L'eficiència del treball augmenta en més d'un 300%! El nou dispositiu d'inspecció de paquets de cigarrets és així d'eficaç!

El febrer de 2025, Zhang Jianmin, secretari del partit i director de l'Administració estatal del monopoli del tabac i director general de la China National Tobacco Corporation, va destacar durant una inspecció a Hunan Tobacco per "aprofundir encara més en la reforma i la innovació, donar un nou impuls al desenvolupament i modernització d'alta-qualitat i promoure la innovació industrial a través del desenvolupament tecnològic contínuament millorant la innovació digital". Aquesta directiva indica el camí per a la innovació tecnològica en la indústria dels envasos de cigarrets. El "rendiment adhesiu" és un indicador important de l'adaptabilitat de la màquina de paquets de cigarrets, ja que la força de la capa adhesiva determina directament l'estabilitat estructural dels paquets de cigarrets durant l'emmagatzematge, el transport i les vendes. Segons una enquesta del 2024 del Comitè d'Embalatge de Tabac de la Federació d'Embalatge de la Xina, la taxa mitjana de ferralla dels paquets de cigarrets nacionals a causa de problemes de cola és del 5,7%, amb algunes petites i mitjanes empreses que superen el 15%, la qual cosa suposa una pèrdua econòmica directa anual de més de 200 milions de iuans.

Actualment, la prova del rendiment adhesiu dels paquets de cigarrets acabats és totalment manual. El procés de prova inclou tres passos principals: la preparació del material, l'adhesió del paper i l'avaluació de pelat-, que inclou més de deu accions com ara tallar mostres, aplicar cola, premsar, fixar, pelar i avaluació, tot depenent completament del treball manual. Aquest mètode tradicional té problemes com quantitats inexactes de cola, aplicació desigual, paper desalineat i premsat insuficient, cosa que comporta temps de prova llargs, assaigs repetits, alta intensitat de treball i baixa eficiència. Alguns equips de calefacció també presenten riscos per a la seguretat. Per abordar aquests problemes, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (d'ara endavant, "Changde Jinpeng") va adoptar un enfocament d'"esforç conjunt d'empreses de la indústria aigües amunt i aigües avall", desenvolupant amb èxit un dispositiu de prova de rendiment d'adhesius de paper d'embalatge mitjançant l'avaluació comparativa al lloc-i la innovació col·laborativa. Aquest article explica sistemàticament els antecedents, el pla tècnic, els resultats d'implementació i el valor de promoció del dispositiu, amb l'objectiu de proporcionar una referència per a les proves de qualitat de la innovació tecnològica a la indústria.

Antecedents tècnics i anàlisi de problemes

01/ Significat tècnic del rendiment de l'adhesiu

El rendiment de l'adhesiu es refereix al procés basat en el mecanisme de fallada de l'adhesiu, simulant el pas de pressió de l'adhesiu en la formació del paquet de cigarrets. Dues mostres s'uneixen entre si i després se separen de forma destructiva. Si la cola separa les fibres de paper, el rendiment de l'adhesiu es considera qualificat. Aquest indicador de rendiment reflecteix directament la compatibilitat entre l'adhesiu i el substrat de paper i és un paràmetre clau per garantir l'estabilitat de l'estructura de l'embalatge.

02/ Mètodes de prova tradicionals i els seus problemes

Actualment, totes les caixes de cigarrets necessiten proves de rendiment de l'adhesiu abans de sortir de la fàbrica. El procés de prova es pot dividir en tres etapes principals: "preparació del material", "adhesió del paper" i "avaluació de la pel·lícula-". Els passos específics de l'operació inclouen: agafar la mostra a provar de la bossa de mostra → tallar l'àrea adhesiva de la mostra a 20 mm × 50 mm → treure cola amb una xeringa (com es mostra a la figura 1) → deixar caure la cola a la zona adhesiva → estendre la cola uniformement amb un comptagotes net → alinear el paper cap enrere amb la zona enganxada → premsa de calor amb un dispositiu de segellat horitzontal (tal com es mostra a la figura 0 2 minuts) → separar completament les dues superfícies unides manualment → inspeccionar visualment per veure si les fibres del paper estan danyades.

