Nhân viên cửa hàng lấy một túi giấy từ kệ, đổ đầy hàng tạp hóa vào đó và đưa cho khách hàng. Chỉ mất năm giây. Các công nhân chưa bao giờ nghĩ rằng bản thân các túi được lắp ráp cùng một lúc, nhưng hết máy này đến máy khác đã thực hiện 14 chuyển động cơ học phối hợp. cácmáy làm túi giấy mua sắm tự độngsẽ cuộn một cuộn giấy kraft liên tục thành một chiếc túi mua hàng thành phẩm có tay cầm và đáy kín. Từ 150 đến 300 bao một phút. Quá trình này nghe có vẻ đơn giản-in, gấp, dán, cắt. Nhưng kỹ thuật đằng sau những bước này thì không. Hiểu được sự thay đổi này sẽ tiết lộ lý do tồn tại của chiếc máy này, những hạn chế về vật liệu mà nó phải giải quyết và các quy định mới về-loại nhựa sử dụng một lần đã thay đổi vị trí của nó trong bao bì toàn cầu như thế nào.

Tại sao máy móc lại quan trọng: Từ cuộn giấy đến bán lẻ

Túi giấy đã thay thế túi mua sắm bằng nhựa ở nhiều nơi sau Chỉ thị-Sử dụng Nhựa Duy nhất của Liên minh Châu Âu và sau đó là Quy định về Chất thải Bao bì và Bao bì đặt ra mục tiêu giảm thiểu nghiêm ngặt đối với túi đựng bằng nhựa nhẹ. Một nghiên cứu so sánh vòng đời trong Nghiên cứu hiện tại về tính bền vững môi trường cho thấy túi mua sắm bằng giấy có nguy cơ ô nhiễm đại dương thấp hơn nhiều và có thể tái chế nhiều hơn khi hết thời gian sử dụng so với túi mua sắm bằng nhựa mà mọi người tái sử dụng hơn ba lần, mặc dù sử dụng nhiều năng lượng hơn trong sản xuất. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu quả của túi giấy-tốc độ sản xuất mỗi túi và lượng nguyên liệu được sản xuất-ảnh hưởng trực tiếp đến việc tác động tổng thể của túi giấy đến môi trường có mang tính cạnh tranh hay không. Hiệu quả này phụ thuộc vào chính máy.Máy làm túi giấy mua sắm tự độngs kết hợp năm bước thủ công riêng biệt từng được yêu cầu thành một dòng duy nhất. Điều này giúp giảm lãng phí nguyên liệu khoảng 30 đến 40 phần trăm và loại bỏ tắc nghẽn lao động, duy trì sản lượng ở mức khoảng 20 bao của thiết bị bán{4}}tự động mỗi phút.

Thành phần: Giấy Kraft và nhu cầu kết cấu của nó

Mỗi túi trên máy bắt đầu bằng một cuộn giấy kraft lớn. Giấy này thường nặng 70-120g mỗi mét vuông. Bột giấy kraft xuất phát từ quá trình sunfat. Nó cung cấp chất xơ chắc chắn vì phương pháp nấu duy trì độ dài của chuỗi cellulose trong khi áp dụng phương pháp có kiểm soát để chiết xuất lignin. Nghiên cứu trên Tạp chí Khoa học Vật liệu cho thấy giấy kraft bị rách cục bộ do biến dạng khi chịu tải. Điều này có nghĩa là áp suất tích tụ trong một phạm vi hẹp trước khi vỡ. Do đó, độ bền tải của túi không phụ thuộc vào độ bền tấm trung bình mà phụ thuộc vào phần yếu nhất. Những phát hiện này có ý nghĩa trực tiếp đối với cách chế tạo máy móc. Giấy phải được nạp, nhàu và gấp lại mà không tạo ra các điểm căng thẳng cục bộ mà sau này trở nên vô hiệu do trọng lượng của hàng tạp hóa. Ví dụ, bánh xe gấp của máy sẽ ép bộ origami. Chúng làm vừa đủ để làm suy yếu các liên kết sợi trong đường đó bằng một nếp gấp gọn gàng, nhưng không đến mức làm giảm độ bền của khu vực xung quanh. Sự cân bằng giữa khả năng gập lại và độ bền kết cấu là thách thức kỹ thuật đầu tiên mà máy phải giải quyết.

