浅谈绿色设计在包装机械行业中的应用

黄迪

摘 要：随着环境问题的日益严重，绿色设计作为以节约资源和保护环境为产品设计理念，强调人与自然的和谐共存，因此受到越来越多制造企业的重视。文章主要阐述在包装机械行业中绿色设计发展的必要性、发展趋势和相关的绿色包装中机械关键技术，最后运用绿色设计的理念以及关键技术对传统涂布机的设计进行部分的改进。

关键词：绿色设计；包装机械；涂布

中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）29-0012-03

随着世界经济的发展，一场绿色变革浪潮正在席卷全球。纵观世界绿色文明的发展趋势，21世纪必将成为“绿色世纪”。

在现代包装工业生产包装产品中最主要的技术设备是包装机械，伴随着高新技术在包装机械行业的日益渗透，由于人们不断开发新产品，淘汰旧产品，而且在消耗资源进行生产的同时，废弃物延续不断增加，极大的污染了环境，所以，在包装机械行业发展绿色制造势在必行，它将是开往“春天”的地铁。

1 绿色设计概述

1.1 绿色设计的基本内容

绿色制造，又称环境意识制造，它的目标是使产品在从设计、制造、包装、运输、报废的整个产品生命周期中，对环境的影响最小，是一个考虑环境影响和资源效率利用的现代制造模式。其技术体系包括绿色设计、绿色工艺、绿色材料、绿色处理、绿色包装五个方面。

1.2 包装机械在发展绿色设计中的必要性

包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。常见的包装机械如充填机、封口机、复卷机、模切机等。

从市场容量上看，美国的市场调查报告中称，到2007 年，美国的包装工业总产值占国民经济总产值的3%，欧洲包装机械的市场总值将由2000年的46亿美元增长至65亿美元，而我们中国包装机械年产值约在100亿美元左右，市场潜力巨大。

因此，可以看出，包装机械市场容量大，然而，在包装机械行业中新科技的不断渗透，新产品源源不断的被开发出来，同时，淘汰旧产品，从而积累了大量行业的废弃物，环境不堪重负。因此，一场绿色革命必将爆发。

1.3 绿色设计在包装机械行业中的发展趋势

包装机械装备更新换代的主要特点是：智能化、绿色化。

智能化即进一步提高包装机械装备和生产线的可靠性、安全性、无人作业性等自动化水平。

绿色化将作为时代的主题将广泛应用于包装机械设计、制造、生产、回收的各个环节中。绿色设计在包装机械行业中的发展重点在节能减排、功能多样、绿色原材料等几个方面。

2 绿色包装机械设计的关键技术

2.1 绿色包装在机械设计关键技术的体系

根据包装机械绿色设计原则对包装机械进行设计时，即资源、能源利用原则、“零污染”原则、技术先进原则等，可以从结构、材料、工艺等技术层面上进行设计，其中包含的一些关键技术有：多元化、弹性化设计、模块化设计、可拆卸设计、均衡寿命设计、人机工程设计、集成化设计、面向材料的包装机械设计技术、包装机械的制造工艺设计等，如图1所示。

2.2 绿色包装在设计结构上的关键技术

绿色包装机械的结构设计不仅要满足进行产品包装功能的基本要求，还应考虑提高资源利用率。其具体原则为：是产品具有多元化、弹性化的功能；简化设计，应尽量减少零件；采用具有不同功能的零件，减少零件的数量，以达到减少资源消耗；应优化机构设计，使产品“小型化”，提高材料的利用率。

2.2.1 多元化及弹性化设计

为适应市场需求要求包装机具有多元化以及弹性化等多种切换功能。多元化机型的应用不仅节约了成本，更提高了资源的利用率。对于包装机械来说可从开发多形状包装机、多料态、多种基材袋包装机来进行多元化设计。

2.2.2 模块化的设计

在一定范围内，对不同规格、功能的产品进行功能分析上，划分和设计出一系列的功能模块，并通过功能模块的选择、组合构成了不同的产品，从而达到满足市场的需求的称为模块化设计。模块化的设计都是由若干个具有一定功能的子部件构成的。

