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当激光促进薄膜包装工业的增长

发布时间:2021-09-10 14:09:49 阅读: 来源:破碎机厂家

激光促进薄膜包装工业的增长

小型、密封CO2激光器的出现和更短输出波长的发展正在促进薄膜包装工业的增长。

密封CO2激光技术在不断发展,性能在提高,可靠性在增加,体积在减小,激光器总成本在下降。作为坚固和可靠工具的密封CO2激光器在工业中的应用非常广泛,最新的应用之一是软包装,即将纸、塑料薄膜和其它状材料折叠成预先设定的包装形状。本文主要介绍CO2激光技术的最近进展是如何促进食品激光软包装市场快速增长的。

<完成1次实验p>激光软包装技术

用于加工食品和饮料的软包装可以采用多种形式和形状,包括封套、袋装,特别是能重新封口的包装发展很快。这些包装大都采用薄膜材料,如聚酯(PE)、铝箔和聚丙烯(PP)-通常为双轴导向的聚丙烯(BOPP)。通常,还要将这些材料组合起来,形成二层或多层的复合结构。最普通的薄膜合成材料是碾压在一起的双层PP和PE定单的快速增长反应出需求爆发仍在延续,其中PE为阻隔层,与食品直接接触,有图形的PP层在外面,是印刷层。整个膜厚约在100微米量级,即使是能立起来的袋状包装也是如此。在包装过程中,绕在卷筒上的薄膜,由于卷筒快速转动而不断向前运动,这时则用激光来切割、修整薄膜,或在薄膜上刻痕和钻孔。例如,激光刻痕可使包装袋容易打开,激光钻孔可使包装袋透气。

同传统的机械加工方法相比,非接触式激光加工的优点是:无工具磨损问题,提高了产品的一致性。此外,灵活性也是非常重要的,因为当今的产品生产,周期很短。包括工具成本在内的机械加工不适合于短期经营,不适合于在不同薄膜类型和包装形式间来回变化。由于可对激光参数进行实时控制,激光加工包装的灵活性可使生产者得到一致的刻痕结果,即使在薄膜厚度发生变化时,也是一样。

很明显,在产量大/利润低的业务领域,如薄膜包装,激光的可靠性和总成本都是所有者考虑的关键问题。激光器的体积小也是非常重要的,因为这样就可以把它们装配到包装设备中。在激光输出功率方面,这些应用通常只需要30到100瓦的功率,因为所要加工的多层结构材料通常都是很薄的。

这些特点使今天的小型CO2激光器成为折叠软包装市场的理想工具。相干(Coherent)公司生产的低功率密封钻石CO2激光器,具有高可靠性,每瓦的成本低,且体积小的特点,其尺寸就像一个普通鞋盒那样大(见图1)。这些折叠式波导激光器是加工塑料(聚丙烯和聚酯)薄膜的理想工具,加工速度大于300米/分钟(1000英尺/分钟)。除了能为中等功率应用项目提供廉价的解决方案之外,新型激光器的小尺寸,还使在较宽卷筒(如1.5 公尺/60英寸宽的主卷筒)上安排多个激光器成为可能,从而,为软包装提供了前所未有的加工灵活性。而且,这些激光器无需维护,寿命在10,000到20,000小时之间,完全可以满足典型的高产量包装设备的需要。

更快的速度

小型CO2激光器在其它输出波长方面的进步,是对食品软包装市场产生重大影响的另一个重要因素。原因是:大多数高分子薄膜的红外吸收谱含有若干个尖峰。因此,激光波长的微小变化就可能对吸收系数产生巨大影响,因为在软包装中所使用的薄膜都是非常薄的,通常只能吸收很小部分的激光功率。因此,通过调整波长来增加薄膜的吸收系数,会大大增加给定激光功率下的加工速度。

