Экструзионная машина для производства листовой упаковки для пищевых продуктов: полное руководство для покупателя по безопасному крупносерийному производству

А Экструзионная машина для производства листов для упаковки пищевых продуктов  — это не просто еще одно оборудование на вашем заводе. Это привратник между вашим необработанным полимером и одноразовыми подносами, раскладушками и крышками, которые будут соприкасаться с едой на обеденных столах по всему миру. Если вы неправильно зададите параметры экструзии, вы столкнетесь с ошибками при миграции, бракованными партиями и головной болью с точки зрения регулирования, которую ни один менеджер по качеству не захочет объяснять крупной розничной сети.

 

В JWELL мы потратили более двух десятилетий на создание экструзионных систем для переработчиков, поставляющих продукты питания мировых брендов. Мы знаем разницу между машиной, которая просто работает, и машиной, которая стабильно производит листы, пригодные для термоформования, с жестким контролем толщины, нулевым риском загрязнения и полным соответствием требованиям к контакту с пищевыми продуктами. В этом руководстве вы узнаете, что действительно важно при выборе экструзионной машины для производства листов пищевого качества для вашего следующего расширения.

 

1. [Чем отличается экструзионная машина для производства листовой упаковки для пищевых продуктов?]

2. [Существенные аспекты составления листа о контакте с пищевыми продуктами]

3. [Основные характеристики машин, которые покупатели часто упускают из виду]

4. [Соответствие требованиям, касающимся контакта с пищевыми продуктами, и нормативным требованиям]

5. [Интеграция с термоформованием и последующими процессами]

6. [Распространенные производственные дефекты и способы их предотвращения]

7. [Общая стоимость владения: помимо покупной цены]

8. [Часто задаваемые вопросы]

 

Что отличает экструзионную машину для производства листовой упаковки для пищевых продуктов?

 

Стандартные линии экструзии листов созданы для промышленного применения, где выделение газов, выщелачивание присадок или легкий перенос запаха не имеют значения. Экструзионная машина для производства листовой упаковки для пищевых продуктов работает в совершенно других условиях. Каждая поверхность, контактирующая с расплавом, должна быть безопасной для пищевых продуктов. Футеровки ствола, покрытия винтов, поверхности матрицы и даже система охлаждающих валков нуждаются в сертификации материалов, соответствующей утвержденным спискам контактных смол.

 

Сама конструкция винта является важным отличием. Пищевые полимеры, такие как ПП, ПЭТ и УПП, ведут себя при сдвиге иначе, чем обычные материалы, используемые в строительстве или вывесках. Барьерный шнек общего назначения разрушает термочувствительные добавки, создает застойные зоны, в которых смола может перегреваться, и производит лист с непостоянной прочностью расплава. Вот почему специально созданная машина для термоформования листов ПП использует градуированную степень сжатия, оптимизированную L/D и геометрию барьерного слоя, специально настроенную для кинетики кристаллизации полипропиленовых лотков для пищевых продуктов.

 

Детализация контроля температуры является еще одним не подлежащим обсуждению вопросом. Лист контакта с пищевыми продуктами требует стабильности между зонами в пределах плюс-минус один градус Цельсия. Любое превышение температуры может привести к аддитивному разложению, пожелтению или образованию олигомеров, которые позже не пройдут тест на миграцию. В системах JWELL используются двойные контуры ПИД-регулятора с керамическими ленточными нагревателями и принудительным воздушным охлаждением в каждой зоне ствола, чтобы поддерживать стабильность даже во время набора мощности и изменения уклона.

 

Рекомендации по материалам для листа, контактирующего с пищевыми продуктами

 

Не каждый полимер, который можно экструдировать в лист, следует использовать для упаковки пищевых продуктов. Выбор материала определяет всю конфигурацию машины, от зазора матрицы до конструкции стопки охлаждающих валков.

