1、袋装机械知识第一节第一节 概概 述述 袋装是用柔性材料制成的包装袋,将粉状、颗粒状、流体或半流体等物品装入其中,然后进行排气(或充气)、封口,以完成产品包装的工艺过程。 制袋用的柔性材料,如纸、蜡纸、塑料薄膜及其复合材料等,即有良好的保护物品的性能,又有质轻、价廉、易印刷、易成型封口、易开启使用、易被处理等特性,因而所制成的袋装产品轻巧、美观、体积小而受人喜爱,是软包装产品中的重要组成部分。其中尤以塑料薄膜及其复合材料的使用较广,发展最为迅速。特别六十年代以来,石油化学工业的高速发展，为软包装提供了丰富多样的柔性包装材料,再加上塑料薄膜具有独特的良好的热封性、印刷性、透明性、防潮防气性等,致使
2、袋装软包装新产品更是层出不穷,有几克乃至几十克的小袋,有近千克的中袋,也有几十千克重袋包装。内装物由最初的散粒体发展到胶体、液体、气体和大块状的固体,使袋装逐渐与灌装、罐装、裹包等传统的包装形式相互渗透和替代,与此同时,也促进了袋装机不断地更新与发展,我国自六十年代初从国外引进样机,发展到近年来己能自己设计、制造多种袋装设备。各种袋装机应用于食品、日化塑料、化工、农药等工厂的包装工段。 一、包装袋的基本形式一、包装袋的基本形式 以袋装机加工的塑料包装产品常见袋形分别如下,并参见图5.1。 袋 形枕式纵缝搭接袋（图纵缝对接袋（图筒形袋（图扁平式三面封口袋（图四面封口袋（图自立式尖顶角形袋（图椭圆
3、柱形袋（图底撑柱形袋（图塔形袋（图立方柱形袋（图异形袋（图3131313131313131313131., ).).).).).).).).).).)a bcdefghijkl 制袋过程中,一般先纵封,而后横封。故在枕式搭接、对接袋封口缝的全长内,局部会有三层或四层薄膜重迭在一起,这对封口质量有一定影响；扁平式三面封口袋的封口缝全长内层数相等,封接条件较好,但产品外形不对称,美观性稍差,四面封口袋克服了前两者的缺点,但这种袋型的包装材料利用率比前两者稍差；自立式各种袋外形美观,具有自立不倒的优点,便于后续装箱工艺的完成和产品陈列,但对包装材料要求较高,均需使用复合包装材料。 二、典型袋装机的结
4、构及工作原理二、典型袋装机的结构及工作原理 由于包装袋形的多样性, 所以完成这些袋形的袋装机械在机型及结构上也带来一定的差异,主要反映在制袋及封口装置上。 图图5.1 基本袋形示意图基本袋形示意图 (一)制袋式袋装机 1.枕式袋装 (1)象鼻成型制袋式袋装机 图5.2所示是立式、连续运动制袋式袋装机,可完成纵缝对接封合,装填封口及切断工作。全机除计量装置外,还由象鼻成型器、匀速回转的辊式纵封器、不等速回转的横封器和回转切刀等组成,单张卷筒薄膜经多道导辊和光电管被引入象鼻成型器,将薄膜卷折成圆筒状,被连续回转的纵封辊加热加压热封定型,包装料袋自上而下的连续移动,就是这纵封辊连续回转牵引薄膜的结果
5、。横封器不等速回转,分别将上、下两袋的袋口和袋底封合,纵封器的转轴轴线与横封器回转轴线成空间垂直,因而获得枕式袋,被包装物料经计量装置计量后由导料槽落入袋内,封好口的连续袋由下面回转切刀与固定切刀接触时切断分开。 (2)翻领成型制袋式袋装机 图5.3所示是立式、间歇运动的翻领成型制袋式袋装机,可完成制袋、纵封(搭接或对接)、装填、封口及切断等工作。平张卷筒薄膜经多道导辊引上翻领成型器,由纵封器封合定形,搭接或对接成圆筒状,以计量装置计量后的物料由加料斗通过加料管导入袋底,横封器在封底同时拉袋向下,并对前一满袋封口,又在两袋间切断使之分开,全机各执行机构的动作可由机、电、气、液配合自动完成。 (
6、3)筒形袋袋装机 图5.4所示,这是一种间歇式转盘形包装机,这类包装机采用筒状卷料薄膜作包装材料,每次先封底缝,然后再切下作为包装袋,并交间歇回转工序盘上的夹持手将包装袋从一个工位移向另一个工位,完成装料、整形、封口等工序。其中图3.4是带有筒状薄膜开袋器的袋装机,它能先开袋后夹持,再被封底缝,这类机型在国内外较稀少,但开袋形式十分独特。使用较广的是图3.5所示的机型,它往往是先封底缝、切断、再被夹持,然后开袋,装填物料、封口等,这种机型与立式或卧式直线型袋装机相比,在 工位动作的设计安排上,灵活性可以较大,对一些难装或多种物品要装入的袋装产品,它的适应性特别强。 图图3.2 象鼻成型器制袋式