Bước 1: Kiểm soát giãn nở và căng thẳng

Cuộn lớn, thường nặng hơn 500 kg, đi vào trục thủy lực khi máy khởi động. Bộ tháo cuộn điều khiển bằng servo sẽ kéo giấy về phía trước với lực căng ổn định. Nếu căng thẳng thay đổi, nó có thể dẫn đến những vấn đề sau này trong cuộc sống. Thiết kế in thay đổi, đường nhăn di chuyển và cắt không nhất quán. Nghiên cứu của IEEE về hệ thống truyền động servo cho máy đóng gói tự động cho thấy điều khiển servo đa trục đồng bộ đã giảm sai số vị trí xuống dưới 0,1 mm khi di chuyển đồng bộ. Mức độ chính xác này là cần thiết để giữ cho đường gấp di chuyển trên lưới giấy rộng 350mm với tốc độ 200m mỗi phút. Bộ con lăn nhảy múa cùng với bộ đo áp suất sẽ đo độ căng trong thời gian thực và gửi tín hiệu trở lại bộ điều khiển servo. Nếu lực căng giảm, nhả mô tơ và tăng tốc. Nếu lực căng tăng lên thì động cơ sẽ chậm lại. Sau đó, tệp sẽ chuyển sang phần tiếp theo bằng phẳng, không bị giãn và căn chỉnh hợp lý.

Bước 2: In Flexographic

Trước khi tờ giấy trở thành một chiếc túi, nó sẽ có logo của cửa hàng, tuyên bố màu xanh lá cây hoặc dấu hiệu tuân thủ. Một đơn vị in flexo được làm bằng cao su hoặc tấm photopolymer. Nó phủ giấy chuyển động bằng mực nước. Mực dưỡng ẩm là sự lựa chọn hàng đầu cho túi giấy. Chúng đáp ứng các giới hạn phát thải VOC đối với các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) theo quy định của EU. Chúng cũng có thể được ngâm trong sợi kraft thay vì đọng lại trên bề mặt. Bằng cách này, mực sẽ không bị phai khi sử dụng túi nilon. Nghiên cứu của Clausius Press về các loại mực-làm từ nước chức năng dành cho bao bì cho thấy rằng các loại mực dẻo được làm từ nước-được sản xuất tốt mang lại độ sâu màu và khả năng chống trầy xước như mực dung môi. Điều này hoạt động khi giá trị hấp thụ nước của giấy kraft nằm trong khoảng từ 25 đến 35 gam trên một mét vuông. Bộ phận in sử dụng cảm biến thẻ quang để căn chỉnh các tấm của nó với giấy. Những cảm biến này đọc các dấu chấm đăng ký được in sẵn. Họ điều chỉnh thời gian của xi lanh tấm trong thời gian thực để giải quyết mọi vấn đề về độ căng của web hoặc

sự co rút.

Bước 3: Giảm cạnh và gấp-trước

Sau khi in, giấy bị nhăn. Bánh xe xoay với các đường gân nổi lên được ép vào giấy để khớp với nếp gấp ở bên hông và đường gấp ở đáy túi. Quăn không cắt. Nó thay đổi hình dạng của sợi dọc theo một đường hẹp. Điều này tạo ra một bản lề--dễ gập mà quan trọng nhất là sẽ không bị nứt. Nghiên cứu về giấy kraft cho thấy độ sâu nếp nhăn phải được xác định theo độ dày và trọng lượng của giấy. Nếu nếp gấp quá sâu thì độ bền kéo ở nếp gấp giảm 60%. Nếu quá nông, nếp gấp sẽ bật ra sau mà không giữ được một góc.Máy làm túi giấy mua sắm tự độngsửa chữa bánh xe nhăn có thể điều chỉnh. Độ sâu thâm nhập của chúng được xác định bởi-bộ truyền động được điều khiển bằng servo. Chúng có thể được điều chỉnh theo loại giấy được chọn trên màn hình điều khiển màn hình cảm ứng của máy.

