Las bolsas de basura son uno de los tipos de productos más importantes en el mercado mundial de envases blandos. La Asociación Europea de Organizaciones de Reciclaje de Plástico estima que cada año se utilizan más de 8 millones de toneladas de película de polietileno en la recogida de residuos domésticos y comerciales sólo en Europa. Los niveles de consumo global son mucho más altos. Al final de esta cadena de suministro hay un dispositivo de conversión especial. Es una máquina que coloca rollos continuos de película de polietileno en bolsas selladas, perforadas y con núcleo-enrollado y los carga en contenedores domésticos e industriales. Para comprender qué es una máquina para fabricar bolsas de basura y cómo funciona mecánicamente, debemos comprender cómo funcionan juntos la extrusión de película, el sellado de precisión, el plegado controlado y el bobinado automático. Estas piezas determinan el funcionamiento de la máquina.
Definiendo el equipo
A Máquina para fabricar bolsas de basuraEs un sistema de conversión aguas abajo. Se alimenta mediante una película de polietileno pre-extruida. Esta película puede ser una película soplada de una sola capa o una película soplada de varias-capas. O puede ser un panel plano que deba plegarse. Luego, la máquina ejecuta la película a través de una serie de pasos. Estos pasos incluyen sellado, perforación, corte y bobinado. El producto final es una bolsa terminada, lista para ser empaquetada y enviada. La máquina en sí no produce película. Ese trabajo pertenece a la línea de producción de la línea de extrusión de película soplada. En cambio, la máquina se transforma estructuralmente. Crea un sello en el fondo de la bolsa. Permite la línea de perforación para que los usuarios puedan arrancar una sola bolsa del rollo. Forma un sello-en forma de estrella o un sello plano, que determina cómo se abre la bolsa y cuánto peso puede soportar.
La diferencia entre una membrana y una bolsa es la forma en que funciona. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) tiene una norma llamada D1709 para la resistencia al impacto de películas de polietileno. En esta norma, la membrana y la bolsa de conversión se miden como dos cosas separadas. Las propiedades del material de la película y la geometría estructural de la bolsa afectan las propiedades de la película. Una máquina para fabricar bolsas de basura no cambia las propiedades del material de la película. Pero sí afecta en gran medida al comportamiento estructural de la bolsa. Se consigue controlando la geometría, plegado y precisión de corte del sello.
Etapas de trabajo principales
Etapa 1: Desenrollado de la película y control de tensión
El proceso comienza con un rollo de film tubular o plano. La voluta está montada en una máquina bobinadora eléctrica. Los rollos de película utilizados en la producción de bolsas de basura suelen pesar entre 200 y 500 kg. Pueden tener 1.000-1.500 milímetros de ancho. El desenrollador debe entregar la película a la estación de sellado posterior con tensión controlada. Para el polietileno de baja densidad (LDPE), la tensión suele ser de 15 y 40 Newtons. Si la tensión es demasiado alta, la película se estirará y se estrechará. A esto se le llama escote. Si la tensión es demasiado baja, la película se arrugará y el sello se dislocará.
La Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPE) tiene una importancia de referencia técnica para el procesamiento de películas de poliolefina. Dice que el control de tensión debe tener una precisión de ± N, lo cual es necesario para mantener estable el tamaño de la película. Esto es especialmente cierto para las películas de 10 a 25 μm, que son habituales en las bolsas de basura domésticas. Las máquinas modernas se implementan mediante retroalimentación de circuito cerrado-basada en células de carga. Los rodillos danzantes o las células de carga miden la tensión real de la banda entre 50 y 100 veces por segundo. Luego, la máquina desenrolladora con servomotor cambia su velocidad para mantener la tensión en el punto de ajuste. Cuando se acaba la película, el diámetro del rollo se contrae y el brazo de palanca se acorta. Entonces el controlador aumenta automáticamente la velocidad proporcionalmente. Esto mantiene constante la tensión lineal.
Etapa 2: Plegado y centrado del escudete
Si la película entrante es plana en lugar de estar pre-intubada, en este punto se debe doblar formando un tubo. Dos paneles laterales plegables harán el trabajo. Se trata de láminas de metal finamente formadas o de polietileno de alta-densidad. Crean pliegues de refuerzo hacia adentro. Los pliegues reducen el ancho del plano y también permiten ver los pliegues laterales en la bolsa terminada. Para películas pre-entubadas, este paso no es necesario. Aún así, la película pasa por una sección de aplanamiento. Esta sección asegura que ambos refuerzos tengan la misma profundidad antes de que la película ingrese al área de sellado.
