空調(diào)外機熱縮膜包裝設(shè)備工藝研究

蔚鑫，楊芝明

（珠海格力電器股份有限公司，廣東，珠海，519070）

1 引言

瓦楞紙箱是家電行業(yè)使用非常廣泛的包裝材料，但其不具備防水防潮性能，儲存及運輸過程中常因為淋濕或其他原因造成包裝紙箱損壞。目前在家具、手表、食品、藥品等領(lǐng)域已有熱縮膜包裝成熟的使用經(jīng)驗，在家電行業(yè)將塑料薄膜與泡沫結(jié)合組成一體化包裝底托［1］?？照{(diào)外機形狀規(guī)則且儲存標(biāo)準(zhǔn)相對較低，熱縮膜LDPE透明度高、柔軟性好、抗撕裂性強、加工生產(chǎn)容易可用于外機的包裝紙箱替換。通過設(shè)計一臺熱縮膜包裝機并合理布局流水線實現(xiàn)全工序自動化生產(chǎn)功能，熱縮膜應(yīng)用到空調(diào)行業(yè)中，可以降低包裝紙箱的采購成本并解決儲存和運輸過程的不足［2-3］。

2 不同熱收縮膜的性能對比

目前市場主流的熱縮膜為PET 聚酯透光率較差且較硬，熱收縮率差，需共聚改性，一般應(yīng)用于飲料瓶及藥品上的標(biāo)簽制作。PP共聚丙烯具有高透光率及韌性，但其熱收縮溫度較高，會損壞注塑件。POF 多層共擠聚烯烴是一種復(fù)合材料，表面光澤度高，熱收縮均勻，性能穩(wěn)定但受到單體技術(shù)條件的限制，膜芯層專用的LLDPE線型低密度聚乙烯還依賴進口。單層PE聚乙烯薄膜的機械性能較差，所以通常用作復(fù)合薄膜的內(nèi)層。PVC聚氯乙烯，其透光率高、收縮率高適用于建材行業(yè)，但分解后會產(chǎn)生有害氯乙烯。LDPE低密度聚乙烯力學(xué)性能良好，收縮率高，厚度薄價格低，熱穩(wěn)定性強滿足生產(chǎn)要求。因此確定使用LDPE作為空調(diào)外機熱縮膜包裝［4-6］。

3 熱縮膜包裝設(shè)備

3.1 熱縮膜包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)

受廠房空間及線體布局限制，在原有產(chǎn)線上增加熱縮膜包裝設(shè)備，需增加輔助線體連接到同向輥道輸送帶1，通過側(cè)向、橫向位移導(dǎo)桿將裝好包裝泡沫的外機推送到套膜、封切、熱縮、冷卻工序。使用電葫蘆6進行薄膜卷料更換。設(shè)備布局及結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 熱縮膜包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

3.2 熱縮膜加工工藝流程

熱縮膜的加工工藝流程如下圖2所示，進料通過輔助線體將外機產(chǎn)品輸送到輥道輸送帶1，實現(xiàn)不同軌道線體間無縫連接。通過側(cè)向位移導(dǎo)桿2將產(chǎn)品推到熱縮膜設(shè)備生產(chǎn)線，同時PLC控制導(dǎo)桿推送時間間隔，避免物料堆積。橫向位移導(dǎo)桿3將外機推至套膜機構(gòu)工位5，根據(jù)產(chǎn)品型號特征，選用厚度0.05 mm，寬度為1250 mm的透明LDPE薄膜。套膜后移動至封切工位7，通電后加熱封切塊縱向融化切割薄膜。熱縮爐由天然氣燃燒供熱，并通過內(nèi)部設(shè)計的均勻排布的散熱口實現(xiàn)薄膜熱縮。因為熱縮膜加工原理采用再次加熱冷卻的方法產(chǎn)生緊致力，所以在出口處設(shè)置兩臺風(fēng)扇12，降低薄膜溫度。完成后通過輔助線體輸送至其他線體進行碼垛下線工序［7-8］。