Bước 4: Gấp miếng vải bên hông và tạo hình ống

Bây giờ, tờ giấy bị nhàu sẽ chuyển sang phần hình ống-. Hai chiếc máy cày gấp lật tấm đường may bên vào trong dọc theo các đường gấp. Điều này làm giảm chiều rộng của tấm web phẳng từ khoảng 350 mm xuống dạng ống gấp rộng khoảng 100 mm với các khe hở 30 mm ở mỗi bên. Đồng thời, vòi keo theo chiều dọc dọc theo mép giấy đặt một đường keo nóng chảy. Vòng cổ sau đó được tạo thành để quấn các cạnh được liên kết xung quanh cạnh đối diện. Điều này tạo ra một ống niêm phong liên tục, gọi là túi. chiều rộng chồng chéo thường là 10-15 mm. Nó phải đủ lớn để keo dính vào nhau hai lớp mà không bị khô. Nhưng nó phải đủ nhỏ để tránh đường may phồng lên đáng chú ý trên túi thành phẩm. Keo nóng chảy dùng để làm túi giấy có gốc polyolefin. Ở nhiệt độ ứng dụng từ 160 đến 180 độ C, chúng hoạt động trong vòng chưa đầy hai giây. Chúng được chọn vì chúng duy trì độ bền liên kết ở nhiệt độ và độ ẩm được bảo quản.

Bước 5: Cắt và tạo nếp gấp trước{1}}dưới đáy

Các ống liên tục nổi lên từ vòng đệm đã định hình dưới dao quay. Con dao này cắt nó thành các ống có chiều dài khác nhau. Mỗi cái là một cái hộp không đáy. Thời gian cắt quyết định chiều cao của túi. Đồng bộ hóa servo đảm bảo rằng vết cắt nằm giữa các thiết kế in ấn và không xuyên qua logo. Thiết bị tạo nếp gấp phía dưới sau đó sẽ ép các đường gấp ngang vào cạnh dưới của ống. Các đường phác thảo các nếp gấp ở phía dưới: một ở phía trước, một ở phía sau và hai đường chéo trên các nếp gấp ở các đường nối bên. Hình dạng của những nếp gấp này quyết định đáy túi cuối cùng là hình chữ nhật phẳng (được gắn chặt vào kệ) hay đáy thuôn nhọn (dễ làm hơn nhưng kém ổn định hơn). Tùy chọn đáy phẳng-yêu cầu các đường gấp chéo ở bốn góc chính xác. Điểm giao nhau của chúng phải thẳng hàng trong phạm vi 0,5 mm. Nếu chúng không thẳng hàng, đáy sẽ không bằng phẳng và bị xẹp xuống dưới sức nặng.

Bước 6: Gấp đáy và niêm phong

Sự phức tạp của máy đóng túi hoàn toàn tự động nằm ở trạm đúc đáy. Các ngón tay robot và thanh dẫn gấp được áp dụng cho ống-gấp trước theo một thứ tự nhất định. Họ gập tấm mặt trước xuống, gấp các hình tam giác hình tam giác vào trong, gấp tấm mặt sau lên trên nếp gấp và ấn phẳng phần đáy hình chữ nhật thu được. Đầu phun keo thứ hai sẽ bôi keo vào nếp gấp trước khi đóng lại mặt sau. Điều này niêm phong cấu trúc ở phía dưới. Phần dưới của nếp gấp đi qua con lăn ép. Con lăn đặt áp suất liên kết keo theo thời gian lưu cần thiết.

Chất lượng gấp của đáy quyết định trực tiếp đến khả năng chuyên chở của túi vải. Đáy phẳng kín trải đều trọng lượng thẳng đứng trên cả bốn tấm tường. Đáy kém kín sẽ dồn toàn bộ tải trọng lên đường nối keo, đây là điểm yếu nhất. Tiêu chuẩn kiểm tra cấu trúc túi giấy ISO quy định rằng một chiếc túi thành phẩm phải vượt qua bài kiểm tra thả rơi tĩnh với tải trọng 0,8 m và 5 kg mà không bị hỏng đường may. Đây là điểm chuẩn mà trạm dưới cùng của máy phải đạt được ở tốc độ sản xuất một cách đáng tin cậy.

