Perėjimas nuo plastiko prie kitų medžiagų vienkartiniuose gėrimų puodeliuose ir šiaudeliuose buvo vienas didžiausių pokyčių tiekimo grandinėse per pastaruosius dešimt metų. Tai prasidėjo nuo kelių miestų draudimų pakrantės miestuose. Tada tai išaugo į taisyklių rinkinį, kuris veikė kartu. Šios taisyklės pakeitė tai, kaip restoranai, kavinės ir gėrimų gamintojai gauna savo šiaudelius. Šio pokyčio centre – mašina, kuri dar visai neseniai buvo mažas ir ypatingas produktas didesnėje pakavimo mašinų rinkoje. Ta mašina yraVienkartinė popieriaus šiaudų gėrimo mašina.
Šiame straipsnyje pasakojama, kam šios mašinos naudojamos, kaip jos veikia ir kodėl jų vaidmuo taip greitai išaugo.
Kas yra Mašina
Vienkartinė popieriaus šiaudų gamybos mašina yra automatinė gamybos linija. Jis paverčia plokščius popieriaus ritinius į paruoštus popierinius gėrimo šiaudelius, kurie yra supjaustyti tinkamo ilgio. Pavadinimas „geriamojo aparatas“ čia nereiškia aparato, iš kurio geriate. Vietoj to, tai reiškia mašiną, kuri gamina gėrimui naudojamus daiktus. Tai gamybos įrankis, o ne dozavimo įrenginys.
Įrenginys atlieka kelias nuoseklias operacijas: išvynioja ir išlygiuoja popieriaus sluoksnius, užtepa lipnią medžiagą, vynioja popierių aplink formavimo įtvarą, klijus sukietina arba džiovina, vamzdį nupjauna iki ilgio ir išstumia gatavus šiaudelius. Kai kuriose konfigūracijose kaip pasirenkami moduliai pridedamas tiesioginis spausdinimas, individualus apvyniojimas arba nuožulnus pjovimas. Tačiau pagrindinis įrenginys tvarko šerdies vamzdžio formavimą ir pjovimą.
Kodėl popieriaus šiaudeliams reikėjo naujų mašinų
Verta stabtelėti, kodėl prireikė tam skirtos mašinos. Plastikiniai ekstruderiai jau dešimtmečius dideliu greičiu gamina polipropileno ir polistirolo šiaudelius. Šios mašinos išlydo polimero granules ir išspaudžia jas per štampą, tada atvėsina ir nupjauna ištisinę giją. Procesas yra greitas, pigus ir atleidžiantis nuo medžiagų skirtumų.
Popierius nesielgia kaip išlydytas plastikas. Negalite jo išspausti per štampą. Turite apvynioti jį, sluoksnis po sluoksnio, aplink formą. Tam reikalingos iš esmės skirtingos mechanikos-įtempimo valdymo sistemos, klijų užtepimo stotys, džiovinimo tuneliai ir pjovimo mechanizmai, kurie gali apdoroti pluoštines medžiagas nesutraiškydami ir nesulaužydami kraštų. Vienkartinis popierinis šiaudų gėrimo aparatas{5}}sukurtas būtent tokioms operacijoms atlikti.
Kaip veikia gamybos procesas
Norint suprasti, kam mašina naudojama, reikia pereiti kiekvieną jos veikimo etapą.
Išvyniojimas ir sluoksnių surinkimas
Dauguma popieriaus šiaudelių yra pagaminti iš kelių sluoksnių. Įprastoje konfigūracijoje naudojami trys sluoksniai: vidinis sluoksnis, kuris liečiasi su skysčiu, vidurinis sluoksnis, užtikrinantis tūrį ir standumą, ir išorinis sluoksnis, kuriame yra bet koks paviršiaus atspaudas arba danga. Kiekvienas sluoksnis gali būti pagamintas iš atskiros ritės, sumontuotos ant atskiro išvyniojimo stovo.
Mašina vienu metu traukia visus sluoksnius per registravimo sistemą, kuri juos išlygiuoja. Dėl nesutapimo tarp sluoksnių šiaudų sienelė iškrypsta, o tai silpnina konstrukcijos vientisumą ir sukelia netolygų drėkinimą, kai šiaudai dedami į skystį.
Klijų taikymas
Kai sluoksniai yra išlyginti, jie praeina po klijų aplikatoriais. Klijų pasirinkimas yra labai svarbus. Vandens pagrindu pagaminti preparatai-modifikuoti krakmolai, polivinilo alkoholio mišiniai ir tam tikri baltyminiai -klijai- yra įprasti, nes jie suderinami su kompostavimo sertifikavimo schemomis, tokiomis kaip EN 13432 (Europos standartas) ir ASTM D6400 (Jungtinių Valstijų standartas). Karšto-lydymosi klijai užtikrina greitesnį kietėjimą, tačiau gali turėti įtakos kompostavimui, priklausomai nuo sudėties.
