Thế giới đang dần tránh xa đồ nhựa-sử dụng một lần. Điều này đã thay đổi ngành ống hút uống trong vòng chưa đầy mười năm. Các quy tắc ngày càng chặt chẽ hơn ở Châu Âu, Bắc Mỹ và một số khu vực ở Châu Á. Vì vậy, các nhà sản xuất đã phải làm việc nhanh chóng để thay đổi dây chuyền sản xuất của họ. Kết quả là một bộ máy đặc biệt biến giấy cuộn thành ống hút chắc chắn, hoạt động được. Trong số các máy này, máymáy làm ống hút giấy vátcó vị trí đặc biệt của riêng nó. Điều này không phải do ống hút được hình thành như thế nào. Đó là do cách cắt rơm.
Điều gì làm nên sự khác biệt của máy làm ống hút giấy vát
Hầu hết các máy làm ống hút giấy đều sản xuất ống hút-cắt thẳng. Ống được quấn, dán và cắt vuông góc với trục của nó. Điều đó phù hợp với các quầy bán nước ngọt và sữa lắc, nhưng lại gặp khó khăn với hộp nước trái cây, đồ uống dạng túi và hộp đựng đồ uống kín. Đầu cắt thẳng-có thể trượt khỏi điểm đâm thủng. Nó có thể gấp lại. Nó có thể không xuyên qua được giấy bạc nhiều lớp hoặc màng nhựa bọc kín gói nước trái cây.
Máy làm ống hút giấy vát giải quyết vấn đề này bằng cách cắt ống hút theo một góc. Góc xiên tạo ra một đầu nhọn-không đủ sắc để gây nguy hiểm nhưng đủ thon để tập trung lực vào một điểm duy nhất. Điều đó biến ống hút thành một công cụ xỏ lỗ chức năng. Nguyên tắc tương tự làm cho bút chì nhọn dễ viết hơn bút chì cùn.
Quy trình sản xuất trong thực tế
Quá trình cắt góc xiên nằm ở cuối một chuỗi sản xuất dài hơn. Để hiểu được vai trò của máy, nó giúp theo dõi toàn bộ trình tự từ nguyên liệu thô đến thành phẩm.
Bước 1: Tháo cuộn giấy và tạo lớp
Sản xuất bắt đầu với cuộn giấy. Đây thường là ba-kết cấu lớp: lớp bên trong, lớp giữa và lớp bên ngoài. Mỗi lớp có thể sử dụng một loại giấy khác nhau. Lớp bên trong tiếp xúc với đồ uống thường là giấy kraft hoặc giấy sulfite cấp thực phẩm. Lớp bên ngoài có các thiết kế in-logo, hoa văn hoặc màu sắc thương hiệu.
Giấy đi qua một giá tháo cuộn và được đưa vào trạm dán. Chất kết dính gốc nước, thường là các công thức gốc tinh bột biến tính hoặc alginate{2}}, được áp dụng theo các mẫu được kiểm soát. Chất kết dính phải làm ướt bề mặt giấy mà không thấm qua. Các tiêu chuẩn TAPPI về khả năng thẩm thấu của chất kết dính gốc nước-trong chất nền dạng sợi cung cấp các điểm tham chiếu hữu ích giải thích lý do tại sao điều này lại quan trọng-sự thâm nhập quá nhiều sẽ làm suy yếu liên kết; quá ít sẽ tạo ra ống hút có khả năng phân hủy chất lỏng.
Bước 2: Cuộn dây xoắn ốc
Giấy gấp-được đưa vào trục cuốn. Đây là trục kim loại-thường là thép không gỉ, thường có bề mặt được đánh bóng hoặc phủ để chống bám dính. Giấy được quấn quanh trục gá theo hình xoắn ốc. Góc cuộn xác định độ dày thành ống hút và mật độ kết cấu.
Quá trình quấn xoắn ốc đã được nghiên cứu nhiều trong các bài báo chế tạo ống composite. Các nghiên cứu trên Composites Part A và các tạp chí tương tự khác đã xem xét góc quấn, lực căng và tốc độ xử lý keo phối hợp với nhau như thế nào. Và những điều này quyết định độ bền của ống cuối cùng. Mặc dù những nghiên cứu đó tập trung vào vật liệu tổng hợp tiên tiến, nhưng cơ chế cơ bản -sức căng-vị trí dây tóc được kiểm soát và sự cố kết chất kết dính-có liên quan trực tiếp đến việc quấn ống hút bằng giấy.
Bước 3: Sấy khô và bảo dưỡng
Một khi bị thương, ống vẫn chưa ổn định. Chất kết dính vẫn còn hoạt động. Trục gá chứa đầy rơm-đi qua khu vực sấy khô. Ở những đường-tốc độ cao, đây có thể là một đường hầm-nóng không khí nóng hoặc một đoạn sưởi ấm bằng tia hồng ngoại. Mục tiêu là đưa chất kết dính đến trạng thái đông kết cuối cùng mà không làm-làm khô giấy quá mức. Giấy-khô sẽ trở nên giòn; chất kết dính chưa khô sẽ tạo ra ống hút mềm trong vòng vài phút sau khi tiếp xúc với chất lỏng.
