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聊一聊超細(xì)粉體包裝的那些事兒……

超細(xì)粉體具有異于其原固體材料的體積效應(yīng)及表面效應(yīng)，其在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等方面展現(xiàn)出的優(yōu)異特性，拓展了新功能復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展前景，并迅速地被應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。
 
根據(jù)其粒徑的大小，超細(xì)粉體可分為微米粉體、亞微米粉體和納米粉體。粒徑大于1μm的粉體稱為微米粉體，粒徑處于0.1~1μm之間的粉體稱為亞微米粉體，粒徑處于0.001~0.1μm之間的粉體稱為納米粉體。
 
由于超細(xì)粉體具有極小的粒徑，在對其進(jìn)行包裝的過程中易發(fā)生多種問題。超細(xì)粉體技術(shù)雖發(fā)展于20世紀(jì)八九十年代，但相應(yīng)的包裝自動化技術(shù)一度難以跟進(jìn)，手工粗放式的充填計量包裝體系是當(dāng)時的主流包裝方式，以至當(dāng)前國內(nèi)仍有少許的超細(xì)粉加工企業(yè)采用較為原始的包裝手段。相對于飛速發(fā)展的超細(xì)粉體制備技術(shù)，超細(xì)粉體的包裝技術(shù)發(fā)展顯得尤其緩慢。
 
江南大學(xué)的研究人員針對超細(xì)粉體的包裝工藝曾做過系統(tǒng)的綜述，本文據(jù)此做了以下梳理。

 

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超細(xì)粉體的包裝要求

 

基于超細(xì)粉區(qū)別于普通粉末的特性，在其包裝過程中也有相應(yīng)的要求，而由超細(xì)粉粒徑小、含氣量大等物性所導(dǎo)致的揚塵、“炸袋”等問題也是目前國內(nèi)超細(xì)粉包裝產(chǎn)線上的實際問題。為解決這些問題，超細(xì)粉體對包裝有以下要求：
 
（1）清潔化包裝：在超細(xì)粉包裝過程中，盡量減少揚塵產(chǎn)生，并盡量減少作業(yè)人員處于揚塵環(huán)境之中。
 
（2）降低包裝材料成本：有效降低超細(xì)粉中含氣量，減少包裝材料的空隙成本，也能減少“炸袋”事故的發(fā)生。
 
（3）提高包裝效率：在滿足前兩項要求的情況下，有效提高包裝速度和包裝精度，也能減少原材料的浪費。目前市場常見的超細(xì)粉包裝為中袋包裝，每袋25kg，生產(chǎn)速度在50包/小時，精度5‰。

 

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超細(xì)粉體的包裝形式

 

據(jù)介紹，目前市場常見的兩種超細(xì)粉包裝形式為敞口袋包裝和閥口袋包裝。敞口袋為直筒開口包裝袋，包裝產(chǎn)品通過傾倒或重力作用裝入袋中，在此過程中極易產(chǎn)生揚塵，而直筒大開口難以避免揚塵浮出袋體造成污染，同時多揚塵的產(chǎn)生亦是超細(xì)粉材料的浪費。
 
閥口袋開有閥口，包裝產(chǎn)品的裝入僅通過袋底部或袋頂部閥口，而且需使用專門灌裝設(shè)備進(jìn)料，封包后成規(guī)整長方體，便于后期堆包及倉儲運輸。在包裝過程中，閥口袋僅開有閥口，且其閥口緊附于灌裝口上，落料產(chǎn)生的揚塵難以浮出袋口，最終落于袋底。
 
因此，選擇閥口袋的包裝形式更符合超細(xì)粉物性及其清潔化包裝要求。

那么，閥口袋如何取袋套袋呢？
 
目前國內(nèi)的超細(xì)粉包裝企業(yè)，多數(shù)中小型企業(yè)采用半自動化包裝產(chǎn)線，閥口袋的取袋套袋由人工完成，這樣的工藝手段一方面對人力資源要求高，長期生產(chǎn)必將提高包裝成本，另一方面取袋套袋員工常年暴露于含有大量超細(xì)粉的空氣中，也極易導(dǎo)致“塵肺”等職業(yè)病。因此，閥口袋自動取袋套袋機構(gòu)也開始成為研究熱點。
 
