Nouveau dispositif de détection de paquets de cigarettes

Actuellement, les tests de performances des adhésifs pour les emballages de cigarettes finis sont entièrement manuels. Le processus de test comprend trois étapes principales : la préparation du matériau, le collage du papier et l'évaluation du décollage-, impliquant plus de dix procédures telles que la découpe d'échantillons, l'application de colle, le pressage, le repos, le pelage et l'évaluation, qui reposent toutes entièrement sur un travail manuel. Cette méthode de test traditionnelle présente des problèmes tels que des quantités de colle inexactes, une application inégale, un papier mal aligné et un pressage insuffisant, entraînant de longues durées de test, des retests fréquents, une intensité de travail élevée, une faible efficacité et des risques pour la sécurité avec certains équipements de chauffage. Pour résoudre ces problèmes, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (ci-après dénommée « Changde Jinpeng ») a adopté une approche de « percée conjointe des entreprises de la chaîne industrielle en amont et en aval ». En apprenant sur-sur site et en innovant ensemble, ils ont réussi à développer un appareil permettant de tester les performances adhésives du papier d'emballage. Cet article explique systématiquement le contexte de développement, les solutions techniques, les effets de mise en œuvre et les applications potentielles de cet appareil, dans le but de fournir une référence pour l'innovation technologique en matière de tests de qualité dans l'industrie.

Contexte technique et analyse des problèmes

01/ Connotation technique des performances adhésives

La performance adhésive fait référence, sur la base du mécanisme de rupture de liaison, à la simulation de l'étape de liaison dans la formation d'un emballage de cigarettes, où deux échantillons sont liés puis décollés de manière destructrice. Si les fibres du papier sont séparées par la colle, les performances adhésives sont considérées comme médiocres. Cet indicateur de performance reflète directement la compatibilité entre l'adhésif et le support papier et constitue un paramètre clé pour assurer la stabilité de la structure de l'emballage.

02/ Méthodes de tests traditionnelles et problèmes existants

Actuellement, tous les produits d’emballage de boîtes de cigarettes doivent subir des tests de performances adhésives avant de quitter l’usine. Le processus de test peut être divisé en trois étapes principales : "préparation du matériau", "collage du papier" et "évaluation du décollage". La procédure spécifique comprend : prélever l'échantillon à tester dans le sac d'échantillon → couper la zone adhésive de l'échantillon à une taille de 20 mm × 50 mm → prélever de la colle avec une seringue (comme illustré sur la figure 1) → déposer de la colle sur la zone désignée → étaler la colle uniformément avec un compte-gouttes propre → aligner et fixer le dos du papier avec la zone collée → appuyer avec un dispositif de thermoscellage (comme illustré sur la figure 2) → poser à plat et laisser reposer pendant 30 minutes → décoller manuellement complètement les deux surfaces collées. → évaluer visuellement si les fibres du papier sont endommagées.

Figure 1 Aspiration manuelle du gel

Figure 2 Presse de scellage à chaud

Après analyse, le processus de fonctionnement entièrement manuel ci-dessus présente les problèmes suivants :

(1) Faible efficacité : les tests uniques en laboratoire prennent trop de temps, le processus complet prenant environ 35 minutes. Après une demande d'inspection, l'attente d'un retour d'information est longue, ce qui ne peut pas répondre aux besoins de surveillance de la production en temps réel-.

(2) Risques pour la sécurité : certaines étapes de test impliquent des équipements de chauffage, et le fonctionnement manuel comporte des risques de brûlures et des risques électriques.

(3) Précision insuffisante : les méthodes de test actuelles sont relativement grossières. Le contrôle de la quantité de colle repose sur l'expérience de l'opérateur, et l'uniformité du revêtement ne peut pas être garantie, ce qui entraîne une faible précision des données de test, ce qui rend difficile un contrôle qualité raffiné.

(4) Taux de réinspection élevé : l'ensemble du processus est effectué manuellement et les étapes clés (comme le grattage de la colle, l'alignement et le pressage) sont sujettes à des erreurs, entraînant l'échec de l'expérience. Le taux de réinspection atteint 50 %, ce qui non seulement augmente la charge de travail, mais gaspille également les ressources de test.