Paskelbtuose tyrimuose apie klijų įtaką popieriaus šiaudelių atsparumui išryškėja esminis-problemas: stipresnis sukibimas pagerina atsparumą delaminacijai, tačiau galutinis šiaudelis gali atrodyti standesnis ir mažiau patogus burnoje. Svarbus ir klijų įsiskverbimo gylis. Jei klijai sušlampa per giliai, jie standina vidinį paviršių ir sukuria nemalonų pojūtį burnoje. Jei prasiskverbia nepakankamai, šiaudams sugėrus skystį, sluoksniai atsiskiria.
Spiralinė apvija
Klijuotas popierius patenka į vyniojimo sekciją, kuri yra vienkartinio popieriaus šiaudinio gėrimo mašinos mechaninė širdis. Čia besisukantis įtvaras užfiksuoja priekinį popieriaus kraštą. Įtvaras paprastai yra pagamintas iš poliruoto nerūdijančio plieno arba chromuoto plieno. Jis pradeda traukti popierių į spiralinį įvyniojimą. Įtvaras sukasi, o popierius juda nustatytu greičiu. Apvijos kampą lemia sukimosi greičio ir padavimo greičio santykis. Tada apvijos kampas valdo šiaudų sienelių storį ir jo tankumą.
Žaizdų kompozitiniai vamzdeliai buvo plačiai ištirti inžinerinėje literatūroje. Pluošto orientacijos poveikio suvyniotuose vamzdeliuose, esant ašiniam suspaudimui, tyrimai rodo, kad apvijos kampas tiesiogiai veikia gniuždymo stiprumą ir lenkimo elgesį. Nors šiuose tyrimuose nagrinėjami pažangūs kompozitai, geometriniai principai vienodai taikomi ir suvyniotiems popieriniams vamzdeliams: per mažas kampas sukuria plonasienę struktūrą, linkusią sugriūti; per status kampas eikvoja medžiagą ir mažina lankstumą.
Džiovinimas arba kietėjimas
Suvyniojus klijams reikia laiko sustingti. Nepertraukiamose gamybos linijose tai vyksta šildomame tunelyje. Karšto oro cirkuliacija yra labiausiai paplitęs būdas; kai kuriose mašinose naudojami infraraudonųjų spindulių kaitinimo elementai, išdėstyti arti įtvaro paviršiaus. Tikslas yra nuoseklus temperatūros poveikis per visą šiaudų ilgį, neperkaitinant popieriaus pluoštų.
Perkaitimas pašalina likutinę drėgmę iš paties popieriaus, todėl šiaudai tampa trapūs. Kaitinant-, klijai tampa lipnūs, todėl išmetant gretimi šiaudeliai sulimpa. Dėl abiejų rezultatų susidaro laužas, todėl temperatūros kontrolė kietėjimo zonoje yra atidžiai stebimas parametras.
Pjovimas
Išdžiovintas, suvyniotas vamzdis išeina iš įtvaro ir pasiekia pjovimo stotį. Sukamieji peiliai arba servo{1}}varomi giljotinos peiliukai supjausto ištisinį vamzdelį į atskirus vienodo ilgio šiaudelius. Ašmenų dizainas ir galandimo dažnis yra labai svarbūs, nes nuobodus peilis plėšia popierių, o ne švariai jį pjausto, palikdamas nuskuręs kraštą, kuris užklimpsta ant lūpų ir jaučiasi nemalonus.
Tais atvejais, kai reikalingi smailūs antgaliai,-pvz., šiaudeliai, skirti sulčių dėžutėms arba gėrimų maišeliams-, nuožulniojo pjovimo modulis gali pakeisti arba papildyti tiesaus pjovimo stotį. Tai padidina sudėtingumą, bet atveria papildomų produktų formatų.
Išmetimas ir surinkimas
Nupjauti šiaudeliai nuslysta nuo įtvaro. Jie išsiskiria gravitacijos, suspausto oro arba mechaninių stūmikų dėka. Tada jie nukrenta ant konvejerio. Arba jie patenka į surinkimo dėžę. Arba jie eina tiesiai į pakavimo dalį vėliau eilėje. Greitosios linijos šiuo metu gali turėti optines tikrinimo kameras. Kameros ieško trūkumų, pvz., blogai prilipusių klijų, netinkamai išdėstytų įpjovimų ar nešvarumų ant paviršiaus.