Bước 7: Xử lý phụ kiện

Túi mua sắm cần phải được xử lý. Có hai cách sản xuất nội tuyến chính: tay cầm dây giấy cuộn và tay cầm băng giấy phẳng. Quá trình xử lý xoắn được thực hiện trong một đơn vị duy nhất, hoạt động cùng một lúc. Thiết bị quay hai mảnh giấy kraft thành một sợi dây, cắt chúng thành các đoạn dài rồi định hình chúng thành hình chữ U{3}}. Một cánh tay tùy chọn sẽ di chuyển từng vòng đến mép trên của túi. Ở đó, keo dán phần cuối của tay cầm vào bên trong miệng túi. Tay cầm phẳng đơn giản hơn. Máy đục lỗ ở hai khe ngang gần nắp túi và luồn một dải giấy đã cắt sẵn qua khe. Sau đó gấp các đầu của băng dính vào trong và dán chúng lại với nhau.

Dù bằng phương pháp nào, tay cầm phải được đặt đều trong phạm vi 1mm. Nếu tay cầm không đối xứng thì trọng tâm của túi sẽ chịu lực. Điều này làm nghiêng túi và làm đổ nội dung bên trong. Các quy định về độ căng của tay lái theo tiêu chuẩn an toàn đóng gói quốc gia thường yêu cầu mỗi tay cầm phải chịu được tải trọng tĩnh từ 8 đến 12 kg mà không cần rời khỏi túi.

Bước 8: Xuất, đếm và liên kết

Bao thành phẩm được vận chuyển từ máy đến băng chuyền. Điều này cung cấp cho một trạm đếm và đóng gói. Cảm biến quang học đếm từng túi. Khi đạt đến số lượng gói đã đặt-thường là 50 hoặc 100 -, bộ xếp chồng bằng khí nén sẽ liên kết chúng lại với nhau. Sau đó bọc nó trong giấy hoặc dây nhựa. Sau đó, các kiện hàng được bó lại sẽ được chuyển đến khu vực đóng gói để đóng gói và vận chuyển.

Dữ liệu sản xuất được ghi lại PLC của máy. Điều này bao gồm số lượng túi, số lượng chất thải, nhật ký nhiệt độ dính, lịch sử vị trí servo. Dữ liệu được gửi đến hệ thống kiểm soát trung tâm để theo dõi chất lượng. Một nghiên cứu về kiểm soát dây chuyền đóng gói tự động trên Tạp chí MMSE đã xác nhận rằng việc ghi dữ liệu dựa trên PLC đã giảm 70% thời gian điều tra lỗi so với nhật ký thủ công. Điều này là do mỗi lỗi có thể bắt nguồn từ một trục servo, cảm biến nhiệt độ hoặc vòi phun keo cụ thể tại một thời điểm cụ thể.

Khoa học vật liệu ở ngã tư đường

Máy không thể được thiết kế nếu không có giấy mà nó sử dụng. Đặc tính vật lý của giấy kraft-độ bền kéo, khả năng chống rách, khả năng chống uốn và độ nhạy với độ ẩm-hạn chế việc thiết lập từng máy. Khoa học nghiên cứuTrực tiếp vào các đặc tính của giấy kraft đã chỉ ra rằng độ ẩm trên 7% làm giảm độ bền kéo từ 15 đến 20%, khiến các nếp nhăn không ổn định. Đó là lý do tại sao độ ẩm tương đối trong phòng sản xuất luôn ở mức từ 45% đến 55%. Nghiên cứu tương tự cho thấy sự thay đổi tích cực hoặc âm 5% về trọng lượng cơ bản trong một khối lượng lớn. Điều này có nghĩa là các nếp gấp và bộ phận dính của máy phải xử lý các độ cứng giấy khác nhau mà không cần thay đổi thủ công. Đây là nơi điều khiển thích ứng dựa trên servo thay thế cam cơ cố định của máy cũ. Thay vì cài đặt cứng nhắc giả định độ dày của giấy,máy làm túi giấy mua sắm tự độngs điều chỉnh độ sâu nếp gấp, lượng keo và áp lực gấp trong thời gian thực. Nó dựa trên các cảm biến độ dày được đặt trên trạm tháo cuộn.

Áp lực pháp lý và sự phát triển thể chế

Quy định về chất thải bao bì và đóng gói của EU, có hiệu lực từ năm 2025, đặt ra các mục tiêu nội dung tái chế bắt buộc đối với bao bì giấy. Đến năm 2027, 30% chất xơ sẽ cần được tái chế và đến năm 2027, tỷ lệ chất xơ tiếp xúc với thực phẩm sẽ tăng lên 65%. Sợi kraft tái chế ngắn hơn và kém bền hơn sợi mới. Điều này làm cho giấy ít bị kéo hơn và có nhiều biến đổi hơn.Máy làm túi giấy mua sắm tự độngĐối với giấy tái chế phải mở rộng ứng dụng của chất kết dính, làm sâu các đường gấp để bù cho các nếp gấp và tăng tần số hiệu chỉnh servo để giải quyết những thay đổi về độ căng lớn hơn.