El sistema de rieles guía utiliza sensores ultrasónicos u ópticos. Estos sensores pueden ver dónde está la película a izquierda y derecha. Luego lo calibraron en tiempo real a través del marco de dirección del desenrollador. Incluso una desviación de 2 mm puede causar problemas. El sello inferior se desviará del centro. Esto hace que los márgenes de sellado de las bolsas sean desiguales. Estas bolsas se romperán cuando estén llenas. TAPPI es la asociación técnica de la industria de la celulosa y el papel. Su División de Conversión también incluye la conversión de películas de polímeros. TAPPI indicó que la precisión de la guía de borde de ±0,5 mm es estándar para dispositivos de ensacado de alta velocidad-más de 200 vueltas por minuto.
Etapa 3: Sellado inferior
El sello inferior es la parte estructural más importante de la bolsa de basura. Debe ser lo suficientemente hermético para evitar que se filtren residuos húmedos. También debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar el peso de una bolsa llena cuando se tira de la bolsa por sus correas o por el borde superior.
Hay tres formas principales de sellos:
Sello plano (o recto). Es un sellado térmico horizontal a lo ancho de la bolsa. Esta es la forma más fácil y rápida. Pero ejerce presión sobre los bordes de la membrana. El ángulo agudo entre el cordón grueso y la película se agrietará bajo carga. Una investigación publicada por la Sociedad de Ingenieros Plásticos en sus Actas de la Conferencia ANTEC mostró que las bolsas se rompen entre el 65 y el 75 por ciento de la capacidad del paquete estrella. Esto se debe a la tensión en los bordes del sello.
Sello de estrella (o sello de costura). Los pliegues del fuelle se abrieron en la parte inferior. La película se recoge en asteriscos o en un patrón de asteriscos. Luego, una junta circular o curva suelda todas las capas al mismo tiempo. Esto distribuye la presión en muchas curvas, no sólo en dos esquinas. También elimina las bolsas con ranuras que capturan el líquido en un diseño de sello plano. Estados Unidos. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) estudia los residuos sólidos municipales. Dice que la estructura sellada en estrella-es la forma principal de las bolsas de desechos pesados, ya que resiste fugas y equilibra el soporte de carga.
C Sello plegable (o de fondo-plano). Este es un diseño híbrido. La parte inferior está sellada de forma plana pero tiene un doble pliegue para formar una base con fuelle. Esto le da un fondo plano a la bolsa, que se coloca en el contenedor. Pero requiere una estación de sellado más compleja con dos barras de sellado paralelas que funcionen a temperaturas ligeramente diferentes.
El mecanismo de sellado adopta hot rod o cuchilla giratoria. El polietileno de baja densidad (LDPE) se mantiene entre 160 y 200 grados C. La temperatura exacta depende del calibre de la película, el índice de fusión de la resina y la velocidad lineal. La barra de sellado presiona la película contra el rodillo de soporte de caucho de silicona durante una estancia fija de 0,15 a 0,4 segundos. La Organización Internacional de Normalización (ISO) tiene la norma ISO 11607-2 para envases estériles al final-de su vida útil. Esta norma se utilizará para la prueba de su resistencia al sellado. Dice que la película de polietileno debe tener una resistencia de sellado térmico superior a 5 N por 25 mm de ancho de sellado. Esto se puede lograr con la máquina para fabricar bolsas de basura A manteniendo la temperatura del sello uniforme dentro de ±5 grados en todo el ancho. Esta tolerancia requiere que se coloquen termopares integrados cada 50 mm.
Etapa 4: Perforación y Corte
Cuando se completa el sellado inferior, la película pasa a la estación de perforación. Aquí, un cuchillo giratorio o una hoja fija forman una línea de puntos. La línea permite a los usuarios separar bolsas individuales de los pergaminos. La perforación tenía que ser lo suficientemente profunda como para que alguien pudiera abrirla con la mano. Según ASTM D1922, esto generalmente requiere una fuerza de desgarro de 3 -8 N para mejorar la resistencia al desgarro. Pero no puede ser tan profundo como para que la bolsa pueda romperse durante el enrollado, el transporte o el uso.
La incisión que separa una bolsa de la siguiente se realiza al mismo tiempo que se sella el fondo de la siguiente bolsa. O justo después del sello. Por tanto, cada ciclo de sellado es una bolsa completa. Las hojas de corte suelen ser cuchillas circulares giratorias. Está hecho de acero de alta velocidad-o carburo de tungsteno. La hoja funciona sobre un rodillo de yunque con un espacio de control de 0.02 -0.05 mm. El Journal of Applied Polymer Science es una publicación de Wiley Press. Los resultados muestran que el filo de la hoja influye directamente en la limpieza del corte. Se corta limpiamente una cuchilla con un radio inferior a 2 µm. Este corte claro no deja una ligera marca de desgarro en la película. Pero las hojas con un radio de más de 5 micrones tienen bordes ásperos. Cuando se carga la bolsa, este borde áspero se convierte en una falla del sello.
