摘要：目前，煙草商業(yè)企業(yè)在物流環(huán)節(jié)的條煙包裝材料主要使用PE熱縮膜，此種包材降解周期長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重。本文基于行業(yè)綠色發(fā)展要求，針對(duì)延安煙草現(xiàn)有PE包裝設(shè)備，在充分考慮成本投入，并保留原有包裝系統(tǒng)中的自動(dòng)條煙疊煙機(jī)及輸送設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用可降解膜不需要熱收縮的特性，拆除PE膜熱收縮電爐，研發(fā)設(shè)計(jì)一套能夠使用可降解膜進(jìn)行條煙包裝的新型自動(dòng)化節(jié)能包裝設(shè)備，旨在通過(guò)可降解膜包裝設(shè)備的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)條煙綠色包裝，推動(dòng)煙草商業(yè)企業(yè)物流綠色的發(fā)展。

項(xiàng)目背景及意義

PE熱縮膜是目前煙草商業(yè)企業(yè)在物流環(huán)節(jié)條煙包裝主要采用的包裝材料，全國(guó)商業(yè)煙草包裝用PE膜一年消耗約2萬(wàn)噸，而這也是未來(lái)煙草物流包裝中“限塑”甚至“禁塑”的主要對(duì)象。近年來(lái)，國(guó)家連續(xù)出臺(tái)多個(gè)相關(guān)文件，如《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》[1]中就提出，到2025年底，全國(guó)范圍郵政快遞網(wǎng)點(diǎn)禁止使用不可降解的塑料包裝袋、塑料膠帶、一次性塑料編織袋等。

為貫徹落實(shí)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，中國(guó)煙草也積極做出響應(yīng)。2021年9月，中煙商務(wù)物流有限責(zé)任公司在《“十四五”現(xiàn)代物流發(fā)展規(guī)劃》[2]解讀中關(guān)于強(qiáng)化綠色物流建設(shè)明確要求：（1）堅(jiān)持包裝箱循環(huán)利用工作。（2）推進(jìn)商業(yè)企業(yè)減少塑料裹膜用量；明確綠色物流發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)要加快綠色物流發(fā)展，增強(qiáng)物流高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力。由此可見(jiàn)，建設(shè)煙草行業(yè)綠色物流是當(dāng)前以及未來(lái)的重要任務(wù)，也是煙草行業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中不可回避的選擇。煙草商業(yè)物流體量大，具有人多、設(shè)備多、資源消耗量大等特點(diǎn)，本文選擇從商業(yè)物流條煙包裝環(huán)節(jié)入手，研究適用于可降解膜材料的包裝設(shè)備，為煙草商業(yè)企業(yè)物流設(shè)備技改向綠色方向發(fā)展提供了選擇，對(duì)于行業(yè)推動(dòng)綠色物流發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

1.有效降低“白色污染”

當(dāng)前在卷煙進(jìn)行分揀后普遍使用塑料薄膜進(jìn)行包裝，雖然此種包裝方式具有重量輕、承載力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但作為一種塑料制品，到零售戶手中后一般會(huì)直接被廢棄，從而對(duì)環(huán)境造成污染。例如，白色污染問(wèn)題主要就是由不可降解的塑料包裝隨地遺棄引起的。而可降解膜具有降解周期短的優(yōu)點(diǎn)，可有效降低對(duì)環(huán)境的污染。

2.有效減少能源消耗

煙草商業(yè)企業(yè)現(xiàn)用的PE熱縮膜包裝方式——條煙在打碼、疊垛后，需要經(jīng)過(guò)約145°高溫收縮機(jī)對(duì)熱縮膜進(jìn)行拉伸以確保卷煙封裝緊固。高溫收縮機(jī)不僅有耗電量大、日常維修費(fèi)用高、購(gòu)置價(jià)值高等問(wèn)題，而且存在高溫燙傷隱患。可降解膜不具備高溫收縮性能，僅需要利用包裝設(shè)備將可降解膜以“十字交叉”的方式對(duì)卷煙進(jìn)行包裹，并采用 “焊接”的方式將被包裝物密封緊固，從而避免了使用高溫收縮機(jī)帶來(lái)高能耗的問(wèn)題。

