Les sacs poubelles constituent l’un des types de produits les plus importants sur le marché mondial des emballages souples. L'Association européenne des organisations de recyclage du plastique estime que plus de 8 millions de tonnes de films de polyéthylène sont utilisées chaque année dans la collecte des déchets ménagers et commerciaux rien qu'en Europe. Les niveaux de consommation mondiale sont bien plus élevés. À l’extrémité production de cette chaîne d’approvisionnement, il existe un dispositif de conversion spécial. Il s'agit d'une machine qui place des rouleaux continus de film de polyéthylène dans des sacs scellés, perforés et enroulés-et les charge dans des bacs domestiques et industriels. Pour comprendre ce qu'est une machine de fabrication de sacs poubelles et comment elle fonctionne mécaniquement, nous devons comprendre comment l'extrusion de film, le scellage de précision, le pliage contrôlé et l'enroulement automatique fonctionnent ensemble. Ces pièces déterminent le fonctionnement de la machine.
Définir l'équipement
A Machine de fabrication de sacs poubellesest un système de conversion en aval. Il est alimenté par un film de polyéthylène pré-extrudé. Ce film peut être un film soufflé monocouche ou un film soufflé multicouche-. Ou il peut s'agir d'un panneau plat qui doit être plié. La machine exécute ensuite le film à travers une série d'étapes. Ces étapes comprennent le scellement, la perforation, la découpe et l’enroulement. Le produit final est un sac fini, prêt à être emballé et expédié. La machine elle-même ne fait pas de film. Ce travail appartient à la chaîne de production de la ligne d'extrusion de film soufflé. Au lieu de cela, la machine est structurellement transformée. Cela crée un joint de fond du sac. Il permet la ligne de perforation afin que les utilisateurs puissent déchirer un seul sac du rouleau. Il forme un joint en forme d'étoile ou un joint plat, qui détermine la manière dont le sac s'ouvre et le poids qu'il peut supporter.
La différence entre une membrane et un sac réside dans la façon dont cela fonctionne. L'American Society for Testing and Materials (ASTM) a une norme appelée D1709 pour la résistance aux chocs du film de polyéthylène. Dans cette norme, la membrane et le sac de conversion sont mesurés comme deux éléments distincts. Les propriétés matérielles du film et la géométrie structurelle du sac affectent les propriétés du film. Une machine de fabrication de sacs poubelles ne modifie pas les propriétés matérielles du film. Mais cela affecte dans une large mesure le comportement structurel du sac. Elle est obtenue en contrôlant la géométrie, le pliage et la précision de découpe du joint.
Étapes de travail principales
Étape 1 : Déroulage du film et contrôle de la tension
Le processus commence par un rouleau de film tubulaire ou plat. Le rouleau est monté sur une machine à enrouler électrique. Les rouleaux de film utilisés dans la fabrication des sacs poubelles pèsent généralement entre 200 et 500 kg. Ils peuvent mesurer 1 000 -1 500 millimètres de large. Le dérouleur doit amener le film au poste de soudure en aval avec une tension contrôlée. Pour le polyéthylène basse densité (LDPE), la tension est généralement de 15 et 40 Newtons. Si la tension est trop élevée, le film s'étirera et se rétrécira. C'est ce qu'on appelle un décolleté. Si la tension est trop faible, le film se froissera et le joint se disloquera.
La Society of Plastics Engineers (SPE) a une importance de référence technique pour le traitement des films de polyoléfine. Il indique que le contrôle de la tension doit être précis à ± N, ce qui est nécessaire pour maintenir la taille du film stable. Cela est particulièrement vrai pour les films de 10 à 25 μm, qui sont courants dans les sacs poubelles ménagers. Les machines modernes sont mises en œuvre par une rétroaction en boucle fermée-basée sur des cellules de pesée. Les rouleaux danseurs ou les cellules de pesée mesurent la tension réelle de la bande entre 50 et 100 fois par seconde. La machine de déroulement à servomoteur modifie alors sa vitesse pour maintenir la tension au point de réglage. Lorsque le film s'épuise, le diamètre du rouleau diminue et le bras de levier se raccourcit. Le contrôleur augmente donc automatiquement la vitesse proportionnellement. Cela maintient la tension linéaire constante.
Étape 2 : Pliage et centrage du gousset
Si le film entrant est plat plutôt que pré-intubé, il doit être plié dans un tube à ce stade. Deux panneaux latéraux pliants feront l’affaire. Il s'agit de feuilles de métal finement formées ou de polyéthylène haute-densité. Ils créent des plis de gousset vers l’intérieur. Les plis réduisent la largeur à plat et vous permettent également de voir les plis latéraux sur le sac fini. Pour les films pré-tubés, cette étape n'est pas requise. Pourtant, le film passe par une section d’aplatissement. Cette section garantit que les deux goussets ont la même profondeur avant que le film n'entre dans la zone de scellage.
