افزایش ظرفیت تولید و کاهش هزینه‌های خط تولید
این مقاله به اختلاف و رابطه بین استحکام دوخت گرم و مقاومت دوخت حرارتی[1] و همچنین رابطه بین استحکام دوخت گرم و بهینه‌سازی خط تولید پرکردن می‌پردازد.
واژگان کلیدی: خاصیت دوخت حرارتی، استحکام دوخت گرم، نرخ پارگی بسته‌بندی، راندمان پر کردن، صرفه‌جویی اقتصادی
خاصیت دوخت حرارتی شاخص اصلی برای ارزیابی کارآیی مواد بسته‌بندی است. خاصیت دوخت حرارتی شامل استحکام دوخت گرم و استحکام دوخت حرارتی (هنگامی که دوخت سرد شده است) می‌شود. استحکام دوخت گرم به نیروی کندن قسمت دوخت شده هنگامی‌که این قسمت هنوز داغ است و سرد نشده، گفته می‌شود. درحالی‌که استحکام دوخت حرارتی، به همین نیرو هنگامی‌که چسب کاملا سرد شده گفته می‌شود. استحکام دوخت گرم و استحکام دوخت حرارتی یک ماده بسته‌بندی معمولا باهم اختلاف چشم‌گیری دارند. درواقع این دو شاخص به‌صورت مستقیم به گزینش ماده بسته‌بندی و راندمان پرکنندگی ارتباط دارند. این مقاله به معرفی کاربرد استحکام دوخت گرم ماده بسته‌بندی در خط تولید پرکنندگی می‌پردازد.
کاربرد استحکام دوخت گرم
امروزه، ماشین‌های شکل‌دهی، پرکردن و دوخت حرارتی به‌صورت گسترده در صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و… استفاده می‌شوند. در خطوط تولید، بسته‌بندی انعطاف‌پذیر و پر کردن محصول در خلال یکدیگر انجام می‌شوند. در روش این روش عموما بسته‌ها را از یک ارتفاع معین پر می‌کند که باعث ایجاد نیروی ضربه‌ای شدیدی در ناحیه ته‌کیسه می‌شود. اگر کف کیسه نتواند این نیرو را تحمل کند، پاره شده و بنابراین یک بسته‌بندی پاره خواهیم داشت. پارگی در بسته‌بندی به آلوده شدن محیط می‌انجامد و راندمان پر کردن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در تولید واقعی فاصله بین فرآیند دوخت حرارتی و پر کردن بسته بسیار کوتاه است، بنابراین امکان سرد شدن قسمت دوخت شده به‌صورت کامل وجود ندارد. بنابراین مقاومت دوخت حرارتی برای ارزیابی خاصیت دوخت حرارتی مواد در خط تولید مناسب نیست. از طریق تست دوخت گرم، اپراتور می‌تواند پارامترهای بهینه دوخت حرارتی را برای مواد بسته‌بندی که برای کاهش سیکل فرآیند بسته‌بندی حیاتی شمرده می‌شوند، را به دست آورد. درنهایت، استحکام مناسب دوخت گرم ماده بسته‌بندی می‌تواند اجرای مرحله پر کردن در خط تولید را ضمانت کند. استحکام دوخت گرم به‌صورت مستقیم راندمان پرکنندگی و پارگی بسته‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. استحکام دوخت حرارتی زمانی مهم است که بسته‌ها پرشده‌اند و در انبار قرارگرفته‌اند و برای جلوگیری از مشکلات نشتی که ممکن است هنگام حمل‌ونقل و انبارداری ممکن است اتفاق بیفتد، مناسب هستند.
بررسی علمی
چگونه می‌توان پارامترهای بهینه دوخت حرارتی را در خط تولید توسط آزمون استحکام دوخت گرم مواد بسته‌بندی به دست آورد؟
تست‌هایی که در ادامه آمده است، برای انتخاب فیلم مناسب از میان فیلم‌های A و B که حداقل‌های لازم برای تولید کیسه و پر شدن در خط تولید را دارند، انجام شده است. فشار دوخت حرارتی، زمان‌ماند و سطح دوخت حرارتی شده در خط تولید ثابت هستند. دمای دوخت حرارتی نباید از 133 درجه سانتی‌گراد بیشتر شود و استحکام دوخت گرم نباید از 2 نیوتون بیشتر شود. در این شرایط زمان‌ماند باید به حداقل برسد. همچنین مصرف انرژی نیز باید مدنظر قرار گیرد.
