УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ СВАРКИ СЛОЁВ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЁНКИ

Полезная модель относится к устройствам для производства заготовок или изделий из сварного многослойного - два и более слоев, - полимерного пленочного материала (полимерных пленочных материалов), в частности элементов переноски или петлевых ручек полиэтиленовых хозяйственных сумок или пакетов и др.
Известно устройство для поперечной сварки, используемое в упаковочной машине для изготовления, наполнения и запечатывания упаковки из полиэтиленовой пленки, содержащее две щеки, перемещаемые по направляющим во встречном направлении из исходного положения в положение сварки и прижимаемые друг к другу через зажимные колодки, выполненные по всей длине плоскими, термонагреватели для обогрева колодок, которые снабжены термопарами, отрезной нож, перемещаемый из исходного положения к месту отрезания готовой упаковки [Описание полезной модели к патенту РФ № 110720 от 01.07.2011, МПК В65В 51/00, опубл. 27.11.2011, бюл. № 33]. Устройство потенциально может быть использовано при сварке многослойных пленок.
Недостатком устройства является его специализация на сварке исключительно поперечных швов единичных изделий. Использование устройства для сварки продольных швов заготовок условно бесконечной длины не позволит обеспечить высокую производительность и стабильность качества сварных соединений.
Известно устройство для сварки полимерных пленок, включающее сварочный ролик, установленный на направляющей посредством ползуна с закрепленным в нем цилиндром, в котором при помощи штока установлен держатель сварочного ролика, подпружиненный относительно ползуна, при этом направляющая выполнена с зубчатой поверхностью, связанной с электродвигателем через вал с шестерней, и установлена на столе посредством вертикальных стоек, держатель, в котором смонтирован сварочный ролик, установлен в нагревателе, а цилиндр закреплен в ползуне посредством регулировочного винта. Кроме этого, сварочный ролик выполнен с антиадгезионным покрытием на рабочей поверхности, сварочный ролик выполнен из антиадгезионного материала, и стол снабжен антиадгезионным покрытием [Описание изобретения к патенту РФ № 2081750 от 05.11.1992, МПК В29С 65/18].
Недостатком устройства является то, что его конструкция позволяет формировать последовательно лишь по одному длинномерному сварному шву, что нерационально и непроизводительно при сплошной многослойной сварке по всей площади полимерного изделия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому техническому решению является устройство для сварки полиэтиленовых пленок, ошибочно называемой их термическим гофрированием, содержащее размоточный стенд с возможностью установки, по меньшей мере, одного рулона пленки, средства для протягивания пленки, нож для обрезки пленки, отводы для удаления обрезков, протяжные валы, в том числе два нагретых, имеющих взаимно зацепляющиеся канавки, при этом валики с рулонами пленки и намоточный вал снабжены конусами, регулирующими положение рулона, поверхность нагретых валов имеет равномерно чередующиеся продольные или поперечные канавки шириной и глубиной 1-15 мм и выступы шириной 1-15 мм, причем в валах выполнены продольные отверстия для установки термоэлектрических нагревателей, а на валах неподвижно установлены бронзовые кольца, изолированные друг от друга фторопластовыми втулками и контактирующие с электрографитными щетками, размещенными в щеткодержателях [Описание полезной модели к патенту РФ № 168283 от 24.03.2016, МПК В29С 59/04, В29С 69/00, опубл. 26.01.2017, бюл. № 3].
Недостатком устройства является то, что сварка слоев пленок производится по условно линейному контакту, что требует сложной настройки режимов оборудования при ограниченной производительности. Протяжка пленки при настройке устройства требует дополнительных трудозатрат, а наличие ножей для обрезки краев сваренных пленок предусматривает наличие дополнительных отходов, требующих дальнейшей утилизации.
Задача, решаемая настоящей полезной моделью, и достигаемый технический результат заключаются в повышении производительности устройства при улучшении качества сварки слоев полимерной пленки и снижении количества отходов.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата устройство для термической сварки слоев полимерной пленки содержит объемный каркас, элементы для установки рулонов пленки, гладкие и рифленые протяжные валы, причем в рифленых валах размещены электронагреватели, и вал для намотки готового сваренного полотна, при этом оно снабжено дополнительными гладкими протяжными валами с образованием самостоятельных групп из одного рифленого и двух гладких валов, причем внутри объемного каркаса со стороны вала для намотки готового сваренного полотна установлен вентилятор для его обдува перед намоткой.