國內(nèi)開袋手段基本參考了國外，通過連接有負(fù)壓系統(tǒng)的吸嘴實現(xiàn)閥口袋吸取開袋，負(fù)壓吸嘴吸附提起閥口袋，同時運用一對左右兩排負(fù)壓吸嘴向相反兩個方向運動，則可完成取袋開袋操作。

另外，套袋機構(gòu)多采用機械爪套袋方式，機械爪抱抓住已開口閥口袋，并保持住袋口形狀，在機械臂或者傳送鏈帶的工作下，將閥口袋套入充填下料口。在這一套工序中，以簡化整個套袋機構(gòu)節(jié)省機構(gòu)所占空間，提高套袋準(zhǔn)確性和單臺套袋機構(gòu)服務(wù)于多臺超細(xì)粉包裝機為目的，水平滑軌左右滑移機構(gòu)，曲柄連接的平行四邊形連桿擺動上袋機構(gòu)等都有研發(fā)。

 

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超細(xì)粉體充填計量工藝

 

充填計量是超細(xì)粉包裝過程中的重要工藝，目前企業(yè)采用的具有較高精度的超細(xì)粉充填計量方式主要有以下四種：
 
（1）水平星轉(zhuǎn)子
 
水平星轉(zhuǎn)子的工作原理是由多層水平星轉(zhuǎn)輪將從下料料倉中下來的物料大致均勻等量取出的機構(gòu)。它分為四個部分：物料取出區(qū)、物料整理區(qū)、物料均壓區(qū)和物料計量區(qū)。超細(xì)粉通過攪拌及重力作用下落進(jìn)入物料取出區(qū)，然后在水平星轉(zhuǎn)子葉片的作用下攪拌進(jìn)入物料均壓區(qū)。在物料均壓區(qū)，設(shè)有簡易螺旋攪拌葉片，螺旋旋轉(zhuǎn)使超細(xì)粉得以充分分散，降低了超細(xì)粉堆積密度對計量精度的影響。此外，由于水平星轉(zhuǎn)子多層多區(qū)，因此其機構(gòu)相對復(fù)雜，空間占有量大同時不利于后期的維修養(yǎng)護(hù)。
 
（2）螺旋給料
 
螺旋送料的工作原理是通過螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)推動來完成超細(xì)粉物料輸送工作，同時，由于每一圈螺旋的容積固定，在已知超細(xì)粉物料密度的情況下則可實現(xiàn)超細(xì)粉物料的容積定量。螺旋輸送機構(gòu)由螺旋套筒、螺旋葉片和螺旋軸三個部分組成。一般來說，螺旋給料的輸送能力較大，螺旋套筒內(nèi)槽及螺旋葉片對超細(xì)粉物料的摩擦力驅(qū)動超細(xì)粉物料的輸送，可完成小空間、大運輸量的輸送工作。
 
螺旋給料機構(gòu)擁有結(jié)構(gòu)簡單，空間占有量小，而且簡單控制，易于安裝及拆卸維修，且其輸送能力穩(wěn)定可長時間使用的特點，同時，套筒密封避免了輸送過程中超細(xì)粉“逸散”產(chǎn)生揚塵，保證環(huán)境清潔。但是太長的輸送距離容易導(dǎo)致超細(xì)粉物料堵塞，因此，螺旋給料機構(gòu)不適用于較長距離的超細(xì)粉物料輸送。
 
（3）組合秤
 
組合秤是新開發(fā)的精密計量設(shè)備，其工作原理是通過多個數(shù)字組合完成最終稱重。其工作需要多個稱重傳感器（一般大于等于八個），每個傳感器獲得的重量信號將被發(fā)送至計算機控制系統(tǒng)，計算機通過對每個稱重傳感器重量數(shù)據(jù)進(jìn)行不同排列組合計算，最終獲得一個組合最近似于其目標(biāo)重量值，如果此組合所獲得的重量數(shù)據(jù)精確度符合要求，即將該組合對應(yīng)的稱重傳感器料斗中超細(xì)粉物料下料進(jìn)包裝袋中，并進(jìn)行合格標(biāo)記。如果其獲得的重量數(shù)據(jù)精確度過低，則將此次標(biāo)記不合格。
 