7、袋装机象鼻成型器制袋式袋装机1-卷筒薄膜,2-象鼻成型器,3-加料斗,4-纵封辊 5-横封辊,6-固定切刀,7-回转切刀 图图3.3 翻领成型器制袋式袋装机翻领成型器制袋式袋装机1-加料管,2-翻领成型器,3-纵封辊,4-横封辊 图图3.4 筒形袋机械开袋式袋装机筒形袋机械开袋式袋装机1-开袋器，2-切断刀，3-拉袋手，4-封底器 5-装袋，6-封口与卸袋 图图3.5 筒型袋袋装机筒型袋袋装机1-封底器,2-切刀,3-开袋吸嘴,4-加料斗,5-封口器图图3.6 卧式间歇三角形成型器制袋式袋装机卧式间歇三角形成型器制袋式袋装机1-三角形成型器,2-纵封器,3-牵引辊,4-隔离板,5-开袋吸嘴,6
8、-加料管,7-横封器,8-牵引辊,9-切刀2.三面封口扁平式袋装 (1)三角形成型制袋式袋装机 图3.6所示为卧式间歇运动三角形成型器的制袋式袋装机。对折后的薄膜上口有一块隔离板,帮助袋口张开,薄膜料袋的间歇移动靠牵引辊间歇回转带动,制成开口向上的空袋后，可如图所示先行装填,而后横封、切断,也有空袋制成后先行分切交由带夹持手的直线输送链式间歇回转工序盘,在每次运动停歇的工位上进行装袋、封口及卸料。 (2)U形成型制袋式袋装机 这类袋装机见图3.7所示,与图3.6的机型在工作原理上基本相似,仅成型器形式不同而己。 (3)象鼻成型制袋式袋装机 这类袋装机如图3.8所示,它与图3.3所示机型极为相似
9、,这里仅不等速回转的横封器的回转轴线与纵封器回转轴线相互是平行的导致成品不再是枕式袋,而是三面封口扁平袋。 图图3.7 U型成型器制袋式袋装机型成型器制袋式袋装机1-U型成型器,2-纵封辊,3-横封辊,4-切刀 图图3.8 象鼻成型器制袋式袋装机象鼻成型器制袋式袋装机1-象鼻成型器,2-加料斗,3-纵封辊,4-横封辊,5-切刀图图3.9 双卷筒四面封口扁平袋袋装机双卷筒四面封口扁平袋袋装机1-加料管,2-双道纵封辊,3-横封器,4-切刀 图图3.10 双卷筒四面封口扁平袋袋装机双卷筒四面封口扁平袋袋装机1-缺口导板,2-剖切刀,3-加料管,4-双道纵封辊,5-横封器,6-切刀 3.四面封口扁平
10、式袋装 包装袋形为四面封口扁平袋的制袋式袋装机如图3.9、图3.10所示。图3.9中,两卷单张薄膜经导辊引至双边纵封辊,薄膜成对合筒状。 图3.10中是单卷平张薄膜经在三角形缺口导板1的缺口尖端处有刀片2将运动着的薄膜中央剖切为二片，并经此导板分成两路,再往下先对合纵封,再装料,而后横封、切断。 4.自立袋式袋装 (1)尖顶角形袋制袋式袋装机 这类与图3.2所示机型有许多相似之处,它是应用翻领式成型器制袋,薄膜经过成型器和四个均布的折痕滚轮,再经纵封器封合后成搭接圆筒状,料管下端部分由圆形截面变成方形截面。如图3.11所示折角板使两端收口,横封器横封上、下两道封口并切断,烫底器将自立袋底部烫成
11、平底。 (2)塔形及立方柱形制袋式袋装机 这种机型是间歇制袋装填机,工作原理如图3.12所示,主要用来包装流质饮料,卷筒包装材料经打印装置和过氧化氢( )消毒液槽后,走上最后一道导辊被引导向下,在数次成型环的作用下,同象鼻成型器功能一样,将平张包装材料卷折成圆筒状,包装材料接缝在运动中经无菌空气加热,包装材料通过最后一道成型环时,被压合成纵封缝,流质物料由泵打入进料管引入圆筒状袋内,无菌热空气在料管外进入折成的圆筒内可直达液面,液面上又有螺旋式加热器,它即使材料内壁进行杀菌消毒,又使液面上形成无菌空气层。 横封及切断在料面下进行,横封装置配置方式不同,就形成立方柱形与塔形包装不同产品。塔形包装
12、:上、下两只横封切断器90空间交错,分别作上下及开合运动,完成各包装物品的横封及切断。 立方柱形包装:由两对方角成型模具及横封器在开合及上下运动的复合运动中将液面下的筒状料袋向下拉动并成型封口和切断,切断后的半成品落在间歇运动输送链内,在运动中完成摺角等H O22工艺动作。图图3.11 尖顶角形袋制袋袋装机尖顶角形袋制袋袋装机1-圆形料管,2-翻领成型器,3-导辊,4-折痕辊轮,5-纵封器6-拉袋装置,7-方形料管,8-折角板,9-横封器,10-切刀11-烫底器,12-输出槽 (二)给袋式袋装机 1.直移型 这类机型应用事先加工好的各种空袋。工作时,从袋库上每次取出一个袋,送给工序链夹持手,工
13、序链带着空袋在各工位停歇时,完成各包装动作。 图3.13所示为该机型的工艺路线示意图,给袋装置由真空吸头与供袋输送链组成,包装袋工序链上开口、闭口时,有特殊结构使每对夹持手相向运动。包装袋在两个工位上被加热封口,在后个工位上冷压定形,最后夹持手释放,产品下落入出料输送装置。 2.回转型 这类机型是将包装空袋交给间歇回转工序盘,在工序盘停歇中,完成各包装工艺动作。图3.14所示的是能使包装袋内达到一定真空度的全自动真空袋装机工作示意图。空袋平放于纸斗内,靠第一组吸头在袋层上分出一只袋来,靠第二组吸头将袋吸着回转90成直立状交给工序盘的夹持手,然后在各工位上停歇时依次完成打印、张袋装填物料,加入汤