 

Полипропилен не зря доминирует на рынке одноразовых пищевых контейнеров. Он обеспечивает превосходную защиту от влаги, хорошую прозрачность для рандом-сополимеров и совместимость с микроволновыми и морозильными камерами. Но ПП быстро кристаллизуется. Если температура охлаждающих валков не установлена ​​точно, вы получите чрезмерное помутнение, плохую степень вытяжки при термоформовании и неравномерную толщину стенок готового лотка. Линия экструзии листов одноразовой пищевой тары требует трехвалковой вертикальной или наклонной каландровой установки с независимым контролем температуры на каждом валке, обычно работающей в диапазоне от 15 до 60 градусов Цельсия в зависимости от марки полипропилена и скорости линии.

 

ПЭТ-лист для упаковки пищевых продуктов — совсем другое дело. Требуется контроль кристаллизации, чтобы предотвратить хрупкое разрушение во время термоформования. Это означает более высокие температуры охлаждающих валков, более низкую скорость линии по отношению к толщине и часто наличие встроенного кристаллизатора или системы сушки перед экструзией, чтобы поддерживать уровень влажности ниже 50 частей на миллион перед экструзией. Для ПЭТ также требуются вентилируемые цилиндры или двухшнековые конструкции, вращающиеся в одном направлении, чтобы выдерживать более высокие температуры обработки и требования по обращению с ацетальдегидом.

 

HIPS остается популярным для изготовления лотков для мяса и контейнеров для гастрономов, где непрозрачность и контроль затрат имеют большее значение, чем термостойкость. Ключевой проблемой, связанной с HIPS, является целостность резиновых частиц. Чрезмерный сдвиг во время экструзии разрушает полибутадиеновую фазу, снижая ударную вязкость и создавая хрупкий лист, который трескается во время термоформования с использованием пробки.

 

Ключевые характеристики машины, которые покупатели часто упускают из виду

 

Большинство отделов закупок сравнивают диаметр шнека, мощность двигателя и максимальную производительность. Эти цифры имеют значение, но они не дают полной картины о том, действительно ли машина будет производить листы, безопасные для пищевых продуктов, день за днем.

 

Фильтрация расплава  – это то, чего не хватает многим линиям. Лист, контактирующий с пищевыми продуктами, не переносит гели, нерасплавленные частицы или фрагменты деградировавшего полимера. Минимум является прочный сменщик сеток непрерывного действия с фильтрующим пакетом размером от 60 до 100 меш. Для ПЭТ высокой чистоты или тонкого ПП некоторые процессоры работают с сеткой 120 или более мелкой. Устройство смены сит должно быть оборудовано байпасом с регулируемым давлением, чтобы предотвратить скачки давления, которые могут привести к искажению толщины листа во время цикла замены.

 

Конструкция штампа  определяет однородность толщины по всей машине. Матрица для вешалок с регулировкой гибкой кромки входит в стандартную комплектацию, но обработка внутреннего канала потока имеет огромное значение для пищевой промышленности. Отполированный до Ra 0,4 микрометра или выше, коллектор матрицы должен устранить любые мертвые зоны, в которых смола может застаиваться и разлагаться. Отложения деградировавшей смолы, часто называемые «слезами штампа», в конечном итоге вырвутся на свободу и создадут поверхностные дефекты, которые сделают лист непригодным для прямого контакта с пищевыми продуктами.

 

Целостность поверхности охлаждающих валков  редко проверяется во время заводских приемочных испытаний, но это следует делать. Любая точечная коррозия, задиров или коррозия на рулонах с зеркальной полировкой перейдет непосредственно на поверхность листа. Для упаковки пищевых продуктов это не просто косметическая проблема. Дефекты поверхности задерживают бактерии, нарушают целостность уплотнений и вызывают утечки в системах с заполнением и уплотнением.

 

Контроль натяжения посредством тяги и намотки  влияет на стабильность мотовила. Плохой контроль натяжения приводит к образованию телескопических валков, переплетению кромок и калибрующим лентам, которые нарушают работу автоматических систем подачи на линиях термоформования. Современные экструзионные машины для производства листов для упаковки пищевых продуктов используют систему управления натяжением с помощью танцора или тензодатчика с обратной связью по замкнутому контуру для поддержания постоянного натяжения полотна независимо от увеличения диаметра рулона.