（4）氣吹式給料
 
氣吹式給料方式是國外近年來采用的一種超細(xì)粉物料閥口袋包裝送料方式，其工作原理是通過正壓氣吹物料，超細(xì)粉物料在風(fēng)力作用下包裝進(jìn)入閥口袋內(nèi)，再在閥口袋封袋之前振動排氣或封袋后負(fù)壓排氣處理。其機械結(jié)構(gòu)簡單，輸送能力大，但是對閥口袋包裝材料要求極高，國內(nèi)閥口袋生產(chǎn)企業(yè)難以達(dá)到其要求，同時封袋后包裝內(nèi)空間利用率不高，浪費包裝材料。
 
近十年來，為響應(yīng)國家政策，超細(xì)粉清潔化、全自動化包裝成為超細(xì)粉充填計量技術(shù)發(fā)展的新方向。此外，考慮不同物料特性，并對機械結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)以實現(xiàn)更好的超細(xì)粉包裝是超細(xì)粉充填計量技術(shù)研究的一個新趨勢。同時，在超細(xì)粉全自動化包裝的進(jìn)程中，實現(xiàn)整機的模塊化設(shè)計，使各工位模塊間可獨立使用亦可對接成整機使用，是利于超細(xì)粉生產(chǎn)企業(yè)和包裝機械企業(yè)發(fā)展的新趨勢。

 

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閥口袋封合工藝

 

閥口袋封合是超細(xì)粉包裝過程中的后道工序，一般來說，封合之后通過復(fù)檢的產(chǎn)品則會離開超細(xì)粉生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入超細(xì)粉應(yīng)用企業(yè)，封合效果在后期倉儲轉(zhuǎn)運過程中有著至關(guān)重要的影響，常見的熱封方式有：
 
（1）高頻熱封法
 
高頻熱封的工作原理是通過電子管自激蕩器工作產(chǎn)生高頻電場，閥口袋內(nèi)膜塑料分子在高頻電場作用下產(chǎn)生熱量開始熔融，再對閥口施加壓力完成熱封。高頻熱封機一般由電氣控制部分，機械傳動部分和高頻振蕩部分組成，在使用過程中對頻率和電壓的控制要求較高，否者容易擊穿內(nèi)膜材料。
 
（2）熱板熱封法
 
熱板熱封的工作原理是依靠外部加熱兩塊熱板，將閥口置于兩塊熱板之間使其內(nèi)膜塑料開始熔融，再對閥口施加壓力完成熱封。熱板熱封裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用壽命長。
 
（3）脈沖熱封法
 
脈沖熱封的工作原理是使用鎳鉻帶作為加熱元件，并將其置于搭接好的熱封內(nèi)膜之上，對鎳鉻帶通電，強熱能脈沖導(dǎo)致塑料熔融并在壓力下完成熱封。
 
（4）紅外線輻射熱封法
 
紅外線輻射熱封的工作原理是使用碳化硅黏土棒作為加熱元件并在末端鍍上金屬用于電氣接觸。此法一般用于LDPE和PVC材料的熱封。
 
（5）超聲波熱封法
 
超聲波熱封法的工作原理是通過一個換能器將高頻的電流轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械振動，其產(chǎn)生的振動波會在塑料內(nèi)膜上產(chǎn)生效應(yīng)以致塑料內(nèi)膜軟化熔融，再在振動頭和支撐臺的壓力作用下完成熱封，其熱封效果相對較好。
 
（6）熱空氣熱封法
 
熱空氣熱封法的工作原理是將加熱的空氣吹向待熱封的塑料內(nèi)膜使其表面開始軟化熔融，再在壓力的作用下完成熱封。

 

超細(xì)粉自動化包裝工藝流程圖
 
參考來源：
周丹，超細(xì)粉閥口袋包裝中負(fù)壓充填與計量技術(shù)研究，江南大學(xué)
周丹等，超細(xì)粉的充填計量技術(shù)綜述，江南大學(xué)
 

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