Máy làm ống hút giấy vát có thể tích hợp bước sấy khô này hoặc có thể nhận các ống-sấy khô trước từ máy cuộn ngược dòng. Cấu hình phụ thuộc vào việc dao cắt vát là một bộ phận độc lập hay một phần của dây quấn-và-cắt kết hợp.
Bước 4: Cắt vát
Đây là hoạt động xác định. Ống rơm khô được đưa vào trạm cắt. Không giống như máy cắt-thẳng sử dụng máy chém hoặc lưỡi quay đơn giản vuông góc với trục ống, trạm cắt góc xiên có góc cạnh.
Lưỡi cắt-thường là dao quay tốc độ cao-hoặc máy chém góc điều khiển-điều khiển bằng servo-cắt xuyên qua ống theo một góc đã đặt. Các góc vát phổ biến nằm trong khoảng từ 15 đến 45 độ, tùy thuộc vào ứng dụng dự định. Góc dốc hơn tạo ra đầu nhọn hơn nhưng làm giảm tính toàn vẹn mặt cắt ngang của bức tường rơm ở mép cắt. Góc nông hơn sẽ bảo tồn được nhiều cấu trúc tường hơn nhưng tạo ra đầu xuyên kém hiệu quả hơn.
Vết cắt phải sạch. Các mép giấy bị rách hoặc nát ở góc xiên sẽ ảnh hưởng đến cách thức hoạt động cũng như hình thức của ống hút. Vì vậy, các nhà thiết kế máy khắc phục điều này bằng một số cách. Họ chọn vật liệu lưỡi phù hợp (thường là thép công cụ cứng hoặc cacbua vonfram). Họ sử dụng một kế hoạch để giữ cho lưỡi dao sắc bén. Và họ kẹp chặt ống hút trong quá trình cắt.
Bước 5: Hủy-trục gá và Bộ sưu tập
Sau khi cắt, ống hút phải được lấy ra khỏi trục gá. Trong một số thiết kế, trục gá là một trục cố định và ống hút được đẩy ra bằng hệ thống phóng bằng khí nén hoặc cơ học. Ở những trường hợp khác, bản thân trục gá là một trục gá có thể thu vào-một tập hợp các phần tử được phân đoạn thu gọn vào trong để nhả ống hút.
Ống hút thải ra được thu gom, thường thông qua máng dẫn vào thùng thu gom hoặc lên băng tải để đóng gói ở cuối dòng.
Những cân nhắc kỹ thuật trong thiết kế máy
Một số thông số thiết kế xác định liệu máy làm ống hút giấy vát có hoạt động đáng tin cậy trong sản xuất hay không.
Độ chính xác góc cắt. Góc vát phải nhất quán trên mỗi ống hút trong quá trình sản xuất. Các góc không nhất quán tạo ra ống hút xuyên qua không nhất quán-một số sẽ đâm thủng hộp nước trái cây một cách sạch sẽ, số khác sẽ trượt khỏi bề mặt. Trạm cắt điều khiển bằng servo hiện nay phổ biến ở các máy-cao cấp hơn vì chúng cho phép điều chỉnh góc chính xác mà không cần cấu hình lại cơ học.
Tuổi thọ và bảo trì của lưỡi dao. Giấy cắt bị mài mòn. Ngay cả với vật liệu làm lưỡi có chất lượng-cao, hiện tượng xuống cấp ở cạnh vẫn xảy ra. Một số máy kết hợp hệ thống thông báo thay thế hoặc lập chỉ mục lưỡi cắt tự động. Những người khác dựa vào lịch trình của nhà điều hành. Sự khác biệt thể hiện ở tính nhất quán về chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất lâu dài.
Thông lượng và đồng bộ hóa. Cắt xiên thường là bước-hạn chế tốc độ trong quá trình sản xuất ống hút. Cuộn dây có thể nhanh chóng; sấy khô có thể song song; nhưng việc cắt-đặc biệt là cắt góc đòi hỏi phải định vị ống hút chính xác-có thể trở thành nút thắt cổ chai. Máy móc hiện đại giải quyết vấn đề này bằng các đầu cắt nhiều{6}}trạm quay cùng với nguồn cấp rơm, cho phép cắt liên tục thay vì cắt gián đoạn.
Khả năng tương thích vật liệu. Không phải tất cả giấy đều hoạt động giống nhau khi được cắt góc cạnh. Giấy có hàm lượng sợi-sợi ngắn cao (chẳng hạn như giấy có nhiều bột bạch đàn) có thể bị nát khác với giấy kraft gỗ mềm sợi dài-. Các cài đặt của máy phù hợp với một loại giấy có thể tạo ra các góc xiên bị rách trên một loại giấy khác. Đây là một lý do khiến việc thử nghiệm sản xuất là thông lệ tiêu chuẩn khi đánh giá chất lượng của một nhà cung cấp giấy mới.