En résumé, les méthodes de test manuelles traditionnelles ne conviennent plus aux exigences de l'industrie moderne des paquets de cigarettes en matière de contrôle qualité précis et efficace. Il existe un besoin urgent de développer un dispositif de test automatisé et standardisé pour éliminer fondamentalement les interférences humaines.

Solution et principes techniques

01/ Objectifs de recherche et approche globale

Pour résoudre les problèmes ci-dessus, notre équipe de projet s'est fixé l'objectif de développement suivant : développer un dispositif de test des performances des adhésifs du papier d'emballage qui standardise et automatise le processus de test, contrôle efficacement la quantité et l'uniformité de la colle appliquée, garantit un pressage à chaud sûr et ferme et améliore considérablement l'efficacité des tests et la fiabilité des données. L'approche technique globale consiste à intégrer des fonctions telles que le grattage, le transfert, le chauffage et le pressage de la colle dans un seul appareil, convertissant ainsi les opérations manuelles dispersées en un processus automatisé continu ; obtenir un contrôle précis des paramètres clés du processus grâce à une structure mécanique précise ; et éliminer les facteurs humains grâce à des procédures opérationnelles standardisées.

02/ Conception structurelle de l'appareil

Le dispositif de test des performances des adhésifs du papier d'emballage développé appartient au domaine de la technologie de collage d'emballages et comprend principalement trois modules fonctionnels, comme le montre la figure 3.

Figure 3 Dispositif de test des performances des adhésifs du papier d'emballage (à gauche : diagramme schématique, à droite : appareil réel)

(1) Base : sert de plate-forme de support pour l'ensemble du dispositif, intégrant l'installation du mécanisme de grattage, du mécanisme de roulement et du mécanisme de stratification. Il garantit que le positionnement spatial de chaque module fonctionnel est précisément coordonné, permettant ainsi des processus de test continus.

(2) Mécanisme de grattage : utilisé pour gratter l'excès de colle du bac à brosse à colle dans le bac de trop-plein et niveler la colle. Ce mécanisme est doté d'un dispositif précis de réglage de l'espace du grattoir pour contrôler l'épaisseur de la couche de colle dans une plage prédéfinie, garantissant ainsi une épaisseur uniforme et constante.

(3) Mécanisme de roulement : utilisé pour presser le papier d'emballage sur la couche de colle après grattage, transférant ainsi la colle sur le papier. Le mécanisme est contrôlé par une unité d'entraînement qui garantit que le rouleau applique une vitesse et une pression constantes, éliminant ainsi les fluctuations de vitesse et la pression inégale causées par le roulement manuel.

(4) Mécanisme de laminage : utilisé dans les tests d'adhésif pour appliquer une pression et un temps de laminage contrôlés au papier qui a été collé et transféré vers l'auge de laminage, simulant le processus de laminage dans la production réelle d'impression et d'emballage. Ce mécanisme comprend un module de chauffage électrique pour contrôler avec précision la température et le temps de pressage.

03/ Processus de test standardisé

Sur la base du dispositif développé, le processus de test standardisé suivant a été établi :

(1) Échantillonnage : Au moins 5 feuilles doivent être échantillonnées par lot. Les échantillons doivent être plats, intacts, exempts de collage et répondre aux exigences de taille d'au moins 300 mm × 300 mm. Chaque échantillon doit indiquer le sens du grain du papier et les côtés recto/verso, et être scellé dans un sac.

(2) Conditionnement en température et en humidité : les échantillons doivent être conditionnés dans les conditions spécifiées dans GB/T 10739 pour éliminer les influences environnementales sur les résultats.

(3) Découpe d'échantillons : coupez les échantillons en échantillon 1 (98 mm × 42 mm) et en échantillon 2 (98 mm × 50 mm), en vous assurant que le côté long (98 mm) est parallèle à la direction du grain pour assurer la cohérence avec la direction de la force pendant la production réelle.

