¡La eficiencia del trabajo aumentó en más del 300%! ¡Así de eficiente es el nuevo dispositivo de inspección de cajetillas de cigarrillos!
En febrero de 2025, Zhang Jianmin, secretario del Partido y director de la Administración Estatal del Monopolio del Tabaco y gerente general de la Corporación Nacional de Tabaco de China, enfatizó durante una inspección en Hunan Tobacco que se debía "profundizar aún más la reforma y la innovación, inyectar un nuevo impulso al desarrollo y la modernización de alta-calidad y promover la innovación industrial a través de la innovación tecnológica, al tiempo que se mejoran continuamente las capacidades de desarrollo digital". Esta directiva marca el camino para la innovación tecnológica en la industria de los envases de cigarrillos. El "rendimiento del adhesivo" es un indicador importante de la adaptabilidad de la máquina de paquetes de cigarrillos, ya que la resistencia de la capa adhesiva determina directamente la estabilidad estructural de los paquetes de cigarrillos durante el almacenamiento, transporte y venta. Según una encuesta de 2024 realizada por el Comité de Envasado de Tabaco de la Federación de Envases de China, la tasa promedio de desperdicio de paquetes de cigarrillos nacionales debido a problemas con el pegamento es del 5,7%, y algunas pequeñas y medianas-empresas superan el 15%, lo que resulta en una pérdida económica directa anual de más de 200 millones de yuanes.
Actualmente, probar el rendimiento adhesivo de los paquetes de cigarrillos terminados es totalmente manual. El proceso de prueba consta de tres pasos principales: preparación del material, adhesión del papel y evaluación del despegado, y abarca más de diez acciones como cortar muestras, aplicar pegamento, prensar, fijar, pelar y evaluar, todo dependiendo completamente del trabajo manual. Este método tradicional tiene problemas como cantidades inexactas de pegamento, aplicación desigual, papel desalineado y prensado insuficiente, lo que conduce a tiempos de prueba prolongados, pruebas repetidas, alta intensidad de mano de obra y baja eficiencia. Algunos equipos de calefacción también plantean riesgos para la seguridad. Para abordar estos problemas, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (en lo sucesivo, "Changde Jinpeng") adoptó un enfoque de "esfuerzo conjunto de empresas de la industria upstream y downstream", desarrollando con éxito un dispositivo de prueba de rendimiento del adhesivo de papel para embalaje a través de-evaluación comparativa in situ e innovación colaborativa. Este artículo explica sistemáticamente los antecedentes, el plan técnico, los resultados de la implementación y el valor de promoción del 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/ Significado técnico del rendimiento del adhesivo
El rendimiento del adhesivo se refiere al proceso basado en el mecanismo de falla del adhesivo, que simula el paso de presión del adhesivo en la formación del paquete de cigarrillos. Se unen dos muestras y luego se separan de forma destructiva. 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 sus problemas
Actualmente, todas las cajas de cigarrillos necesitan pruebas de rendimiento del adhesivo antes de salir de fábrica. El proceso de prueba se puede dividir en tres etapas principales: 'preparación del material', 'adhesión del papel' y 'evaluación del despegado'. Los pasos de operación específicos incluyen: tomar la muestra a analizar de la bolsa de muestra → cortar el área adhesiva de la muestra a 20 mm × 50 mm → extraer pegamento con una jeringa (como se muestra en la Figura 1) → colocar pegamento en el área adhesiva → esparcir el pegamento uniformemente usando un gotero limpio → alinear la parte posterior del papel con el área pegada → presionar con calor usando un dispositivo de sellado (como se muestra en la Figura 2) → dejar reposar horizontalmente durante 30 minutos → separar completamente las dos superficies unidas manualmente → inspeccionar visualmente para ver si las fibras del papel están dañadas.
Figura 1 Succión manual de gel
Figura 2 Prensa de termosellado
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) Peligros para la seguridad: algunos pasos de prueba implican equipos de calefacción, y la operación manual conlleva riesgos como 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, alineación 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 en cuanto a 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, mecanismo de rodadura y 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 impulsora que garantiza que el rodillo aplique pegamento a una velocidad y presión constantes, eliminando problemas como la fluctuación de velocidad o la presión desigual del laminado manual.
(4) Mecanismo de laminación: Se utiliza durante las pruebas de adhesivo para aplicar presión y tiempo controlados sobre el papel de embalaje pegado colocado en el 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 tensión de producción.
(4) Aplicación de pegamento: utilice un extractor de pegamento para tomar una cantidad fija de pegamento e inyéctelo en el depósito de pegamento puntual del módulo de preparación de muestras de adhesivo.
(5) Raspado: El raspador mueve automáticamente el exceso de pegamento alrededor del depósito de puntos hacia el canal de desbordamiento y nivela el pegamento, formando una capa uniformemente gruesa.