3.有效降低投資成本

可降解膜設(shè)備的研發(fā)，是在原有條煙分揀包裝設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行，與設(shè)備原有的疊煙機(jī)構(gòu)、貼標(biāo)機(jī)構(gòu)對(duì)接使用，不需要重新改造。相較于用周轉(zhuǎn)箱、彈性箱等包裝方式，需要改造投資的設(shè)備少、費(fèi)用低。而且可降解膜包裝與PE熱縮膜包裝對(duì)于物流運(yùn)送車輛的裝載率幾乎等同，不會(huì)增加物流運(yùn)送費(fèi)用的成本。

（1）有效保證“客我感知”不變

適用于可降解膜包裝的設(shè)備投入使用后，與原使用PE熱收縮膜相比較，作業(yè)流程未發(fā)生改變，與零售客戶的配送簽收方式未發(fā)生改變，因此零售客戶不會(huì)因包裝方式的改變而產(chǎn)生其他不便利的感受。

（2）能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)“限塑令”

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有二十多個(gè)省份密集發(fā)布了新版禁塑令。根據(jù)粗略估計(jì)，新華社曾指出，生物降解塑料將成為替代材料，預(yù)計(jì)至2025年，我國(guó)可降解塑料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到358億元[3]。在可降解膜塑料已有較為成熟市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，適用于可降解膜的包裝設(shè)備具有安裝調(diào)試周期短的特點(diǎn)，能夠保證在限塑令即刻實(shí)行時(shí)，快速完成可降解膜包裝設(shè)備的安裝，確保生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)任務(wù)不受影響。

二

現(xiàn)有PE膜包裝設(shè)備研究分析

煙草商業(yè)企業(yè)物流一般按照城市管轄范圍進(jìn)行條煙的統(tǒng)一配送，該模式主要以物流中心為核心，搭建高效、即時(shí)的配送服務(wù)站點(diǎn)。當(dāng)物流中心在收到零售戶的訂單后，按條分揀配貨包裝，并由配送人員配送貨物到零售門店。現(xiàn)有PE膜包裝設(shè)備主要采用傳統(tǒng)的纏繞包裝機(jī)技術(shù)，并利用PE膜可熱收縮性強(qiáng)且具有較高柔韌性的特點(diǎn)，采用遠(yuǎn)紅外線輻射直接加熱PE熱收縮膜，使得PE膜在熱收縮后能夠緊裹條煙，實(shí)現(xiàn)條煙包裝的穩(wěn)固，從而能夠順利完成配送。然而，這種包裝方式不僅會(huì)產(chǎn)生“白色污染”物，在加熱過(guò)程中也具有較高的能耗，不再適用于作為未來(lái)煙草包裝行業(yè)的主要應(yīng)用。

三

可降解膜包裝設(shè)備技術(shù)研究

針對(duì)PE膜不環(huán)保、熱收縮高能耗等問(wèn)題，使用可降解包裝材料替代傳統(tǒng)的PE熱收縮膜成為主流的解決方式之一。但目前無(wú)論是生物基PLA還是石油基PBAT為原料生產(chǎn)的薄膜可降解材料，都不具備熱收縮性和靜電吸附性，導(dǎo)致可降解塑料膜與傳統(tǒng)的熱收縮包裝機(jī)或纏繞包裝機(jī)都不具備兼容性。因此，本文以全生物降解塑料的材料特性為研究基礎(chǔ)，并根據(jù)條煙配送包裝的特性，借鑒“纏繞+熱封”的包裝方式，研發(fā)適用于可降解膜的自動(dòng)化包裝設(shè)備。主要從以下四個(gè)方面開(kāi)展研究：

1.根據(jù)作業(yè)要求，確定適用于條煙包裝的可降解膜

（1）按照滿足配送交接的要求，確定可降解膜的厚度，確保可降解膜能夠承受卷煙重量，且透明度達(dá)到要求，即在卷煙交接過(guò)程中不用拆包的前提下，送貨員與零售客戶能夠迅速完成卷煙品規(guī)、數(shù)量、質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)；

