Xu hướng mới trong công nghệ cắt màng thân thiện với môi trường: Làm thế nào để đáp ứng những thách thức trong công nghệ cắt màng vật liệu dễ phân hủy?

Với việc thúc đẩy lệnh "cấm nhựa" trên toàn cầu và nâng cao nhận thức về môi trường, việc ứng dụng màng phân hủy (như PLA, PBAT, PBS, PHA, v.v.) đang ngày càng phổ biến, nhưng quá trình cắt của nó lại đặt ra thách thức mới đối với các quy trình truyền thống.

Xu hướng mới của công nghệ cắt màng thân thiện với môi trường

Phương pháp cắt xén truyền thống tập trung vào hiệu quả, độ chính xác và chất lượng cuộn lại. Xu hướng cắt xén màng thân thiện với môi trường mới xoay quanh hai yếu tố cốt lõi: "tính chất vật liệu" và "tính bền vững":

1. Xử lý tinh tế và tùy chỉnh: Với nhu cầu đa dạng của khách hàng, các nhà máy cắt cần màng phân hủy có thể xử lý nhiều độ dày và vật liệu khác nhau (thậm chí là đùn đồng thời nhiều lớp) để cung cấp các giải pháp cắt hẹp có độ chính xác cao và phân tách phức tạp.

2. Thông minh và dựa trên dữ liệu: Sử dụng cảm biến IoT và thuật toán AI để theo dõi độ căng, áp suất, nhiệt độ và các thông số khác trong quá trình cắt theo thời gian thực, tối ưu hóa quy trình thông qua phân tích dữ liệu lớn và giảm thiểu biến động chất lượng do yếu tố con người gây ra, đặc biệt phù hợp với vật liệu phân hủy nhạy cảm với hiệu suất.

3. Sản xuất ít carbon và tiết kiệm năng lượng: Bản thân thiết bị cắt đang phát triển theo hướng tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu suất cao. Đồng thời, quy trình được tối ưu hóa để giảm thiểu chất thải, và phần còn lại trong quá trình cắt được tái chế và tái sử dụng (như phân hủy sinh học hoặc tái chế vật lý), đạt được vòng khép kín xanh trong quy trình sản xuất.

4. Sạch sẽ và không gây ô nhiễm trong suốt quá trình: nhấn mạnh vào sự sạch sẽ của môi trường sản xuất và tránh bụi, dầu và các màng ô nhiễm khác, điều này rất quan trọng đối với màng phân hủy dùng cho bao bì y tế và thực phẩm có yêu cầu vệ sinh cao.

Những thách thức cốt lõi: đặc điểm của vật liệu phân hủy và khó khăn trong việc cắt chúng

Lý do tại sao vật liệu phân hủy khó cắt là vì tính chất vật lý của chúng khác biệt đáng kể so với PE, BOPP và các loại nhựa truyền thống khác:

1. Sự khác biệt lớn về tính chất cơ học:

◦ Độ dẻo dai và độ giòn thấp: Ví dụ, PLA (axit polylactic) cứng hơn và giòn hơn nhựa thông thường, thiếu độ dẻo. Dưới tác động của lực cắt, dễ xảy ra nứt cạnh, nứt vi mô và các vấn đề khác.

◦ Khả năng chống rách kém: Nếu lưỡi cắt không sắc, rất dễ gây rách thay vì cắt mịn.

2. Độ nhạy nhiệt cao:

◦ Nhiệt độ chuyển thủy tinh và điểm nóng chảy của vật liệu dễ phân hủy thường thấp hơn. Nhiệt sinh ra do ma sát giữa lưỡi dao và màng phim trong quá trình cắt có thể dễ dàng bị mềm và tan chảy, dẫn đến lưỡi dao bị kẹt. Vật liệu nóng chảy có thể bám vào lưỡi dao, gây ra các mặt cắt không đều, kéo và cặn, đồng thời làm nhiễm bẩn cuộn phim.