Кроме этого
каждая группа из рифленых и гладких валов выполнена с возможностью их одновременного разведения для ручной протяжки пленки;
устройство снабжено приспособлением для складывания пленки из одного рулона в несколько слоев;
гладкие и рифленые протяжные валы выполнены из антиадгезионного материала или с антиадгезионным покрытием.
Полезная модель поясняется чертежом, где показан общий вид устройства для термической сварки слоев полимерной пленки в аксонометрической проекции.
Устройство для термической сварки слоев полимерной пленки содержит объемный каркас (раму, станину) 1, элементы (специально оборудованные кронштейны) 2 для установки нужного количества рулонов пленки, гладкие 3 и 4 и рифленые 5 и 6 протяжные валы, причем в рифленых 5 и 6 валах размещены электронагреватели (условно не показаны) и вал 7 для намотки готового сваренного полотна, при этом устройство снабжено дополнительными гладкими протяжными валами 3' и 4' с образованием самостоятельных (независимых) групп из одного рифленого 5 или 6 и двух гладких валов 3, 3' или 4, 4', при этом внутри объемного каркаса 1 со стороны вала 7 для намотки готового сваренного полотна установлен вентилятор 8 для его (полотна) обдува перед намоткой.
Каждая группа из рифленого 5 и гладких 3 и 3' валов и рифленого 6 и гладких 4 и 4' валов выполнена с возможностью их - рифленых 5 и 6 от гладких 3, 3' и 4, 4', - одновременного разведения для ручной протяжки свариваемой пленки, для чего используется поворотная рама 9, на которой размещена часть валов из разводимых групп - рифленый вал 5 от гладких валов 3 и 3' и соответственно гладкие валы 4 и 4' от рифленого вала 6.
Устройство может быть снабжено приспособлением (условно не показано) для складывания пленки из одного рулона, как правило, в два слоя, хотя широкую пленку можно складывать в три и более слоев. Для этого используют ряд поддерживающих валиков, расположенных последовательно под углом друг к другу, и при необходимости симметрирующих роликов. Как правило, устройство изначально настраивают на работу с определенным типоразмером свариваемой пленки, например, как показано на чертеже - трех самостоятельных рулонов, - и продолжают использовать отлаженные настройки по возможности в течение всего жизненного цикла устройства.
Гладкие 3, 3' и 4, 4' и рифленые 5 и 6 протяжные валы выполнены из антиадгезионного материала, например фторопласта или других подобных материалов, или эти валы могут быть выполнены из металла, например алюминиевого сплава, но иметь антиадгезионное покрытие, например тефлоновое. Предпочтительным может быть вариант, когда рифленые валы 5 и 6 с электронагревателями делают из металла с высокой теплопроводностью с покрытием их контактирующих со свариваемой пленкой поверхностей тефлоном.
Проанализируем существенные признаки полезной модели.
Повышение производительности устройства обеспечивается тем, что с каждым из нагретых рифленых валов 5 и 6 контактирует не один гладкий вал 3 и 4, а по два - 3, 3' и 4, 4'. Благодаря этому увеличивается зона контакта слоев пленки с нагретой поверхностью каждого из рифленых валов 5 и 6. В этом случае можно увеличить температуру их нагрева. В результате благодаря дополнительному линейному контакту дополнительных гладких валов 3' и 4' с нагретыми валами 5 и 6 помимо увеличения производительности появился «побочный» эффект - улучшилось качество сварки слоев пленки.
Увеличение производительности устройства потребовало принудительного охлаждения сваренной пленки, для чего внутри объемного каркаса 1 со стороны вала 7 для намотки готового сваренного полотна установлен вентилятор 8 для его обдува перед намоткой на вал 7.
На увеличение производительности устройства влияет сокращение времени на заправку пленки в начале его работы и при необходимости на наращивание новой пленки с нового рулона взамен заканчивающегося, что с успехом нивелируется использованием рулонов пленки одинаковой длины. Для этого каждая группа из рифленых 5 и 6 и гладких 3, 3' и 4, 4' валов выполнена с возможностью их одновременного разведения для индивидуальной ручной протяжки слоев пленки и соответственно совмещения кромок этих слоев. «Побочный» эффект этого решения проявляется в том, что существенно сокращается количество отходов пленки за счет исключения операции обрезки кромок.
Работа с одной широкой пленкой, которая складывается в несколько слоев, также сокращает время на заправку устройства и уменьшает количество отходов за счет одновременной для каждого слоя протяжки сложенного полотна при заправке устройства и его одновременном для каждого слоя окончании полотна в рулоне.