大多数CO2激光器的输出波长集中在10.6微米,但是,如果在折叠腔结构中插入波长选择光学元件,就会产生其它波长,如10.2微米波长。Coherent应用实验室最近研究了商用10.2微米激光器对热塑性塑料的影响,结果发表在文献1中。对于未伸展的聚丙烯薄膜,采用10.6和10.2微米激光加工,在加工速度方面只有小小的差别。但对普遍使用的BOPP薄膜(微米厚),差别就非常明显。

此外,采用不同的二氧化碳同位素,可以将激光输出波长移得更远,这将对其它方面的应用产生重要影响。例如, Coherent公司已经发现:在对电子和其它行业中普遍使用的Kapton(聚酰亚胺)膜进行加工时,9.4微米波长的激光能产生最佳结果。

多个激光器组合

Alcan Packaging(芝加哥,IL)公司是软包装设备的主要供应商,它的产品主要用于肉类、奶制品、果汁,及健康和美容产品的包装市场(见图3)。早在1985年,该公司就开始了激光刻痕薄膜。现在,它又将密封的CO2激光器用于热塑性塑料和金属箔的软包装。Alcan Packaging的高级工程师Finian Flood解释说:“小型、坚固的CO2激光器出现,使我们能将它用于纵切、打孔和刻痕,以代替模板和其它的机械工具。我们常常在巨大的卷筒(直到400毫米/15.75英寸宽)中制作较小的包装袋。今天的密封激光器很小,有利于将它们用于更宽的卷筒。在这种情况下,我们采用多个激光器, 采用固定的光学系统,沿卷筒纵切和刻痕。另外还有一条线,使用光学系统让光束在卷筒上横向扫描,以产生复杂的形状”。

现在,已经能买到好几种500瓦以上的密封CO2激光器了,为什么不使用它们,而采用多个低功率激光器?

大量实践表明:采用多个激光器,灵活性最大,因为能对每个光两最大对角线O1O1及O2O2的长度差不大于0.3毫米束进行实时和独立的控制。例如,他以激光刻痕为例。“在易开食品包装领域,采用激光刻痕日益普遍。用机械方法刻痕时,如出现薄膜厚度微小变化这样一些小问题,也会对加工结果产生重要影响,而我们的激光加工技术能很容易地适应这些变化”。

激光数字软包装

LasX Industries公司自1998年开张以来,就成了激光软包装领域的佼佼者。该公司提供LaserSharp软包装解决方案和承包加工。公司创办人和董事长Bill Dinauer解释说:“对我们来说,似乎很清楚,美国的软包装不可能无限期地与机械加工并驾齐驱。

现在,产只有保证摆锤等运动机构的灵活准确性品周期是如此之短,现在还无法证明采用软包装技术是绝对正当的。此外,密封CO2激光器的出现已经使‘数字软包装’,即计算机控制的激光软包装成为可能。

LasX公司售出的大多数软包装设备是现有切卷机—复卷机的式样翻新。这种划算的战略是将切卷机—复卷机的现有功能与激光数字软包装技术,如激光刻痕、打孔等结合在一起。因此,在不增加劳力和时间的情况下,增加了新的功能。现在,有两种新结构:一种是采用多个激光器,用固定的光束对卷筒上的薄膜材料进行加工,这种形式与Alcan包装设备类似;另一个形式是动态的(以扫描为基础),让光束横穿卷筒扫描。这里,激光光束可对卷筒上的薄膜材料进行横向和纵向扫描,以产生任何所需要的图样。根据卷筒宽度、图样复杂性和重复图样的间隔情况,激光组件的数量可以不同。典型的扫描器式机器含有2个和4个激光组件。LasX公司已将它的设备融入到用于窄卷筒(如标签)数字包装打印机中了。

结论:对像软包装这样产量大、利润小的加工来说,现有的小型密封CO2激光器具有成本低、可靠性高和体积小等综合优势。可以将激光软包装设备加入生产线,以得到成本最低和投入劳力最少的目的。由于用于包装的薄膜和有机聚合物很多,对系统供应商和类似包装设备制造商来说,如果能使这些激光器运转在最佳波长,将使它们更具有吸引力。

来源:中国工业设备

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