Neue Trends beim umweltfreundlichen Folienschneiden: Wie lassen sich die Herausforderungen beim Schneiden abbaubarer Materialien bewältigen?

Mit dem Voranschreiten des weltweiten „Plastikverbots“ und dem gestiegenen Umweltbewusstsein wird die Anwendung abbaubarer Folien (wie PLA, PBAT, PBS, PHA usw.) immer weiter verbreitet, doch ihre Schneidverarbeitung stellt eine neue Herausforderung für traditionelle Verfahren dar.

Neuer Trend zum umweltfreundlichen Folienschneiden

Beim traditionellen Folienschneiden stehen Effizienz, Präzision und Wickelqualität im Vordergrund. Der neue Trend zum umweltfreundlichen Folienschneiden dreht sich um zwei Kernpunkte: „Materialeigenschaften“ und „Nachhaltigkeit“:

1. Raffinierte und kundenspezifische Verarbeitung: Aufgrund der vielfältigen Kundenanforderungen benötigen Schneidefabriken abbaubare Folien, die unterschiedliche Dicken und Materialien verarbeiten können (sogar mehrschichtige Coextrusion), um hochpräzise schmale Schneide- und komplexe Devolving-Lösungen bereitzustellen.

2. Intelligent und datengesteuert: Nutzen Sie IoT-Sensoren und KI-Algorithmen, um Spannung, Druck, Temperatur und andere Parameter während des Schneideprozesses in Echtzeit zu überwachen, den Prozess durch Big-Data-Analyse zu optimieren und durch menschliche Faktoren verursachte Qualitätsschwankungen zu reduzieren, besonders geeignet für leistungsempfindliche abbaubare Materialien.

3. CO2-arme und energiesparende Produktion: Die Schneideanlagen selbst entwickeln sich in Richtung niedrigen Energieverbrauchs und hoher Effizienz. Gleichzeitig wird der Prozess optimiert, um die Abfallerzeugung zu reduzieren. Die beim Schneideprozess entstehenden Reste werden recycelt und wiederverwendet (z. B. durch biologischen Abbau oder physikalisches Recycling), um einen grünen, geschlossenen Kreislauf im Produktionsprozess zu erreichen.

4. Sauberkeit und Umweltfreundlichkeit während des gesamten Prozesses: Legen Sie Wert auf Sauberkeit in der Produktionsumgebung und vermeiden Sie Staub, Öl und andere Verschmutzungsfilme. Diese sind für abbaubare Folien für medizinische und Lebensmittelverpackungen mit hohen Sauberkeitsanforderungen von entscheidender Bedeutung.

Kernherausforderungen: die Eigenschaften abbaubarer Materialien und ihre Schneidschwierigkeiten

Der Grund, warum abbaubare Materialien schwer zu schneiden sind, liegt darin, dass sich ihre physikalischen Eigenschaften erheblich von denen herkömmlicher PE-, BOPP- und anderer Kunststoffe unterscheiden:

1. Große Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften:

◦ Geringe Zähigkeit und Sprödigkeit: PLA (Polymilchsäure) ist beispielsweise härter und spröder als herkömmliche Kunststoffe und weist keine Duktilität auf. Unter der Spannung beim Schneiden treten häufiger Kantenrisse, Mikrorisse und andere Probleme auf.

◦ Geringe Reißfestigkeit: Wenn die Schneidklinge nicht scharf ist, kann es sehr leicht zu Rissen kommen, anstatt zu einem glatten Schnitt.

2. Hohe Wärmeempfindlichkeit:

◦ Die Glasübergangstemperatur und der Schmelzpunkt abbaubarer Materialien sind im Allgemeinen niedriger. Die durch die Reibung zwischen Klinge und Folie während des Schneidvorgangs erzeugte Wärme kann leicht zum Erweichen und Schmelzen führen, was zum Festkleben des Messers führt. Das geschmolzene Material kann an der Klinge haften bleiben, was zu ungleichmäßigen Schnitten, Verzug und Rückständen führt und die Folienrolle verunreinigt.