2.2.3 可拆卸设计

一台机器当运行到一定程度时，不可避免的要进行拆卸和维修，只有拥有优良的可拆卸性才能实现的材料回收和再利用，以达到减少污染、保护环境的目的。

作为一个包装机械的研发人员，应重视优良可拆卸性设计，了解获取包装机械结构在拆卸方面有可能存在的不足，并提出相应的设计目标、结构方案。

2.2.4 均衡寿命设计

对包装机械而言，不可能满足每个零部件拥有相同或相似的使用寿命。所以，在设计开发时，应考虑使某一些模块具有较长的寿命，而设备中易于损坏的模块应设计成易于更换的结构，涉及到安全的模块在设计时应考虑设计成易于检测和维修的结构。

2.3 绿色包装的设计在控制上的关键技术

如果说结构设计是对一台机械产品的骨骼设计的话，那么对控制系统的设计就是对其大脑及神经的规划。对于包装机械而言，在其控制系统方面也可以从人机工程和一体化两方面来进行绿色设计。

2.3.1 人机工程的设计

优化包装机械的人机系统即人机工程的设计，比如，在进行包装机械的设计时，不仅要求包装机械本身有满意的精度，而且要适于人的使用习惯，以便识别和操作；设计的操作环境应尽量适合于人的工作需要，使包装机械设计达到人机系统优化的最佳效率。

2.3.2 一体化设计

包装机械是集合机、电、气、光、生、磁于一体的机械电子设备，是现代包装工业的骨干。

在进行包装机械的绿色设计时，实现机电一体化控制，着力提高包装机械的自动化程度，着力于提高包装机械的稳定性和可靠性，将包装机械的研发与计算机紧密结合。

2.4 面向材料包装机械设计的技术

面向材料的设计技术是在产品的全生命周期中的每一阶段里，以材料对环境的影响为控制目标，在实现产品功能要求的同时，拥有达到对环境污染最小和资源消耗最少的绿色产品设计技术。

2.5 包装机械的制造工艺设计

绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，结合控制技术、材料科学等新技术的先进制造工艺技术，采用合理的新型加工方法，优化包装机械的工艺方案，使生产过程的废料最少化；采用合适的包装机械生产工艺，提高能源利用率；在包装机械的生产过程中应尽量减少产生对环境和操作者有危害的物质。

3 涂布机的改进设计

3.1 涂布机的系统组成及其工作原理

涂布机是在材料表面上涂布定量粘合剂或涂料等液体高分子材料的机械，就是把胶涂在薄膜上。它属于包装、印刷行业的印前设备。

涂布机的种类比较多，其系统组成一般包括自动放卷、收卷装置、张力检测和控制系统、张动纠偏导向机构和烘干系统等。

在涂布机的垂直支撑臂上装有涂布机构两端，通过皮带、链条或电缆的传动，使得涂布机构完成上下运动。连接在伺服或变频电机上的传动机构，使其操作平稳，精确控制涂布机构的位置。

涂布前，在涂布机前面或侧面装入清洁绷好网的网版，当网版处于正确的位置时，气动夹紧装置或机械式夹紧装置随即闭合，锁定网版。安装完网版灌入相应的感光乳剂后，即可开始涂布。根据设备所具有的功能，设备可同时对丝网的两面进行涂布。

其主要工作流程是：放卷→涂胶→贴合→烘干→收卷。

3.2 涂布机机构上的改进

在涂布机的结构设计方面，绿色包装机械设计的一些关键技术，可以在多个方面去改进，如：

3.2.1 自动换卷、接纸装置代替手工换卷、接纸装置

任何涂布机在使用过程中，都涉及到纸卷的更换。当无自动接纸装置的涂布机在更换纸卷时，必然有个从减速、停机、引纸、升速到上料的过程，其中在换卷后还涉及到重新调整幅度、涂布量等问题，这些调整不可避免的会降低生产效率和资源的浪费。

采用一自动换卷、接纸装置（如图2所示），由纸幅张力检测装置，新纸卷加速系统，双纸卷回转式退纸架，接纸装置等部件组成。在涂布机主机全速运行时，通过光电检测机械动作，将正在运行的纸幅从即将退卷完成的旧卷准确的切换到新纸卷上，同时通过PLC实现整机各个分部的自动连锁动作。

