Eficiência de trabalho aumentada em mais de 300%! O novo dispositivo de inspeção de maços de cigarros é eficiente!
Em fevereiro de 2025, Zhang Jianmin, secretário do Partido e diretor da Administração Estatal do Monopólio do Tabaco e gerente geral da China National Tobacco Corporation, enfatizou durante uma inspeção em Hunan Tobacco que era necessário "aprofundar ainda mais a reforma e a inovação, injetar um novo impulso no desenvolvimento e na modernização de alta-qualidade e promover a inovação industrial por meio da inovação tecnológica, ao mesmo tempo em que aprimora continuamente as capacidades de desenvolvimento digital". Esta directiva aponta o caminho para a inovação tecnológica na indústria de embalagens de cigarros. O 'desempenho do adesivo' é um indicador importante da adaptabilidade da máquina de maços de cigarros, pois a resistência da camada adesiva determina diretamente a estabilidade estrutural dos maços de cigarros durante o armazenamento, transporte e vendas. De acordo com uma pesquisa de 2024 realizada pelo Comitê de Embalagens de Tabaco da Federação de Embalagens da China, a taxa média de descarte de maços de cigarros domésticos devido a problemas com cola é de 5,7%, com algumas pequenas e médias-empresas excedendo 15%, resultando em uma perda econômica direta anual de mais de 200 milhões de yuans.
Atualmente, testar o desempenho adesivo de maços de cigarros acabados é inteiramente manual. O processo de teste envolve três etapas principais: preparação do material, adesão do papel e avaliação-do descolamento, abrangendo mais de dez ações como corte de amostras, aplicação de cola, prensagem, fixação, descolamento e avaliação, todas dependendo completamente do trabalho manual. Este método tradicional tem problemas como quantidades imprecisas de cola, aplicação irregular, papel desalinhado e prensagem insuficiente, o que leva a longos tempos de teste, testes repetidos, alta intensidade de trabalho e baixa eficiência. Alguns equipamentos de aquecimento também apresentam riscos à segurança. Para resolver esses problemas, a Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (doravante chamada de 'Changde Jinpeng') adotou uma abordagem de "esforço conjunto de empresas da indústria upstream e downstream", desenvolvendo com sucesso um dispositivo de teste de desempenho de adesivo de papel para embalagens por meio de-benchmarking no local e inovação colaborativa. Este artigo explica sistematicamente os antecedentes, o plano técnico, os resultados da implementação e o valor promocional do dispositivo, com o objetivo de fornecer uma referência para testes de qualidade de inovação tecnológica na indústria.
Antecedentes Técnicos e Análise de Problemas
01/ Significado Técnico do Desempenho Adesivo
O desempenho adesivo refere-se ao processo baseado no mecanismo de falha adesiva, simulando a etapa de prensagem do adesivo na formação do maço de cigarros. Duas amostras são unidas e depois separadas de forma destrutiva. 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 seus problemas
Atualmente, todas as caixas de cigarros precisam de testes de desempenho do adesivo antes de saírem da fábrica. O processo de teste pode ser dividido em três etapas principais: 'preparação do material', 'adesão do papel' e 'avaliação-de remoção'. As etapas específicas da operação incluem: retirar a amostra a ser testada do saco de amostra → cortar a área adesiva da amostra em 20 mm × 50 mm → tirar cola com uma seringa (como mostrado na Figura 1) → colocar cola na área adesiva → espalhar a cola uniformemente usando um conta-gotas limpo → alinhar o papel de volta com a área colada → prensar a quente usando um dispositivo de vedação (como mostrado na Figura 2) → deixar repousar horizontalmente por 30 minutos → separar manualmente as duas superfícies coladas completamente → inspecionar visualmente para ver se as fibras do papel estão danificadas.
Figura 1 Sucção Manual de Gel
Figura 2 Prensa de selagem térmica
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 como queimaduras e riscos elétricos.
(3) Precisão insuficiente: os métodos de teste atuais são relativamente rudimentares. 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 raspagem da cola, alinhamento e prensagem) 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 a cola a uma velocidade e pressão constantes, eliminando problemas como flutuação de velocidade ou pressão irregular da laminação manual.
(4) Mecanismo de laminação: Usado durante testes de adesivo para aplicar pressão e tempo controlados no papel de embalagem colado colocado na 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 tensão de produção.
(4) Aplicação de cola: Use um extrator de cola para pegar uma quantidade fixa de cola e injetá-la no reservatório de cola pontual do módulo de preparação de amostra adesiva.
(5) Raspagem: O raspador move automaticamente o excesso de cola ao redor do reservatório de pontos para a calha de transbordamento e nivela a cola, formando uma camada uniformemente espessa.
(6) Transferência de cola: Coloque a Amostra 1 (98 mm × 42 mm) no módulo adesivo com a frente voltada para cima. Inicie o mecanismo de rolo para pressionar a amostra sobre a camada de cola nivelada a uma velocidade e pressão constantes, garantindo uma transferência uniforme de cola.
