Hướng dẫn toàn diện về máy hàn nhiệt: Phương pháp, loại và ứng dụng

Giới thiệu

Niêm phong nhiệt là một quy trình quan trọng trong ngành công nghiệp đóng gói, được sử dụng để liên kết các màng nhựa thông qua nhiệt và áp suất. Các phương pháp niêm phong nhiệt khác nhau mang lại những lợi thế riêng biệt dựa trên loại vật liệu và nhu cầu đóng gói cụ thể. Cho dù bạn đang niêm phong màng polyethylene, vật liệu composite hay màng chuyên dụng cho các sản phẩm nhạy cảm, việc lựa chọn phương pháp niêm phong nhiệt phù hợp có thể đảm bảo các lớp niêm phong chắc chắn, bền bỉ, duy trì tính toàn vẹn của sản phẩm. Hướng dẫn này khám phá các phương pháp niêm phong nhiệt phổ biến nhất, bao gồm niêm phong dạng tấm, con lăn, xung và siêu âm, cùng với các ứng dụng và lợi ích của chúng trong đóng gói.

Theo phương pháp gia nhiệt và tạo áp suất khác nhau, phương pháp hàn nhiệt của máy hàn nhiệt có thể được chia thành các loại sau.

Hàn nhiệt tấm

Hàn nhiệt tấm là phương pháp hàn nhiệt phổ biến nhất. Phương pháp này sử dụng một tấm gia nhiệt để làm nóng và tạo áp suất không liên tục để đạt được độ kín của màng nhựa. Nguyên lý hàn nhiệt được thể hiện trong Hình 6-2. Hai lớp màng 3 cần hàn được vận chuyển giữa tấm gia nhiệt 1 và bàn làm việc 5, sau đó ép chặt vào vật liệu chống dính 4. Tấm gia nhiệt 1 và bàn làm việc 5 được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (kiểm soát nhiệt độ không đổi) được nung nóng và tạo áp suất, sau đó làm nguội để đạt được độ kín khít.
Vật liệu chống dính thường dùng là polytetrafluoroethylene chịu nhiệt độ cao hoặc vải thủy tinh, chủ yếu là để tránh sự bám dính của bàn chữ T và lớp vật liệu màng, để miệng túi được bịt kín đẹp mắt và bàn làm việc có thể được giữ sạch sẽ. Dây điện gia nhiệt 2 được lắp trong tấm gia nhiệt 1 làm nóng tấm gia nhiệt. Nhiệt độ gia nhiệt thường được phát hiện bằng một phần tử đo nhiệt độ điện trở và được hiển thị bằng một dụng cụ hiển thị nhiệt độ. Nhiệt độ được điều chỉnh bằng bộ điều chỉnh điện áp hoặc thiết bị điện trở. Để đảm bảo các mối hàn kín chất lượng cao, bề mặt hàn nhiệt của tấm gia nhiệt phải phẳng và mặt phẳng đỡ phải phẳng hoặc được đệm bằng đệm cao su chịu nhiệt. Cơ cấu chuyển động tạo áp hàn nhiệt của tấm gia nhiệt 1 có thể là khí nén, thủy lực, cam, điện từ, v.v.

Thiết bị hàn nóng chảy dạng thanh này có cấu trúc và nguyên lý đơn giản, tốc độ hàn nhanh. Được sử dụng rộng rãi trong các máy đóng gói tự động ngắt quãng. Chủ yếu dùng để hàn nhiệt màng polyethylene và màng composite polyethylene, nhưng không dùng để hàn nhiệt màng dễ bị co ngót hoặc phân hủy do nhiệt.

Con lăn hàn nhiệt

Hàn nhiệt bằng con lăn là phương pháp hàn kín màng nhựa bằng cách tạo áp lực bằng con lăn quay liên tục và gia nhiệt bằng một hoặc hai con lăn trong một cặp con lăn.
Nguyên lý hàn nhiệt con lăn được thể hiện trong Hình 6-3. Khi hai lớp màng 2 cần hàn được kéo qua một cặp con lăn gia nhiệt 1 (hoặc chỉ một con lăn gia nhiệt), chúng được gia nhiệt và tăng áp, sau đó làm nguội để đạt được độ kín khít. Bộ gia nhiệt điện trở được đặt trong con lăn gia nhiệt và dòng điện được truyền đến dây gia nhiệt thông qua thiết bị đi dây (như chổi than, vòng trượt và dây) được cách điện với máy. Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ và thiết bị và dụng cụ để phát hiện và hiển thị nhiệt độ của con lăn hàn nhiệt được đặt bên ngoài.
Đặc điểm của máy hàn nhiệt con lăn là hàn liên tục, thích hợp để hàn nhiệt các màng composite được tạo thành từ màng nền (cellophane) và màng hàn nhiệt (polyethylene); trong một số máy đóng gói tự động liên tục có nhiều chức năng như làm túi, chiết rót và hàn kín, con lăn hàn nhiệt không chỉ có thể hoàn thành việc hàn nhiệt theo chiều dọc của vật liệu màng đóng gói làm túi mà còn đóng vai trò kéo và vận chuyển băng tải vật liệu màng đóng gói. Đối với màng đơn, dễ bị biến dạng do nhiệt, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hàn kín, vì vậy không thích hợp để sử dụng.

