Nuevo dispositivo de detección de paquetes de cigarrillos

Actualmente, las pruebas del rendimiento del adhesivo para envases de cigarrillos acabados son completamente manuales. El proceso de prueba incluye tres pasos principales: preparación del material, unión del papel y evaluación del despegado, lo que implica más de diez procedimientos, como corte de muestras, aplicación de pegamento, prensado, reposo, despegado y evaluación, todos los cuales dependen completamente del trabajo manual. Este método de prueba tradicional tiene problemas como cantidades inexactas de pegamento, aplicación desigual, papel desalineado y prensado insuficiente, lo que genera tiempos de prueba prolongados, repeticiones frecuentes, alta intensidad de mano de obra, baja eficiencia y riesgos de seguridad con algunos equipos de calefacción. Para abordar estos problemas, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (en lo sucesivo, "Changde Jinpeng") adoptó un enfoque de "avance conjunto entre las empresas de la cadena industrial ascendente y descendente". Al aprender-in situ e innovar juntos, desarrollaron con éxito un dispositivo para probar el rendimiento adhesivo del papel de embalaje. Este artículo explica sistemáticamente los antecedentes de desarrollo, las soluciones técnicas, los efectos de implementación y las aplicaciones potenciales de este dispositivo, con el objetivo de proporcionar una referencia para la innovación tecnológica en pruebas de calidad en la industria.

Antecedentes técnicos y análisis de problemas

01/ Connotación técnica del desempeño del adhesivo

El rendimiento del adhesivo se refiere, basándose en el mecanismo de falla de la unión, a la simulación del paso de unión en la formación del paquete de cigarrillos, donde dos muestras se unen y luego se separan destructivamente. Si el pegamento separa las fibras del papel, el rendimiento del adhesivo se considera calificado. Este indicador de rendimiento refleja directamente la compatibilidad entre el adhesivo y el sustrato de papel y es un parámetro clave para garantizar la estabilidad de la estructura del embalaje.

02/ Métodos de prueba tradicionales y problemas existentes

Actualmente, todos los productos de embalaje de cajas de cigarrillos deben someterse a pruebas de rendimiento del adhesivo antes de salir de fábrica. El proceso de prueba se puede dividir en tres etapas principales: "preparación del material", "unión del papel" y "evaluación del despegado". El procedimiento específico incluye: tomar la muestra a analizar de la bolsa de muestras → cortar el área adhesiva de la muestra a un tamaño de 20 mm × 50 mm → extraer pegamento con una jeringa (como se muestra en la Figura 1) → colocar pegamento en el área designada → extender el pegamento uniformemente con un gotero limpio → alinear y unir la parte posterior del papel con el área pegada → presionar con un dispositivo de termosellado (como se muestra en la Figura 2) → dejar reposar durante 30 minutos → despegar manualmente las dos superficies unidas completamente → evaluar visualmente si las fibras del papel están dañadas.

Figura 1 Succión manual de gel

Figura 2 Prensa de sellado en caliente

Después del análisis, el proceso de operación totalmente manual anterior tiene los siguientes problemas:

(1) Baja eficiencia: las pruebas individuales en el laboratorio llevan demasiado tiempo, y el proceso completo dura unos 35 minutos. Después de una solicitud de inspección, hay una larga espera para recibir comentarios, lo que no puede satisfacer las necesidades de monitoreo de producción en tiempo real-.

(2) Riesgos de seguridad: algunos pasos de prueba implican equipos de calefacción, y la operación manual conlleva riesgos de quemaduras y peligros eléctricos.

(3) Precisión insuficiente: los métodos de prueba actuales son relativamente toscos. El control de la cantidad de pegamento depende de la experiencia del operador y no se puede garantizar la uniformidad del recubrimiento, lo que genera una baja precisión en los datos de las pruebas, lo que dificulta el mantenimiento de un control de calidad refinado.

(4) Alta tasa de reinspección: todo el proceso se realiza manualmente y los pasos clave (como raspar el pegamento, alinear y presionar) son propensos a errores, lo que provoca fallas en el experimento. La tasa de reinspección llega al 50%, lo que no solo aumenta la carga de trabajo sino que también desperdicia recursos de prueba.

