих рисунках состоит в том, что на первом рисунке показано движение обеих сварочных губок при их разведении, а на втором поднимается только верхняя. И тот, и другой способ разведения губок встречается в промышленно выпускаемом оборудовании. Но перемещение только одной губки намного чаще. Во-первых, это, пусть и незначительно, упрощает кинематику техники. Во-вторых, что главное, если нижняя губка неподвижна, то не образуется щель между элементами трассы движения группы изделий, которая может препятствовать перемещению.

Расход материала во втором случае становится неравномерным, с верхнего рулона его уходит больше. Вариант движения одной губки, когда материал с верхнего рулона с трех сторон обертывает группу, а материал нижнего рулона располагается практически только на нижней ее поверхности, видимо, и способствовал появлению следующего способа соединения группы изделий и усадочного упаковочного материала.

Обертывание группы упаковочным материалом

Здесь имеются два варианта: упаковочный материал может подаваться снизу и сверху.

Технологический процесс обертывания группы изделий листом усадочного материала при условии его нижней подачи рассматривался на примере работы оборудования, выпускаемого украинским предприятием «Укр-Пак» и некоторыми другими производителями. В общих чертах он показан на рисунке 3.

Процесс довольно четко делится на четыре операции: формирование группы изделий; перемещение ее на обертывание; подача и отрезание листа упаковочного материала; обертывание. Продукты в потребительской упаковке или иные предметы поступают в заданном числе потоков (1). От них отсекается заданное число рядов (2), образуя упаковываемую группу. За эту группу заводится толкатель (3) (движущийся на цепном контуре или рычагах), который перемещает упаковываемую группу на устройство обертывания (4). Устройство обертывания представляет собой ленточный конвейер и отдельно от него движущиеся и совершающие полный оборот вокруг конвейера обертыватели. Это стержни, движутся на рычагах, но возможно и применение цепных контуров.

При перемещении упаковываемой группы изделий на конвейер устройства обертывания она наезжает на высунувшийся в щель между конвейером и окончанием поверхности предыдущей трассы движения группы край усадочного упаковочного материала (5). Усадочный материал разматывается (6) с рулона (7) и отрезается на заданную длину (8). При поступлении на обертывание (9) группа прижимает край материала к ленте конвейера (I) и в дальнейшем движется на ленте конвейера вместе с ним. В ту же щель выходит обертыватель и начинает движение вверх (II), размещая упаковочный материал сзади группы. Дойдя до верхнего положения, обертыватель начинает двигаться по ходу движения группы, но с большей скоростью, тем самым, накрывая ее материалом сверху (III). После этого он начинает движение вниз (IV), размещая материал спереди движущейся группы, и в итоге скрывается в щели у другого края конвейера устройства обертывания. Группа изделий при выходе с этого конвейера наезжает на второй край листа материала и в итоге подворачивает его под себя (V). Обертывание группы завершено. Далее производится сваривание краев упаковочного материала (10), которое из-за сложности получения шва при сходе группы с конвейера производится чаще всего между следующим промежуточным конвейером и конвейером усадочного тоннеля. Ну, а группа изделий, обернутая упаковочным материалом, направляется на усадку (11).

При верхней подаче упаковочного материала, кроме иного расположения рулона, есть и еще существенные различия: если в предыдущем случае от полосы материала отрезался лист, который обертывал группу, то здесь группа обертывается полосой, которая в конце процесса разрезается. Изменяется последовательность обертывания, да и сам процесс осуществляется иначе.

Основой для описания схемы послужила также работа машины, изготовленной в «Укр-Пак». Технологическая схема работы оборудования для автоматического упаковывания группы потребительских упаковок или иных изделий обертыванием в термоусадочный материал при его верхней подаче показана на рисунке 4.

Изделия поступают в заданном числе потоков (1). Производится отсечка нужного числа рядов изделий (2), и сформированная таким образом группа продолжает движение (3) на общем и для поступления потоков изделий и движения сформированных групп конвейере. За группу вводится один из толкателей (4), представляющих стержни, движущиеся на общих для них цепных контурах.