Figura 1 Succió manual de gel

Figura 2 Premsa de termosegellat

Després de l'anàlisi, el procés d'operació totalment manual anterior té els problemes següents:

(1) Baixa eficiència: les proves individuals al laboratori triguen massa, el procés complet triga uns 35 minuts. Després d'una sol·licitud d'inspecció, hi ha una llarga espera per rebre comentaris, que no poden satisfer les necessitats de-vigilància de la producció en temps real.

(2) Riscos de seguretat: alguns passos de prova impliquen equips de calefacció i el funcionament manual comporta riscos com cremades i perills elèctrics.

(3) Precisió insuficient: els mètodes de prova actuals són relativament durs. El control de la quantitat de cola depèn de l'experiència de l'operador i no es pot garantir la uniformitat del recobriment, la qual cosa condueix a una baixa precisió en les dades de prova, cosa que dificulta el suport d'un control de qualitat refinat.

(4) Alta taxa de reinspecció: tot el procés es realitza manualment, i els passos clau (com ara la cola de raspat, l'alineació i el premsat) són propensos a errors, provocant un fracàs de l'experiment. La taxa de reinspecció arriba al 50%, cosa que no només augmenta la càrrega de treball, sinó que també malbarata els recursos de proves.

En resum, els mètodes de prova manuals tradicionals ja no són adequats per als requisits de la indústria moderna dels paquets de cigarrets per a un control de qualitat precís i eficient. Hi ha una necessitat urgent de desenvolupar un dispositiu de prova estandarditzat i automatitzat per eliminar fonamentalment la interferència humana.

Solució i principis tècnics

01/ Objectius de recerca i enfocament global

Per abordar els problemes anteriors, el nostre equip de projecte va establir el següent objectiu de desenvolupament: desenvolupar un dispositiu de prova de rendiment d'adhesius de paper d'embalatge que estandarditzi i automatitzi el procés de prova, controli eficaçment la quantitat i la uniformitat de la cola aplicada, garanteixi un premsat escalfat segur i ferm i millori significativament l'eficiència de les proves i la fiabilitat de les dades. L'enfocament tècnic global consisteix a integrar funcions com ara el raspat de cola, la transferència, l'escalfament i el premsat en un únic dispositiu, convertint les operacions manuals disperses en un procés automatitzat continu; aconseguir un control precís dels paràmetres clau del procés mitjançant una estructura mecànica precisa; i eliminar els factors humans mitjançant procediments operatius estandarditzats.

02/ Disseny estructural del dispositiu

El dispositiu de prova de rendiment adhesiu de paper d'embalatge desenvolupat pertany al camp de la tecnologia d'unió d'envasos i inclou principalment tres mòduls funcionals, tal com es mostra a la figura 3.

Figura 3 Dispositiu de prova de rendiment de l'adhesiu de paper d'embalatge (esquerra: diagrama esquemàtic, dreta: dispositiu real)

(1) Base: serveix com a plataforma de suport per a tot el dispositiu, integrant la instal·lació del mecanisme de raspat, el mecanisme de rodament i el mecanisme de laminació. Assegura que el posicionament espacial de cada mòdul funcional està coordinat amb precisió, permetent processos de prova continus.

(2) Mecanisme de raspat: s'utilitza per raspar l'excés de cola de l'abeurador del raspall de cola a l'abeurador de desbordament i anivellar la cola. Aquest mecanisme inclou un dispositiu d'ajust precís de la bretxa del rascador per controlar el gruix de la capa de cola dins d'un rang preestablert, garantint un gruix uniforme i consistent.

(3) Mecanisme de rodament: s'utilitza per prémer el paper d'embalatge a la capa de cola després de raspar, transferint la cola al paper. El mecanisme està controlat per una unitat d'accionament que garanteix que el corró s'aplica cola a una velocitat i pressió constants, eliminant problemes com la fluctuació de la velocitat o la pressió desigual del rodatge manual.

(4) Mecanisme de laminació: s'utilitza durant les proves d'adhesiu per aplicar una pressió i un temps controlats sobre el paper d'embalatge encolat col·locat a l'abeurador de laminació, simulant el procés de laminació en la impressió i la producció d'envasos reals. Aquest mecanisme inclou un mòdul de calefacció elèctrica per controlar amb precisió la temperatura i el temps de premsat.