Bối cảnh rộng hơn: Hiệu suất và Nhận thức
Ống hút giấy vát nằm ở điểm giao nhau giữa chức năng và sự chấp nhận của người tiêu dùng. Ống hút giấy cắt thẳng-có đủ chức năng cho nhiều ứng dụng, nhưng nó không tái tạo trải nghiệm người dùng như ống hút nhựa xuyên qua hộp kín. Đầu vát khôi phục trải nghiệm đó.
Nghiên cứu về mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với ống hút giấy đã xác định được một số phàn nàn thường xuyên: cảm giác miệng (vị hoặc kết cấu của giấy), lỗi cấu trúc (ống hút bị xẹp hoặc bong tróc) và các hạn chế về chức năng (không thể xuyên thủng hộp đựng kín). Ống hút cắt vát-trực tiếp giải quyết vấn đề thứ ba trong số này. Bản thân nó không giải quyết được hai vấn đề đầu tiên-đòi hỏi những tiến bộ trong công thức giấy, chất kết dính hóa học và mật độ cuộn dây.
Các nghiên cứu đánh giá vòng đời (LCA) của ống hút uống, bao gồm cả những nghiên cứu so sánh giấy với nhựa sinh học PLA và với polypropylen, luôn phát hiện ra rằng hiệu quả môi trường của ống hút phụ thuộc rất nhiều vào các giả định về-thời gian sử dụng{1}}. Ống hút giấy không được ủ phân hoặc tái chế có ít lợi thế hơn so với ống hút nhựa được đốt để thu hồi năng lượng. Cơ chế cắt là một thành phần trong hệ thống lớn hơn này-nó cho phép định dạng sản phẩm nhưng lợi ích môi trường phụ thuộc vào điều gì xảy ra sau khi ống hút rời khỏi dây chuyền sản xuất.
Ứng dụng và phân khúc thị trường
Ống hút giấy cắt vát-thường được kết hợp với hộp nước trái cây và đồ uống dạng túi. Định dạng này là tiêu chuẩn tại các thị trường Châu Âu, nơi áp lực pháp lý đối với đồ nhựa-sử dụng một lần tăng nhanh hơn so với nhiều khu vực khác. Ở Bắc Mỹ, hình thức này đã thu hút được sự chú ý khi các thương hiệu dịch vụ thực phẩm lớn chuyển sang sử dụng ống hút nhựa để đáp ứng áp lực của người tiêu dùng và các quy định của thành phố.
Ngoài bao bì đồ uống, ống hút cắt vát-xuất hiện trong bối cảnh cung ứng y tế và phòng thí nghiệm, trong đó đầu nhọn rất hữu ích để tiếp cận các hộp đựng mẫu kín. Chất nền giấy tương thích với các chương trình chứng nhận khả năng phân hủy (chẳng hạn như EN 13432 ở Châu Âu hoặc ASTM D6400 ở Hoa Kỳ), phù hợp với các tổ chức có yêu cầu mua sắm bền vững được chính thức hóa.
Tài liệu tham khảo
- Báo chí TAPPI. Các phương pháp hữu ích của TAPPI: Chất kết dính và độ bền liên kết trong chất nền làm từ sợi-. Tiêu chuẩn TAPPI, Atlanta, GA.
- Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu. EN 13432: Yêu cầu đối với bao bì có thể phục hồi thông qua quá trình ủ phân và phân hủy sinh học. CEN, Bruxelles, 2000.
- ASTM Quốc tế. ASTM D6400: Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn về ghi nhãn nhựa được thiết kế để làm phân trộn hiếu khí tại các cơ sở công nghiệp hoặc thành phố. ASTM, Tây Conshohocken, PA.
- Sjöström, E. Hóa học gỗ: Ấn bản cơ bản và ứng dụng. 2. Nhà xuất bản Học thuật, San Diego, 1993. (Các chương về cấu trúc giấy và liên kết sợi liên quan đến tính toàn vẹn của tường rơm.)
- Mangalam, AS, và cộng sự. “Hiệu ứng định hướng sợi trong ống composite dạng vết thương dưới tác dụng nén dọc trục.” Vật liệu tổng hợp Phần A: Khoa học ứng dụng và sản xuất, Tập. 40, Số 7, 2009, trang. 1142–1152. (Cơ học cuộn dây liên quan đến việc hình thành ống rơm.)
- Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Quản lý vật liệu bền vững: Hàng hóa không bền, bao gồm cả bao bì. EPA, Washington, DC.
- Ủy ban Châu Âu. Chỉ thị (EU) 2019/904 về việc giảm tác động của một số sản phẩm nhựa đến môi trường. Tạp chí chính thức của Liên minh Châu Âu, 2019.