(6) Transferencia de pegamento: Coloque la muestra 1 (98 mm × 42 mm) en el módulo adhesivo con el frente hacia arriba. Inicie el mecanismo del rodillo para presionar la muestra sobre la capa de pegamento nivelada a una velocidad y presión constantes, asegurando una transferencia uniforme del pegamento.
(7) Laminación: Retire la Muestra 1 con pegamento y colóquela en la ranura del módulo de calentamiento eléctrico de la función de laminación, con el lado pegado 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 la muestra: Tome la muestra laminada del dispositivo adhesivo, coloque 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 despegue y determine el modo de falla (falla de la fibra de papel o falla de la interfaz del 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 del proceso de detección antes y después de la mejora
Efectos técnicos y análisis de datos.
01/ Análisis de mejora de la eficiencia
Después de múltiples verificaciones-por computadora y pruebas reales, este dispositivo ha logrado mejoras significativas en la eficiencia de detección. El tiempo total para una sola detección disminuyó de 2057 segundos usando métodos manuales tradicionales a 442 segundos, lo que representa un aumento del 365,38 % en la eficiencia del trabajo. La tasa de éxito de todo el proceso de detección alcanzó el 100 % y la tasa de re-inspección cayó del 50 % a 0, lo que redujo en gran medida la intensidad de mano de obra de los operadores.
02/ Precisión y confiabilidad de la detección
Comentarios de los clientes: "El diseño de este dispositivo es científico y razonable, fácil de operar, muy preciso y estable. Supera eficazmente los retrasos y las desviaciones de datos encontrados en métodos de prueba manuales anteriores, proporcionando un sólido soporte técnico para mejorar nuestro control sobre la calidad del adhesivo del papel de embalaje".
03/ Mejoras de seguridad
Las pruebas manuales tradicionales utilizan equipos de calefacción como selladores térmicos, que presentan riesgos de quemaduras y peligros eléctricos. Este dispositivo integra el módulo de calefacción en una estructura compuesta cerrada, mediante aislamiento térmico y control automático de temperatura. Los operadores no necesitan tocar las piezas de alta-temperatura, lo que elimina por completo el riesgo de quemaduras.
Beneficios sociales y valor de aplicación
01/ Beneficios Económicos Directos
Al predecir de antemano el rendimiento adhesivo del papel, este dispositivo reduce eficazmente los residuos y el retrabajo en la producción de envases. Se estima que, si se aplicara ampliamente en toda la industria, la tasa de desperdicio de paquetes de cigarrillos terminados debido a problemas con el adhesivo podría reducirse de un promedio del 5,7 % a menos del 2 %. Al mismo tiempo, la eficiencia de detección mejorada puede ahorrar importantes costos de mano de obra, reduciendo los costos de mano de obra por detección en aproximadamente un 80 %.
02/ Liderazgo Tecnológico
El funcionamiento estandarizado de este dispositivo puede medir el rendimiento adhesivo de diferentes tipos de pegamento y seleccionar de manera eficiente formulaciones adecuadas para procesos de recubrimiento, tintas y papel de paquete de cigarrillos. Esto acorta el ciclo de I+D para la selección del pegamento y la mejora de la fórmula, aborda con precisión problemas prácticos en la producción de paquetes de cigarrillos, como la delaminación, el pelado, el desbordamiento del pegamento y el pegado, y establece un sistema de evaluación de compatibilidad entre el pegamento y el papel del paquete de cigarrillos.
03/ Sinergia en la cadena industrial
El proyecto adopta un enfoque conjunto en todas las etapas ascendentes y descendentes de la cadena industrial, integrando los recursos técnicos, de talento y de equipo de las empresas de investigación y desarrollo de pegamentos ascendentes, la impresión de paquetes de cigarrillos en la etapa intermedia y las empresas de producción de paquetes de cigarrillos en las etapas posteriores. Esto rompe las barreras de información y tecnología entre cada eslabón, formando un-sistema de optimización técnica de cadena completa, desde las materias primas hasta los productos terminados, promoviendo la industria de empaquetado 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 China para probar el rendimiento adhesivo del papel de embalaje, logrando una primicia en la industria. Para cumplir con las especificaciones técnicas unificadas requeridas por diferentes empresas e instituciones de prueba, el equipo del proyecto estandarizó los resultados de la investigación, promoviendo el avance técnico y la mejora de la calidad de los cartones plegables y las materias primas (papel) en la industria del embalaje y la impresión, y mejorando la coordinación de recursos y las capacidades de innovación en las empresas upstream y downstream.
En el futuro, el equipo de investigación continuará optimizando la inteligencia del dispositivo, desarrollando un sistema de evaluación automática basado en visión artificial, logrando una detección totalmente no tripulada del rendimiento del adhesivo, mientras explora aplicaciones del dispositivo para probar las propiedades adhesivas de otros materiales de embalaje (como plástico y láminas metálicas), haciendo mayores contribuciones a la innovación en la tecnología de prueba de calidad de embalaje.