En resumen, los métodos de prueba manuales tradicionales ya no son adecuados para los requisitos de la industria moderna de paquetes de cigarrillos para un control de calidad preciso y eficiente. Existe una necesidad urgente de desarrollar un dispositivo de prueba automatizado y estandarizado para eliminar fundamentalmente la interferencia humana.

Solución y principios técnicos

01/ Objetivos de la investigación y enfoque general

Para abordar los problemas anteriores, nuestro equipo de proyecto estableció el siguiente objetivo de desarrollo: desarrollar un dispositivo de prueba de rendimiento del adhesivo de papel para embalaje que estandarice y automatice el proceso de prueba, controle de manera efectiva la cantidad y uniformidad del pegamento aplicado, garantice un prensado en caliente seguro y firme y mejore significativamente la eficiencia de las pruebas y la confiabilidad de los datos. El enfoque técnico general consiste en integrar funciones como raspado, transferencia, calentamiento y prensado de pegamento en un solo dispositivo, convirtiendo operaciones manuales dispersas en un proceso automatizado continuo; lograr un control preciso de los parámetros clave del proceso a través de una estructura mecánica precisa; y eliminar los factores humanos mediante procedimientos operativos estandarizados.

02/ Diseño Estructural del Dispositivo

El dispositivo de prueba de rendimiento del adhesivo de papel para embalaje desarrollado pertenece al campo de la tecnología de unión de embalajes e incluye principalmente tres módulos funcionales, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3 Dispositivo de prueba de rendimiento del adhesivo de papel para embalaje (izquierda: diagrama esquemático, derecha: dispositivo real)

(1) Base: Sirve como plataforma de soporte para todo el dispositivo, integrando la instalación del mecanismo de raspado, el mecanismo de rodadura y el mecanismo de laminación. Garantiza que el posicionamiento espacial de cada módulo funcional esté coordinado con precisión, lo que permite procesos de prueba continuos.

(2) Mecanismo de raspado: Se utiliza para raspar el exceso de pegamento del canal del cepillo de pegamento hacia el canal de desbordamiento y nivelar el pegamento. Este mecanismo cuenta con un dispositivo de ajuste preciso del espacio del raspador para controlar el espesor de la capa de pegamento dentro de un rango preestablecido, asegurando un espesor uniforme y consistente.

(3) Mecanismo de balanceo: Se utiliza para presionar el papel de embalaje sobre la capa de pegamento después de rasparlo, transfiriendo el pegamento al papel. El mecanismo está controlado por una unidad de accionamiento que garantiza que el rodillo aplique velocidad y presión constantes, eliminando las fluctuaciones de velocidad y la presión desigual causadas por el laminado manual.

(4) Mecanismo de laminación: Se utiliza en pruebas de adhesivo para aplicar presión y tiempo de laminación controlados al papel que ha sido pegado y transferido a la canal de laminación, simulando el proceso de laminación en la producción real de impresión y embalaje. Este mecanismo incluye un módulo de calentamiento eléctrico para controlar con precisión la temperatura y el tiempo de prensado.

03/ Proceso de prueba estandarizado

Sobre la base del dispositivo desarrollado, se estableció el siguiente proceso de prueba estandarizado:

(1) Muestreo: Se deben muestrear al menos 5 hojas por lote. Las muestras deben ser planas, no estar dañadas, libres de adherencias y cumplir con el requisito de tamaño de al menos 300 mm × 300 mm. Cada muestra debe indicar la dirección de la fibra del papel y los lados frontal y posterior, y estar sellada en una bolsa.

(2) Acondicionamiento de temperatura y humedad: las muestras deben acondicionarse según las condiciones especificadas en GB/T 10739 para eliminar las influencias ambientales en los resultados.

(3) Corte de muestra: corte las muestras en Muestra 1 (98 mm × 42 mm) y Muestra 2 (98 mm × 50 mm), asegurándose de que el lado largo (98 mm) esté paralelo a la dirección de la fibra para mantener la coherencia con la dirección de la fuerza durante la producción real.