（2）根據(jù)條煙的寬度、厚度以及包裝層數(shù)的要求，確定可降解膜的寬度，確保可降解膜能夠?qū)l煙完全封閉包裝，防止條煙在配送過(guò)程中漏包遺落；

（3）根據(jù)包裝實(shí)際情況，調(diào)整可降解膜厚度及寬度，確保煙包在多次裝卸及配送交接過(guò)程中不散包。

2.根據(jù)可降解膜特性，研發(fā)適用于可降解膜材料的包裝設(shè)備

（1）對(duì)現(xiàn)有卷煙包裝環(huán)節(jié)作業(yè)流程進(jìn)行研究，在不改變疊煙機(jī)構(gòu)、貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的情況下，確定可降解膜包裝設(shè)備的連接位置及整機(jī)設(shè)備尺寸，并完成控制系統(tǒng)的連接；

（2）針對(duì)可降解膜收縮性差的特點(diǎn)，研究煙包全封閉包裝的方式，并解決各包裝面之間的連接緊固問(wèn)題；

（3）針對(duì)可降解膜在使用過(guò)程中需頻繁更換的問(wèn)題，確定整卷可降解膜上膜問(wèn)題；

（4）按照方便維修的要求，設(shè)計(jì)設(shè)備的維修空間，同時(shí)在滿足使用功能的前提下，逐步調(diào)整減小設(shè)備體積，優(yōu)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布局。

3.根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用，制定可降解膜包裝設(shè)備操作規(guī)程

（1）制定設(shè)備使用操作規(guī)程，對(duì)操作人員開(kāi)展操作培訓(xùn)，確保操作人員熟練掌握設(shè)備使用、耗材更換等操作；

（2）制定設(shè)備維修說(shuō)明書(shū)，明確設(shè)備故障類型及處理方法。

4.根據(jù)可降解膜特性與實(shí)際應(yīng)用，確定主要技術(shù)路線

（1）基于包裝材料“可降解膜”不具備熱收縮、但具有一定的拉伸回力的物理特性，設(shè)備技術(shù)路線采取針對(duì)包裝材料所研發(fā)專用的拉伸裝置和焊接技術(shù)，即水平拉伸裝置、纏繞式拉伸裝置以及在線焊接技術(shù)，并配備自動(dòng)化控制技術(shù)，由此組裝而成自動(dòng)化新型可降解膜包裝設(shè)備，技術(shù)研究路線見(jiàn)圖1。

圖1 技術(shù)研究路線

（2）采用煙包“縱橫十字交叉”的方式，解決煙包全封閉包裝的問(wèn)題；

（3）研發(fā)可降解膜“焊接”技術(shù)，解決煙包緊固的問(wèn)題。

四

設(shè)備研制成果

1.設(shè)備組成說(shuō)明

設(shè)備主要由接垛輸送機(jī)、縱封機(jī)構(gòu)、橫封機(jī)構(gòu)、四邊包角機(jī)構(gòu)、出包輸送機(jī)及電控系統(tǒng)組成，詳見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 可降解膜包裝設(shè)備示意圖

圖3 可降解膜包裝設(shè)備實(shí)物

2.設(shè)備工作流程

可降解膜包裝的接垛輸送機(jī)接到原疊煙機(jī)疊好的煙垛后自動(dòng)步進(jìn)到煙垛整形機(jī)構(gòu)，整形后的煙垛進(jìn)入橫封機(jī)構(gòu)、縱封機(jī)構(gòu)、四邊包角機(jī)構(gòu)等主要工位自動(dòng)完成條煙煙垛的包裝，包裝好的煙包通過(guò)出包輸送機(jī)輸送到自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)工位，完成貼標(biāo)后由人工將煙包碼放在托盤上，即完成條煙包裝流程（見(jiàn)圖4）。

圖4可降解膜包裝設(shè)備流程示意圖

3.設(shè)備參數(shù)