Pagrindinės našumo metrikos
Vertinant, ką gali vienkartinis popierinis šiaudų gėrimo aparatas, svarbūs keli rodikliai:
Gamybos greitis. Pradinio-lygmens mašinos per minutę pagamina maždaug 60–100 metrų vamzdžio, o tai reiškia kelis šimtus šiaudelių per minutę, priklausomai nuo skersmens ir pjūvio ilgio. Didelio greičio{5}}modeliai viršija 150 metrų per minutę. Tačiau greitis yra prasmingas tik tuo atveju, jei kokybė išlieka pastovi,{8}}daugiau nei keli procentai laužo kiekis greitai sumažina ekonominį pranašumą.
Šiaudų skersmens diapazonas. Dauguma mašinų tinka maždaug nuo 6 mm iki 12 mm skersmens. Platesniems šiaudeliams (glotnučiams ar burbulinei arbatai) reikia sunkesnių{4}}įtvarų ir didesnio{5}}skersmens komponentų. Siauri šiaudeliai (kokteilių gėrimams) reikalauja didesnio vyniojimo įtempimo tolerancijos, kad būtų išvengta ovalumo defektų.
Reguliuojamas ilgis. Pjovimo ilgis turi būti reguliuojamas be didelių mechaninių pertvarkymų. Servo-varomos pjovimo stotys leidžia operatoriams keisti pjovimo ilgį per valdymo pulto sąsają. Senesnėse mašinose gali reikėti rankiniu būdu reguliuoti paskirstymo kumštelius arba pavarų skaičių.
Keitimo laikas
Perjungimas tarp skirtingų šiaudų tipų užtrunka. Pavyzdžiui, 6 mm pločio ir 200 mm ilgio tiesiai nupjauto šiaudelio keičiate į 8 mm pločio ir 250 mm ilgio nuožulniai nupjautą šiaudą. Tai reiškia, kad reikia pakeisti įtvarą. Taip pat reikia sureguliuoti apvijos įtempimą. Perkeliate pjovimo kampą į naują vietą. Ir jūs atnaujinate valdymo programą. Lanksčiai gamybai sukurtos mašinos sumažina šį prarastą laiką. Jie naudoja greitai keičiamus įtvarų laikiklius. Jie taip pat saugo receptą HMI valdiklyje.
Maisto saugos ir reguliavimo svarstymai
Kadangi šio aparato išvestis liečiasi su žmogaus burna, dėl maisto saugos atitikties negalima-derėtis. Visi paviršiai, kurie liečiasi su popieriumi gamybos metu-įtvaras, kreipiamieji ritinėliai, įtempimo strypai ir kontaktiniai taškai pjovimo ir išstūmimo skyriuose-turi būti pagaminti iš maistinių medžiagų, paprastai 304 arba 316 L klasės nerūdijančio plieno pagal FDA 21 antraštinę CFR gaires ir lygiavertes medžiagoms, skirtoms kontaktams su maistu, Nr. 2/{0}Europos reglamentas (EB) Nr.
Klijų pasirinkimas yra vienodai reguliuojamas. Jungtinėse Amerikos Valstijose klijai, naudojami kontaktams su maistu, turi atitikti FDA 21 CFR 175.105 (klijai) arba atitinkamas Pranešimų apie besiliečiančias medžiagas su maistu programos skyrius. Europoje klijams taikomas ES reglamentas Nr.. 10/2011 dėl plastikinių medžiagų ir gaminių, skirtų liestis su maistu, net jei patys klijai nėra plastikiniai. Konkrečioms medžiagoms taikomi migracijos apribojimai, o gamintojai paprastai reikalauja, kad tiekėjai pateiktų kiekvienos klijų partijos atitikties deklaracijos--dokumentaciją.
Aplinkos kontekstas ir pasekmės gyvavimo ciklui
Popieriniai šiaudeliai egzistuoja pirmiausia dėl aplinkosaugos problemų dėl plastiko atliekų. Tačiau grynoji nauda aplinkai priklauso ne tik nuo to, iš ko pagaminti šiaudai. Gyvavimo ciklo vertinimas (LCA) – tai metodas, atitinkantis ISO 14040 ir ISO 14044 taisykles. Taikant šį metodą, atsižvelgiama į žaliavų gavimo, gaminio gaminimo, gabenimo, naudojimo poveikį ir tai, kas atsitiks jam pasibaigus jo gyvavimo laikui.
