Novo dispositivo de detecção de maços de cigarro

Atualmente, o teste de desempenho adesivo para embalagens de cigarros acabadas é totalmente manual. O processo de teste inclui três etapas principais: preparação do material, colagem do papel e avaliação-do descolamento, envolvendo mais de dez procedimentos, como corte de amostra, aplicação de cola, prensagem, descanso, descolamento e avaliação, todos baseados inteiramente em trabalho manual. Este método de teste tradicional apresenta problemas como quantidades imprecisas de cola, aplicação irregular, papel desalinhado e prensagem insuficiente, levando a longos tempos de teste, retestes frequentes, alta intensidade de trabalho, baixa eficiência e riscos de segurança com alguns equipamentos de aquecimento. Para resolver esses problemas, a Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (doravante denominada "Changde Jinpeng") adotou uma abordagem de "avanço conjunto das empresas da cadeia industrial upstream e downstream". Ao aprender-no local e inovar juntos, eles desenvolveram com sucesso um dispositivo para testar o desempenho adesivo do papel para embalagens. Este artigo explica sistematicamente o histórico de desenvolvimento, soluções técnicas, efeitos de implementação e aplicações potenciais deste dispositivo, com o objetivo de fornecer uma referência para inovação tecnológica em testes de qualidade na indústria.

Antecedentes Técnicos e Análise de Problemas

01/ Conotação Técnica de Desempenho Adesivo

Desempenho adesivo refere-se, com base no mecanismo de falha de ligação, à simulação da etapa de ligação na formação de embalagens de cigarro, onde duas amostras são ligadas e depois separadas destrutivamente. Se as fibras do papel forem separadas pela cola, o desempenho adesivo é considerado qualificado. Este indicador de desempenho reflete diretamente a compatibilidade entre o adesivo e o substrato de papel e é um parâmetro fundamental para garantir a estabilidade da estrutura da embalagem.

02/ Métodos de Teste Tradicionais e Problemas Existentes

Atualmente, todas as embalagens de caixas de cigarro devem passar por testes de desempenho adesivo antes de saírem da fábrica. O processo de teste pode ser dividido em três etapas principais: "preparação do material", "colagem do papel" e "avaliação-de remoção". O procedimento específico inclui: retirar a amostra a ser testada do saco de amostra → cortar a área adesiva da amostra em um tamanho de 20 mm × 50 mm → tirar cola com uma seringa (como mostrado na Figura 1) → colocar cola na área designada → espalhar a cola uniformemente com um conta-gotas limpo → alinhar e fixar a parte de trás do papel com a área colada → pressionar com um dispositivo de selagem a quente (como mostrado na Figura 2) → colocar na horizontal e deixar descansar por 30 minutos → descascar manualmente as duas superfícies coladas completamente → avaliar visualmente se as fibras do papel estão danificadas.

Figura 1 Sucção Manual de Gel

Figura 2 Prensa de selagem a quente

Após análise, o processo de operação totalmente manual acima apresenta os seguintes problemas:

(1) Baixa eficiência: Testes únicos em laboratório demoram muito, e o processo completo leva cerca de 35 minutos. Após uma solicitação de inspeção, há uma longa espera por feedback, o que não atende às-necessidades de monitoramento da produção em tempo real.

(2) Riscos de segurança: Algumas etapas de teste envolvem equipamentos de aquecimento, e a operação manual acarreta riscos de queimaduras e riscos elétricos.

(3) Precisão insuficiente: os métodos de teste atuais são relativamente difíceis. O controle da quantidade de cola depende da experiência do operador e a uniformidade do revestimento não pode ser garantida, levando a uma baixa precisão nos dados de teste, dificultando o suporte a um controle de qualidade refinado.

(4) Alta taxa de reinspeção: todo o processo é realizado manualmente e as principais etapas (como raspar a cola, alinhar e pressionar) estão sujeitas a erros, causando falhas no experimento. A taxa de reinspeção chega a 50%, o que não só aumenta a carga de trabalho, mas também desperdiça recursos de teste.

Em resumo, os métodos tradicionais de teste manual não são mais adequados para os requisitos da indústria moderna de maços de cigarros em termos de controle de qualidade preciso e eficiente. Há uma necessidade urgente de desenvolver um dispositivo de teste padronizado e automatizado para eliminar fundamentalmente a interferência humana.

Solução e Princípios Técnicos

01/ Objetivos da Pesquisa e Abordagem Geral

Para resolver os problemas acima, nossa equipe de projeto definiu a seguinte meta de desenvolvimento: desenvolver um dispositivo de teste de desempenho de adesivo para papel de embalagem que padronize e automatize o processo de teste, controle efetivamente a quantidade e uniformidade da cola aplicada, garanta uma prensagem aquecida segura e firme e melhore significativamente a eficiência dos testes e a confiabilidade dos dados. A abordagem técnica geral é integrar funções como raspagem, transferência, aquecimento e prensagem de cola em um único dispositivo, convertendo operações manuais dispersas em um processo automatizado contínuo; alcançar controle preciso dos principais parâmetros do processo através de uma estrutura mecânica precisa; e eliminar fatores humanos por meio de procedimentos operacionais padronizados.