 

Соответствие требованиям, касающимся контакта с пищевыми продуктами, и нормативным требованиям

 

Именно здесь инженерное дело соответствует нормам и где обходные пути становятся дорогостоящими.

 

Любая экструзионная машина для производства листов пищевого качества должна быть изготовлена ​​из конструкционных материалов, соответствующих Регламенту ЕС 10/2011, FDA 21 CFR 177 и соответствующим ограничениям миграции для целевого рынка. Это звучит просто, пока вы не осознаете, что соответствие требованиям каскадно распространяется на каждую подсистему. Сплав гильзы ствола, болты матрицы, подшипники качения, пневматические шланги для автоматических измерительных систем и даже смазочные материалы, используемые на намоточных ножах, — все это должно быть оценено на предмет случайного риска контакта с пищевыми продуктами.

 

Соответствие HACCP все чаще требуется крупными производителями продуктов питания и компаниями, занимающимися упаковкой. Ваша экструзионная линия должна поддерживать анализ опасностей в критических контрольных точках. Это означает мониторинг и регистрацию температуры для каждой тепловой зоны, обнаружение металла после намоточного устройства и документированные процедуры переключения, которые предотвращают перекрестное загрязнение при работе с пищевыми и непищевыми продуктами. Линии JWELL в стандартной комплектации поставляются с полной записью данных о температуре на USB или в SCADA предприятия, поскольку аудиторы будут запрашивать эти записи.

 

Пределы миграции проверяются на готовом листе, а не на машине. Но машина определяет, пройдете ли вы. Конкретные пределы миграции для таких добавок, как антиоксиданты, скользящие агенты и зародышеобразователи, рассчитываются на основе отношения площади поверхности, контактирующей с пищей, к массе пищи, содержания жира в типе пищи, а также температуры и продолжительности контакта. Если температура вашей экструзии слишком высока или распределение времени пребывания слишком широкое, продукты разложения добавок могут привести к тому, что результаты вашего теста на миграцию превысят нормативный порог. Хорошо спроектированная машина для экструзии листов для упаковки пищевых продуктов сводит к минимуму термическую историю и обеспечивает стабильность процесса, позволяющую оставаться в безопасных пределах от партии к партии.

 

Конструкция, соответствующая требованиям FDA, также распространяется на электрические и пневматические шкафы. Конденсат внутри корпусов управления может капать на поверхности, контактирующие с продуктом. Именно по этой причине корпуса с классом защиты IP и вентиляцией с положительным давлением являются стандартными для конструкций, предназначенных для пищевых продуктов.

 

Интеграция с термоформованием и последующими процессами

 

Экструзия листов редко является последним этапом. Большинство упаковочных листов для пищевых продуктов подаются непосредственно в поточное или автономное оборудование для термоформования. Экструзионная машина должна производить лист, который может фактически использовать термоформовщик.

 

Листы для термоформования имеют определенные окна механических свойств. Баланс ориентации между машинным направлением и поперечным направлением должен контролироваться посредством коэффициента вытяжки при вытягивании и поведения растяжения, придаваемого во время каландрирования. Если вы переориентируетесь в направлении машины, ваши термоформованные чашки расколются по углам. Неправильная ориентация приведет к чрезмерному провисанию материала во время фазы нагрева, что приведет к истончению стенок.

 

Стабильность ширины имеет значение для систем автоматической подачи. Термоформовочная машина, использующая полотно шириной 720 миллиметров, не может справиться с изгибом или выпуклостью кромок, из-за которых лист смещается от центра. Это означает, что вашей экструзионной линии необходимы прецизионные ножи для обрезки кромок, антистатическая обработка для предотвращения притягивания пыли и часто направляющая для центрирования полотна перед намоточным устройством.

