Ультразвуковая сварка упаковки
Технология ультразвуковой сварки упаковки
Короткое время сварки и повторяющийся рисунок сварочного шва характерны при УЗ сварке пленок, композитных пленок с покрытием и упаковочных материалов.
УЗ сварка является надежной и экономичной альтернативой для типичных сварочных процессов, которые обеспечивают прочные швы сварки, в независимости от состава материала или повторяемости сварочного процесса, экономией упаковочного материала из-за небольших по размеру сварочных линий.
Технология УЗ сварки особенно хорошо подходит для упаковочных процессов с высоким уровнем производительности, в сочетании с процессом постоянного мониторинга и подтверждений.
Поколение УЗ колебаний
УЗ генератор преобразует получаемую энергию в высоко частотные сигналы 20-35 кГц. Этот электрический сигнал конвертируется в механические колебания при помощи преобразователя, используя обратный пьезоэлектрический эффект. Генерируемые механические колебания передаются при повышении общей амплитуды свариваемым материалам посредством амплитудного коннектора и волновода. Волновод, являясь активным инструментом сварки, передает продольные колебания в зону сварки при соответствующей прижимной силе.
УЗ частота 30 кГц, например, означает 30,000 циклов в секунду на амплитуде 10-30 μm!
Опора- это ответная часть волновода, с жесткой поверхностью, необходимой для сварки.
Прижимная сила и механические колебания создают межмолекулярный нагрев между контактирующими частями упаковочного материала, что и заставляет материал плавится.
Принцип работы
Подобно тепловым процессам УЗ сварка также генерирует плавление материала для достижения склейки слоев на молекулярном уровне. Основное различие в процессах – это то, что тепло генерируется внутри самого упаковочного материала, вместо подачи с наружных слоев во внутренние свариваемых поверхностей при тепловой сварке.
Во время УЗ сварочного процесса механические колебания передаются в упаковочный материал при помощи волновода. Это происходит при определенной частоте, силе прижатия и соответствующей амплитуде в определенный отрезок времени. Ультразвуковые колебания вызывают сцепку молекулярных цепочек на поверхности слоев упаковочного материала.
Фокусировка энергии с помощью конструкции инструмента (см. стр. 6) вызывает плавление материала в необходимых местах. Начальное плавление увеличивает поглощение энергии, что, в свою очередь, приводит к ускорению плавления.
Холодный ультразвуковой инструмент быстро рассеивает генерируемое тепло, чтобы полученный шов был очень прочным и стабильным сразу же после сварки. Следовательно, тепловые нагрузки влияют на упаковочные материалы и упаковываемую продукцию очень незначительно.
Пластики для упаковочных материалов и типы упаковки. Выбор материала — большой спектр.
Свариваемые пластики
Все термопластические материалы можно сваривать с помощью ультразвука. Гомогенные, молекулярные связи происходят в пластиках одного типа. Для неоднородных пластиков могут быть созданы стыки с геометрическим замыканием с помощью механического встраивания.
В связи с широким спектром функциональных требований к упаковке, как правило, свариваемые материалы имеют несколько слоев, каждый из которых имеет разные свойства. Типичная многослойная структура может включать в себя опорный слой, барьерный слой и, например, герметизирующий слой. Герметизирующий слой обычно изготавливается из пластика из группы полиолефинов, то есть ПЭ или ПП.
Каждый соответствующий слой может состоять из разных подслоев. В сочетании с большим количеством разных типов пластмасс, это приводит к большому разнообразию упаковочных материалов. Ультразвук также можно использовать для производства отслаиваемых швов, то есть на основе системы когезионного отслаивания.
Примеры типов упаковки, которые хорошо варятся ультразвуком:
- Пакет для салата: БОПП или ОПП / ПЭ
- Пакет для сыра: OPA / PE
- Картонная упаковка: PE / Картон / PE / Alu / PE
- Блистерная упаковка: ПЭТ или ПЭТ / полиолефин
- Кофейные капсулы: PP / EVOH / PP
Фокусировка энергии. Локальный ввод энергии.
Фокусировка конструкции инструмента
Для инициализации процесса расплава необходимо, чтобы входящая энергия вибрации была сфокусирована. Для пленки и других гибких упаковочных материалов это достигается за счет соответствующей конструкции инструмента. Часто опора и / или профили волновода имеют форму радиусов или небольшой возвышенности. Профиль инструмента определяет местоположение подводимой энергии.
Для получения более широких швов можно использовать несколько линий, расположенных рядом друг с другом, или много маленьких точек в форме усеченных пирамид. Каждая из этих выпуклых контактных точек служит для инициирования процесса плавления посредством фокусировки энергии.
Компонентно-интегрированная фокусировка
Для соединения литых, выдувных или термоформованных типов упаковки друг с другом или с пленкой, в жесткую упаковку интегрируются элементы, называемые треугольные сектора. Это позволяет фокусировать энергию. Заданная геометрия энергетических директоров обеспечивает целенаправленное и повторяемое плавление и равномерное распределение расплава. Связанные с производством допуски в компоненте могут быть компенсированы через плавление треугольных секторов.
Для предотвращения разрезания пленки под воздействием ультразвуковых колебаний насадки треугольные сектора закругляются на вершине или же на вершине создается плато.
Применение упаковки. Один процесс, много решений
Гибкие виды упаковки
Для сварки гибких типов упаковки, фокусировка энергии достигается за счет использования соответствующих конструкций инструментов. Этот вариант применения также предназначен для тонкостенных термоформованных деталей, таких как, например, блистерные упаковки. В дополнение к сварке также возможна одновременная резка. Таким образом, разрезание сварного шва может быть выполнено за одну и ту же операцию.
Жесткие виды упаковки
Жесткие типы упаковки толще и жестче, чем гибкие, и сфокусировать энергию с помощью конструкции инструментов не представляется возможным. По этой причине, треугольные сектора должны быть интегрированы в сами компоненты. Тщательно продуманная конструкция шва гарантирует производство высокопрочных и плотных ультразвуковых швов.
Гибкие и жесткие виды упаковки
Для приваривания жесткого контейнера к гибкому упаковочному материалу рекомендуется размещение треугольного сектора на жестком компоненте. Это обеспечивает безопасность и воспроизводимость процесса. В качестве альтернативы профиль фокусировки энергии может быть включен в инструмент, который контактирует со стороной гибкого упаковочного материала.
Гибкие и жесткие типы вспомогательных компонентов упаковки
Для сварки гибких вспомогательных компонентов упаковки, такие как фильтрующие материалы или застежки-молнии, возможно выполнение фокусировки профиля на инструменте. Это делает возможным сварку разных видов упаковочных материалов через встраивание. Герметичные и высокопрочные швы достигаются за счет молекулярной связки путем встраивания треугольных секторов в жесткий компонент. Как вариант, можно изменять вспомогательные компоненты упаковки, например раздавливать концы молнии.