Niêm phong nhiệt đai

Như thể hiện trong Hình 6-4, nó kẹp hai lớp màng 2 giữa một cặp đai mỏng tròn 1 (như đai polytetraethylene, đai thép, đai thép không gỉ hoặc đai vải nylon) quay theo các hướng ngược nhau và làm nóng chúng tại các bộ phận gia nhiệt 4 đặt ở cả hai bên của đai vòng để làm cho hai lớp màng giữa các đai vòng được liên kết, sau đó ép lạnh tại bộ phận làm mát 5 để niêm phong màng 2. Trước khi con dấu được hình thành hoàn toàn, con dấu được dập nổi bằng một cặp bánh xe dập nổi với áp suất được điều chỉnh trước, sau đó ngày sản xuất được in bằng bánh xe mã in và cuối cùng là con dấu được hoàn thành.

Phương pháp này thích hợp để hàn nhiệt vật liệu màng composite, ngay cả màng dễ biến dạng cũng có thể hàn nhiệt liên tục bằng máy này, tốc độ hàn tương đối cao nên được sử dụng rộng rãi.

Con lăn trượt hàn nhiệt

Như thể hiện trong Hình 6-5, hai lớp màng 1 chồng lên nhau được đưa qua giữa một cặp tấm gia nhiệt 4 để được nung nóng đến trạng thái mềm và nóng chảy, và khi đi qua giữa các bánh xe lăn hàn nhiệt được ép chặt 3, chúng được ép và hàn. Đặc điểm của loại thiết bị hàn này là bộ gia nhiệt điện trở và bánh xe lăn hàn nhiệt đều là các thành phần độc lập, giúp đơn giản hóa cấu trúc bánh xe lăn. Cấu trúc tổng thể đơn giản và có phạm vi ứng dụng rộng.
Phương pháp này có thể áp dụng cho việc hàn nhiệt liên tục của vật liệu đóng gói màng, cũng có thể sử dụng cho việc hàn nhiệt liên tục của màng có biến dạng nhiệt lớn. Nếu máy dừng đột ngột, vật liệu màng giữa các tấm gia nhiệt điện sẽ bị quá nhiệt và mất đi, do đó, cần phải có bộ gia nhiệt có thể tự động thoát hơi để tránh màng bị quá nhiệt.

Hàn nhiệt trượt

Hàn nhiệt trượt được sử dụng để đóng gói bao bì, như thể hiện trong Hình 6-6. Nó sử dụng màng phim 3 để bọc vật thể được đóng gói 2, do đó vật thể được đóng gói trượt trên tấm gia nhiệt 4 và dựa vào áp suất nhẹ do vật thể được đóng gói tạo ra và nhiệt của tấm gia nhiệt 4 để liên kết các phần chồng lên nhau của hai lớp màng phim.

Hàn nhiệt xung

Như thể hiện trong Hình 6-7, dải hợp kim niken-crom 2 ép màng 4 lên cao su chịu nhiệt 5, và dải hợp kim niken-crom 2 được làm nóng ngay lập tức bằng dòng điện lớn và nhiệt được sử dụng để hàn nhiệt. Đặc điểm của nó là dải hợp kim 2 chỉ rời khỏi phần được hàn nhiệt sau khi làm mát, vì vậy ngay cả những màng dễ biến dạng cũng có thể được hàn nhiệt bằng phương pháp này. Phương pháp này phù hợp để hàn các sản phẩm có yêu cầu cao về độ bền hàn và độ kín, chẳng hạn như bao bì lỏng và bao bì chân không. Phương pháp này thường phù hợp để hàn ngắt quãng và được sử dụng rộng rãi trong các máy làm túi hoặc máy đóng gói tự động.

Hàn nhiệt cắt nóng chảy

Như thể hiện trong Hình 6-8, dao gia nhiệt 5 (hoặc dây thép) được sử dụng để làm tan chảy và cắt màng 2 và niêm phong cùng một lúc. Cơ chế niêm phong này có cấu trúc đơn giản, tốc độ niêm phong nhanh và có thể đồng thời hoàn thành việc nấu chảy và cắt và niêm phong màng. Tuy nhiên, do hạn chế về diện tích mối hàn, độ bền niêm phong tương đối nhỏ và dễ mở. Nó chỉ phù hợp để đóng gói bên trong các sản phẩm dạng bột mịn và dạng hạt với số lượng nhỏ.