14、汁,预封(封口缝的部分长度),由机 图图3.12 3.12 立方柱形制袋式袋装机立方柱形制袋式袋装机1-打印装置,2-双氧水槽,3-刀辊,4,6,8-圆环成型器,5-加料管,7-纵封器,9-加热器,10-横封成型切断装置,11-折角装置图图3.13 直移式开袋充填封口机示意图直移式开袋充填封口机示意图1-储袋库,2-空袋输送链,3-开袋喷嘴,4,5-加料斗(块料粒),6-加料管(液体物料),7,8-封口器,9-冷确器 械手帮助转移入真空封口工序盘的真空室,在真空室内以抽真空后进行电热丝脉冲封口、冷却。最后真空解除,真空室打开、夹持手张开释放出包装成品来。 图图3.14 回转式开袋充填封口机示意
15、图回转式开袋充填封口机示意图1-储袋库,2-取袋吸嘴,3-上袋吸头,4-充填转盘,5-打印器,6-夹袋手,7-开袋吸头,8-加料管,9-加液管,10-预封器,11-送袋机械,12-真空密封转盘,13-第一级真空室,14-第二级真空室,15-热封室,16,17-冷却室 这类给袋式袋装机完成的袋装产品,可以是三面封口式、四面封口式自立袋,制袋用的材料主要是塑料薄膜与其它材料的复合材料。对于单层薄膜的袋,因取袋、供袋的困难而不能应用。 综上所述,袋装机的机型较多,它们虽有外在差别,又有内在的联系,为便于研究,可对袋装机分类如下: 按包装袋来源分:制袋式袋装机、给袋式袋装机。 按总体布局分:立式或卧式
16、袋装机。 按运动形式分:连续或间歇运动的袋装机、直移或回转式袋装机。 自动化程度较高的装袋机上,经常使用卷筒包装材料,一面由制袋成型器制袋,一面进行充填包装。成型器是一个关键另件,对包装形式、袋的尺寸及产品包装质量等有直接影响。 一、常用的制袋成型器形式及特点一、常用的制袋成型器形式及特点 常用的成型器有翻领成型器、象鼻成型器、三角成型器和型成型器等。如图3.15所示,在结构、性能上大体有如下一些特点: 1.翻领成型器:如图3.15(a)所示平张薄膜拉过该成形器后就成搭接或对接圆筒状。在常用的几种成型器中,它的成形阻力较大,易使薄膜产生变形,使之发皱或撕裂,故对塑料薄膜适应性差,而对复合膜适应
17、性较好,它常用于立式枕型制袋包装机上,包装粉状、颗料状物料。每种规格的成型器只能成型一种规格的袋宽,当袋宽规格发生变化时,就要更换相应尺寸的成型器。而且,成型器的设计、制造及调试都较复杂。 第二节第二节 制袋成型器的设计计算制袋成型器的设计计算图图3.15 3.15 常见制袋成型器示意图常见制袋成型器示意图 2.三角成型器:如图3.15(b)所示,它由等腰锐角三角形板与平行导辊一起联结在基板上而成的。它是最简单的一种成型器,它具有一定的通用性,即能适应袋子的尺寸变化较大的需要,此时只要调节基板的上下位置即可。故此种成形器的适用范围广泛,不论立式、卧式、间歇运动或连续运动的三面、四面制袋包装机上
18、都有应用。 3.象鼻成型器:如图3.15(c)所示,该成型器类似象鼻的形状,平张薄膜拉过该成型器时,薄膜变化较平缓,故成型的阻力比翻领成型器的阻力小,适用于塑料单膜的成型,它常用于立式连续三面封口制袋包装机及枕式对接制袋包装机上。但是,对制造同一尺寸的枕形袋所需对应的成型器,象鼻成形器的结构尺寸比翻领式结构尺寸大,薄膜也易于跑偏,同样,该成型器只能成型同一宽度的袋形。 4.形成型器:如图3.15(d)所示,它是在三角形成器基础上改装而成的,薄膜在卷曲成型中受力状态比三角成型器好,其适应范围与三角形成型器一样,但其结构比较复杂。 5.直角缺口导板成型器:如图3.15(e)所示,它由缺口导板、导辊
19、和双边纵封辊组成,成型器本身能将平张薄膜对开后又能自动对折封口呈圆筒形,常应用在立式连续联合包装机上。 从三角形、型及象鼻成型器可见,它们的共同特点是利用成型器外表面形状的变化而将平张薄膜折成对折或近似对折的形状,在平张薄膜逐渐变成对折状态的过程中,被一个个三角形图形所分割,下面就从这些三角形图形入手来研究其设计的一般方法。 二、制袋成型器的设计二、制袋成型器的设计 1.三角形成型器 三角形成型器使平张薄膜对折成型的过程如图3.16所示。 设薄膜的宽度为2a,对折后的空袋高度为a(立式机为空袋宽度)，三角形板与水平面间的倾斜角即安装角为，三角板的顶角为2,薄膜在三角形板上翻折的这一区段长为b,
