เครื่องผลิตถุงพลาสติกสำหรับถุงพลาสติกอุตสาหกรรมแบบกันไฟฟ้าสถิตย์

เครื่องผลิตถุงพลาสติกช่วยให้การบรรจุภัณฑ์อุตสาหกรรมแบบกันไฟฟ้าสถิตย์เป็นไปได้อย่างไร

เทคโนโลยีหลักในเครื่องผลิตถุงพลาสติกสำหรับการควบคุมไฟฟ้าสถิตย์

อุปกรณ์การผลิตถุงพลาสติกในปัจจุบันมีการนำวิธีขั้นสูงหลายประการมาใช้เพื่อควบคุมไฟฟ้าสถิตย์ระหว่างกระบวนการผลิต เครื่องจักรส่วนใหญ่มีเครื่องสร้างไอออนแรงดันสูงที่ช่วยจัดการกับการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตย์ในขณะที่ฟิล์มกำลังถูกอัดรีด นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์ติดตั้งอยู่ในสายการผลิตที่สามารถตรวจจับประจุผิวได้ประมาณ 500 ครั้งต่อวินาที วัสดุเองได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า โดยทั่วไปจะมีค่าความต้านทานระหว่าง 1 ล้านถึง 1 ล้านล้านโอห์มต่อตาราง ตามที่ระบุไว้ในมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น ANSI/ESD S541-2021 แนวทางการรวมกันเหล่านี้ช่วยควบคุมประกายไฟไม่ให้เกินระดับอันตราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากแรงดันที่สูงกว่า 100 โวลต์อาจทำให้ไอของตัวทำละลายที่พบได้ทั่วไปในการเคลือบผิวเกิดการติดไฟได้ การศึกษาเมื่อปี 2023 โดยสมาคม ESD แสดงให้เห็นว่า เมื่อผู้ผลิตตั้งค่าอุปกรณ์อย่างถูกต้อง จะสามารถลดของเสียที่เกิดจากปัญหาการพิมพ์ซึ่งเกี่ยวข้องกับไฟฟ้าสถิตย์ลงได้เกือบสองในสาม บนสายการผลิตบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

ระบบกำจัดไฟฟ้าสถิตแบบบูรณาการในกระบวนการอัดขึ้นรูปและปิดผนึกฟิล์ม

กระบวนการอัดฟิล์มเป่าใช้เครื่องทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตเป็นกลางแบบไม่สัมผัส ซึ่งติดตั้งอยู่ห่างจากชั้นพลาสติกหลอมเหลวประมาณ 5 ถึง 8 มิลลิเมตร อุปกรณ์เหล่านี้สามารถลดประจุไฟฟ้าสถิตได้มากถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ยังคงรักษาความสะอาดของฟิล์มไม่ให้เกิดการปนเปื้อน แม้จะทำงานที่อุณหภูมิสูงมากใกล้เคียงกับ 320 องศาเซลเซียส เมื่อถึงขั้นตอนการปิดผนึกด้วยความร้อน จะมีการใช้แถบซิลิโคนนำไฟฟ้าพิเศษ ซึ่งมีค่าความต้านทานอยู่ระหว่าง 10 ล้านถึง 1 พันล้านโอห์ม-เซนติเมตร สิ่งนี้ช่วยให้สามารถกำจัดประจุไฟฟ้าที่เหลืออยู่ได้อย่างปลอดภัย ก่อนที่จะม้วนวัสดุ การทดสอบในสภาพแวดล้อมคลีนรูมที่ควบคุมอย่างเข้มงวดบ่งชี้ว่าวิธีการนี้สามารถป้องกันฝุ่นเล็กๆ รบกวนไม่ให้เกาะติดกับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้ประมาณ 80% ผลลัพธ์คือผลิตภัณฑ์ปลายทางที่สะอาดกว่าและมีประสิทธิภาพการใช้งานที่ดีขึ้นตามเวลา แม้ว่าผู้ผลิตบางรายยังคงรายงานปัญหาเป็นครั้งคราว ขึ้นอยู่กับการติดตั้งและวัสดุเฉพาะที่พวกเขาใช้