Использование при изготовлении гладких и рифленых протяжных валов обычных металлов и сплавов, а также разнообразных полимеров допустимо, однако для их безупречной - без залипания пленки работы необходимо произвести очень тонкие настройки температуры сварки, давления и скорости протяжки. Кроме этого, достаточно большое количество пленки уйдет в отходы. Выполнение гладких и рифленых протяжных валов из антиадгезионного материала типа фторопласта или с антиадгезионным покрытием типа тефлоновой пленки позволяет использовать более высокие температуры для сварки и более высокие скорости протяжки сваренной полосы. Все это также увеличивает производительность устройства.
Реализацию полезной модели рассмотрим на примере сплошной сварки трех самостоятельных слоев полимерной пленки, как наиболее востребованной и распространенной.
Пример.
В исходном состоянии устройство является комплектным и электрически подключено к сети.
С помощью электродвигателя 10 поднимают поворотную раму 9, закрепленную на каркасе 1 посредством оси 11. На нижний кронштейн 2 устанавливают первый рулон пленки и фиксируют его в осевом направлении. Свободный конец пленки протягивают между первыми по ходу технологического потока валами - рифленым 5 и гладкими 3; 3' и вторыми валами - рифленым 6 и гладкими 4; 4'. Пройдя над соплом 12 вентилятора 8 через опорный вал 13 конец пленки подводят к валу 7 для намотки готового сваренного полотна и временно закрепляют на нем.
Аналогичным образом последовательно устанавливают второй - средний и третий - верхний рулоны пленки. Концы трех рулонов накладывают друг на друга с совмещением боковых кромок и закрепляют для намотки на валу 7. Валы 7 и 13 и, например, валы 6 и 3 являются приводными. С помощью электродвигателя 14 и соответствующих шкивов, муфт и зацеплений часть валов (3, 3', 4, 4', 5 и 6) имеет возможность вращаться с технологически установленной скоростью, а другая часть валов вращается либо свободно (валы 15 трех кронштейнов 2), либо с проскальзыванием (валы 13 и 7), при этом вал 7 обеспечивает гарантированный натяг поступающих из валов 3, 3', 4, 4', 5 и 6 сваренных пленок.
Перед запуском устройства включают электронагреватели рифленых валов 5 и 6. Рифления валов отличаются направлением рифлей - продольные рифли на одном валу и поперечные (кольцевые) - на другом. По достижении рифлеными валами 5 и 6 заданной температуры, как правило, 210-230°С, что зависит от выбранной скорости протяжки совмещенных слоев пленок и их толщины, включают электродвигатель 14 и одновременно опускают поворотную раму 9. Начинается процесс сварки, принудительного охлаждения и намотки сваренной пленки на вал 7.
В процессе сварки один комплект валов 3, 3' и 5 обеспечивает сварку, например, продольных швов, а другой комплект валов 4, 4' и 6, например, поперечных швов. Благодаря тому, что свариваемые пленки контактируют с нагретыми валами 5 и 6 не по линии или по единичным пятнам, а по площади, проходит гарантированный прогрев пленок, а двойной контакт каждого из нагретых валов со своими гладкими валами дублирует необходимое при сварке сдавливание слоев пленок.
В итоге на вал 7 наматывается термически сваренная трехслойная пленка с совпадающими продольными кромками без явно видимых рифлей, приятная на ощупь, прочная и без расслаиваний. Полученный продукт может быть использован в том числе и для дальнейшей термической сварки в составе других изделий.
Отходами термически сваренной трехслойной пленки являются начальные участки трех единичных пленок, образовавшиеся при их заправке, и концевые участки, образовавшиеся в результате несовпадения длины пленки в каждом рулоне.
Готовый рулон трехслойной пленки поступает на склад или отгружается потребителям, например производителям однослойных или многослойных полимерных пакетов в качестве петлевых ручек или стенок пакетов.
Аналогичным образом осуществляют двухслойную сварку двух самостоятельных пленок, четырехслойную сварку четырех самостоятельных пленок, двух-трехслойную сварку и т.д. свернутого широкого полотна и т.д., и т.п. или комбинацию перечисленных вариантов. От этого будут зависеть материальное оснащение устройства и совокупность технологических режимов работы оборудования.
В результате решения поставленной задачи повысилась производительность термической сварки многослойной пленки при улучшении качества сварки и снижении количества отходов.