20、若不计三角形板的厚度,假定薄膜在对折后两膜间贴得很紧,则: 在直角三角形DEC中,DE=a,DC=b,所以有: 图图3.16 3.16 三角成型器折叠成型示意图三角成型器折叠成型示意图ab sin (3-1) 在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a, DC=b,所以有 (3-2) abtg 对既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一个定值,所以有如下关系； (3-3) sin tg arctg(sin)即： 由此可见,三角形成型器的顶角与安装角有相互制约的关系,而值的大小关系到三角形板形状尺寸,所以一定的安装角必对应着一定形状尺寸的三角形成型器,否则会影响成型器正常制袋。 (3-4
21、) 在生产实践中,三角形顶角2值是加工后得到的,而安装角可通过一定结构,并加以调试来保证。故最好值是一个容易测量的整数,设计中通常是选定后,再用关系式来求解值。 安装角实质上就等于三角形成型器在顶角附近薄膜运动的压力角,角越大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,压力角太大时,薄膜在受力翻折中容易产生拉伸变形,严重的甚至撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但压力角太小,致使结构不紧凑。 根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成型器安装角的选择范围为=2030由此可见,角最适宜的角度不大于30。所以,通常三角形成型器采用顶角22r、QEm。 其中:r纵封辊回转半径,m所选定的护边宽度尺寸。
22、 图图3.18 3.18 象鼻成型器作图象鼻成型器作图 最后将U型槽余下部分上口并拢,使U型变成如图3.18右侧视图那样的封闭图形,以利纵封封口,原U型成型器的GHK部分因有薄膜导辊G而可省略被截去。 4.翻领成型器 翻领成型器具有内外曲面,薄膜与它相对运动时,可强制薄膜按其内外曲面形状变成。使平张薄膜逐渐卷曲成圆筒状,要求该成型器在拉膜时使薄膜不产生纵向与横向拉伸变形,而且使薄膜与成型器之间的摩擦阻力尽量小,不跑偏、不卡塞,制出外形平整美观,符合尺寸要求的袋。 以加料管截面形状不同可分为圆形及方形截面料管的翻领成型器。这里介绍用解析作图法作成型器领口交接曲线的方法,一但有了领口交接曲线,无疑
23、对于成型器的设计制图,薄板放样,成品检验将带来许多有利之处。在本设计计算中假定:包装材料走上成型器被卷曲前先在同一平面内,材料的张紧变形,包装材料的厚度,成型器与加料管之间的间隙均可忽略不计；计算中暂不考虑枕式袋的搭接,对接封口缝的尺寸。 图图3.19 3.19 圆形料管翻领成型器计算图圆形料管翻领成型器计算图 图图3-20 3-20 成型器翻领曲面的展开图形成型器翻领曲面的展开图形 (1)圆形料管翻领成型器 图3.19是这种成型器的计算图,以圆形料管的轴线oz为轴,取直角坐标oxyz，则料管与xoy平面相交的截交线是以r为半径的一个圆,图中直线AB是包装材料从最后一根导辊引出后与成型器的接触
24、线,ABC构成平面等腰三角形,它与xoy平面的夹角为,D是AB的中点,故ACD=BDC=,ACS与BCS构成两侧的两个对称曲面,SCS为成型器领口交接曲线,S是该曲线的最低点,位于x轴上,C为该曲线的最高点,它在xoy平面上的投影是N点,且在x轴上。 为推导计算上的需要,使AC延长至T点,DC延长至T,作TE平行于ox轴,TT平行于oy轴,CE平行于oz轴,由此得CET与CTT均为直角,且三角形CTT与三角形ABC在同一平面上,三角形CET在xoz平面上,P是领口交接线上任意一点,连PT,令PT=f,CT=e,P点在xoy平面上的投影为Q点,弧长NQ=u,P点的高即为交接线的函数,C点是的中点
25、,C处的高CD=h。 成型器交接线上任一点P的坐标可写出: (3-8) xruryrurzcossin(u) 对T的坐标可写成 ： (3-9) xeryetgzehTTT ( cos)()sin 因为f=PT即为P与T两点间的距离,所以有 将P及T两点的坐标值代入: (3-10) fxxyyzzTTT2222()()()ferruretgrurehu2222 (coscos)(sin) sin( ) 若将成型器沿SS剪开并展成平面,如图3.20所示,由该图看出,PT长可由下式表达: (3-11) fetguheu222()( ) 展开前与展形后PT之长不能变,两表达式联立消去f,可谓交接曲线上