คุณสมบัติด้านการออกแบบที่ป้องกันการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการผลิต

อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์แบบป้องกันไฟฟ้าสถิตยุคใหม่พึ่งพาโครงข่ายโลหะต่อพื้นดินที่มีค่าความต้านทานต่ำกว่า 10 โอห์ม แทนที่ลูกกลิ้งพลาสติกซึ่งสร้างไฟฟ้าสถิตจากการเสียดสี อุปกรณ์เหล่านี้มักมาพร้อมระบบควบคุมแรงดันลมที่ช่วยรักษาระดับแรงกดที่เหมาะสม (ประมาณ 0.2 ถึง 0.5 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร) บนฟิล์ม เพื่อลดการสะสมของไฟฟ้าสถิตจากการเสียดสีพื้นผิว บางรุ่นระดับสูงจะติดตั้งพื้นที่ควบคุมความชื้นสัมพัทธ์ไว้ระหว่าง 45 ถึง 55 เปอร์เซ็นต์ สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้นี้ช่วยให้พื้นผิวนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น โดยไม่ทำลายฟิล์มโพลีโอลีฟินที่ใช้งาน อุตสาหกรรมทดสอบพบว่า ระบบนี้สามารถลดเหตุการณ์การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตได้เกือบ 92% เมื่อนำไปใช้กับความต้องการบรรจุภัณฑ์ยาที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต

เทคโนโลยีป้องกันไฟฟ้าสถิตในถุงอุตสาหกรรม: ประเภท หลักการทำงาน และการประยุกต์ใช้งาน

พื้นฐานของวัสดุบรรจุภัณฑ์แบบต้านทานไฟฟ้าสถิตย์ กันไฟฟ้าสถิตย์ และนำไฟฟ้า

ถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำงานด้วยวัสดุสามประเภทที่แตกต่างกันเพื่อรับมือกับปัญหาการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต ประเภทแรกคือพอลิเอทิลีนป้องกันไฟฟ้าสถิต ซึ่งมีสารเติมแต่ง เช่น ไกลเซอรอลโมโนสเตียเรต ทำให้ความต้านทานผิวลดลงเหลือประมาณ 10^12 โอห์มต่อตารางเซนติเมตร โดยช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของประจุในเบื้องต้น จากนั้นมีวัสดุแบบกระจายประจุ (dissipative) ที่มีส่วนผสม เช่น คาร์บอนแบล็ก หรือสารประกอบแอมโมเนียมควอเทอร์นารี ซึ่งรักษาระดับความต้านทานไว้ระหว่าง 1 ล้านถึง 10 พันล้านโอห์มต่อตารางเซนติเมตร ทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตสามารถระบายออกอย่างช้าๆ แทนที่จะสะสมจนเป็นอันตราย ส่วนวัสดุแบบนำไฟฟ้า (conductive) จะมีความต้านทานต่ำกว่า 1 ล้านโอห์มต่อตารางเซนติเมตร โดยทั่วไปจะมีการเคลือบผิวด้วยโลหะ เพื่อให้สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตได้อย่างรวดเร็ว เมื่อเลือกใช้ถุงประเภทใด ผู้ผลิตจะปฏิบัติตามแนวทางที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน IEC 61340-5-1 ตามมาตรฐานนี้ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่บรรจุอยู่ภายในหีบห่อจะไม่ควรมีประจุตกค้างเกิน 2 กิโลโวลต์ หลังจากการจัดการ

ถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตย์แบบคงที่ กับ ถุงนำไฟฟ้าสถิตย์ออกช้า: สมรรถนะและการใช้งาน