Le système de rails de guidage utilise des capteurs ultrasoniques ou optiques. Ces capteurs peuvent voir où se trouve le film à gauche et à droite. Ils l'ont ensuite calibré en temps réel via le cadre de pilotage du dérouleur. Même un écart de 2 mm peut causer des problèmes. Le joint inférieur s’écartera du centre. Cela rend les marges de soudure des sacs inégales. Ces sacs se briseront une fois remplis. TAPPI est l'association technique de l'industrie des pâtes et papiers. Sa division Conversion comprend également la conversion de films polymères. TAPPI a indiqué que la précision du guidage des bords ±0,5 mm est standard pour les dispositifs d'ensachage à grande vitesse supérieure à 200 tours par minute.
Étape 3 : Scellement inférieur
Le joint inférieur est la partie structurelle la plus importante du sac poubelle. Il doit être suffisamment étanche pour empêcher les déchets humides de s'échapper. Il doit également être suffisamment solide pour supporter le poids d'un sac plein lorsque le sac est tiré par ses sangles ou son bord supérieur.
Il existe trois formes principales de sceau :
Joint plat (ou droit). Il s'agit d'un thermoscellage horizontal sur toute la largeur du sac. C'est le moyen le plus simple et le plus rapide. Mais cela exerce une pression sur les bords de la membrane. L'angle aigu entre le cordon épais et le film se fissurera sous la charge. Une recherche publiée par la Society of Plastics Engineers dans ses actes de la conférence ANTEC a montré que la casse des sacs représente entre 65 et 75 pour cent de la capacité du pack étoile. Cela est dû aux contraintes exercées sur les bords du joint.
Sceau étoile (ou joint de couture). Les plis du gousset s'ouvrent en bas. Le film est collecté sous forme d'astérisques ou d'astérisques. Ensuite, un joint circulaire ou incurvé soude toutes les couches en même temps. Cela répartit la pression sur de nombreuses courbes, pas seulement sur deux virages. Il élimine également les poches fendues qui capturent le liquide dans une conception à joint plat. États-Unis unis. L'Environmental Protection Agency (EPA) étudie les déchets solides municipaux. Il indique que la structure scellée en étoile -est la forme principale des sacs à déchets lourds, car elle résiste aux fuites et équilibre le support de charge.
C Joint plié (ou plat-à fond). Il s'agit d'une conception hybride. Le fond est scellé à plat mais comporte un double pli pour former une base à soufflet. Cela donne un fond plat au sac, placé dans la poubelle. Mais cela nécessite une station de soudure plus complexe avec deux barres de soudure parallèles fonctionnant à des températures légèrement différentes.
Le mécanisme de scellage adopte une tige chaude ou un couteau rotatif. Le polyéthylène basse densité (LDPE) est maintenu entre 160 et 200 degrés C. La température exacte dépend de l'épaisseur du film, de l'indice de fusion de la résine et de la vitesse linéaire. la barre de soudure presse le film sur le rouleau d'appui en caoutchouc de silicone pendant un séjour fixe de 0,15 à 0,4 seconde. L'Organisation internationale de normalisation (ISO) dispose de la norme ISO 11607-2 pour les emballages stériles en fin de vie-. Cette norme doit être utilisée pour tester sa résistance à l'étanchéité. Il indique que le film de polyéthylène doit avoir une résistance de scellage thermique supérieure à 5 N par 25 mm de largeur de scellage. Ceci peut être réalisé par la machine de fabrication de sacs poubelles en maintenant la température du joint uniforme à ± 5 degrés sur toute la largeur. Cette tolérance nécessite de placer des thermocouples intégrés tous les 50 mm.
Étape 4 : Perforation et découpe
Une fois le scellement inférieur terminé, le film se déplace vers la station de perforation. Ici, un couteau tournant ou une lame fixe forme une ligne pointillée. La ligne permet aux utilisateurs de déchirer des sacs individuels des rouleaux. La perforation devait être suffisamment profonde pour que quelqu'un puisse l'ouvrir à la main. Selon ASTM D1922, cela nécessite généralement une force de déchirure de 3 -8 N pour améliorer la résistance à la déchirure. Mais il ne peut pas être si profond que le sac puisse être déchiré pendant l'enroulement, le transport ou l'utilisation.