 

Для переработчиков, использующих экструзионную машину для термоформования листов ПП в составе полностью интегрированной линии, поточная термоформовка исключает этапы перемотки и размотки. Это экономит рабочую силу и снижает риск загрязнения, но требует стабильности производительности экструзии в пределах двух процентов. Любой скачок производительности экструдера приведет к образованию диапазонов толщины, которые приводят к переменной толщине стенок формуемых лотков. Компания JWELL решает эту проблему с помощью конструкции питающего горловины с канавками и насосов расплава, которые изолируют матрицу от пульсации шнека.

 

Распространенные производственные дефекты и как их избежать

 

Даже при наличии подходящей машины производство контактных листов с пищевыми продуктами сопряжено с трудностями, которые могут разрушить производственный цикл, если не принять меры заранее.

 

Гели и «рыбий глаз»  представляют собой продукты деградации полимера или нерасплавленные фрагменты, которые проявляются в виде твердых пятен на листе. В упаковке пищевых продуктов они неприемлемы, поскольку могут пробить барьерную пленку, создать пути утечки или показаться потребителям посторонними веществами. Основной причиной обычно является неадекватная фильтрация расплава, неправильные температурные профили барабана или загрязненный переизмельченный материал. Надежный насос расплава и устройство непрерывной смены сит решают проблему фильтрации. Профилирование температуры и конструкция шнека решают проблему плавления.

 

Мутность и плохая прозрачность  мешают лоткам для пищевых продуктов из ПП и ПЭТ там, где потребитель ожидает увидеть продукт. Мутность полипропилена часто возникает в результате медленного охлаждения, которое приводит к образованию крупных сферолитов. Вашему пакету охлаждающих валков необходима достаточная охлаждающая способность для быстрой закалки листа. Проблемы прозрачности ПЭТ обычно связаны с гидролитической деградацией, вызванной влажностью, или недостаточным сохранением IV во время обработки. Контроль кристаллизации – это все, что касается ПЭТ.

 

Полосы на калибре  создают различия в толщине, которые проявляются в виде ряби на термоформованных деталях. Причиной являются либо помпаж экструдера, либо температурный дрейф болтов матрицы, либо неравномерность температуры охлаждающих валков. Современные автоматические системы контроля толщины с ядерными или инфракрасными датчиками и моторизованными матрицами могут исправить это в режиме реального времени, но в первую очередь должна быть обеспечена механическая и термическая стабильность линии.

 

Перенос запаха и вкуса  — это тип неисправности, который выявляют лабораторные испытания перед отправкой, но только в том случае, если вы проверяете его. Остаточные мономеры, испорченные добавки или загрязнения от предыдущих партий непищевых продуктов могут придать неприятный привкус упакованным продуктам. Защитными средствами являются выделенные линии для пищевой промышленности, тщательные протоколы очистки и испытания на экстракцию летучих веществ.

 

Общая стоимость владения: помимо покупной цены

 

Наклейка на экструзионную машину для производства упаковочных листов для пищевых продуктов представляет собой только вступительный взнос. В течение десятилетнего жизненного цикла потребление энергии, процент брака, время простоя и доступность запасных частей будут доминировать в вашей фактической стоимости килограмма готового листа.

 

Энергоэффективность начинается с привода экструдера. Векторные приводы переменного тока с рекуперативным торможением восстанавливают энергию во время замедления и снижают расходы на пиковую нагрузку. Изоляционные кожухи ствола сокращают потери тепла на излучение до сорока процентов, что не только экономит средства, но и улучшает температурную стабильность в среде предприятия.

 

Уровень брака — это то, из-за чего производство, контактирующее с пищевыми продуктами, становится дорогим. Непищевой лист с дефектами поверхности иногда можно продать со скидкой. Лист контакта с пищевыми продуктами с любым отклонением от спецификации обычно отправляется на свалку. Это делает согласованность процессов самым большим рычагом повышения рентабельности. Машина с жестким замкнутым контуром управления окупается только за счет сокращения брака.