ถุงป้องกันมีชั้นพิเศษที่ทำจากโพลีเอสเตอร์เคลือบด้วยอลูมิเนียม ซึ่งสามารถป้องกันสัญญาณรบกวนจากไฟฟ้าสถิตย์ภายนอกได้ประมาณ 35 เดซิเบล หรือมากกว่า ด้วยเหตุนี้ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเก็บรักษาสินค้าที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์ เช่น ชิ้นส่วนเครื่องบิน หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการฆ่าเชื้อทางการแพทย์ ในทางกลับกัน ถุงนำไฟฟ้าสถิตย์ออกช้าจะเน้นไปที่การป้องกันไม่ให้ประจุสะสมภายในขณะที่บรรจุอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งที่มักเกิดขึ้นในเครื่องผลิตถุงพลาสติกขนาดใหญ่ ตามรายงานล่าสุดจากสมาคม ESD ในปี 2023 พบว่า ถุงป้องกันสามารถลดความล้มเหลวของชิปได้ประมาณ 19 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการลดลงเพียง 12 เปอร์เซ็นต์ที่พบในถุงนำไฟฟ้าสถิตย์ออกช้า ในการขนส่งชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ อย่างไรก็ตาม ควรกล่าวถึงว่า ถุงประเภทนำไฟฟ้าสถิตย์ออกช้ามักมีราคาถูกกว่าต่อหน่วย โดยมีราคาเฉลี่ยต่ำกว่าประมาณ 28 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับถุงป้องกัน

การประยุกต์ใช้งานที่สำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เภสัชกรรม และการบินและอวกาศ

อุตสาหกรรมเภสัชกรรมได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาในการใช้ฟิล์มป้องกันไฟฟ้าสถิตย์สำหรับบรรจุภัณฑ์แบบบลิสเตอร์ โดยประมาณ 89% ของสายการผลิตอัตโนมัติใช้ฟิล์มเหล่านี้เพื่อป้องกันไม่ให้ผงยาเกาะติดกับเม็ดยาในระหว่างกระบวนการผลิต ส่วนในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ มีแนวทางของ JEDEC ที่เรียกว่า JESD625-A ซึ่งกำหนดว่าถุงบรรจุภัณฑ์จะต้องรักษาระดับความชื้นภายในให้อยู่ต่ำกว่า 11% เพื่อปกป้องชิ้นส่วนที่ไวต่อความชื้นจากการเสียหาย อีกทั้งในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ความต้องการยิ่งเข้มงวดมากขึ้น โดยต้องการระดับประจุไฟฟ้าสถิตย์ต่ำมาก คือต่ำกว่า 100 โวลต์ สิ่งนี้ทำให้ผู้ผลิตถุงพลาสติกสมัยใหม่จัดการโดยการใช้การบำบัดคอร์โอน่า (corona treatment) ระหว่างกระบวนการอัดรีด เพื่อช่วยปกป้องชิ้นส่วนสำคัญในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงสุด

วัสดุและสารเติมแต่งสำหรับการควบคุมไฟฟ้าสถิตย์อย่างมีประสิทธิภาพในการผลิตถุงพลาสติก

สมัยใหม่ plastic bag making machines พึ่งพาสารเติมแต่งเฉพาะเพื่อลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าสถิตระหว่างการผลิต วัสดุเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยในการจัดการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต ยา และชิ้นส่วนอากาศยาน โดยการป้องกันการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD)

บทบาทของสารต้านไฟฟ้าสถิตในฟิล์มโพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP)

ระหว่างกระบวนการอัดรีด ผู้ผลิตจะผสมสารต้านไฟฟ้าสถิตเข้าไปในเรซินโพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP) โดยตรง สารเติมแต่งเหล่านี้จะค่อยๆ เคลื่อนตัวไปยังผิวหน้าของฟิล์มเมื่อเวลาผ่านไป สร้างเป็นชั้นที่ดูดซับความชื้นได้ ชั้นนี้จะดึงความชื้นจากอากาศรอบๆ เข้ามา ซึ่งช่วยกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตที่ก่อให้เกิดปัญหาได้ ผลที่ได้มีความสำคัญมาก ความต้านทานผิวหน้าลดลงอย่างมาก จากค่ามากกว่า 10 ล้านล้านโอห์มต่อตาราง เหลือต่ำกว่า 1 หมื่นล้านโอห์มต่อตาราง สิ่งนี้มีความแตกต่างอย่างมากเมื่อทำงานกับสายผลิตฟิล์มแบบเป่า ซึ่งไฟฟ้าสถิตอาจทำให้ฟิล์มติดกันหรือแม้แต่เกิดประกายไฟระหว่างการทำงานของการม้วน