Etapa 5: Plegado y bobinado del núcleo
Las bolsas terminadas se envuelven alrededor de núcleos de cartón para envolver al por menor. El diámetro interior de estos núcleos suele ser de 38 mm o 76 mm. La estación de bobinado debe doblar la bolsa de tela siguiendo un patrón determinado. Los patrones comunes son C o triple. Este plegado hace que el rodillo tenga un diámetro menor. También hace que las bolsas individuales salgan limpias al tirarlas.
Una máquina para fabricar bolsas de basura adopta una tabla plegable. La placa se encuentra situada delante de la máquina bobinadora. Crea el patrón de pliegue requerido, mientras la película controla la tensión. La bobinadora es un sistema de accionamiento central. El núcleo gira sobre un eje motorizado. A medida que aumenta el diámetro del rodillo, la tensión disminuye. Esto evita que la capa interior sea aplastada por el peso de la capa exterior. Este control de tensión cónico es muy importante. Las películas de bobinado flexible también están cubiertas por las Normas Técnicas de la Asociación de la Industria de Tejidos No Tejidos (INDA). La INDA dice que lo mejor es una proporción de 30 30 – 50 por ciento. Esto significa que la tensión final del devanado es del 30 al 50 por ciento% de la tensión inicial. Estas relaciones evitan la expansión del rollo y la deformación del núcleo en un rollo multicapa.
Para las bolsas de bolsillo, se trata de una bolsa plegable separada, en lugar de un rollo, con un recorrido diferente. El camino se bifurcaba detrás de la estación de corte. Un apilador recoge y cuenta bolsas. Luego, la plegadora aplica el modo de plegado final. Luego, mete la bolsa en la caja.
Integración con cinta adhesiva
Muchas bolsas de basura domésticas tienen tirantes. Se trata de una tira estrecha de película, normalmente de 6 -10 mm de ancho. Corre a lo largo del borde superior de la bolsa y sobresale en nudos a cada lado. Agregar producción de cinta adhesiva a una máquina para fabricar bolsas de basura requiere dos piezas adicionales. El primero es un extrusor de cinta o un módulo de corte de cinta. Esto hace que la cinta se deslice desde la segunda película. La segunda es la estación de unión. Esta cinta adhesiva soldada en caliente o por ultrasonidos tiene un dobladillo superior e inferior en el ciclo de sellado.
El método de unión ultrasónica es cada vez más común. No necesita adhesivos. Esto evita problemas sensibles a la temperatura-. El Edison Welding Institute (EWI) es un material independiente que se une al equipo de investigación. EWI publicó un estudio al respecto. Los resultados muestran que la resistencia al pelado ultrasónico de las cintas de polietileno es de 12 – 18 N/ 25 mm. Esto está por encima del umbral de 8N necesario para un cierre fiable de bolsas. Utiliza un 60 por ciento menos de energía que la unión térmica del mismo conector.
Consideraciones materiales y sostenibilidad
El material principal de las bolsas de residuos es el polietileno de baja densidad (LDPE) o el polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). El polietileno de alta densidad (HDPE) se utiliza para fabricar bolsas más delgadas y económicas. La Agencia Europea de Sustancias Químicas (ECHA) opera bajo el reglamento REACH. Monitorea los aditivos utilizados en los plásticos, como serucamida, sílice y colorantes (negro de carbón para bolsas negras y blanco de titanio para bolsas blancas). Las nuevas reglas han despertado el interés en el contenido post-reciclado por el consumidor (PCR). El Reglamento sobre envases y residuos de envases establece un objetivo de reciclaje del 35 por ciento para los envases de plástico para 2030. Esto cambia directamente la selección de materiales y el manejo de las máquinas.
Una máquina para fabricar bolsas de basura debe poder adaptarse a las diferentes características de flujo de las mezclas de PCR. En comparación con la nueva resina, el polietileno reciclado tiene un rango de peso molecular más amplio y una mayor variación del flujo de fusión. Esto da como resultado un espesor de película más pequeño y más partículas de gel. Estas son motas de resina sin derretir que pueden causar problemas en el sello. Los cambios en la máquina incluyen temperaturas de sellado ligeramente más altas, de alrededor de + 5-10 grados. También se incluyen tiempos de parada más prolongados, de alrededor de +0.05 segundos. Necesitan examinar las cuchillas con más frecuencia para tratar la suciedad abrasiva en las películas PCR.