(4) Injection de colle : utilisez un distributeur de colle pour prélever une quantité mesurée de colle de test et l'injecter dans le réservoir de colle à points du module d'application de colle.

(5) Grattage de colle : le grattoir gratte automatiquement l'excès de colle autour du réservoir de points dans le bac de trop-plein et le nivelle, formant une couche de colle uniforme.

(6) Application de colle : placez l'échantillon 1 (98 mm × 42 mm) dans le module d'application de colle avec le recto du papier vers le haut. Démarrez le mécanisme de roulement pour presser l’échantillon sur la couche de colle nivelée à vitesse et pression constantes, garantissant ainsi un transfert uniforme de colle.

(7) Adhésion : retirez l'échantillon 1 collé et placez-le dans la rainure du module de chauffage électrique du module de liaison, côté colle vers le haut, aligné avec la face avant de l'échantillon 2. Réglez la température du module de chauffage électrique et démarrez le dispositif de presse à chaud - pour presser l'échantillon 1 et l'échantillon 2 ensemble.

(8) Installation de l'échantillon : prélevez l'échantillon collé du dispositif d'application de colle. Insérez une extrémité de l'échantillon 2 dans la fente fixe du testeur de pelage et fixez l'autre extrémité de l'échantillon 1 avec le dispositif de traction.

(9) Test de pelage : comme le montre la figure 4, utilisez un angle de pelage de 150 degrés et une vitesse de test de 600 mm/s avec le dispositif de traction. Enregistrez la courbe de force de pelage et déterminez le mode de défaillance (défaillance de la fibre de papier ou défaillance de l’interface de la couche de colle).

Figure 4 Test de pelage d’un paquet de cigarettes

04/ Percées technologiques clés

Cet appareil a réalisé des avancées technologiques dans les trois domaines suivants :

(1) Conception intégrée : en intégrant les trois modules fonctionnels principaux -grattage de colle, roulage et laminage-dans une seule base, il standardise l'ensemble du processus d'expérimentation sur les performances des adhésifs, y compris l'application de colle, le nivellement de la couche adhésive, le transfert de colle et le laminage, éliminant ainsi les erreurs entre les étapes.

(2) Contrôle précis des paramètres : le mécanisme de grattage garantit que la couche adhésive est d'épaisseur uniforme (erreur inférieure ou égale à 0,01 mm) ; le mécanisme de roulement, entraîné par un système d'asservissement, contrôle les rouleaux pour transférer l'adhésif à une vitesse et une pression constantes, avec une précision de vitesse de ±0,1 mm/s et une précision de pression de ±0,5N ; le mécanisme de stratification peut ajuster avec précision la pression de stratification (± 1 N), la température (± 1 degré) et le temps (± 0,1 s), simulant avec précision les conditions de production réelles.

(3) Fonctionnement standardisé : toutes les opérations sont définies via une interface homme-machine, et après un démarrage en un-clic, l'ensemble du processus est terminé automatiquement. Cela élimine complètement les défauts causés par une opération manuelle, tels qu'une quantité de colle inexacte, une application inégale, un papier mal aligné ou un pressage insuffisant, garantissant ainsi la répétabilité et la comparabilité des résultats des tests. La comparaison du processus de test avant-et-après est présentée dans la figure 5.

Figure 5 Comparaison des processus d'inspection avant et après amélioration



Efficacité technique et analyse des données



01/ Analyse d'amélioration de l'efficacité



Après plusieurs validations pratiques et tests pratiques, l'appareil a considérablement amélioré l'efficacité de l'inspection. Le temps total d'inspection par passage a été réduit de 2 057 secondes dans les méthodes manuelles traditionnelles à 442 secondes, augmentant ainsi l'efficacité du travail de 365,38 %. Le taux de réussite de l'ensemble du processus d'inspection a atteint 100 % et le taux de ré-inspection est passé de 50 % à 0, réduisant considérablement l'intensité de travail du personnel de test.