(7) Laminação: Remova a Amostra 1 com cola e coloque-a na ranhura do módulo de aquecimento elétrico da função de laminação, com o lado colado 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-quente para pressionar a Amostra 1 e a Amostra 2 juntas.
(8) Instalação da amostra: Retire a amostra laminada do dispositivo adesivo, coloque uma extremidade da Amostra 2 na ranhura fixa do testador de remoção e prenda a outra extremidade da Amostra 1 com o acessório 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 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 do processo de detecção antes e depois da melhoria
Efeitos Técnicos e Análise de Dados
01/ Análise de Melhoria de Eficiência
Após diversas verificações{0}}computadorizadas e testes reais, este dispositivo alcançou melhorias significativas na eficiência de detecção. O tempo total para uma única detecção diminuiu de 2.057 segundos usando métodos manuais tradicionais para 442 segundos, representando um aumento de 365,38% na eficiência do trabalho. A taxa de sucesso de todo o processo de detecção atingiu 100%, e a taxa de-reinspeção caiu de 50% para 0, reduzindo bastante a intensidade de trabalho dos operadores.
02/ Precisão e Confiabilidade de Detecção
Feedback do cliente: "O design deste dispositivo é científico e razoável, fácil de operar, altamente preciso e estável. Ele supera efetivamente os atrasos e desvios de dados encontrados em métodos de teste manuais anteriores, fornecendo forte suporte técnico para melhorar nosso controle sobre a qualidade adesiva do papel de embalagem."
03/ Melhorias de segurança
Os testes manuais tradicionais utilizam equipamentos de aquecimento, como seladores térmicos, que apresentam riscos de queimaduras e riscos elétricos. Este dispositivo integra o módulo de aquecimento numa estrutura composta fechada, utilizando isolamento térmico e controlo automático de temperatura. Os operadores não precisam tocar em peças-de alta temperatura, eliminando completamente o risco de queimaduras.
Benefícios Sociais e Valor da Aplicação
01/ Benefícios Econômicos Diretos
Ao prever antecipadamente o desempenho adesivo do papel, este dispositivo reduz efetivamente o desperdício e o retrabalho na produção de embalagens. Estima-se que, se for amplamente aplicado em toda a indústria, a taxa de desperdício de maços de cigarros acabados devido a problemas adesivos poderá ser reduzida de uma média de 5,7% para menos de 2%. Ao mesmo tempo, a eficiência de detecção melhorada pode poupar custos de mão-de-obra significativos, reduzindo os custos de mão-de-obra por detecção em cerca de 80%.
02/ Liderança Tecnológica
A operação padronizada deste dispositivo pode medir o desempenho adesivo de diferentes tipos de cola e filtrar com eficiência formulações adequadas para papel de maço de cigarro, tintas e processos de revestimento. Isso encurta o ciclo de P&D para seleção de cola e melhoria de fórmulas, abordando com precisão problemas práticos na produção de maços de cigarros, como delaminação, descascamento, transbordamento de cola e colagem, e estabelece um sistema de avaliação de compatibilidade entre cola e papel para maços de cigarros.
03/ Sinergia da Cadeia da Indústria
O projeto adota uma abordagem conjunta em todo o upstream e downstream da cadeia industrial, integrando os recursos técnicos, de talentos e de equipamentos de P&D de cola upstream, impressão intermediária de maços de cigarros e empresas de produção de embalagens de cigarros downstream. Isso quebra as barreiras de informação e tecnologia entre cada elo, formando um-sistema de otimização técnica de cadeia completa, desde matérias-primas até produtos acabados, promovendo a indústria de embalagens de cigarros em direção a maior eficiência, precisão e inteligência, e aumentando a competitividade central da indústria.
04/ Contribuição para a Padronização da Indústria
Este projeto desenvolveu com sucesso o primeiro dispositivo da China para testar o desempenho adesivo do papel de embalagem, alcançando uma inovação no setor. Para atender às especificações técnicas unificadas exigidas por diferentes empresas e instituições de teste, a equipe do projeto padronizou os resultados da pesquisa, promovendo o avanço técnico e a melhoria da qualidade de caixas dobráveis e matérias-primas (papel) na indústria de embalagens e impressão, e melhorando a coordenação de recursos e capacidades de inovação em empresas a montante e a jusante.
No futuro, a equipe de pesquisa continuará a otimizar a inteligência do dispositivo, desenvolvendo um sistema de avaliação automática baseado em visão mecânica, alcançando detecção totalmente não tripulada do desempenho do adesivo, enquanto explora aplicações do dispositivo para testar as propriedades adesivas de outros materiais de embalagem (como plástico e folha metálica), fazendo maiores contribuições para a inovação na tecnologia de testes de qualidade de embalagens.