Control de calidad y pruebas
El paquete terminado está sujeto a una inspección estándar para probar su desempeño. Las pruebas clave incluyen:
Prueba de caída (ASTM D5276). Una bolsa con peso cayó desde cierta altura. Esto imita el impacto de ser arrojado a una papelera o contenedor. La bolsa en forma de estrella- suele sobrevivir a una caída de entre 1,2 y 1,5 metros con un peso de 5 kg. Bajo la misma carga, el paquete plano-fallará entre 0,8 y 1,0 m.
Fuerza del sello (ASTMF88). Esta es una prueba de pelado del sello inferior. Mide la fuerza necesaria para romper el sello. El valor mínimo aceptable para las bolsas de plástico domésticas es de 5 N/25 mm. El valor del paquete de contratista pesado es de 12 N/25 mm.
Resistencia a la perforación (ASTM D4833). Mide la fuerza necesaria para perforar la película con un cono. Simula el contacto con residuos punzantes. Los valores típicos de una película de LDPE de 15 a 25 μm fueron de 5 a 15 N.
El Centro de Comercio Internacional (ITC) es una agencia conjunta de las Naciones Unidas y la Organización Mundial del Comercio. El ITC ha incluido estos métodos de prueba en su guía técnica de adquisición de suministros para la gestión de residuos. Estas guías están disponibles para compradores urbanos e institucionales. Esto garantiza que las bolsas-hechas a máquina cumplan con los estándares de desempeño del contrato antes del envío.
Conclusión
Una máquina para fabricar bolsas de basura es un sistema de conversión de varias-etapas. Su trabajo principal es convertir películas continuas de polietileno en bolsas selladas, perforadas y enrolladas. Este trabajo depende de la coordinación precisa de la tensión de despliegue, los pliegues, los sellados térmicos, el corte de perforaciones y el rizado de formas geométricas. El rendimiento de la máquina no sólo se mide por la velocidad de producción: la configuración estándar suele ser de 150 a 250 ciclos por minuto. También se puede medir por la resistencia estructural de las bolsas fabricadas. Esta resistencia depende de la uniformidad de la temperatura del sello, el filo de la hoja, la profundidad de la perforación y la distribución de la tensión en todo el patrón del sello. Con las nuevas normas, los convertidores pasarán a utilizar películas reciclables, los sistemas de clasificación de residuos requerirán más tipos de bolsas y la capacidad de las máquinas para manipular diferentes materiales manteniendo al mismo tiempo la calidad del sellado y el corte tendrá un impacto cada vez mayor en su valor de producción.
Referencias
- Asociación Europea de Organizaciones de Recuperación y Reciclaje de Plásticos (EPRO).Estadísticas del mercado europeo de reciclaje de plásticos y análisis de flujo de materiales.
- ASTM Internacional.Métodos de prueba estándar ASTM D1709 - para la resistencia al impacto de películas plásticas mediante el método de dardo de caída libre-.
- Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPE).Referencia técnica sobre el procesamiento de películas de poliolefinayActas de la conferencia de ANTEC - Geometría del sello y rendimiento de carga en bolsas de residuos.
- División de Conversión TAPPI.Directrices técnicas para operaciones de conversión de películas flexibles.
- Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA).Estudios de Caracterización de Residuos Sólidos Municipales - Análisis de Envases y Envases.
- Norma ISO 11607-2:2019.Embalaje para dispositivos médicos esterilizados terminalmente - Parte 2: Requisitos de validación para procesos de conformado, sellado y ensamblaje.
- Wiley -Revista de ciencia aplicada de polímeros- Geometría del borde de la hoja y calidad de corte en la conversión de películas de polietileno.
- INDA - Asociación de la Industria de Tejidos No Tejidos.Normas Técnicas para el Bobinado de Película Flexible y Gestión de Núcleos.
- Instituto de Soldadura Edison (EWI).Unión ultrasónica de uniones de películas de polietileno - Estudios de resistencia y rendimiento energético.
- Agencia Europea de Productos Químicos (ECHA).Reglamento REACH - Monitoreo de aditivos para formulaciones de películas de poliolefina.
- ASTM Internacional.Método de prueba estándar ASTM D5276 - para prueba de caída de contenedores cargados; Método de prueba estándar ASTM F88 - para la resistencia del sellado de materiales de barrera flexibles; Método de prueba estándar ASTM D4833 - para la resistencia del geotextil a la perforación.
- Centro de Comercio Internacional (ITC) / OMC.Lineamientos Técnicos de Adquisiciones de Insumos para el Manejo de Residuos.