26、任意点P的高的方程式: ( )(sin)( cos)(cos)(sin)uhetgururr erurue11212uuh uru00,( );,( ) ( )u此式的边界条件为: (3-13) 令 =0,代入(3-12)式,可得出线段e的长度表达式: (3-14) earhatgr1221222(sin)cos 由此可见,设计中若能首先确定料管半径r,翻领三角形ABC的顶角之半、翻领的后倾角及成型器领口交接曲线的最大高 (3-12) 度h,则e值可以求得,再利用式(3.12)算出与每一段弧长U对应的在交接曲线上各点的高度,便不难连出领口交接曲线。 参数r、h的确定必须满足包装工艺上的要求,分
27、述如下。 1.圆形料管的半径r 设:a为折后的包装空袋宽度,则2a=2r,所以 (3-15) ra b.翻领的后角 与三角成型器安装角一样,角度大则薄膜通过成型器的成型阻力亦大,但结构尺寸小,包装机总体尺寸就紧凑,角度小则相反,生产实践中翻领成型器的后倾角取用范围较大,在060之间。 c.翻领三角形平面的形状尺寸由图3.19中可见,三角形ABC的形状尺寸由三角形底边AB和高 CD或顶角ACB来决定,底边AB=AD+DB=2a与袋子的尺寸有关,DC是包装材料在三角形平面上的长度,三角形成型器设计中曾假定DC=b,这三角形平面从导辊到成型器最高点C开始翻折成型之前用来引导及承载包装材料的。b的长短
28、反映了引导面的大小,b太短起不了引导与承载薄膜的作用,造成薄膜在交接曲线附近成型阻力过大,易拉伸变形,b太长又导致成型器结构不紧凑,且不一定全能用来承载薄膜,反而因引导面的过大而增加了薄膜与成型器表面间摩擦面长度,设计中建议取b=h。则 (3-16) d.领口交接曲线的最大高度h 领口交接曲线是一条空间曲线,它的最低点到最高点之间在z轴方向的距离称为最大高度h。对某一既定r、和参数的翻领成型器,它的领口交接线最大高度h与线段的长度具有函数关系,参见式(3-14)当e值由0变化时,h则由较大值逐步变小,起初h随e的tgabah 由此可见,图3.21上线段e的长短直接关系到交接线最大高度h的大小,
29、当e值取得较大时,h较小,成型器较矮,但使包装材料在成型时变形急剧,成型阻力较大,不利于制袋,当值取得较小时,h较大,成型阻力较小,但成型器较高,结构不紧凑。加料管悬壁越长,受力情况恶化,这给制造及使用都带来困难。 变化较大,随后h随e的增加变化越来越小,以至趋向一定值。h与e的关系如图3.21所示。 hatgr121cossin图图3.21 3.21 h-e关系曲线关系曲线 由图3.21上可见,eh关系曲线,当 e=2r/cos时,h的变化已极为缓慢,e值无需取得比 还大。所以线段e的取用范围为0e2040时,超椭圆图形就逐渐过渡到带圆角的长方形或正方形如图3.22所示。 这里设:短半轴为p
30、,长半轴为q,半径为,超椭圆图形上任一点Q的极坐标: (3-19) 将x、y均代入超椭圆方程得极坐标式的超椭圆方程 (3-20) 改写成: (3-21) xryr()()cossincossin()()rprqnn1(cos)(sin)()pqrnnn1因为图形有对称性,所以 ,由方程(3-21)可得: (3-22) 这样,我们也可以利用圆形料管成型器的计算图原理来进行方形料管成型器的计算。作出的计算图如图3.23所示。 用极坐标形式表示领口曲线上任一点p的位置: (3-23) 同理,对点也可写出: (3-24) rrr()()() rp rq( )(),02xryrzu( )( )( )co
31、ssin, xpeyetgzehTTT cossin图图3.22 超椭圆图形超椭圆图形1-n=1,2-n=10,3-n=15,4-n=20,5-n=30 图图3-23 方形料管翻领成型器计算图方形料管翻领成型器计算图 设直线PT=f,可写成: (3-25) 同样剪开计算图展开,PT长仍保持不变,在平面图形里: (3-26) 两式联立,消去f,也可得交接曲线上任一点p的高的方程式: 此式的边界条件为: (3-27) 当 (3-28) fxxyyzzTTT2222()()() coscos sin sin(, )( )( )( )epretgrehu222fetguheu222(, )()(),