Niêm phong nhiệt nóng chảy xung

Hàn nhiệt nóng chảy đòi hỏi phải thường xuyên làm nóng lưỡi dao và dây thép, trong khi hàn nhiệt cắt xung thì ngược lại, như thể hiện trong Hình 6-9. Khi tấm áp suất 6 dẫn động dây hợp kim đúc 1 để ép màng 2 lên cao su chịu nhiệt 3, dây hợp kim niken-crom 1 được cấp điện ngay lập tức và tiếp tục ép phần hàn nóng chảy và nóng chảy cho đến khi nó được giải phóng sau khi làm mát. Phương pháp này cũng có thể hoàn thành quá trình làm nóng chảy và hàn kín màng cùng một lúc.

Niêm phong nhiệt nóng chảy

Như thể hiện trong Hình 6-10, là đưa tấm gia nhiệt 1 hoặc ngọn lửa đến gần một đầu của màng chồng 4 để làm tan chảy và liên kết chúng. Phương pháp này có thể làm cho màng polypropylene định hướng hai trục co nhiệt có độ bền bịt kín mạnh.

Hàn nhiệt siêu âm

Như thể hiện trong Hình 6-11, cơ chế hàn nhiệt này bao gồm một bộ dao động tần số cao, một bộ rung từ tính 1 chuyển đổi năng lượng điện tần số cao thành rung động dọc và một bộ khuếch đại biên độ đường cong hàm mũ 2 truyền rung động dọc đến màng. Trong quá trình hàn nhiệt, rung động siêu âm do bộ khuếch đại biên độ đường cong hàm mũ truyền đi khiến bề mặt chồng lên nhau của màng 4 nóng lên, nóng chảy và liên kết.
Phương pháp hàn kín này được đặc trưng bởi sự sinh nhiệt ở tâm chồng lên nhau của màng, phù hợp để hàn kín liên tục các màng dễ bị co lại do nhiệt, chẳng hạn như màng kéo dài hai trục. Nó có thể hàn nhiệt nhiều loại vật liệu màng nhựa (như polypropylen, nylon, vật liệu composite nhôm-nhựa, lon polyoxyetylen, v.v.) và có thể hàn kín tốt ngay cả khi vật liệu đóng gói vô tình bị nhiễm nước, dầu, v.v. trong quá trình đổ vật liệu. Nó cũng có chất lượng hàn kín cao đối với nhựa dễ bị biến dạng do co ngót nhiệt hoặc phân hủy nhiệt. Nó đặc biệt phù hợp để hàn nhiệt trong bao bì thực phẩm, thuốc men, radio và các linh kiện điện tử nhạy cảm với bức xạ nhiệt và được sử dụng rộng rãi trong các máy làm túi hoặc máy đóng gói tự động.

Hàn nhiệt tần số cao

Như thể hiện trong Hình 6-12, hàn nhiệt tần số cao là ép màng 4 bằng điện cực tần số cao 2, thêm điện áp tần số cao và hàn nhiệt bằng tổn thất điện môi của polyme. Nhiệt độ của bộ phận hàn cao nhất ở bề mặt hàn, do đó màng sẽ không bị quá nhiệt và cường độ hàn cao.

Thời gian hàn nhiệt của máy hàn ép nhiệt liên quan đến nhiệt độ gia nhiệt, phương pháp gia nhiệt, vật liệu màng, độ dày vật liệu màng và áp suất hàn. Đối với vật liệu màng có cùng vật liệu và độ dày, khi áp suất hàn không đổi, nhiệt độ gia nhiệt càng cao thì thời gian hàn nhiệt càng ngắn. Nhiệt độ gia nhiệt hàn nhiệt, áp suất, thời gian và các thông số khác phải được xác định bằng phương pháp thực nghiệm dựa trên các tính chất cơ học và vật lý của vật liệu hàn.

Phần kết luận

Máy hàn nhiệt là máy hàn kín các thùng chứa bao bì bằng phương pháp hàn nhiệt. Máy này được sử dụng rộng rãi để hàn nhiệt nhiều loại túi nhựa khác nhau. Hiểu được sự đa dạng của các phương pháp hàn nhiệt—từ phương pháp hàn nhiệt tấm đơn giản đến khả năng hàn siêu âm tiên tiến—cho phép các nhà sản xuất lựa chọn giải pháp hiệu quả và phù hợp nhất cho nhu cầu đóng gói của họ. Mỗi phương pháp hàn đều có những ưu điểm riêng dựa trên vật liệu, tốc độ sản xuất và chất lượng yêu cầu. Bằng cách lựa chọn đúng kỹ thuật, các công ty có thể cải thiện hiệu quả đóng gói, giảm thiểu chất thải và đảm bảo chất lượng niêm phong cao đáp ứng các tiêu chuẩn của ngành.