3. Instabilität des Reibungskoeffizienten (COF):

◦ Die Glätte der abbaubaren Folie kann ungleichmäßig sein oder sich während des Gebrauchs ändern (beeinflusst durch Temperatur und Feuchtigkeit), was die Spannungskontrolle beim Schneiden und Wickeln erheblich erschwert und leicht zu Problemen wie ungleichmäßigem Wickeln (Aufwickeln) und Zusammenfallen führen kann.

4. Auffälliges Problem mit statischer Elektrizität:

◦ Abbaubare Materialien sind im Allgemeinen gute Isolatoren und neigen dazu, viel statische Elektrizität zu erzeugen. Statische Elektrizität kann dazu führen, dass der Film Staub aufnimmt, sich nicht mehr sauber aufwickeln lässt und sogar Sicherheitsprobleme bei der Produktion auftreten.

5. Altersbedingte Probleme:

◦ Die Eigenschaften einiger Materialien ändern sich während der Lagerung (z. B. Versprödung von PLA), was eine dynamische Anpassung des Schneideprozesses entsprechend der eingehenden Charge und sogar der Lagerzeit erfordert.

Wie können diese Herausforderungen bewältigt werden? Systemische Lösungen

Um die Herausforderungen beim Schneiden abbaubarer Materialien zu bewältigen, ist eine systematische Verbesserung und Optimierung unter vier Gesichtspunkten erforderlich: Ausrüstung, Verfahren, Klinge und Umgebung.

1. Geräte-Upgrades: Maßgeschneidert für weiche und zähe, spröde und klebrige Materialien

1. Hochpräzises Spannungskontrollsystem:

◦ Verwenden Sie ein vollautomatisches digitales Spannungskontrollsystem mit Funktionen zur Steuerung der Kegelspannung und des Drehmomentabfalls. Nehmen Sie zu Beginn des Schneidens eine hohe Spannung an und reduzieren Sie die Spannung schrittweise, wenn der Rollendurchmesser zunimmt. So vermeiden Sie ein Zerdrücken der inneren Folie (besonders wichtig bei weichem PBAT) oder Kantenrisse (wichtig bei sprödem PLA), die durch „engeres Rollen“ verursacht werden.

◦ Für eine Millisekundenreaktion und präzise Spannungsregelung wird eine Magnetpulverkupplung oder ein Servomotorantrieb empfohlen.

2. Spezielles Design des Schlitzmesserhalters:

◦ Schlitzen bei niedrigen Temperaturen: Ein gekühlter Werkzeughalter oder ein Luftkühlsystem wird verwendet, um kalte Luft in die Nähe der Klinge zu blasen, wodurch die Klingentemperatur effektiv gesenkt und das Problem des Schmelzens des Materials und des Festklebens der Messer grundlegend gelöst wird.

◦ Werkzeugauswahl:

▪ Einseitige Klinge (Rasiermesser-Stil): Besser für dünne, spröde Materialien für saubere Schnitte.

▪ Doppelseitige Klinge (Scherentyp): Sie ist besser für dicke, zähe Materialien geeignet und hat einen glatten Schnitt. Allerdings erfordert sie eine extrem hohe Installationsgenauigkeit.

◦ Klingen mit Teflon- oder Keramikbeschichtung: Diese Beschichtungen haben eine sehr geringe Oberfläche und verhindern wirksam, dass Material nach dem Schmelzen anhaftet.

3. Effiziente Systeme zur statischen Beseitigung:

◦ Installieren Sie Ionen-Luftstäbe oder statische Entladungsgeräte an wichtigen Stationen wie Abwickeln, Schneiden und Aufwickeln, um die statische Ladung auf der Folienoberfläche kontinuierlich zu neutralisieren und sicherzustellen, dass der Schneidevorgang sauber, ordentlich und sicher ist.