(4) Inyección de pegamento: utilice un dispensador de pegamento para extraer una cantidad medida de pegamento de prueba e inyéctelo en el depósito de pegamento puntual del módulo de aplicación de pegamento.

(5) Raspado de pegamento: el raspador raspa automáticamente el exceso de pegamento alrededor del depósito de puntos hacia el canal de desbordamiento y lo nivela, formando una capa de pegamento uniforme.

(6) Aplicación de pegamento: Coloque la Muestra 1 (98 mm × 42 mm) en el módulo de aplicación de pegamento con el frente del papel hacia arriba. Inicie el mecanismo de rodadura para presionar la muestra sobre la capa de pegamento nivelada a velocidad y presión constantes, asegurando una transferencia uniforme del pegamento.

(7) Adhesión: Retire la Muestra 1 pegada y colóquela en la ranura del módulo de calentamiento eléctrico del módulo de unión, con el lado del pegamento hacia arriba, alineado con el lado frontal de la Muestra 2. Configure la temperatura del módulo de calentamiento eléctrico e inicie el dispositivo de prensado en caliente-para presionar la Muestra 1 y la Muestra 2 juntas.

(8) Instalación de muestra: Tome la muestra unida del dispositivo de aplicación de pegamento. Inserte un extremo de la Muestra 2 en la ranura fija del probador de pelado y sujete el otro extremo de la Muestra 1 con el dispositivo de tracción.

(9) Prueba de pelado: como se muestra en la Figura 4, utilice un ángulo de pelado de 150 grados y una velocidad de prueba de 600 mm/s con el dispositivo de tracción. Registre la curva de fuerza de despegado y determine el modo de falla (falla de la fibra de papel o falla de la interfaz de la capa de pegamento).

Figura 4 Prueba de pelado de paquetes de cigarrillos

04/ Avances tecnológicos clave

Este dispositivo ha logrado avances tecnológicos en las siguientes tres áreas:

(1) Diseño integrado: al integrar los tres módulos funcionales principales-raspado, laminado y laminado de pegamento-en una sola base, estandariza todo el proceso en los experimentos de rendimiento del adhesivo, incluida la aplicación de pegamento, la nivelación de la capa adhesiva, la transferencia de pegamento y el laminado, eliminando errores entre pasos.

(2) Control preciso de parámetros: el mecanismo de raspado garantiza que la capa adhesiva tenga un espesor uniforme (error menor o igual a 0,01 mm); el mecanismo de rodadura, impulsado por un servosistema, controla los rodillos para transferir el adhesivo a una velocidad y presión constantes, con una precisión de velocidad de ±0,1 mm/s y una precisión de presión de ±0,5 N; el mecanismo de laminación puede ajustar con precisión la presión de laminación (±1N), la temperatura (±1 grado) y el tiempo (±0,1 s), simulando con precisión las condiciones de producción reales.

(3) Operación estandarizada: todas las operaciones se configuran a través de una interfaz hombre-máquina y, después de un-clic en iniciar, todo el proceso se completa automáticamente. Esto elimina por completo los defectos causados ​​por la operación manual, como una cantidad inexacta de pegamento, una aplicación desigual, un papel desalineado o un prensado insuficiente, lo que garantiza la repetibilidad y comparabilidad de los resultados de las pruebas. La comparación del proceso de prueba antes-y-después se muestra en la Figura 5.

Figura 5 Comparación de procesos de inspección antes y después de la mejora



Efectividad técnica y análisis de datos



01/ Análisis de mejora de la eficiencia



Después de múltiples validaciones prácticas-y pruebas prácticas, el dispositivo ha logrado mejoras significativas en la eficiencia de la inspección. El tiempo total de inspección por pasada se ha reducido de 2057 segundos en los métodos manuales tradicionales a 442 segundos, aumentando la eficiencia del trabajo en un 365,38%. La tasa de éxito de todo el proceso de inspección alcanzó el 100 % y la tasa de re-inspección se redujo del 50 % a 0, lo que redujo en gran medida la intensidad de la mano de obra del personal de pruebas.