3. Hệ số ma sát (COF) không ổn định:

◦ Độ mịn của màng phân hủy có thể không đồng đều hoặc thay đổi trong quá trình sử dụng (bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm), gây khó khăn lớn cho việc kiểm soát độ căng trong quá trình cắt và cuộn, và dễ dẫn đến các vấn đề như cuộn không đều (cuộn) và sụp đổ.

4. Vấn đề tĩnh điện nổi bật:

◦ Vật liệu dễ phân hủy thường có khả năng cách điện tốt và dễ sinh ra nhiều tĩnh điện. Tĩnh điện có thể khiến màng phim bám bụi, khó cuộn gọn gàng và thậm chí gây ra các vấn đề về an toàn sản xuất.

5. Các vấn đề liên quan đến tuổi tác (lão hóa):

◦ Tính chất của một số vật liệu sẽ thay đổi trong quá trình lưu trữ (ví dụ: PLA giòn), đòi hỏi quá trình cắt phải được điều chỉnh động theo lô hàng đầu vào và thậm chí cả thời gian lưu trữ.

Làm thế nào để giải quyết những thách thức này? Các giải pháp hệ thống

Để giải quyết những thách thức trong quá trình cắt vật liệu dễ phân hủy, cần phải nâng cấp và tối ưu hóa một cách có hệ thống trên bốn khía cạnh: thiết bị, quy trình, lưỡi cắt và môi trường.

1. Nâng cấp thiết bị: Phù hợp với các vật liệu mềm và cứng, giòn và dính

1. Hệ thống kiểm soát độ căng có độ chính xác cao:

◦ Áp dụng hệ thống điều khiển độ căng kỹ thuật số hoàn toàn tự động với chức năng điều khiển độ căng côn và độ suy giảm mô-men xoắn. ​​Áp dụng độ căng lớn khi bắt đầu cắt và giảm dần khi đường kính cuộn tăng lên, tránh tình trạng màng bên trong bị vỡ (đặc biệt quan trọng đối với PBAT mềm) hoặc nứt cạnh (quan trọng đối với PLA giòn) do "cán quá chặt".

◦ Nên sử dụng bộ ly hợp bột từ hoặc động cơ servo để có phản ứng chính xác đến từng mili giây và kiểm soát độ căng chính xác.

2. Thiết kế giá đỡ dao cắt chuyên dụng:

◦ Cắt ở nhiệt độ thấp: Sử dụng giá đỡ dụng cụ làm mát hoặc hệ thống làm mát bằng không khí để thổi khí lạnh gần lưỡi dao, giúp giảm nhiệt độ lưỡi dao một cách hiệu quả và giải quyết cơ bản vấn đề vật liệu tan chảy và lưỡi dao bị dính.

◦ Lựa chọn công cụ:

▪ Lưỡi dao một mặt (kiểu dao cạo): Phù hợp hơn với các vật liệu mỏng, giòn để cắt gọn gàng.

▪ Lưỡi dao hai mặt (kiểu kéo): Phù hợp hơn với vật liệu dày, cứng và có đường cắt mịn. Tuy nhiên, yêu cầu độ chính xác lắp đặt cực kỳ cao.

◦ Lưỡi dao phủ Teflon hoặc gốm: Các lớp phủ này có bề mặt rất thấp và có hiệu quả trong việc ngăn vật liệu bị dính sau khi tan chảy.

3. Hệ thống loại bỏ tĩnh điện hiệu quả:

◦ Lắp đặt thanh khí ion hoặc thiết bị khử tĩnh điện tại các vị trí quan trọng như tháo cuộn, cắt và cuộn để liên tục trung hòa điện tích tĩnh trên bề mặt màng và đảm bảo quá trình cắt sạch sẽ, gọn gàng và an toàn.