圖2 熱縮膜加工工藝流程圖

4 熱縮爐溫度對熱縮膜的影響

對于結(jié)晶材料LDPE，由于受到晶格的影響，最大熱縮力出現(xiàn)在玻璃化溫度的熔點附近。根據(jù)熱縮性能測試標(biāo)準(zhǔn)，將套好熱縮膜試樣的外機放至熱縮爐內(nèi)，通過設(shè)置不同的溫度測試試樣的最大熱縮力，因為縱向力較容易獲得，在相同溫度下共測試3次取平均值如下圖3所示。ISO 14616定義設(shè)備的最佳設(shè)置溫度為整個熱縮過程中15～30秒內(nèi)出現(xiàn)最大熱縮力的溫度，由關(guān)系圖可知在溫度較低的情況下熱縮力緩慢增長，當(dāng)達到玻璃化溫度的熔點附近時出現(xiàn)最大熱縮力且趨于穩(wěn)定并在一定范圍內(nèi)進行波動。最大熱縮力出現(xiàn)在 280 ℃附近，考慮到熱縮爐的熱損失此溫度大于實驗室得出的推薦溫度。溫度過高會損壞外機的包裝泡沫、注塑件及其他元器件，將烘箱溫度設(shè)定在280 ℃，滿足工藝要求［9-10］。

圖3 LDPE溫度與最大熱縮力關(guān)系圖

5 熱縮時間對熱縮膜的影響

熱縮爐隧道長度約為3米，外機在熱縮爐內(nèi)停留的時間范圍在15-30秒內(nèi)，為了獲得最佳熱縮時間，設(shè)置外機通過隧道的初始總熱縮時間為15秒，每次實驗依次增加一秒直至30秒結(jié)束，結(jié)合外觀情況和檢測儀測出熱縮膜收縮率如下圖4所示。15-18秒時熱縮膜收縮率較低且包裝效果不緊致，19-21秒時收縮率不穩(wěn)定，但產(chǎn)品外觀合格，22-28秒時薄膜的熱收縮率趨于穩(wěn)定，產(chǎn)品外觀合格，29-30秒時熱收縮率突然增大，且出現(xiàn)薄膜損壞。綜合分析當(dāng)設(shè)定熱縮時間為22秒時熱縮率趨于穩(wěn)定且熱縮力較大，同時也滿足最大生產(chǎn)效率。

圖4 不同熱縮時間對熱縮膜的影響

6 包裝泡沫結(jié)構(gòu)對熱縮膜的影響

包裝泡沫具有緩沖、減震保護外機的作用，為了實現(xiàn)產(chǎn)品全流程零缺陷目標(biāo)，我司采用頂部、底部和四周增加支撐柱的包裝結(jié)構(gòu)，通過合理的設(shè)計，可以有效避免產(chǎn)品碰撞造成的損壞。因為熱縮膜在熱縮過程中會產(chǎn)生熱縮力，這部分力作用在包裝泡沫頂和底的四角，縱向力產(chǎn)生反作用力，橫向力產(chǎn)生剪切力。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)四角設(shè)計為如圖5所示的倒角結(jié)構(gòu)時薄膜容易刺穿，當(dāng)增大倒角的軸徑時，因為受力面積增大，剪切力變小，但仍會有薄膜刺穿情況，若采用如圖7所示的圓角結(jié)構(gòu)可以有效減少應(yīng)力集中，提高薄膜產(chǎn)品質(zhì)量［11］。

圖5 倒角結(jié)構(gòu)

圖6 增大倒角結(jié)構(gòu)

圖7 圓角結(jié)構(gòu)

7 結(jié)論

熱縮膜既可以保護產(chǎn)品，又可以起到美化產(chǎn)品的作用，替換瓦楞紙箱具有可行性，通過合理布局設(shè)備結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)自動化熱縮功能。

1. 按照熱縮性能測試標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)置不同的溫度對熱縮爐設(shè)備進行測試，可知在280 ℃時滿足生產(chǎn)要求，又可以避免溫度過高而損壞注塑件，此溫度熱縮效果最佳。

2. 根據(jù)國標(biāo)對LDPE材料最佳熱縮時間的定義，產(chǎn)品在熱縮爐停留的時間從15秒開始逐秒增加熱縮時間進行測試，可知當(dāng)整體熱縮時間設(shè)置為22秒時效果最佳。

3. 不同的包裝泡沫結(jié)構(gòu)影響著外機的熱縮質(zhì)量，通過對比不同結(jié)構(gòu)的包裝泡沫可知當(dāng)選用圖7圓角結(jié)構(gòu)時，薄膜熱縮時受力均勻，無刺穿現(xiàn)象。

目前熱縮爐內(nèi)在熱縮時采用的是天然氣加熱方式，受天然氣管道內(nèi)雜質(zhì)和氣源影響不可避免的導(dǎo)致加熱不均勻，后續(xù)將考慮使用加熱電阻絲均勻排列在熱縮爐內(nèi)，使加熱更加穩(wěn)定。