02/ Précision et fiabilité de la détection



Évaluation du client : « Cet appareil est scientifiquement et raisonnablement conçu, facile à utiliser, très précis et très stable. Il surmonte efficacement les problèmes tels que le décalage de détection et le biais des données rencontrés dans les méthodes d'inspection manuelle précédentes, fournissant ainsi un soutien technique solide à nos efforts visant à renforcer le contrôle qualité de l'adhésif pour papier d'emballage. »



03/ Améliorations de la sécurité



Les tests manuels traditionnels utilisent des thermoscelleuses et d'autres équipements de chauffage présentant des risques de brûlures et de sécurité électrique. Cet appareil intègre le module de chauffage dans un mécanisme composite fermé, doté d'une protection d'isolation thermique et d'un contrôle automatique de la température, de sorte que les opérateurs n'ont pas besoin de toucher les composants à haute température-, éliminant ainsi complètement le risque de brûlure.



Avantages sociaux et valeur de la candidature



01/ Bénéfices économiques directs



Ce dispositif peut réduire efficacement le taux de pertes de rebuts et de retouches dans la production d'emballages en prévoyant à l'avance les effets de collage du papier. Selon les estimations, si ce dispositif est promu dans l'ensemble de l'industrie, le taux de rebut de produits finis causé par des problèmes d'adhésif dans les entreprises d'emballage peut être réduit d'une moyenne de 5,7 % à moins de 2 %. Dans le même temps, une efficacité améliorée des inspections peut permettre d’économiser une quantité importante de coûts de main-d’œuvre, réduisant ainsi les coûts de main-d’œuvre par inspection d’environ 80 %.



02/ Rôle de leadership technologique



Le fonctionnement standardisé de cet appareil peut mesurer les performances de liaison de différents types de colle, sélectionner et adapter efficacement les formulations de colle pour les processus spécialisés de papier, d'encre et de stratification des paquets de cigarettes, raccourcir le cycle de R&D pour la sélection de la colle et l'amélioration de la formulation, résoudre avec précision les problèmes pratiques tels que le décollage, le gauchissement, le débordement de colle et l'adhésion dans la production de paquets de cigarettes, et établir un système d'évaluation pour la compatibilité de la colle et du papier pour paquets de cigarettes.



03/ Synergie de la chaîne industrielle



Le projet adopte un modèle de recherche commun à l’ensemble de la chaîne industrielle, intégrant la R&D sur les colles en amont, l’impression et la production de paquets de cigarettes en aval, ainsi que les fabricants d’emballages de cigarettes en aval dotés de ressources techniques, de talents et d’équipements. Il élimine les barrières informationnelles et techniques à chaque étape, formant un système d'optimisation technique de chaîne complète-, depuis les matières premières jusqu'aux produits finis, conduisant l'industrie globale des paquets de cigarettes vers plus d'efficacité, de précision et d'intelligence, et améliorant la compétitivité de base de l'industrie.



04/ Contribution à la normalisation industrielle



Ce projet a permis de développer avec succès le premier dispositif de test des performances des adhésifs pour papier d'emballage du pays, réalisant ainsi une première dans l'industrie. Pour répondre aux spécifications techniques unifiées requises par différentes entreprises et instituts de test du secteur, l'équipe du projet a standardisé les résultats de la recherche, favorisé les percées techniques et l'amélioration de la qualité des cartons pliants et des matières premières et auxiliaires (papier) dans l'industrie de l'emballage et de l'impression, et a amélioré l'allocation coordonnée et les capacités d'innovation des entreprises en amont et en aval.



À l'avenir, l'équipe de recherche continuera à optimiser le niveau d'intelligence du dispositif, à développer un système de jugement automatique basé sur la vision industrielle, à réaliser des tests de performances d'adhésifs entièrement automatisés et à explorer l'extension de l'application du dispositif à d'autres matériaux d'emballage (tels que les plastiques et les feuilles métalliques) pour les tests de performances d'adhésion, contribuant ainsi davantage à l'innovation technologique en matière d'inspection de qualité dans l'industrie de l'emballage.