蔚鑫，楊芝明

（珠海格力電器股份有限公司，廣東，珠海，519070）

1 引言

瓦楞紙箱是家電行業(yè)使用非常廣泛的包裝材料，但其不具備防水防潮性能，儲存及運輸過程中常因為淋濕或其他原因造成包裝紙箱損壞。目前在家具、手表、食品、藥品等領域已有熱縮膜包裝成熟的使用經驗，在家電行業(yè)將塑料薄膜與泡沫結合組成一體化包裝底托［1］?？照{外機形狀規(guī)則且儲存標準相對較低，熱縮膜LDPE透明度高、柔軟性好、抗撕裂性強、加工生產容易可用于外機的包裝紙箱替換。通過設計一臺熱縮膜包裝機并合理布局流水線實現全工序自動化生產功能，熱縮膜應用到空調行業(yè)中，可以降低包裝紙箱的采購成本并解決儲存和運輸過程的不足［2-3］。

2 不同熱收縮膜的性能對比

目前市場主流的熱縮膜為PET 聚酯透光率較差且較硬，熱收縮率差，需共聚改性，一般應用于飲料瓶及藥品上的標簽制作。PP共聚丙烯具有高透光率及韌性，但其熱收縮溫度較高，會損壞注塑件。POF 多層共擠聚烯烴是一種復合材料，表面光澤度高，熱收縮均勻，性能穩(wěn)定但受到單體技術條件的限制，膜芯層專用的LLDPE線型低密度聚乙烯還依賴進口。單層PE聚乙烯薄膜的機械性能較差，所以通常用作復合薄膜的內層。PVC聚氯乙烯，其透光率高、收縮率高適用于建材行業(yè)，但分解后會產生有害氯乙烯。LDPE低密度聚乙烯力學性能良好，收縮率高，厚度薄價格低，熱穩(wěn)定性強滿足生產要求。因此確定使用LDPE作為空調外機熱縮膜包裝［4-6］。

3 熱縮膜包裝設備

3.1 熱縮膜包裝設備結構

受廠房空間及線體布局限制，在原有產線上增加熱縮膜包裝設備，需增加輔助線體連接到同向輥道輸送帶1，通過側向、橫向位移導桿將裝好包裝泡沫的外機推送到套膜、封切、熱縮、冷卻工序。使用電葫蘆6進行薄膜卷料更換。設備布局及結構如下圖1所示。

圖1 熱縮膜包裝設備結構圖

3.2 熱縮膜加工工藝流程

熱縮膜的加工工藝流程如下圖2所示，進料通過輔助線體將外機產品輸送到輥道輸送帶1，實現不同軌道線體間無縫連接。通過側向位移導桿2將產品推到熱縮膜設備生產線，同時PLC控制導桿推送時間間隔，避免物料堆積。橫向位移導桿3將外機推至套膜機構工位5，根據產品型號特征，選用厚度0.05 mm，寬度為1250 mm的透明LDPE薄膜。套膜后移動至封切工位7，通電后加熱封切塊縱向融化切割薄膜。熱縮爐由天然氣燃燒供熱，并通過內部設計的均勻排布的散熱口實現薄膜熱縮。因為熱縮膜加工原理采用再次加熱冷卻的方法產生緊致力，所以在出口處設置兩臺風扇12，降低薄膜溫度。完成后通過輔助線體輸送至其他線體進行碼垛下線工序［7-8］。

圖2 熱縮膜加工工藝流程圖

4 熱縮爐溫度對熱縮膜的影響

對于結晶材料LDPE，由于受到晶格的影響，最大熱縮力出現在玻璃化溫度的熔點附近。根據熱縮性能測試標準，將套好熱縮膜試樣的外機放至熱縮爐內，通過設置不同的溫度測試試樣的最大熱縮力，因為縱向力較容易獲得，在相同溫度下共測試3次取平均值如下圖3所示。ISO 14616定義設備的最佳設置溫度為整個熱縮過程中15～30秒內出現最大熱縮力的溫度，由關系圖可知在溫度較低的情況下熱縮力緩慢增長，當達到玻璃化溫度的熔點附近時出現最大熱縮力且趨于穩(wěn)定并在一定范圍內進行波動。最大熱縮力出現在 280 ℃附近，考慮到熱縮爐的熱損失此溫度大于實驗室得出的推薦溫度。溫度過高會損壞外機的包裝泡沫、注塑件及其他元器件，將烘箱溫度設定在280 ℃，滿足工藝要求［9-10］。

圖3 LDPE溫度與最大熱縮力關系圖

5 熱縮時間對熱縮膜的影響

熱縮爐隧道長度約為3米，外機在熱縮爐內停留的時間范圍在15-30秒內，為了獲得最佳熱縮時間，設置外機通過隧道的初始總熱縮時間為15秒，每次實驗依次增加一秒直至30秒結束，結合外觀情況和檢測儀測出熱縮膜收縮率如下圖4所示。15-18秒時熱縮膜收縮率較低且包裝效果不緊致，19-21秒時收縮率不穩(wěn)定，但產品外觀合格，22-28秒時薄膜的熱收縮率趨于穩(wěn)定，產品外觀合格，29-30秒時熱收縮率突然增大，且出現薄膜損壞。綜合分析當設定熱縮時間為22秒時熱縮率趨于穩(wěn)定且熱縮力較大，同時也滿足最大生產效率。

圖4 不同熱縮時間對熱縮膜的影響

6 包裝泡沫結構對熱縮膜的影響

包裝泡沫具有緩沖、減震保護外機的作用，為了實現產品全流程零缺陷目標，我司采用頂部、底部和四周增加支撐柱的包裝結構，通過合理的設計，可以有效避免產品碰撞造成的損壞。因為熱縮膜在熱縮過程中會產生熱縮力，這部分力作用在包裝泡沫頂和底的四角，縱向力產生反作用力，橫向力產生剪切力。在實際生產中發(fā)現當四角設計為如圖5所示的倒角結構時薄膜容易刺穿，當增大倒角的軸徑時，因為受力面積增大，剪切力變小，但仍會有薄膜刺穿情況，若采用如圖7所示的圓角結構可以有效減少應力集中，提高薄膜產品質量［11］。

圖5 倒角結構

圖6 增大倒角結構

圖7 圓角結構

7 結論

熱縮膜既可以保護產品，又可以起到美化產品的作用，替換瓦楞紙箱具有可行性，通過合理布局設備結構，實現自動化熱縮功能。

1. 按照熱縮性能測試標準，通過設置不同的溫度對熱縮爐設備進行測試，可知在280 ℃時滿足生產要求，又可以避免溫度過高而損壞注塑件，此溫度熱縮效果最佳。

2. 根據國標對LDPE材料最佳熱縮時間的定義，產品在熱縮爐停留的時間從15秒開始逐秒增加熱縮時間進行測試，可知當整體熱縮時間設置為22秒時效果最佳。

3. 不同的包裝泡沫結構影響著外機的熱縮質量，通過對比不同結構的包裝泡沫可知當選用圖7圓角結構時，薄膜熱縮時受力均勻，無刺穿現象。

目前熱縮爐內在熱縮時采用的是天然氣加熱方式，受天然氣管道內雜質和氣源影響不可避免的導致加熱不均勻，后續(xù)將考慮使用加熱電阻絲均勻排列在熱縮爐內，使加熱更加穩(wěn)定。