02/ Projeto Estrutural do Dispositivo

O dispositivo de teste de desempenho de adesivo de papel para embalagem desenvolvido pertence ao campo da tecnologia de colagem de embalagens e inclui principalmente três módulos funcionais, conforme mostrado na Figura 3.

Figura 3 Dispositivo de teste de desempenho de adesivo de papel de embalagem (esquerda: diagrama esquemático, direita: dispositivo real)

(1) Base: Serve como plataforma de suporte para todo o dispositivo, integrando a instalação do mecanismo de raspagem, mecanismo de rolamento e mecanismo de laminação. Ele garante que o posicionamento espacial de cada módulo funcional seja coordenado com precisão, permitindo processos de testes contínuos.

(2) Mecanismo de raspagem: Usado para raspar o excesso de cola da calha do pincel de cola para a calha de transbordamento e nivelar a cola. Este mecanismo apresenta um dispositivo preciso de ajuste da folga do raspador para controlar a espessura da camada de cola dentro de uma faixa predefinida, garantindo uma espessura uniforme e consistente.

(3) Mecanismo de rolamento: Utilizado para pressionar o papel de embalagem sobre a camada de cola após a raspagem, transferindo a cola para o papel. O mecanismo é controlado por uma unidade de acionamento que garante que o rolo aplique velocidade e pressão constantes, eliminando flutuações de velocidade e pressão irregular causada pela laminação manual.

(4) Mecanismo de laminação: Utilizado em testes de adesão para aplicar pressão e tempo de laminação controlados ao papel que foi colado e transferido para a calha de laminação, simulando o processo de laminação na impressão real e na produção de embalagens. Este mecanismo inclui um módulo de aquecimento elétrico para controlar com precisão a temperatura e o tempo de prensagem.

03/ Processo de Teste Padronizado

Com base no dispositivo desenvolvido, foi estabelecido o seguinte processo de teste padronizado:

(1) Amostragem: Devem ser amostradas pelo menos 5 folhas por lote. As amostras devem ser planas, sem danos, sem aderência e atender aos requisitos de tamanho de pelo menos 300 mm × 300 mm. Cada amostra deve indicar a direção da fibra do papel e a frente/verso, e ser lacrada em um saco.

(2) Condicionamento de temperatura e umidade: As amostras devem ser condicionadas sob as condições especificadas em GB/T 10739 para eliminar influências ambientais nos resultados.

(3) Corte da amostra: Corte as amostras na Amostra 1 (98 mm × 42 mm) e Amostra 2 (98 mm × 50 mm), garantindo que o lado longo (98 mm) esteja paralelo à direção do grão para consistência com a direção da força durante a produção real.

(4) Injeção de cola: Use um dispensador de cola para extrair uma quantidade medida de cola de teste e injete-a no reservatório de cola pontual do módulo de aplicação de cola.

(5) Raspagem de cola: O raspador raspa automaticamente o excesso de cola ao redor do reservatório de pontos para a calha de transbordamento e nivela-o, formando uma camada de cola uniforme.

(6) Aplicação de cola: Coloque a Amostra 1 (98 mm × 42 mm) no módulo de aplicação de cola com a frente do papel voltada para cima. Inicie o mecanismo de rolamento para pressionar a amostra na camada de cola nivelada a velocidade e pressão constantes, garantindo uma transferência uniforme de cola.

(7) Adesão: Remova a Amostra 1 colada e coloque-a na ranhura do módulo de aquecimento elétrico do módulo de ligação, com o lado da cola voltado para cima, alinhado com a parte frontal da Amostra 2. Defina a temperatura do módulo de aquecimento elétrico e inicie o dispositivo de prensagem-a quente para pressionar a Amostra 1 e a Amostra 2 juntas.

(8) Instalação da amostra: Retire a amostra colada do dispositivo de aplicação de cola. Insira uma extremidade da Amostra 2 na ranhura fixa do testador de descascamento e prenda a outra extremidade da Amostra 1 com o dispositivo de tração.

(9) Teste de remoção: Conforme mostrado na Figura 4, use um ângulo de remoção de 150 graus e uma velocidade de teste de 600 mm/s com o acessório de tração. Registre a curva de força de descascamento e determine o modo de falha (falha na fibra do papel ou falha na interface da camada de cola).

Figura 4 Teste de descascamento de maço de cigarro

04/ Principais avanços tecnológicos

Este dispositivo alcançou avanços tecnológicos nas três áreas seguintes:

(1) Design Integrado: Ao integrar os três principais módulos funcionais-raspagem, laminação e laminação de cola-em uma única base, ele padroniza todo o processo em experimentos de desempenho adesivo, incluindo aplicação de cola, nivelamento da camada adesiva, transferência de cola e laminação, eliminando erros entre as etapas.

(2) Controle preciso de parâmetros: O mecanismo de raspagem garante que a camada adesiva tenha espessura uniforme (erro menor ou igual a 0,01 mm); o mecanismo de laminação, acionado por um servo sistema, controla os rolos para transferir o adesivo a uma velocidade e pressão constantes, com precisão de velocidade de ±0,1mm/s e precisão de pressão de ±0,5N; o mecanismo de laminação pode ajustar com precisão a pressão de laminação (± 1N), temperatura (± 1 grau) e tempo (± 0,1 s), simulando com precisão as condições reais de produção.

