Sürekli dikey paketleme makina tasarımı, imalatı ve çene sıcaklığının birleştirme kalitesine etkisinin incelenmesi
Design and manufacturing of continuous vertical packaging machine and investigation of heat sealing temperature effect on joint quality
Yazar: FEYZULLAH KARAKAŞ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN UZUN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çeşitli endüstriyel paketleme sektörlerinde gıda, kimyasal madde, ilaç veya kozmetik gibi ürünlerin ağırlıklarını tartmak, dozajlamak ve küçük torbalarda ambalajlamak amacıyla çeşitli paketleme makinaları kullanılmaktadır. Bu çalışmada, katı gıda paketleme sektöründe kullanılan kademeli çalışan dikey paketleme makinası üzerinde çeşitli tasarım değişiklikleri yapılarak, paketleme kapasitesinin arttırılması ve paketleme maliyetlerinin azaltılması hedeflenmiştir. Kademeli dikey paketlemede makinasında yapılan yeniliklerin hangi nedenlerden dolayı yapıldığı izah edilmiştir. Kademeli dikey paketleme makinasının revizyonu yapılarak imal edilecek sürekli dikey paketleme makinasının üretim kapasiteleri karşılaştırılıp paketleme maliyet analizleri yapılacaktır. İmal edilen sürekli dikey paketleme makinasıyla kombine çalışan "karşılıklı sıcak eleman temaslı birleştirme yöntemiyle" çift katlı Polietilen/Polietilen teraftalat (PE/PET), düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) ve Polipropilen (PP) polimer ambalaj filmleri, farklı sıcaklık değerlerinde yan ve alt kenar birleştirmeleri yapılmıştır. Birleştirme kalitesini değerlendirmek amacıyla önce gözle muayene sonra T-sıyırma deneyi uygulanmıştır. 
Sonuç olarak, kademeli dikey paketleme makinası üzerinde çeşitli yenilikler yapılarak, sürekli ambalajlama yapabilen ve sürekli dikey paketleme makinası olarak adlandırılan makina tasarlanmış ve imal edilerek başarıyla çalıştırılmıştır. Kademeli dikey paketleme makinasının ortalama ambalajlama kapasitesi 12-20 adet/dakika olmasına rağmen, geliştirilmiş sürekli dikey paketleme makinasıyla 90-100 adet/dakika çift katlı PE/PET torbaya ambalajlama, 70-80 adet/dakika LDPE torbaya ambalajlama ve 80-90 adet/dakika PP torbaya ambalajlama kapasitesine ulaşılmıştır. Tasarlanıp imal edilen sürekli dikey paketleme makinasıyla yapılan ambalaj paketleme kapasitesi, 4-5 kat oranında artmıştır.  Böylece kademeli dikey paketleme makinasında yapılan yenilikler sayesinde, dakikadaki paketleme sayısı artmış ve paketleme maliyeti de azaltılmıştır.
Ayrıca sürekli dikey paketleme makinasıyla kombine çalışan "karşılıklı sıcak eleman temaslı birleştirme" düzeneğinin kullanılmasıyla birleştirilen PP, LDPE, çift katlı PE/PET polimer ambalajların birleştirme kalitesine eleman (çene) sıcaklığının etki ettiği tespit edilmiştir. Ambalajların birleşme bölgelerindeki görsel muayene ve T-sıyırma deneyi dikkate alındığında ve bekleme süresi (0.6 saniye) ve basma kuvveti (235 kgf) sabit tutulduğunda, PP ambalaj filmi için en uygun eleman (çene) sıcaklığının 135°C ve çift katlı PE/PET ambalaj filmi için ise 150°C olduğu belirlenmiştir. LDPE ambalaj filmi için bekleme süresi (0.75 saniye) ve basma kuvveti (471 kgf) sabit tutulduğunda, en uygun eleman sıcaklığının 120°C olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Various packaging machines designed for weighing, dosing and packaging in small bags of products such as food, chemicals, pharmaceuticals or cosmetics are used in various industrial packaging sectors. In this study, in order to increase the packaging capacity and reduce packaging costs, the various design revisions were made on the low-capacity and gradually vertical packaging machine used in the solid food packaging industry. For this purpose, a design change has been made on the selected vertical packaging machine and a continuous vertical packaging machine has been developed. The reasons for the innovations made in the gradually vertical packaging machine will be explained. The packaging cost analyses were carried out by comparing the production capacities of the continuous vertical packaging machine with the gradually vertical packaging machine. In this study, the effect of heat sealing temperature on the joining quality of the bottom and side edges of Polyethylene/Polyethylene terephthalate (PE/PET) two ply, low-density polyethylene (LDPE) and Polypropylene (PP) polymer packages joint by "heat sealing joining technique" combined with the continuous vertical packaging machine was investigated. In order to evaluate the joint quality, first visual inspection followed by T-peel test was carried out. As a result, some various innovations were made on the progressive vertical packaging machine, and the machine, which is capable of continuous packaging and called the continuous vertical packaging machine, was designed and successfully produced and operated. The average packaging capacity of the gradually vertical packaging machine is 12-20 pcs/min. The two ply PE/PET, LDPE and PP packaging capacities of 90-100 pcs/min, 70-80 pcs/min and 80-90 pcs/min, respectively were produced by the continuous vertical packaging machine. Thus, the packaging capacity of the continuous vertical packaging machine has increased by 4-5 times as compare to the gradually vertical packaging machine. In addition, the number of packaging per minute has increased and the packaging cost has been reduced. 
In additions, the experimental results show that the heat sealing temperature on the joint quality of PP, LDPE, two ply PE/PET polymer packages joint by "heat sealing joining technique" combined with the continuous vertical packaging machine was determined to be affected. For PP and PE/PET packaging, when the dwell time (0.6 seconds) and the compression force (235 kgf) were kept constant, the optimum heat sealing temperature was determined to be 135°C and 150°C, respectively. On the other hand, for LDPE packaging, when the dwell time (0.75 seconds) and the compression force (471 kgf) were kept constant, the optimum heat sealing temperature was determined to be 120°C.