 

Срок поставки запасных частей может привести к тому, что вы остановитесь на несколько недель, если вы зависите от поставок за границу критически важных изнашиваемых деталей, таких как винты, цилиндры и кромки матрицы. Именно по этой причине JWELL поддерживает региональные запасы запасных частей. Когда ваша линия осуществляет своевременную упаковку пищевых продуктов, время простоя измеряется потерей клиентов, а не просто потерянными часами.

 

Наконец, подумайте о гибкости будущих оценок. Рынок упаковки для пищевых продуктов смещается в сторону перерабатываемых мономатериалов и полимеров на биологической основе. Машина, которая сегодня может работать только с одним сортом полипропилена, может устареть через пять лет. Модульная конструкция матрицы, взаимозаменяемая геометрия шнеков и модернизируемые системы управления защищают ваши капиталовложения от изменений на рынке.

 

Часто задаваемые вопросы

 

Каков типичный диапазон производительности экструзионной машины для производства листовой упаковки для пищевых продуктов?

 

Для одношнековой линии с диаметром шнека 120 миллиметров ожидается производительность от 300 до 500 килограммов полипропиленового листа в час при стандартной толщине от 0,3 до 1,2 миллиметра. Конфигурации с двумя шнеками или совместной экструзией могут выдавать значительно более одной метрической тонны в час в зависимости от структуры слоев.

 

Может ли одна машина работать с листами, контактирующими с пищевыми продуктами, из ПП и ПЭТ?

 

Технически да, но практически это риск. Температуры обработки различаются более чем на пятьдесят градусов Цельсия, а конструкции шнеков и матриц оптимизированы для работы с различной вязкостью расплава. Большинство серьезных переработчиков используют специальные линии для каждого семейства полимеров, чтобы избежать перекрестного загрязнения и обеспечить соответствие требованиям к контакту с пищевыми продуктами без исчерпывающих очисток при переналадке.

 

Какой допуск по толщине мне следует требовать?

 

Для листов, пригодных для термоформования, допустимо значение плюс-минус три процента поперек полотна для лотков общего назначения. Для закрывающей пленки или высокоэффективных барьерных применений требуется два процента или выше. Линии JWELL с автоматическим контролем ширины регулярно удерживают два процента даже на скорости выше тридцати метров в минуту.

 

Как проверить соответствие новой линии требованиям по контакту с пищевыми продуктами?

 

Запросите у производителя машины полную сертификацию материалов для всех поверхностей, контактирующих с продуктом. После ввода в эксплуатацию проведите производственные испытания и отправьте полученный лист в сертифицированную лабораторию для общего и специального миграционного тестирования в соответствии с протоколами ЕС 10/2011 или FDA, применимыми к вашему целевому рынку.

 

Лучше ли встроенное термоформование, чем автономное?

 

Inline исключает необходимость манипуляций и снижает риск загрязнения, но при этом скорость экструзии согласовывается с циклом термоформования. Автономный режим обеспечивает гибкость планирования и позволяет запускать несколько термоформовочных машин на одной экструзионной линии. Правильный выбор зависит от вашего объема, ассортимента продукции и планировки завода.

 

Какие интервалы технического обслуживания следует планировать?

 

Проверка винтов и цилиндров каждые четыре тысячи часов работы. Замена уплотнения устройства смены сит каждые две тысячи часов. Ежегодный осмотр поверхности охлаждающих валков. Частота очистки матрицы зависит от используемого полимера и длины пробега, но при непрерывной работе планируйте полную разборку и полировку не реже двух раз в год.

 

Нужна ли мне чистая комната для экструзии листов, контактирующих с пищевыми продуктами?

 

Не обязательно наличие чистой комнаты фармацевтического класса, но фильтрация с положительным давлением, ограниченный доступ и регулярный мониторинг окружающей среды становятся стандартными требованиями крупных пищевых брендов. Пыль, насекомые и переносимые по воздуху загрязняющие вещества недопустимы при упаковке пищевых продуктов, и дизайн вашего экструзионного цеха должен это отражать.