（1）設(shè)備型號(hào)：DL/DC-J18BZ；

（2）包裝規(guī)格：標(biāo)準(zhǔn)煙1條≤x≤25條；

（3）包裝速度：約10包/min，可滿足分揀線效率；

（4）堆碼質(zhì)量：條煙堆垛形狀規(guī)則整齊；

（5）包裝形式：降解膜橫、縱兩次封口；

（6）進(jìn)煙水平高度：對(duì)接現(xiàn)場(chǎng)包裝機(jī)；

（7）出煙水平高度：對(duì)接現(xiàn)場(chǎng)貼標(biāo)機(jī)；

（8）工作氣壓：不低于0.6MPa;

（9）電源：50Hz/380V三相五線，最大功率≤10KW；

（10）耗氣量：標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) 下 ≤0.9m3/min;

（11）包裝材料：可降解膜，尺寸規(guī)格為寬290mm和550mm兩種，厚度為0.05mm～0.06mm之間；

（12）噪音：距機(jī)臺(tái)1m、距操作平臺(tái)1.5m處，噪音≤75dB；

（13）設(shè)備尺寸：約長(zhǎng)3000 mm、寬2854mm、高1700mm；

（14）設(shè)備選材：以優(yōu)質(zhì)碳素鋼材料為主，部分采用不銹鋼材料。

五

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.結(jié)合現(xiàn)有包裝機(jī)的設(shè)備特點(diǎn)，充分考慮投入成本，利舊原有包裝設(shè)備的核心機(jī)構(gòu)——“自動(dòng)疊煙機(jī)構(gòu)”，研發(fā)便捷的新型可降解膜自動(dòng)化包裝設(shè)備。

2.利用可降解膜無(wú)熱收縮性，但具有可拉伸回力的物理特性，拆除高耗能的PE膜熱收縮機(jī)，結(jié)合枕式熱縮包裝機(jī)和水平式纏繞機(jī)這兩種包裝設(shè)備的原理，創(chuàng)新研制自動(dòng)化機(jī)械機(jī)構(gòu)給予拉伸可降解膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙自動(dòng)化包裝。

3.可降解膜不僅沒(méi)有PE膜的可收縮性，也無(wú)粘性及靜電吸附特性，為解決“縱橫十字交叉”包裝方式的2片膜非整體性問(wèn)題，創(chuàng)新研制可降解膜在線“焊接”技術(shù)裝置，將2片膜在線焊接成為一體，從而保證包裝的緊固，十字膜在線焊接方式見(jiàn)圖5。

圖5 十字膜在線焊接示意圖

六

結(jié)語(yǔ)

商業(yè)煙草在物流配送環(huán)節(jié)采用“PE膜”已有20多年的使用歷程，傳統(tǒng)的“PE膜熱收縮包裝機(jī)”在行業(yè)內(nèi)早已規(guī)模化應(yīng)用。為響應(yīng)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，本文選擇更加綠色環(huán)保的“全生物可降解膜”作為主要包裝材料，在此基礎(chǔ)上研發(fā)其適用的“可降解膜自動(dòng)化包裝設(shè)備”。

本文充分考慮“可降解膜”自身的物理特性，合理化地利用傳統(tǒng)“PE膜熱收縮包裝機(jī)”的核心機(jī)構(gòu)——“自動(dòng)疊煙機(jī)構(gòu)”，并拆除了高耗能的“PE膜熱收縮爐”，以及結(jié)合枕式熱縮包裝機(jī)和水平式纏繞機(jī)這兩種包裝設(shè)備的原理，利用“焊接”技術(shù)，創(chuàng)新研制出能夠充分保證包裝穩(wěn)固性的新型可降解膜包裝設(shè)備，不僅從設(shè)備更新上實(shí)現(xiàn)降本增效，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙草配送包裝綠色化——“可降解膜”包裝材料的應(yīng)用。本設(shè)備技術(shù)既適于在現(xiàn)有包裝設(shè)備的基礎(chǔ)上改造應(yīng)用，也可在新建物流設(shè)備選型中推廣應(yīng)用。