32、cos ( cos)sincos(sin)()()()()()()uhprurepetgruepe1212220000, , ()()()()uuhuuurdrdd()()()22由式(3-27)可看出,要得出成型器领口交接曲线函数 ,只有首先确定或求算出 等参数。其中 是超椭圆在其转角位置时到起始点的曲线长,是变量的函数,而且极坐标表示的弧微分式为: (3-29) 求弧长必须积分: (3-30) 式(3-30)中 的应对式(3-21)的 求导,但积分式内的被积函数不是初等函数,难以积出,为工程上应用方便起见,可以用近似计算方法来解决。 , ()urptguhe( )( )、 、 、 、u()
33、durdrdd()()()22drd() 当超椭圆截面指数n20时,超椭圆即变为倒圆角的长方形,其倒角半径可近似地由下式来表示: (3-31) 这样 与对应的 及 就不难求得了,同理述,当 , =-P, =a, =0，代入式(3-27)中,可得出计算图上e的表达式: (3-32) 同样如图形料管那样,利用不等式 可求得这种成型器交接曲线的最大高度的表达式: 时, ( )uu()()pqpqn22322r()r()u()eaphatgp1221222(sin)cos02epcoshpaatgp1412coscossin(3-33)第三节第三节 封袋方法封袋方法 塑料袋装产品的封口方法有结扎、热封
34、、钉封、粘封等,其中以热封封口的方法较简单可靠,应用最广。 一、热封方法一、热封方法 热封是利用塑料具有热塑性,使封口部位的塑料薄膜加热、加压相互粘合在一起。热封的方式很多,有热板封合、熔断封合、高频封合、超声波封合、电磁感应封合和红外线封合等。 1.热板封合 如图3.24所示, 把加热板加热到一定的温度,将要封合的塑料薄膜紧压在一起,这是热封原理与结构最为简单的一种,封合速度较快,可恒温控制,这种方法常应用于封合聚乙烯等复合薄膜,而对受热易收缩与分解的薄膜,如各种热收缩薄膜,聚氯乙烯等不宜应用。 2.回转辊筒封合 如图3.25所示,将一对反向等速回转辊筒的一方或双方加热,两辊中间通过重合膜进
35、行加压封合,能连续封合是本方法的一大特点,主要适合于复合包装薄膜,因单层薄膜受热易变形会导致封缝外观质量较差而不宜应用。 图图3.24 热板封合热板封合1-热板,2-封缝,3-薄膜4-耐热橡胶, 5-承受台 图图3.25 回转辊筒封合回转辊筒封合1-热辊,2-薄膜,3-封缝 3.带状封合 如图3.26所示,一对相向回转的金属带之间,夹着要封合的薄膜直线运动,在前进中通过钢带两侧加热、加压、冷却。本结构稍为复杂,一般用于袋口的最后封口上,即能在运动中封合,以能适应受热易变形的薄膜。 4.滑动加压封合 如图3.27所示,薄膜首先通过一对热板中间受到加热(电加热或空气加热),再经一对反向回转辊轮加压
36、封合。本方法结构简单,能适应那些热变形大的薄膜的连续封合。 5.脉冲封合 如图3.28所示,把镍铬合金扁电热丝压着薄膜,再瞬时通以大电流加热,接着用空气或通冷却水强制封缝冷却,最后放开压板,本方法结构上略比热板状封合复杂,但适用于易热变形与受热易分解的薄膜,所得封口质量较好,因冷却占有时间,故生产率受到限制,只适用于间歇封合,在电热丝与薄膜间常用耐热防粘的聚四氟乙烯织物,薄膜另一端承压台上带耐热的硅橡胶衬垫,使焊缝均匀。 图图3.26 带状封合带状封合 1-加热区加热区,2-冷却区冷却区,3-钢带钢带, 4-薄膜薄膜,5-封缝封缝 图图3.27 滑动加压封合滑动加压封合 1-热板热板,2-加压
37、辊加压辊,3-封缝封缝,4-薄膜薄膜 6.熔断封合 如图3.29和3.30所示,靠加热过的热刀或电热丝与薄膜接触,使薄膜熔断,并得到封口的一种方法,这种封缝的强度不大, 封口的外观独特, 其中图3.29是恒温加热的热刀熔断封口,图5.30是电热丝熔断封合,后者所得封缝强度较好,特别对热收缩薄膜封口较有力。 图图5.28 5.28 脉冲加压封合脉冲加压封合1-压板,2-扁电热丝,3-防粘材料,4-封缝,5-薄膜,6-耐热橡胶垫,7-工作台 图图5.29 5.29 热刀加压封合热刀加压封合1-热刀,2-退出辊,3-薄膜4-封缝，5-橡胶辊 图图5.30 5.30 电热丝熔断封合电热丝熔断封合1-压
38、板,2-圆电热丝,3-薄膜,4-封缝,5-耐热橡胶垫,6-工作台 7.熔融封合 如图5.31所示,将热源与要封合的薄膜靠近,使封口部熔化成球状。这种封缝的封口强度较大,适用于热收缩薄膜,但不适应热分解性薄膜。 8.高频封合 如图5.32所示,薄膜用上、下电极压着,外加高频电源时,聚合物有感应阻抗而发热熔化形成封缝,因是内部加热,中心温度较高而不过热,所得封缝强度较高,对聚氯乙烯很适合,但不适用低阻抗薄膜。 严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉冲频率18002000次/秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨胀和收缩,超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高频振动产生机械变形。如图5