Толкатель движется быстрее группы на конвейере (5). Поперек направления движения группы располагается усадочный упаковочный материал (6), представляющий собой ленту, разматываемую с рулона (7) через систему неподвижных (8) и подвижных, расположенных на качающемся рычаге (9) роликов. Нижний край ленты зажат внизу (10). Неподвижные и подвижные ролики совместно действуют по принципу полиспаста, способствуя разматыванию и равномерному натяжению ленты упаковочного материала. Догнавший группу толкатель двигает ее на ленту, материал разматывается, а группа оказывается обернутой с трех сторон (11). После этого толкатель совершает движение назад и вверх (12), отходя от группы и давая возможность другим исполнительным механизмам совершить свое действие. Зажим поворачивается, освобождая край материала и открывая расположенную под ним нижнюю неподвижную сварочную губку (13). Верхняя (подвижная) губка опускается, производится сваривание слоев упаковочного материала (14) и отрезание обернувшего группу куска материала от ленты. После чего снова зажимается нижний край свисающего материала, возможно образованная при сваривании лишняя петля материала движением качающегося рычага с роликами убирается, а зафиксированная лента усадочного материала готова принять следующую группу (15). Обернутая же материалом группа движется на усаживание (16).

Помещение группы в полурукав упаковочного материала

В полурукав усадочной пленки обычно упаковывают сравнительно невысокие изделия при достаточно больших размерах в плане: печатную продукцию, коробки с кондитерскими изделиями и т. п. Но ведь так можно упаковать, например, и набор книг, тогда это будет групповая упаковка.

Турецкая компания Maripak предлагает машину, адаптированную для упаковывания яйца в ячеистом коррексе, т. е. для получения без всяких сомнений групповых упаковок. Технологическая схема этой машины представлена на рисунке 5.

Полурукав усадочного материала разматывается (2) с рулона (1) и поступает на устройство формирования упаковки (3), где сложенные половинки полотна раздвигаются. Упаковываемые изделия, в данном случае, коррексы, заполненные яйцом, подаются на машину (4) и поступают в щель между полотнами полурукава (5). Полурукав с помещенными в нем упаковываемыми изделиями дискретно протягивается (6). Две Г-образные сварочные губки, одна из которых (верхняя) подвижная, периодически смыкаясь, образуют швы (7) и отделяют упаковки, заодно отрезая возможные излишки материала (8), которые удаляются. А упаковки направляются на усадку (9).

Помещение группы в формируемый из упаковочного материала рукав

Для упаковывания групп длинномерных изделий (досок, сайдинга и т. п.) можно использовать вариант, когда из пленки формируется рукав и в него помещается группа изделий. Этот способ, напоминающий получение упаковок на машинах «флоупак», используется на ряде единиц техники, выпускаемой компанией «Пакверк».

Схема работы оборудования показана на рисунке 6.

Здесь лента усадочного упаковочного материала разматывается (1) с рулона и, пройдя через систему натяжных роликов, подается на узел машины, где формируется в рукав прямоугольного сечения (2). Форсунка, расположенная ниже узла формирования рукава, струей горячего воздуха образует продольный шов упаковки (3). Так как описываемая техника является оборудованием периодического действия, чтобы в момент остановки не случалось прожигания упаковочного материала, форсунка при остановке рукава в движении поворачивается, направляя поток теплоносителя в сторону от шва. В образованный рукав вводится группа упаковываемых изделий (4). Расположенные по трассе движения сварочные губки образуют поперечный шов и отрезают предыдущую упаковку (5), а еще дальше расположенные два вала обеспечивают дискретное (с остановками для образования поперечных швов) движение рукава с помещенной в нем группой (6). Далее упаковка проходит через термотоннель, где происходит усадка упаковочного материала (7).

***
Конечно, здесь не удалось отразить многих тонкостей образования групповых упаковок помещением изделий в усадочные материалы, упомянуть все многообразные варианты технологических схем, представленных в данной работе. Но автор надеется, что основные вопросы создания таких групповых упаковок все же освещены. Не стоит считать, что упомянутые при описании схем товары являются единственными, которые можно упаковать тем или иным методом.

Вообще же, на наш взгляд, наряду с упаковыванием в картонную тару, упаковывание в усадочные материалы является наиболее перспективным способом создания небольших групповых упаковок. Перспективным как с точки зрения расширения номенклатуры упаковываемой продукции, так и с точки зрения создания новой и развития уже существующей упаковочной техники.