دستگاه: استحکام دوخت گرم
نمونه‌ها: فیلم A و فیلم B.
زمان‌ماند: 0.3ثانیه، 0.5 ثانیه و 0.7 ثانیه.
دماهای دوخت حرارتی: 115، 118، 121، 124، 127، 130، 133 درجه سانتی‌گراد.
عرض نمونه‌ها 25 میلی‌متر بود. منحنی‌های تست که رابطه بین استحکام دوخت گرم، دمای دوخت حرارتی و زمان‌ماند را در دو فیلم نمایش می‌دهند در شکل‌های 1 و 2 نشان داده شده‌اند.
شکل 1. رابطه بین استحکام دوخت گرم، دمای دوخت حرارتی و زمان‌ماند برای فیلم A
شکل 2. رابطه بین استحکام دوخت گرم، دمای دوخت حرارتی و زمان‌ماند برای فیلم B
از منحنی‌ها، دمای بهینه دوخت حرارتی که در آن استحکام دوخت گرم بیشینه است، مشخص است. زمانی که دما از میزان بهینه تجاوز می‌کند، استحکام دوخت گرم شروع به کاهش می‌کند. همان‌طور که در شکل 1 و 2 نمایش داده شده است، دمای بهینه دوخت حرارتی برای فیلم‌های A و B به ترتیب 130 و 127 درجه است. بر پایه داده‌های فیلم A زمانی که زمان‌ماند 0.3 ثانیه است، استحکام دوخت گرم از 2 نیوتون کمتر است که باعث می‌شود نیاز مشتری را برآورده نکند. زمانی که زمان‌ماند به 0.5 ثانیه می‌رسد، در دماهای 127 تا 133 درجه سانتی‌گراد می‌توان به‌سختی به نیاز مشتری رسید، درحالی‌که در زمان‌ماند 0.7 ثانیه و در این بازه دمایی نیاز مشتری به‌صورت کامل پاسخ داده می‌شود. برای فیلم B برای زمان‌های ماند بالاتر از 0.3 ثانیه و دماهای در بازه 118 تا 133 درجه سانتی‌گراد، نیاز مشتری به استحکام دوخت گرم لازم برطرف می‌شود. با افزایش زمان‌ماند دمای دوخت حرارتی نیز کاهش می‌یابد و هنگامی که زمان‌ماند 0.7 ثانیه است دمای دوخت حرارتی در بازه 115 تا 133 درجه سانتی‌گراد می‌تواند استفاده شود.
براساس آنالیز بالا، استفاده از فیلم B در خط تولید و زمان‌ماند در بازه 0.3 تا 0.5 ثانیه و دمای دوخت حرارتی 118 درجه پیشنهاد می‌شود. البته دمای دوخت حرارتی باید بیشتر آنالیز شود تا دمای بهینه به دست آید. باید به این نکته توجه داشت که فاکتورهای مشکلات مکانیکی و موادی باید زمانی بررسی شوند که پارامترهای دوخت حرارتی انتخاب‌شده‌اند. تاجایی که مواد موردتوجه است، فیلم A برای خط تولید مناسب نیست که می‌تواند باعث کاهش راندمان پرکنندگی و افزایش مصرف انرژی بشود.
نتیجه‌گیری:
برای به دست آوردن پارامترهای دوخت حرارتی بهینه برای خط تولید پرکنندگی، آزمون استحکام دوخت گرم باید به‌عنوان فاکتور اصلی مدنظر قرار گیرد. توسط دستگاه تست استحکام دوخت گرم، زمان‌ماند برای دوخت حرارتی و دوخت گرم، دمای دوخت حرارتی و فشار دوخت حرارتی را می‌توان تنظیم نمود. براساس داده‌های تست و منحنی‌های به‌دست‌آمده، پارامترهای بهینه دوخت حرارتی برای خط تولید به دست می‌آید. بدین ترتیب می‌بینیم که یک آزمون و طراحی آزمایش ساده چگونه می‌تواند باعث کاهش هزینه‌های هنگفت تولید و صرفه‌جویی فوق‌العاده اقتصادی شود.