在整个换卷、接纸过程中，除了需要人工上纸卷、做接头标签等之外，其余都是通过PLC程序控制、光电开关来控制顺序动作，只需要按一下启动按钮即可实现连锁控制，这样既不需要减速、停机、加速，又降低了劳动强度，还保证了接纸的成功率，消除了设备和操作人员的安全隐患。

3.2.2 喷射式上料装置取代上料辊

将传统的上料辊用一个喷射式上料装置代替的话，一方面可以使涂布机在较高的速度下运行，减少基材断头，提高基材的清洁度，改善机器运行状况；另一方面，可以生产出更好、更均匀的被涂件，具体表现在涂料更好地覆盖在基材上，更好的光泽度并且基材不会出现遗漏涂布的现象。

3.2.3 横幅可自动调节的新的智能刮刀梁代替现有的刮

刀梁

将现有的刮刀梁改成横幅可自动调节的新的智能刮刀梁即是对涂布头刮刀梁的改造。由于不均匀的横幅涂布量使得传统的涂布头刮刀梁很容易产生达不到质量要求的损纸，由此经常发生断纸现象，而在更换刮刀片或断纸后，横幅的恢复时间太长。由于涂料在纸页上的湿条痕得不到有效的干燥，在涂布机干燥器中的纸幅容易产生皱折，涂料容易粘着在烘缸及辊子上。

损纸都会在出现在以上这几种情况中，从而降低纸机的生产效率。涂布机、压光机和复卷机的运行性能会受到不缙云的横幅涂布量的影响，超级压光机的辊子也不得不频繁更换。而经过改造后的刮刀梁可自动调节横幅涂布量，避免了因不均匀横幅涂布量引发的不良现象。

3.3 涂布机在生产原材料上的改进

涂布机是在材料表面上涂布定量粘合剂或涂料等液体高分子材料的机械，主要目的是将胶涂到薄膜上，所有的涂布机进行生产加工，都必须用到粘胶剂。然而，溶剂聚氨酯的分子量一般从几万到几十万，没有溶剂时粘度很大，常温下达到上百万毫帕.秒（mPa.s），无法直接涂布，所以常规方法是借助有机溶剂溶解稀释到可涂布的粘度。可是，有机溶剂大多数具有脂溶性，除经消化道和呼吸道进入机体内外，尚可经完整的皮肤迅速吸收，有机溶剂吸收入人体后，将作用于富含脂类物质的神经、血液系统，以及肝肾等实质脏器，同时对皮肤和粘膜也有一定的刺激性。可引起呼吸道炎症、过敏性皮炎、湿疹等，甚至可能会引发白血病。

因此，利用有机溶剂粘胶剂对操作人员环境都会造成不同程度的危害，根据绿色设计的理念和“零污染”的原则，是坚决摒弃的。因此，无溶剂复合机的研发成为解决这一问题的有效途径。

无溶剂复合机是用无溶剂胶粘剂把几种基材相互结合，经过熟化处理后，将基材牢固结合在一起的加工方法。它的特点就是使胶粘剂的固态含量是100%，不含任何溶剂，并且还少了烘干这一工序，环保。

其原理是利用加热将无溶剂聚氨酯胶粘剂变为粘度低的可流动的液体，能适合无溶剂复合机的涂布。因为无溶剂聚氨酯的分子间吸引力大（可形成氢键），在常温下粘度很高，当温度升高时，氢键断裂，粘度下降，加温使粘度降到可涂布的粘度。但温度过高，胶粘剂内部反应速度加快，也会造成涂布困难和涂布不均匀。因此要确定涂布的最佳温度，并保持最小的温度差。

4 结 语

环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题，特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，最有效的利用资源和废弃物的零排放才是治本之道，因此，“绿色制造”应运而生。作为绿色制造技术体系的核心——绿色设计的作用尤其突出。

包装机械产品具有生产和使用的双重属性，实行绿色设计尤为重要。包装机械的“绿化”应该主要从机械结构的“绿化”、控制系统的“绿化”、材料的“绿化”、生产工艺的“绿化”四方面来进行设计和分析。

从绿色设计理念和技术应用于涂布机结构和材料改进的案例中，可以看出其效果还是很明显的，不但提高的质量和生产率，而且改善了工作环境，减少了对人体和环境的危害。因此，绿色设计在包装机械行业发展中将是那辆开往“春天”的地铁。

参考文献：

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