02/ Precisión y confiabilidad de la detección



Evaluación del cliente: "Este dispositivo está diseñado científica y razonablemente, es fácil de operar, altamente preciso y altamente estable. Supera de manera efectiva problemas como el retraso en la detección y el sesgo de datos encontrados en métodos de inspección manuales anteriores, brindando un sólido soporte técnico para nuestros esfuerzos por fortalecer el control de calidad del adhesivo de papel de embalaje".



03/ Mejoras de seguridad



Las pruebas manuales tradicionales utilizan selladores térmicos y otros equipos de calefacción con quemaduras y riesgos de seguridad eléctrica. Este dispositivo integra el módulo de calefacción en un mecanismo compuesto cerrado, que presenta protección de aislamiento térmico y control automático de temperatura, por lo que los operadores no necesitan tocar componentes de alta-temperatura, eliminando por completo el riesgo de quemaduras.



Beneficios sociales y valor de aplicación.



01/ Beneficios económicos directos



Este dispositivo puede reducir eficazmente la tasa de desperdicios y pérdidas por retrabajo en la producción de envases al predecir de antemano los efectos de la unión del papel. Según las estimaciones, si se promueve este dispositivo en toda la industria, la tasa de desperdicio de productos terminados causada por problemas de adhesivo en las empresas de embalaje se puede reducir de un promedio del 5,7% a menos del 2%. Al mismo tiempo, una mejor eficiencia de la inspección puede ahorrar una cantidad significativa de costos laborales, reduciendo los costos laborales por inspección en aproximadamente un 80%.



02/ Rol de liderazgo tecnológico



La operación estandarizada de este dispositivo puede medir el rendimiento de unión de diferentes tipos de pegamento, seleccionar y adaptar eficientemente formulaciones de pegamento para procesos especializados de laminación, tinta y papel para paquetes de cigarrillos, acortar el ciclo de investigación y desarrollo para la selección de pegamento y la mejora de la formulación, resolver con precisión problemas prácticos como despegue, deformación, desbordamiento de pegamento y adhesión en la producción de paquetes de cigarrillos, y establecer un sistema de evaluación para la compatibilidad del pegamento y el papel para paquetes de cigarrillos.



03/ Sinergia en la cadena industrial



El proyecto adopta un modelo de investigación conjunta en toda la cadena industrial, integrando la investigación y el desarrollo de pegamentos, la impresión y producción de paquetes de cigarrillos intermedios y los fabricantes de envases de cigarrillos posteriores con recursos técnicos, talentos y equipos. Rompe las barreras técnicas y de información en cada etapa, formando un-sistema de optimización técnica de cadena completa, desde las materias primas hasta los productos terminados, impulsando a la industria general de paquetes de cigarrillos hacia una mayor eficiencia, precisión e inteligencia, y mejorando la competitividad central de la industria.



04/ Contribución a la estandarización de la industria



Este proyecto desarrolló con éxito el primer dispositivo de prueba de rendimiento de adhesivos de papel para embalaje del país, logrando una primicia en la industria. Para cumplir con las especificaciones técnicas unificadas requeridas por diferentes empresas e instituciones de prueba dentro de la industria, el equipo del proyecto estandarizó los resultados de la investigación, promovió avances técnicos y mejoras de calidad en cajas plegables y materias primas y auxiliares (papel) en la industria del embalaje y la impresión, y mejoró la asignación coordinada y las capacidades de innovación de las empresas upstream y downstream.



En el futuro, el equipo de investigación continuará optimizando el nivel de inteligencia del dispositivo, desarrollará un sistema de evaluación automática basado en visión artificial, logrará una operación totalmente no tripulada de las pruebas de rendimiento del adhesivo y explorará la expansión de la aplicación del dispositivo a otros materiales de embalaje (como plásticos y láminas metálicas) para pruebas de rendimiento de adhesión, haciendo mayores contribuciones a la innovación tecnológica en la inspección de calidad en la industria del embalaje.