03/ Procés d'assaig estandarditzat

A partir del dispositiu desenvolupat, es va establir el següent procés de prova estandarditzat:

(1) Mostreig: s'han de mostrejar almenys 5 fulls per lot. Les mostres han de ser planes, sense danys, sense enganxar-se i complir el requisit de mida d'almenys 300 mm × 300 mm. Cada mostra ha d'indicar la direcció del gra de paper i els costats frontals i posteriors, i estar segellada en una bossa.

(2) Condicionament de temperatura i humitat: les mostres s'han de condicionar en les condicions especificades a GB/T 10739 per eliminar les influències ambientals en els resultats.

(3) Tall de la mostra: talleu les mostres a la mostra 1 (98 mm × 42 mm) i la mostra 2 (98 mm × 50 mm), assegurant-vos que el costat llarg (98 mm) sigui paral·lel a la direcció del gra per a la coherència amb la direcció de l'estrès de producció.

(4) Aplicació de cola: utilitzeu un extractor de cola per agafar una quantitat fixa de cola i injectar-la al dipòsit de cola de punts del mòdul de preparació de mostres adhesives.

(5) Raspat: el rascador mou automàticament l'excés de cola al voltant del dipòsit de punts a l'abeurador de desbordament i anivella la cola, formant una capa uniformement gruixuda.

(6) Transferència de cola: col·loqueu la mostra 1 (98 mm × 42 mm) al mòdul adhesiu amb la part frontal cap amunt. Inicieu el mecanisme del rodet per pressionar la mostra sobre la capa de cola anivellada a una velocitat i pressió constants, assegurant una transferència uniforme de cola.

(7) Laminació: traieu la mostra 1 amb cola i col·loqueu-la a la ranura del mòdul de calefacció elèctrica de la funció de laminació, amb el costat enganxat cap amunt, alineat amb la part frontal de la mostra 2. Establiu la temperatura del mòdul de calefacció elèctrica i engegueu el dispositiu de premsa calenta -per prémer la mostra 1 i la mostra 2 junts.

(8) Instal·lació de la mostra: agafeu la mostra laminat del dispositiu adhesiu, col·loqueu un extrem de la mostra 2 a la ranura fixa del provador de pelatge i fixeu l'altre extrem de la mostra 1 amb el dispositiu de tracció.

(9) Prova de pelat: tal com es mostra a la figura 4, utilitzeu un angle de pelat de 150 graus i una velocitat de prova de 600 mm/s amb el dispositiu de tracció. Enregistreu la corba de força de pelat i determineu el mode de fallada (falla de la fibra de paper o fallada de la interfície de cola).

Figura 4 Prova de pelat del paquet de cigarrets

04/ Avenços tecnològics clau

Aquest dispositiu ha aconseguit avenços tecnològics en les tres àrees següents:

(1) Disseny integrat: mitjançant la integració dels tres mòduls funcionals principals-rascar, enrotllar i laminar-en una sola base, estandarditza tot el procés en experiments de rendiment adhesiu, inclosa l'aplicació de cola, l'anivellament de la capa adhesiva, transferència de cola i laminació, eliminant errors entre passos.

(2) Control de paràmetres precís: el mecanisme de raspat garanteix que la capa adhesiva sigui uniforme en gruix (error inferior o igual a 0,01 mm); el mecanisme de rodament, accionat per un servosistema, controla els rodets per transferir l'adhesiu a una velocitat i pressió constants, amb una precisió de velocitat de ± 0,1 mm/s i una precisió de pressió de ± 0,5 N; el mecanisme de laminació pot ajustar amb precisió la pressió de laminació (± 1 N), la temperatura (± 1 grau) i el temps (± 0,1 s), simulant amb precisió les condicions de producció reals.

(3) Funcionament estandarditzat: totes les operacions es configuren mitjançant una interfície humana-màquina i després d'un-clic d'inici, tot el procés es completa automàticament. Això elimina completament els defectes causats per l'operació manual, com ara quantitat de cola imprecisa, aplicació desigual, paper desalineat o premsat insuficient, assegurant la repetibilitat i la comparabilitat dels resultats de la prova. La comparació del procés de prova abans-i-després es mostra a la figura 5.