4. Nâng cấp vật liệu con lăn tiếp xúc:

◦ Bề mặt của con lăn tiếp xúc (con lăn áp lực) của máy cuộn có thể được phủ một lớp vật liệu đàn hồi như polyurethane (PU) để tạo ra áp lực nhẹ nhàng và đồng đều nhằm tránh làm dập lớp màng mềm.

2. Tối ưu hóa quy trình: tham số là linh hồn

1. Cài đặt độ căng:

◦ Nguyên tắc "thà nhỏ còn hơn lớn". Việc tinh chỉnh được thực hiện bắt đầu từ lực căng tối thiểu đảm bảo việc rút gọn gọn gàng và phải tiến hành thử nghiệm mẫu đầy đủ.

◦ Thiết lập cơ sở dữ liệu độc lập về các thông số độ căng cho các sản phẩm làm từ các vật liệu khác nhau, độ dày khác nhau và chiều rộng khác nhau.

2. Góc và độ chồng chéo của lưỡi dao:

◦ Điều chỉnh góc lưỡi dao (mặt sau) và lượng cắt (chồng chéo). Đối với vật liệu dễ dính vào dao, hãy giảm lượng cắt một cách thích hợp và sử dụng phương pháp "cắt góc nhọn nhẹ" để giảm nhiệt ma sát.

◦ Duy trì độ sắc bén tối đa của lưỡi dao và thiết lập hệ thống mài và thay lưỡi dao nghiêm ngặt.

3. Tốc độ cắt:

◦ Nhanh hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Đối với các vật liệu khó cắt, việc giảm tốc độ cắt một cách hợp lý là một cách hiệu quả để giảm nhiệt tích tụ và đảm bảo chất lượng của mặt cắt.

4. Kiểm soát môi trường:

◦ Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của xưởng. Hiệu suất của vật liệu dễ phân hủy rất nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm, và môi trường sản xuất ổn định (như 22±2°C, 50%±5%RH) là điều kiện tiên quyết để đảm bảo chất lượng cắt ổn định.

3. Vận hành và bảo trì: chi tiết quyết định thành công hay thất bại

1. Xử lý và lưu trữ cuộn:

◦ Cuộn màng phân hủy sinh học "mỏng manh" hơn nhựa truyền thống và phải được xử lý nhẹ nhàng trong quá trình vận chuyển và bảo quản để tránh làm hỏng cạnh do va chạm.

◦ Chú ý đến điều kiện bảo quản để tránh vật liệu bị hút ẩm hoặc lão hóa.

2. Vệ sinh và bảo trì:

◦ Giữ cho thiết bị, đặc biệt là con lăn dẫn hướng, lưỡi dao và con lăn áp lực, sạch sẽ tuyệt đối và lau thường xuyên bằng dung môi vô hại như cồn để tránh ô nhiễm bụi.

bản tóm tắt

Giải quyết thách thức trong việc cắt nhỏ vật liệu phân hủy về cơ bản là sự chuyển đổi từ "dựa trên kinh nghiệm" sang "dựa trên công nghệ".

• Ý tưởng cốt lõi: Hiểu rõ đặc tính vật liệu → Điều chỉnh cấu hình thiết bị → Tối ưu hóa các thông số quy trình → Kiểm soát chặt chẽ môi trường.

• Trọng tâm đầu tư: Ưu tiên nâng cấp hệ thống kiểm soát độ căng, hệ thống làm mát cánh quạt và hệ thống khử tĩnh điện.

• Quyền lực mềm: Thiết lập cơ sở dữ liệu quy trình tinh vi và các quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP) để tăng cường đào tạo nhân viên về các đặc tính vật liệu.

Với những tiến bộ trong khoa học vật liệu và công nghệ thiết bị, việc cắt màng phân hủy sinh học đang ngày càng hoàn thiện. Những công ty nào có thể dẫn đầu trong việc nắm vững các công nghệ và quy trình mới này chắc chắn sẽ chiếm giữ vị thế dẫn đầu trong đại dương xanh mới của bao bì thân thiện với môi trường.