Tyrimais buvo lyginami popierinių šiaudelių LCA profiliai su PLA bioplastika ir įprastais polipropileno šiaudeliais. Šie tyrimai davė įvairių rezultatų. Popieriniai šiaudeliai paprastai išskiria mažiau iškastinio anglies dioksido, kai gaunate žaliavas. Taip yra todėl, kad popierius gaunamas iš atsinaujinančios celiuliozės. Tačiau popieriniai šiaudeliai gamybos metu sunaudoja daugiau energijos dėl vyniojimo, džiovinimo ir pjovimo etapų. Popierinis šiaudelis gali būti vadinamas „kompostuojamu“ tik tuo atveju, jei jis tikrai patenka į pramoninę kompostavimo vietą, kuri atitinka EN 13432 arba ASTM D6400 taisykles. Jei popierinis šiaudelis patenka į sąvartyną, sąlygos ten neturi oro. Taigi šiaudai genda labai lėtai. Tada jo nauda aplinkai, palyginti su lengvu plastikiniu šiaudeliu, labai sumažėja.
Mašinų požiūriu tai reiškia, kad vienkartinio popieriaus šiaudų gėrimo mašina geriausiai suprantama kaip įgalinanti technologija,{0}}kuris sukuria formatą, kuris gali duoti naudos aplinkai, jei aplinkinė sistema (kompostavimo infrastruktūra, vartotojų elgesys, tiekimo grandinės logistika) palaiko šiuos privalumus.
Taikymas įvairiose pramonės šakose
Nors maisto patiekimas yra labiausiai matomas pritaikymas, vienkartiniai popieriniai šiaudeliai tarnauja papildomoms rinkoms:
Supakuoti gėrimai: sulčių dėžutėse, pieno dėžutėse ir gėrimų maišeliuose dažnai yra iš anksto{0}}pritvirtintas arba pridedamas popierinis šiaudelis. Šiems šiaudams dažnai reikalingas nuožulnus pjovimas arba lanksčios šarnyrinės dalys.
Medicinos ir laboratorijos nustatymai: vienkartiniai{0}}naudoti mėginių ėmimo šiaudeliai diagnostikos rinkiniams, ypač kai kompostuoti arba sumažinti plastiko kiekį įpareigoja institucijų viešųjų pirkimų politika.
Svetingumas ir renginiai: didelės{0} masto vietos (stadionai, festivaliai, oro uostai), kurioms kyla reguliavimo spaudimas arba įmonės tvarumo įsipareigojimai, vis dažniau nurodo popierinius šiaudelius koncesijos stendams.
Mažmeninė pakuotė: šiaudeliai parduodami keliose{0}}pakuotėse, skirtose naudoti namuose, dažnai su dekoratyvine spauda ant išorinio sluoksnio.
Kiekviena programa gali nustatyti šiek tiek kitokius reikalavimus mašinai-skirtingo skersmens diapazono, pjūvio ilgio, antgalių geometrijos arba pralaidumo tūrio. Dauguma šiuolaikinių mašinų turi pakankamai konfigūravimo galimybių, kad būtų galima aptarnauti daugiau nei vieną iš šių segmentų be didelių aparatinės įrangos pakeitimų.
Nuorodos
- TAPPI Spauda. TAPPI T559: dydžio (Cobb) popieriaus vandens sugeriamumas. TAPPI standartai, Atlanta, GA.
- Europos standartizacijos komitetas. EN 13432: Reikalavimai pakuotei, kuri gali būti regeneruojama kompostuojant ir biologiškai skaidant. CEN, Briuselis, 2000 m.
- Tarptautinė ASTM. ASTM D6400: Standartinė plastikų, skirtų aerobiniu būdu kompostuoti komunalinėse arba pramoninėse patalpose, ženklinimo specifikacija. ASTM, West Conshohocken, PA.
- ISO Techninis komitetas 207. ISO 14040: Aplinkos vadyba - Gyvavimo ciklo įvertinimas - Principai ir sistema. ISO, Ženeva, 2006 m.
- ISO Techninis komitetas 207. ISO 14044: Aplinkos vadyba - Gyvavimo ciklo vertinimas - Reikalavimai ir gairės. ISO, Ženeva, 2006 m.
- Mangalam, AS ir kt. "Pluošto orientacijos efektai žaizdų kompoziciniuose vamzdeliuose, esant ašiniam suspaudimui." Kompozitai A dalis: Taikomasis mokslas ir gamyba, . 40 tomas, 7 leidimas, 2009 m., p
- Chidambarapandian, S. ir kt. „Polivinilo alkoholių įtaka popieriaus šiaudų klijams ir poveikis šiaudų atsparumui“. Journal of Polymers and the Environment, 2023 m
- JAV maisto ir vaistų administracija. 21 CFR 175 dalis: Netiesioginiai maisto priedai: klijai ir dangų komponentai. FDA, Vašingtonas, DC.
- Europos Komisija. Reglamentas (EB) Nr.{1}}/2004 dėl medžiagų ir gaminių, skirtų liestis su maistu. OL L 338, 2004.