Figura 5 Comparació del procés de detecció abans i després de la millora

Efectes tècnics i anàlisi de dades

01/ Anàlisi de millora de l'eficiència

Després de diverses verificacions basades en ordinador-i proves reals, aquest dispositiu ha aconseguit millores importants en l'eficiència de la detecció. El temps total per a una sola detecció va disminuir de 2057 segons utilitzant els mètodes manuals tradicionals a 442 segons, la qual cosa representa un augment del 365,38% de l'eficiència del treball. La taxa d'èxit de tot el procés de detecció va arribar al 100% i la taxa de re-inspecció va baixar del 50% a 0, la qual cosa va reduir considerablement la intensitat laboral dels operadors.

02/ Precisió i fiabilitat de la detecció

Comentaris dels clients: "El disseny d'aquest dispositiu és científic i raonable, fàcil d'operar, altament precís i estable. Supera amb eficàcia els retards i les desviacions de dades que es troben en mètodes de prova manuals anteriors, proporcionant un fort suport tècnic per millorar el nostre control sobre la qualitat de l'adhesiu del paper d'embalatge ".

03/ Millores de seguretat

Les proves manuals tradicionals utilitzen equips de calefacció com els segelladors tèrmics, que comporten riscos de cremades i perills elèctrics. Aquest dispositiu integra el mòdul de calefacció en una estructura composta tancada, utilitzant aïllament tèrmic i control automàtic de la temperatura. Els operadors no necessiten tocar parts d'alta-temperatura, eliminant completament el risc de cremades.

Beneficis socials i valor d'aplicació

01/ Prestacions econòmiques directes

Mitjançant la predicció del rendiment adhesiu del paper, aquest dispositiu redueix eficaçment els residus i el reelaboració en la producció d'envasos. S'estima que si s'aplica àmpliament a la indústria, la taxa de ferralla dels paquets de cigarrets acabats a causa de problemes d'adhesiu es podria reduir d'una mitjana del 5,7% a menys del 2%. Al mateix temps, l'eficiència de detecció millorada pot estalviar costos laborals significatius, reduint els costos laborals per detecció en un 80%.

02/ Lideratge tecnològic

El funcionament estandarditzat d'aquest dispositiu pot mesurar el rendiment adhesiu de diferents tipus de cola i filtrar de manera eficient les formulacions adequades per al paper de paquets de cigarrets, tintes i processos de recobriment. Això escurça el cicle d'R+D per a la selecció de la cola i la millora de la fórmula, abordant amb precisió els problemes pràctics en la producció de paquets de cigarrets, com ara la delaminació, pelat, desbordament de cola i enganxament, i estableix un sistema d'avaluació de compatibilitat entre la cola i el paper de paquet de cigarrets.

03/ Sinèrgia de la cadena industrial

El projecte adopta un enfocament conjunt a l'aigües amunt i avall de la cadena de la indústria, integrant els recursos tècnics, de talent i d'equips de la R+D de cola amunt, la impressió de paquets de cigarrets a la part mitjana i les empreses de producció d'envasos de cigarrets aigües avall. Això trenca les barreres d'informació i tecnologia entre cada enllaç, formant un sistema d'optimització tècnica-de la cadena completa, des de les matèries primeres fins als productes acabats, promovent la indústria de l'envasament de cigarrets cap a una major eficiència, precisió i intel·ligència, i millorant la competitivitat bàsica del sector.

04/ Contribució a la Normalització de la Indústria

Aquest projecte va desenvolupar amb èxit el primer dispositiu de la Xina per provar el rendiment adhesiu del paper d'embalatge, aconseguint una primera indústria. Per complir amb les especificacions tècniques unificades requerides per diferents empreses i institucions de proves, l'equip del projecte va estandarditzar els resultats de la investigació, promovent l'avenç tècnic i la millora de la qualitat de les caixes de cartró plegables i les matèries primeres (paper) a la indústria de l'embalatge i la impressió, i millorant la coordinació de recursos i les capacitats d'innovació a les empreses amunt i avall.

En el futur, l'equip d'investigació continuarà optimitzant la intel·ligència del dispositiu, desenvolupant un sistema d'avaluació automàtic basat en la visió artificial, aconseguint una detecció totalment no tripulada del rendiment de l'adhesiu, mentre explora aplicacions del dispositiu per provar les propietats adhesives d'altres materials d'embalatge (com el plàstic i el paper metàl·lic), contribuint més a la innovació en la tecnologia de prova de qualitat d'envasos.