L'incision qui sépare un sac du suivant est pratiquée en même temps que le fond du sac suivant est scellé. Ou juste après le sceau. Par conséquent, chaque cycle de scellage constitue un sac complet. Les lames de coupe sont généralement des couteaux circulaires rotatifs. Il est fabriqué en acier rapide-ou en carbure de tungstène. La lame travaille sur un rouleau enclume avec un écart de contrôle de 0.02 -0.05 mm. Le Journal of Applied Polymer Science est publié par Wiley Press. Les résultats montrent que le tranchant de la lame influence directement la propreté de la coupe. Une lame d'un rayon inférieur à 2 μm est coupée proprement. Cette découpe nette ne laisse pas de légère trace de déchirure sur le film. Mais les lames d'un rayon supérieur à 5 microns ont des bords rugueux. Lorsque le sac est chargé, cette aspérité se transforme en une défaillance du joint.
Étape 5 : Pliage et enroulement du noyau
Les sacs finis sont enroulés autour de noyaux en carton pour être emballés au détail. Le diamètre intérieur de ces noyaux est généralement de 38 mm ou 76 mm. La station de bobinage doit plier le sac en tissu selon un certain motif. Les modèles courants sont C ou triple. Ce pliage réduit le diamètre du rouleau. Cela permet également aux sacs individuels de ressortir propres lorsqu'ils sont tirés.
Une machine de fabrication de sacs poubelles adopte une planche pliante. La carte se trouve en amont de la bobineuse. Il crée le motif de pliage requis, tandis que le film contrôle la tension. L'enrouleur est un système d'entraînement central. Le noyau tourne sur un arbre motorisé. À mesure que le diamètre du rouleau augmente, la tension diminue. Cela évite que la couche interne ne soit écrasée par le poids de la couche externe. Ce contrôle de tension conique est très important. Les films d'enroulement flexibles sont également couverts par les normes techniques de l'Association of Nonwoven Fabrics Industry (INDA). L'INDA dit qu'un ratio de 30 30 à 50 % est le meilleur. Cela signifie que la tension finale de l'enroulement représente 30 à 50 % de la tension initiale. Ces rapports évitent l'expansion du rouleau et la déformation du noyau dans un rouleau multicouche.
Pour les sacs de poche, il s'agit d'un sac pliable séparé, plutôt que d'un rouleau, avec un chemin différent. Le chemin bifurquait derrière le poste de découpe. Un empileur collecte et compte les sacs. Le dossier applique alors le mode de pliage final. Ensuite, mettez le sac dans la boîte.
Intégration de Drawtape
De nombreux sacs poubelles sont équipés de bretelles. Il s'agit d'une étroite bande de film, généralement de 6 -10 mm de large. Il s'étend le long du bord supérieur du sac et fait des nœuds de chaque côté. L'ajout de la production de ruban adhésif à un fabricant de sacs poubelles nécessite deux pièces supplémentaires. Le premier est une extrudeuse de ruban ou un module de découpe de ruban. Cela provoque la bobine du ruban adhésif du deuxième film. La seconde est la station de liaison. Ce ruban adhésif soudé à chaud ou par ultrasons présente un ourlet supérieur et inférieur lors du cycle de scellage.
La méthode de collage par ultrasons est de plus en plus courante. Il n'a pas besoin d'adhésifs. Cela évite les problèmes-sensibles à la température. L'Edison Welding Institute (EWI) est un matériau indépendant qui rejoint l'équipe de recherche. EWI a publié une étude à cet égard. Les résultats montrent que la résistance au pelage par ultrasons des rubans en polyéthylène est de 12 à 18 N/25 mm. C'est au-dessus du seuil de 8N requis pour une fermeture fiable du sac. Il utilise 60 % d'énergie en moins que la liaison thermique du même connecteur.
Considérations matérielles et durabilité
Le matériau principal des sacs à déchets est le polyéthylène basse densité (LDPE) ou le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE). Le polyéthylène haute densité (HDPE) est utilisé pour fabriquer des sacs plus fins et moins chers. L'Agence européenne des produits chimiques (ECHA) fonctionne sous le règlement REACH. Il surveille les additifs utilisés dans les plastiques, tels que l'sérucamide, la silice et les colorants (noir de carbone pour les sacs noirs et blanc de titane pour les sacs blancs). De nouvelles règles ont suscité l'intérêt pour le contenu recyclé post-consommation (PCR). Le règlement sur les emballages et les déchets d'emballage fixe un objectif de recyclage de 35 % pour les emballages en plastique d'ici 2030. Cela modifie directement la sélection des matériaux et la façon dont les machines sont manipulées.
Une machine de fabrication de sacs poubelles doit être capable de s'adapter aux différentes caractéristiques de débit des mélanges PCR. Comparé à la nouvelle résine, le polyéthylène recyclé présente une plage de poids moléculaire plus large et une plus grande variation d'écoulement à chaud. Il en résulte une épaisseur de film plus petite et davantage de particules de gel. Il s’agit de taches de résine non fondue qui peuvent causer des problèmes d’étanchéité. Les changements dans la machine incluent des températures de joint légèrement plus élevées d'environ + 5-10 degrés. Des temps d'arrêt plus longs d'environ +0.05 secondes sont également inclus. Ils doivent examiner les lames plus fréquemment pour traiter la saleté abrasive présente dans les films PCR.