องค์ประกอบทางเคมีและประสิทธิภาพการกระจายตัวของสารเติมแต่งป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

สารเติมแต่งสองกลุ่มหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรม ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวแบบไม่เป็นไอออน เช่น เกลือเอสเทอร์ของกลีเซอรอลสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่ปลอดภัยต่ออาหาร และสารประกอบแคทไอออนิก เช่น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีสำหรับถุงเกรดอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการกระจายตัว การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการสะสมของประจุในพื้นที่เฉพาะ สกรูคู่สามารถทำให้เกิดความสม่ำเสมอกันได้ร้อยละ 98–99 เมื่อผสมสารเติมแต่งชนิดมาสเตอร์แบตช์ในความเข้มข้น 1.5–2.5%

ผลกระทบต่อความแข็งแรงเชิงกล ความใส และความสามารถในการรีไซเคิลของถุงพลาสติก

สูตรสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์รุ่นแรกทำให้ความต้านทานแรงดึงลดลง 15–20% แต่สารนาโนที่ถูกยึดติดกับพอลิเมอร์รุ่นใหม่สามารถจำกัดการสูญเสียคุณสมบัติทางกลเหลือต่ำกว่า 5% ความใสยังคงเป็นปัญหาในฟิล์มพอลิโพรพิลีน โดยค่าความขุ่นเพิ่มขึ้นจาก 3% เป็น 8–12% เมื่อเติมสารเติมแต่ง อย่างไรก็ตาม สารประเภทที่ละลายน้ำได้รุ่นใหม่สามารถรักษาระดับการรีไซเคิลได้มากกว่า 95% ซึ่งสนับสนุนการปฏิบัติตามข้อกำหนดเศรษฐกิจหมุนเวียน

การจัดการปัญหาไฟฟ้าสถิตในกระบวนการผลิตถุงความเร็วสูง

ความเสี่ยงจากไฟฟ้าสถิตที่สะสมระหว่างการแปรรูปฟิล์มพลาสติกความเร็วสูง

การประมวลผลความเร็วสูงในเครื่องผลิตถุงพลาสติกสามารถสร้างประจุไฟฟ้าเกินกว่า 30 กิโลโวลต์ภายในเวลาไม่ถึง 25 มิลลิวินาทีภายใต้สภาวะความชื้นต่ำ สิ่งนี้ทำให้การจัดเรียงฟิล์มผิดเพี้ยน ส่งผลให้เกิดริ้วรอยและความล้มเหลวในการปิดผนึกใน 12–18% ของชุดการผลิต (Parker Hannifin 2023) ไฟฟ้าสถิตที่ไม่ได้รับการควบคุมยังดึงดูดสิ่งปนเปื้อนในอากาศ ซึ่งส่งผลกระทบต่อถุงกันไฟฟ้าสถิตประมาณ 5–8% ก่อนบรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ความปลอดภัยในสถานที่ทำงานและอันตรายจากไฟฟ้าสถิตในสภาพแวดล้อมการผลิตถุงกันไฟฟ้าสถิต

ประมาณ 7% ของอุบัติเหตุทั้งหมดในที่ทำงานเกิดจากปัญหาการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตย์ในโรงงานและสถานประกอบการ ตามข้อมูลจากมูลนิธิด้านความปลอดภัยทางไฟฟ้าระหว่างประเทศ (Electrical Safety Foundation International) ในปี ค.ศ. 2017 มีเหตุการณ์ที่คนงานได้รับบาดเจ็บแต่รอดชีวิตจำนวนประมาณ 2,200 เหตุการณ์ในสภาพแวดล้อมการผลิตของสหรัฐอเมริกา โดยสาเหตุของอุบัติเหตุเหล่านี้จำนวนมากถึงราว 40% เกิดจากการบริหารจัดการการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตย์ไม่เพียงพอ บริษัทที่มีความรู้ความเข้าใจในเรื่องนี้จึงได้นำระบบป้องกันหลายชั้นมาใช้เพื่อรับมือกับอันตรายนี้ เช่น การติดตั้งพื้นผิวพิเศษที่สามารถนำไฟฟ้าออกไปได้ (ต่ำกว่าหนึ่งล้านโอห์มต่อพื้นที่หนึ่งตารางเมตร) นอกจากนี้ ยังมีการใช้ระบบอัตโนมัติที่สามารถกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตย์ได้ภายในครึ่งวินาที และยังไม่ลืมมาตรการพื้นฐานอื่นๆ อีกด้วย เช่น ผู้ปฏิบัติงานสวมสายรัดข้อมือที่เชื่อมต่อกับจุดต่อพื้นดินผ่านตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานหนึ่งเมกะโอห์ม เพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่มีการสะสมประจุไฟฟ้าที่เป็นอันตรายบนร่างกายขณะทำงาน