Polaris Market Research dự đoán rằng quy mô thị trường túi giấy toàn cầu sẽ đạt khoảng 9,8 tỷ USD vào năm 2034. Điều này phần lớn là do 127 quốc gia cấm-túi nhựa sử dụng một lần vào năm 2026. Sự gia tăng này đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều nhu cầu hơn về máy có thể xử lý giấy tái chế với tốc độ tương đương với giấy thô. Đây là một thách thức kỹ thuật mà các hệ thống thích ứng trợ động-ngày nay được xây dựng để giải quyết.

Máy móc là hệ thống, không phải lắp ráp

Việc mô tả từng bước riêng biệt có thể khiến máy trông giống như một chuỗi gồm nhiều bộ phận khác nhau. Nhưng đó không phải là trường hợp. Mười bốn hành động cơ học- nới lỏng, kéo giãn, in, tạo nếp, tạo nếp nhăn, dán sọc, dạng ống, cắt, tạo nếp gấp đáy, tạo nếp nhăn đáy, bịt kín đáy, kết nối tay cầm, đếm, đóng gáy- được thực hiện dưới sự điều khiển servo phối hợp. Thời gian của họ phải được kiểm soát đến mili giây. Nếu tốc độ servo được nới lỏng tăng thêm 0,5 phần trăm và servo cắt không được điều chỉnh, mỗi túi vải sẽ quay nhanh hơn bình thường 1,5 mm. Nếu nhiệt độ vòi phun giảm 10 độ, phần đệm đáy của mỗi túi sẽ không đông cứng hoàn toàn trong 3 giây tiếp theo. Máy hoạt động vì PLC của nó chạy mọi thứ như một hệ thống chứ không phải vì mỗi máy trạm thực hiện công việc của nó. Sự phối hợp đó-một chiến thắng kỹ thuật thực sự{14}}đang biến một cuộn giấy thành một chiếc túi mua hàng với tốc độ 200 đơn vị mỗi phút. Mỗi túi đều giống nhau, một cái trước, một cái sau.

Tài liệu tham khảo
-So sánh vòng đời của túi mua sắm bằng nhựa với túi đựng bằng nhựa và giấy.Nghiên cứu hiện tại về tính bền vững môi trường, ScienceDirect, 2024.
-Đánh giá-vòng đời của các loại nhựa sử dụng một lần bị cấm-và các lựa chọn thay thế của chúng.Tái chế MDPI, 2024.

Đặc tính kéo của giấy dưới tốc độ tải cao.Tạp chí khoa học vật liệu, Mùa xuân, 2024.
-Tối ưu hóa giấy kraft dựa trên xenlulo-từ hỗn hợp sợi thô và tái chế.Tạp chí sợi tự nhiên, Taylor & Francis, 2025.
- Thiết kế hệ thống truyền động servo Máy móc đóng gói tự động.IEEE Xplore, 2024.
Các tính chất vật lý{0}}hóa học, nước, nhiệt và cơ học của giấy kraft dùng cho các ứng dụng đóng gói.Khoa họcTrực tiếp, 2025.
-Đánh giá so sánh-vòng đời của bao bì nhựa và giấy dành cho sản phẩm thực phẩm khô.Tạp chí chu trình vật liệu và quản lý chất thải, Mùa xuân, 2024.
Hiệu suất của mực chức năng gốc nước{0}}và ứng dụng của chúng trong in bao bì.Báo chí Clausius, 2024.
Nghiên cứu công nghệ trọng điểm điều khiển tự động dây chuyền sản xuất bao bì.Tạp chí MMSE, Scholink, 2024.
Quy định về chất thải bao bì và bao bì của EU (PPWR), Quy định (EU) 2025/40.
Quy mô, thị phần và dự báo tăng trưởng của thị trường túi giấy, 2034 •Nghiên cứu thị trường Polaris*, 2026