(3) Operação padronizada: todas as operações são definidas por meio de uma interface homem-máquina e, após iniciar com-clique, todo o processo é concluído automaticamente. Isto elimina completamente os defeitos causados ​​pela operação manual, como quantidade imprecisa de cola, aplicação irregular, papel desalinhado ou prensagem insuficiente, garantindo a repetibilidade e comparabilidade dos resultados do teste. A comparação do processo de teste antes-e-depois é mostrada na Figura 5.

Figura 5 Comparação dos processos de inspeção antes e depois da melhoria



Eficácia Técnica e Análise de Dados



01/ Análise de melhoria de eficiência



Após diversas validações-práticas e testes práticos, o dispositivo obteve melhorias significativas na eficiência da inspeção. O tempo total de inspeção por passagem foi reduzido de 2.057 segundos nos métodos manuais tradicionais para 442 segundos, aumentando a eficiência do trabalho em 365,38%. A taxa de sucesso de todo o processo de inspeção atingiu 100%, e a taxa de-reinspeção caiu de 50% para 0, reduzindo bastante a intensidade de trabalho do pessoal de teste.



02/ Precisão e confiabilidade de detecção



Avaliação do cliente: "Este dispositivo foi projetado de forma científica e razoável, fácil de operar, altamente preciso e altamente estável. Ele supera efetivamente problemas como atraso de detecção e distorção de dados encontrados em métodos de inspeção manual anteriores, fornecendo forte suporte técnico para nossos esforços para fortalecer o controle de qualidade do adesivo de papel para embalagens."



03/ Melhorias de segurança



O teste manual tradicional utiliza seladores térmicos e outros equipamentos de aquecimento com queimaduras e riscos de segurança elétrica. Este dispositivo integra o módulo de aquecimento em um mecanismo composto fechado, com proteção de isolamento térmico e controle automático de temperatura, para que os operadores não precisem tocar em componentes-de alta temperatura, eliminando completamente o risco de queimaduras.



Benefícios sociais e valor da aplicação



01/ Benefícios econômicos diretos



Este dispositivo pode efetivamente reduzir a taxa de desperdícios e perdas de retrabalho na produção de embalagens, prevendo antecipadamente os efeitos da colagem do papel. Segundo estimativas, se este dispositivo for promovido em toda a indústria, a taxa de desperdício de produtos acabados causada por problemas adesivos nas empresas de embalagens pode ser reduzida de uma média de 5,7% para menos de 2%. Ao mesmo tempo, uma maior eficiência da inspeção pode poupar uma quantidade significativa de custos laborais, reduzindo os custos laborais por inspeção em cerca de 80%.



02/ Papel de liderança tecnológica



A operação padronizada deste dispositivo pode medir o desempenho de ligação de diferentes tipos de cola, selecionar e adaptar eficientemente formulações de cola para processos especializados de papel de maço de cigarro, tinta e laminação, encurtar o ciclo de P&D para seleção de cola e melhoria de formulação, resolver com precisão questões práticas como descolamento, empenamento, excesso de cola e adesão na produção de maços de cigarro, e estabelecer um sistema de avaliação para a compatibilidade de cola e papel para maço de cigarro.



03/ Sinergia da cadeia industrial



O projeto adota um modelo de pesquisa conjunto em toda a cadeia da indústria, integrando P&D de cola upstream, impressão e produção intermediária de maços de cigarros e fabricantes de embalagens de cigarros downstream com recursos técnicos, talentos e equipamentos. Ele quebra barreiras técnicas e de informações em cada estágio, formando um-sistema de otimização técnica de cadeia completa, desde matérias-primas até produtos acabados, impulsionando a indústria geral de maços de cigarros em direção a maior eficiência, precisão e inteligência, além de aumentar a competitividade central da indústria.



04/ Contribuição para a padronização da indústria



Este projeto desenvolveu com sucesso o primeiro dispositivo de teste de desempenho de adesivo de papel para embalagens do país, alcançando uma posição inédita no setor. Para atender às especificações técnicas unificadas exigidas por diferentes empresas e instituições de teste da indústria, a equipe do projeto padronizou os resultados da pesquisa, promoveu avanços técnicos e melhorias de qualidade em caixas dobráveis ​​e matérias-primas e materiais auxiliares (papel) na indústria de embalagens e impressão, e melhorou a alocação coordenada e as capacidades de inovação das empresas a montante e a jusante.



No futuro, a equipe de pesquisa continuará a otimizar o nível de inteligência do dispositivo, desenvolver um sistema de julgamento automático baseado em visão mecânica, alcançar uma operação totalmente não tripulada de testes de desempenho de adesivos e explorar a expansão da aplicação do dispositivo para outros materiais de embalagem (como plásticos e folhas metálicas) para testes de desempenho de adesão, fazendo maiores contribuições para a inovação tecnológica na inspeção de qualidade na indústria de embalagens.