39、.33所示,高频头作高频振动,使薄膜封口表面的分子高振动,以至相互交融、界面而消失,形成一个封合的整体。 图图5.31 5.31 热板熔焊封合热板熔焊封合1,3-薄膜,2-封缝,4,5-冷却板 6-加热板 图图5.32 5.32 高频加压封合高频加压封合1-压头,2-高频电极,3-封缝4-薄膜,5-工作台图图5.33 5.33 超声波熔焊封合超声波熔焊封合1-工作台,2-超声波发生器 3-封缝,4-,5-薄膜 9.超生波封合 严格来说,超声波封合不是热封而是机械封合,用机械脉冲频率18002000次/秒使电晶体在电磁场的作用下,产生膨胀和收缩,超声头将封口压到铁砧板上,依靠交变电磁场的高频振动
40、产生机械变形。如图5.33所示,高频头作高频振动,使薄膜封口表面的分子高振动,以至相互交融、界面而消失,形成一个封合的整体。 超声波封合的特点如下: 1)冷封合,热效应很小,可得到无收缩,不起皱的封口; 2)无噪音,无温升,操作简便,速度较快,若输入功率为400,则封口30米/分; 3)封口强度略低于单层材料强度; 4)超声波封合尤其适应热封性能差的拉伸薄膜，如OPP等; 5)对于较厚的薄膜和1.25mm以下的厚薄片,均可采用超声波封合; 6)设备投资费用较大。 10.电磁感应封合 向圈状的电阻通上高频电流,就在其周围产生高频磁场,磁场内如有磁性材料就会根据磁滞损耗而发热,若在薄膜之间加上很薄
41、的磁性材料,或在塑料中预先掺加一些磁性氧化铁粉,塑料即瞬时熔化粘合,加热部分可不需直接和塑料袋接触,因此能连续又高速地进行封合,适合于生产线的生产,这是近几年内热封塑料的新方法。 11.红外线封合将红外线直接照射在薄膜有关位置进行熔化封口,照射源的发热极高,深色容易加热,对透明薄膜只要在封口层下铺上黑布即可。本方法能对一般加热无法封口的聚四氟乙烯和厚度达56毫米以上的聚乙烯片进行封合，这亦是近年来国内外研制出热封塑料的新方法。 热封常常是包装机械设计中的一个关键问题,热封质量影响着机器的长期稳定运行和机速的提高。决定热封质量的因素很多,主要是包装材料的熔点,热稳定性(耐热分解性与耐热收缩性)与
42、流动性,在包装材料己确定的情况下,决定热封质量的条件则是热封的时间分别为510、12.910、15.210。显然,双面加热使薄膜热合所需时间仅为单面金属板的1/3。因而过热很少。 在制袋包装机上常用棒式和辊式封接器两种,由电阻式加热封接器加热到一定温度,然后压合24层被封接薄膜,经一定时间,即形成牢固密合的封面。封接的质量取决于封接温度、压力和时间等三因素的合理选择。采用聚乙烯等单膜作包装材料时,封接器表面需涂一层非乙氧甲基型树脂、钛酸脂等,或采用浸有聚四氟乙烯的织物,以防热合时包装材料与封接器之间产生粘连,在低速包装机中,采用脉冲加热方式,使薄膜热合,使封接器冷却到塑料薄膜熔融温度以下后,封
43、接器与薄膜才脱开,这时就不会粘连,冷却时间一般在23秒钟,因此限制了包装速度,很难超过20袋/分。 二、热封方法对各种薄膜的难易程度二、热封方法对各种薄膜的难易程度 热封塑料薄膜的方法很多,但每一种方法仅适用于某些种类的塑料薄膜为设计中选用方便,现列表5.1供参考。 333温度、压力、封头形状和加热方式等。一般说,温度低点、压力小点、时间长点、封接质量较好。因为温度太高,薄膜易软化或收缩变形,影响封口美观,甚至烧穿;时间太长,有的塑料会热分解,压力太大,则封口变形增加,封接强度下降。上限为收缩超过3,下限为封接强度小于1kg/cm,上下限间范围越宽,则其热封性能越好。 对于单体薄膜,封头表面大
44、都采用光板,上板用不锈钢,下板用硅橡胶,为了美观,封口宽度一般为23毫米,对于复合薄膜,为了提高封接强度和增加美观,封头表面常刻有纵横花纹,封口宽度一般为10毫米。 除采用高频和超声波之类内部加热方式外,与其他加热板接触的表面温度,总高于薄膜之间的封接面温度,封接时间越短,薄膜越厚,这一温差就大,越易引起接触热板表面的薄膜过热。为此,最好采用双面加热方法,例如厚0.05毫米的聚氯乙烯膜,采用204的封头,在室温为27的情况下,对于双面加热、单面用硅橡胶和单面用金属板三种加热方式,计算封接面达到104聚偏二氯乙烯聚氟化乙烯聚 乙 烯 醇聚酯(双向延伸)聚酰胺(无延伸)(双向延伸)聚 碳 酸 酯尼