4. Materialverbesserung der Kontaktwalze:

◦ Die Oberfläche der Kontaktwalze (Andruckwalze) des Wicklers kann mit einem elastischen Material wie Polyurethan (PU) beschichtet werden, um einen sanften und gleichmäßigen Druck auszuüben und so ein Zerdrücken der weichen Folie zu vermeiden.

2. Prozessoptimierung: Parameter sind die Seele

1. Spannungseinstellung:

◦ Es gilt das Prinzip „Lieber klein als groß“. Die Feinabstimmung erfolgt ausgehend von der Mindestspannung, die einen sauberen Rückzug gewährleistet, und es müssen ausreichende Probenprüfungen durchgeführt werden.

◦ Erstellen Sie eine unabhängige Datenbank mit Spannungsparametern für Produkte aus unterschiedlichen Materialien, unterschiedlichen Dicken und unterschiedlichen Breiten.

2. Klingenwinkel und Überlappung:

◦ Passen Sie den Winkel der Klinge (Rückseite) und die Schnittmenge (Überlappung) an. Reduzieren Sie bei Materialien, die leicht an Messern haften bleiben, die Schnittmenge entsprechend und verwenden Sie die Methode des „spitzen Winkel-Leichtschneidens“, um die Reibungswärme zu verringern.

◦ Behalten Sie die ultimative Schärfe der Klinge bei und etablieren Sie ein striktes System zum Austauschen und Schleifen der Klinge.

3. Schneidgeschwindigkeit:

◦ Schneller ist nicht immer besser. Bei schwer zu schneidenden, abbaubaren Materialien ist eine angemessene Reduzierung der Schneidgeschwindigkeit eine wirksame Methode, um die Wärmeentwicklung zu verringern und die Qualität des Schnitts sicherzustellen.

4. Umweltkontrolle:

◦ Kontrollieren Sie Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Werkstatt. Die Leistung abbaubarer Materialien ist temperatur- und feuchtigkeitsempfindlich. Eine stabile Produktionsumgebung (z. B. 22 ± 2 °C, 50 % ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit) ist die Voraussetzung für eine stabile Schnittqualität.

3. Betrieb und Wartung: Details entscheiden über Erfolg oder Misserfolg

1. Handhabung und Lagerung der Rollen:

◦ Abbaubare Folienrollen sind „empfindlicher“ als herkömmliche Kunststoffe und müssen bei Handhabung und Lagerung vorsichtig behandelt werden, um Kantenschäden durch Kollisionen zu vermeiden.

◦ Achten Sie auf die Lagerbedingungen, um Feuchtigkeitsaufnahme oder Alterung der Materialien zu verhindern.

2. Reinigung und Wartung:

◦ Halten Sie die Geräte, insbesondere die Führungsrollen, Klingen und Andruckrollen, absolut sauber und wischen Sie sie regelmäßig mit unbedenklichen Lösungsmitteln wie Alkohol ab, um Staubverschmutzung zu vermeiden.

Zusammenfassung

Die Bewältigung der Herausforderung des Schneidens abbaubarer Materialien erfordert im Wesentlichen eine Transformation von „erfahrungsbasiert“ zu „technologiebasiert“.

• Kernidee: Materialeigenschaften verstehen → Gerätekonfiguration anpassen → Prozessparameter optimieren → Umgebung streng kontrollieren.

• Investitionsschwerpunkt: Priorisieren Sie die Modernisierung von Spannungskontrollsystemen, Klingenkühlsystemen und Systemen zur Beseitigung statischer Elektrizität.

• Soft Power: Erstellen Sie eine verfeinerte Prozessdatenbank und Standardarbeitsanweisungen (SOPs), um die Schulung der Mitarbeiter in Bezug auf Materialeigenschaften zu verbessern.

Dank der Fortschritte in der Materialwissenschaft und der Anlagentechnik wird das Schneiden abbaubarer Folien immer ausgereifter. Unternehmen, die diese neuen Technologien und Verfahren beherrschen, werden im neuen blauen Ozean umweltfreundlicher Verpackungen mit Sicherheit eine führende Position einnehmen.