Contrôle qualité et tests
L'emballage fini est soumis à une inspection standard pour tester ses performances. Les tests clés comprennent :
Test de chute (ASTM D5276). Un sac lesté est tombé d'une certaine hauteur. Cela imite l'impact d'être jeté dans une poubelle ou une poubelle. Le sac en forme d'étoile-survit généralement à une chute comprise entre 1,2 et 1,5 mètres et pèse 5 kg. Sous la même charge, le pack plat- tombera en panne à 0,8–1,0 m.
Résistance du joint (ASTMF88). Il s'agit d'un test de pelage du joint inférieur. Il mesure la force nécessaire pour briser le sceau. La valeur minimale acceptable pour les sacs plastiques ménagers est de 5 N/25 mm. La valeur du colis pour entrepreneurs lourds est de 12 N/25 mm.
Résistance à la perforation (ASTM D4833). Celui-ci mesure la force nécessaire pour percer le film avec un cône. Il simule le contact avec des déchets pointus. Les valeurs typiques d'un film LDPE de 15 à 25 μm étaient de 5 à 15 N.
Le Centre du commerce international (ITC) est une agence conjointe des Nations Unies et de l'Organisation mondiale du commerce. L'ITC a inclus ces méthodes de test dans son guide technique d'achat de fournitures de gestion des déchets. Ces guides sont accessibles aux acheteurs municipaux et institutionnels. Cela garantit que les sacs fabriqués à la machine répondent aux normes de performance contractuelles avant expédition.
Conclusion
Une machine de fabrication de sacs poubelles est un système de conversion-en plusieurs étapes. Sa tâche principale est de transformer un film de polyéthylène continu en sacs scellés, perforés et enroulés. Ce travail dépend de la coordination précise de la tension de dépliage, des plis, des soudures thermiques, des perforations et du curling des formes géométriques. Les performances de la machine ne se mesurent pas uniquement par la vitesse de production : le réglage standard est généralement de 150 à 250 cycles par minute. Elle peut également être mesurée par la résistance structurelle des sacs fabriqués. Cette résistance dépend de l'uniformité de la température du joint, du tranchant de la lame, de la profondeur de perforation et de la répartition des contraintes dans tout le motif du joint. Avec les nouvelles règles, les transformateurs se tourneront vers des films recyclables, les systèmes de tri des déchets nécessiteront davantage de types de sacs et la capacité des machines à traiter différents matériaux tout en maintenant la qualité du scellage et de la découpe aura un impact croissant sur leur valeur de production.
Références
- Association européenne des organismes de recyclage et de valorisation des plastiques (EPRO).Statistiques du marché européen du recyclage des plastiques et analyse des flux de matières.
- ASTM International.ASTM D1709 - Méthodes d'essai standard pour la résistance aux chocs du film plastique par la méthode des fléchettes à chute libre.
- Société des ingénieurs plasticiens (SPE).Référence technique sur le traitement des films de polyoléfineetActes de la conférence ANTEC - Géométrie du scellement et performances de charge dans les sacs à déchets.
- Division de conversion TAPPI.Directives techniques pour les opérations de conversion de films flexibles.
- Agence américaine de protection de l'environnement (EPA).Études de caractérisation des déchets solides municipaux - Analyse des emballages et des conteneurs.
- ISO 11607-2:2019.Emballage pour dispositifs médicaux stérilisés en phase terminale - Partie 2 : Exigences de validation pour les processus de formage, de scellage et d'assemblage.
- Wiley -Journal de science appliquée des polymères- Géométrie du bord de la lame et qualité de coupe dans la conversion de films en polyéthylène.
- INDA - Association de l'industrie des tissus non tissés.Normes techniques pour l'enroulement de films flexibles et la gestion des noyaux.
- Institut de soudage Edison (EWI).Collage par ultrasons de joints de films de polyéthylène - Études de résistance et de performance énergétique.
- Agence européenne des produits chimiques (ECHA).Règlement REACH - Surveillance des additifs pour les formulations de films de polyoléfines.
- ASTM International.Méthode de test standard ASTM D 5276 - pour les tests de chute des conteneurs chargés ; Méthode d'essai standard ASTM F88 - pour la résistance du joint des matériaux de barrière flexibles ; ASTM D4833 - Méthode d'essai standard pour la résistance du géotextile à la perforation.
- Centre du commerce international (ITC) / OMC.Directives techniques d’approvisionnement pour les fournitures de gestion des déchets.