45、 龙防潮玻璃纸乙烯叉二氯醋酸纤维素 OO O O O O O 注：O-表示好、-一般、-不行 不明 表表5.1 封口加热方式与各种薄膜的适应关系封口加热方式与各种薄膜的适应关系 表表5.2 封口方法与袋型的关系封口方法与袋型的关系 表5.1中可知,各种热封方式不仅局限于一定的薄膜,而且有的只适用于连续封口,有的只适用于间歇封口,更有的只适用于间接封口,另外,热封方式的采用与袋子的形态、封口的部位有关,而且与封口的形状有关,为设计中选用,列表5.2供参考。 薄 膜 种 类 热 板脉 冲 高 频 超 声 波 电磁感应 红外线 聚乙烯 (低密度) (高密度) 聚丙烯 (无延伸)(双向延伸)聚 苯 乙
46、 烯聚 氯 乙 烯 (硬质) (软质)OOOOOOOOOOOOO OO OO 三、粘合及粘结剂三、粘合及粘结剂 包装袋的封口方式很多需要粘封,就是将两个同类或不同类的固体,由介于二者表面之间的另外一种物质的作用而牢固结合起来的现象叫粘合,介于两固体表面之间的物质叫粘合剂,又称胶粘或胶,两边的固体叫被粘合物。 粘合剂的应用有很久的历史,在古代人们就开始使用天然粘合剂如粘土、骨胶、鱼胶、淀粉、松脂等,但使用合成粘合剂还是近代的事情。随着现代化学工业的发展,合成树脂粘合剂不断增加,合成粘合剂不断增加,合成粘合剂的量己超过天然粘合剂,粘合剂的生产和使用状况发生了根本的变化,粘结技术己逐渐发展成现代化科
47、学技术的重要分支,广泛应用于国民经济各部门,如火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、飞机、汽车、船舶、电子工业、塑料加工、医疗、建筑、包装、木材加工等。 粘合剂在包装工业中占有重要的地位,应用非常广泛,例如纸和塑料薄膜包装袋的搭接粘合和封口粘合,瓦楞纸板的制造,纸箱及纸盒的封合,各种包装窗口封缄,制造各种胶带等,粘合剂在包装中的另一重要应用是制造复合材料,现代包装材料正在向多层复合方向发展,而在复合材料的封合中,是很重要的原料,新型粘合剂的开发,将促进新型包装材料的发展。 1.粘合剂的分类及用途 粘合剂的分类及用途如表5.3所示: 关于溶剂的一些说明： 酮类:由仲醇氧化后制取。如丙酮、甲基乙基酮、二
48、乙基酮等。 芳香烃：由煤焦油蒸溜后制取。如苯、甲苯、二甲苯与萘等。 酯类：由酸与醇缩合脱水后制取。如甲酸甲酯、甲酸乙酯乙酸乙酯、乙酸丁酯等。 粘 合 剂 溶 剂 粘 结 性 能 木 金 橡 玻 皮 纸 布 陶 材 属 胶 璃 革 张 棉 瓷 合成高分子化合物 A酚醛树脂尿醛树脂三聚氰胺树脂呋喃树脂 乙醇酮水水乙醇、酮类 有机磷树脂醇酸树脂环氧树脂胺基甲酯树脂 芳香族碳氰化合物、酮酯类、水不用溶剂 酯、酮类 B维生素衍生物聚醋酸乙烯聚氰乙烯聚乙烯醇合成橡胶GRN氯乙烯醋酸乙烯 有机溶剂酯类醇水、醇氯仿醇、酯、酮 天然高分子化 合物 骨 胶酪 素淀 粉阿拉伯胶天然树脂橡胶糊 水水水水乙醇 苯 注:
49、A在液体状态时涂布,粘合后加热固化的粘合剂, B制成乳液或溶液涂布,粘合后蒸发溶剂使之固化 最优； 优； 良； 合格； 不合格 2.包装常用粘合剂 1)聚醋酸乙烯(PVAC) 聚醋酸乙烯聚合后制成的。这种粘合剂的特点,具有中等程度极性,能使极性差不多的木材、纸、布和玻璃等物质,理想地粘合在一起。其优点是凝聚力大,粘结强度高,价格便宜。缺点是不能粘结聚氯乙烯等非极性材料；在永久载荷作用下会发生蠕变；耐热性差,6070即软化;低温变脆、耐水性差等。但是,这些缺点可通过添加改性剂或与其他单体共聚后加以改善。 2)聚乙烯醇(PVA) 聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯加碱水解后制成的,由于使分子间氢键结合,所以聚
50、乙烯醇的结晶性高,没有粘结强度,因此聚乙烯醇不能直接作为粘合剂使用。 通常所说的聚乙烯醇粘合剂,不是纯粹的聚乙烯醇,是指残留212醋酸乙烯的聚乙烯醇。 由于聚乙烯醇有溶于水的特点,适用于木材、纸与纤维的 粘结。其缺点是耐水粘结力差,与固性树脂配合可以提高其耐水性和耐热性。 3)丙烯酸树脂 丙烯酸树脂是由丙烯酸酯制成的。这种粘合剂耐老化性、耐水性、柔软性以及对金属的粘结性等均很优良。不必使用增塑剂即具有柔性,是这种粘合剂的特点,丙烯酸粘合剂分溶剂型和乳液型两种。可用于皮革、纤维、木材、橡胶、聚氯乙烯等各种塑料的粘结。这种粘合剂很少使用单一聚合体。多与其它物质共聚,改善其性质后使用。 4)酚醛树脂