การควบคุมไฟฟ้าสถิตย์ระหว่างการเชื่อม ปิดผนึก และกระบวนการตกแต่ง

เครื่องจักรขั้นสูงมีการติดตั้งระบบตรวจสอบสถิตย์แบบเรียลไทม์ในขั้นตอนสำคัญต่างๆ:

เครื่องทำให้เป็นกลางแบบหมุนที่ใช้แปรงเส้นใยคาร์บอนช่วยควบคุมศักย์ผิวไม่ให้เกิน 500 โวลต์ ระหว่างกระบวนการปิดผนึกความเร็วสูง ลดของเสียจากวัสดุได้ 15–20% ที่สถานีบรรจุภัณฑ์ ส่วนเครื่องกำจัดประจุไอออไนเซอร์กระแสตรงแบบพัลส์จะป้องกันการยึดติดอันเนื่องมาจากไฟฟ้าสถิตในกลุ่มถุงที่จัดเรียงแล้ว ช่วยเพิ่มอัตราผลผลิตและความสม่ำเสมอของคุณภาพ

คำถามที่พบบ่อย

วัสดุป้องกันไฟฟ้าสถิตชนิดใดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในถุงอุตสาหกรรม?

ถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตอุตสาหกรรมมักใช้วัสดุสามประเภท ได้แก่ โพลีเอทิลีนป้องกันไฟฟ้าสถิต วัสดุกระจายประจุ และวัสดุนำไฟฟ้า โพลีเอทิลีนป้องกันไฟฟ้าสถิตช่วยลดความต้านทานผิวสัมผัส วัสดุกระจายประจุช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตสามารถระบายออกได้ ในขณะที่วัสดุนำไฟฟ้าสามารถปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตได้อย่างรวดเร็ว

เครื่องจักรผลิตถุงพลาสติกจัดการกับไฟฟ้าสถิตอย่างไร

เครื่องจักรผลิตถุงพลาสติกจัดการกับไฟฟ้าสถิตโดยใช้อุปกรณ์ไอออไนเซอร์แรงดันสูง เซ็นเซอร์ติดตั้งในสายการผลิต อุปกรณ์ทำลายไฟฟ้าสถิตแบบไม่สัมผัส และแถบซิลิโคนนำไฟฟ้า วิธีการเหล่านี้ช่วยลดการคายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างกระบวนการอัดรีดฟิล์มและการปิดผนึก

ถุงกระจายประจุมีต้นทุนที่คุ้มค่ากว่าถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตหรือไม่

ใช่ ถุงกระจายประจุโดยทั่วไปมีต้นทุนที่คุ้มค่ากว่าถุงป้องกันไฟฟ้าสถิต โดยมีราคาต่อหน่วยต่ำกว่าประมาณ 28% อย่างไรก็ตาม ถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตให้การป้องกันที่ดีกว่าจากสัญญาณรบกวนจากไฟฟ้าสถิตภายนอก

มาตรการความปลอดภัยใดที่ช่วยป้องกันการบาดเจ็บจากไฟฟ้าสถิตในสภาพแวดล้อมการผลิต

มาตรการความปลอดภัยรวมถึงการติดตั้งพื้นนำไฟฟ้า ระบบกำจัดไฟฟ้าสถิตอัตโนมัติ และการสวมสายรัดข้อมือที่ต่อเข้ากับจุดต่อพื้น ซึ่งมาตรการเหล่านี้ช่วยลดการบาดเจ็บจากไฟฟ้าสถิตได้อย่างมาก