Замок для упаковки. Детализированный обзор характеристик и особенностей замковых лент-застежек zip-lock (зипперных лент).

Рынок современной гибкой упаковки диктует высокие требования к качеству и внешнему виду пакетов. Благодаря их оригинальному дизайну, использованию необычных типов пленки и яркой печати, товаропроизводитель имеет возможность донести до потребителя свое отношение к выпускаемому продукту, выделить его на магазинных полках среди конкурирующих товаров, четко обозначить его принадлежность к определенному ценовому сегменту. Одним словом, сделать все, чтобы после изучения упаковки, у покупателя не осталось сомнений в качестве содержащегося в ней продукта и возникло желание купить именно его, даже если его цена немного выше, чем у рядом стоящего аналога.

Тонкий грамотный подход к формированию эмоционального восприятия товара покупателем посредством тактильных и визуальных ощущений, получаемых в ходе контакта с профессионально изготовленной упаковкой, избавляет производителя от необходимости в навязчивой рекламе продукта и наличия консультантов в торговом зале: ведь взяв в руки или даже просто взглянув на такую упаковку, покупатель сможет принять единственно правильное решение самостоятельно. Тем не менее, даже понимая это, многие производители продукции не уделяют должного внимания качеству упаковки, базируясь на широко распространенном, но глубоко ошибочном тезисе: «чем дешевле товар, тем больше объем его продаж». Одним из классических примеров реализации подобного экономного подхода на качестве упаковки могут служить пакеты для кофе известной компании, распространяемого на российском и азиатском рынках (рис.1).

Безусловно, фактор цены имеет огромное значение, но, в случае её небольшого различия для двух схожих товаров, «битву» за покупателя всегда выигрывает ярко, привлекательно и качественно упакованный продукт.  

Средств же, позволяющих изготовить более выигрышный вариант упаковки очень много: это и фигурная форма пакета, и более высокое качество печати и оригинальные средства защиты от подделки. Однако, в данной статье хотелось бы максимально подробно остановиться на очень важном, казалось бы, очень простом, но произведенном с точностью швейцарских часов, внутреннем элементе пакета – полимерной ленте-застежке, или, как её часто называют, зипперной ленте (застежке zip-lock).

Необходимость в написании подобной статьи связана с тем, что спектр предложений различных вариантов и конфигураций зипперной ленты на российском рынке достаточно широк, что зачастую сбивает с толку многих ее потребителей.

Главная цель данного материала – помочь читателю разобраться во всех особенностях, разновидностях и существующих типах данного компонента.  Статья станет отличным подспорьем для специалистов, принимающих решения о закупке зипперных лент, поможет им избежать типичных ошибок, в том числе покупки некачественного материала. Она будет полезной технологам упаковочных производств, а также операторам пакетоделательных и формовочных машин, позволит им исключить использование в работе некачественной продукции.

Области применения и основное назначение зипперных лент

Зипперный замок-застежка (zip-lock) дает возможность сохранять продукт в течение длительного времени свежим и качественным после вскрытия пакета, предохраняет от случайного рассыпания содержимого упаковки, его загрязнения, попадания в пакет инородных тел (например, насекомых), а также является одним из важнейших условий сохранения герметичности пакета и чистоты его содержимого. Одним словом, отвечает за безопасное (для человека и самого продукта) его многоразовое использование.

Существует два типа пакетов с замком zip-lock:

1. Пакет с экструзионной застежкой (рис.2), изготавливаемой на специальном экструдере одновременно с процессом экструзии однослойной прозрачной пленки. Довольно часто такую упаковку называют  пакетом с гриппером (от английского gripper – зажим, застежка) и которая, как правило, используется для хранения мелких штучных товаров – метизов, ювелирных изделий и других, которые не требуют условий герметичного хранения и защиты от воздействия ультрафиолетового излучения. 

Кроме того, в настоящее время появились технологии, позволяющие совмещать экструзию однослойной полиэтиленовой пленки с приваркой к ней уже готовой зипперной ленты с замком улучшенного качества, которая разматывается в процессе сварки пакета с отдельной катушки.  

2. Пакет с зипперной лентой, привариваемой к многослойной ламинированной пленке на пакетоделательных или FFS-машинах (рис.3). В данном случае замок zip-lock также экструдируется отдельно, после чего наматывается на катушку. 

В процессе изготовления пакета зипперная застежка подается с катушечного размотчика в пакетоделательную машину, где приваривается к многослойной ламинированной пленке с внутренним полиэтиленовым (PE) или полипропиленовым (PP) слоем. 

Форма и тип выпускаемых по данной технологии пакетов не имеют особого значения, хотя наиболее часто она применяется при изготовлении пакетов дой-пак, трехшовных пакетов, пакетов с фальцами или с плоским дном. Именно на зипперных застежках этого типа мы подробно остановимся в данной статье. 

Способ производства зипперных лент

Как уже упоминалось, ленточные замки zip lock изготавливаются методом непрерывной экструзии (рис.4) со скоростью от 30 до 50 метров в минуту. Суть процесса заключается в следующем: в бункер-загрузчик помещается заранее подготовленная смесь сырья (PP, PE, POF) и специальных добавок. Полученный гранулированный порошок подается в одношнековый экструдер, где переходит в расплавленное состояние и затем выдавливается через две Т-образных фильеры в виде двух полимерных полосок, формирующих паз и выступ изготавливаемой зипперной застежки. Две выходящие из экструдера горячие ленты проходят через водяную ванну охлаждения в соединительный узел, где совмещаются в единую непрерывную замковую ленту, которая затем наматывается на катушку. Разумеется, современный процесс производства зипперных лент намного сложнее описанного, но раскрытие всех его тонкостей не является основной задачей данной статьи.

Однако, стоит обратить внимание на тот факт, что от качества экструдера и фильер напрямую зависит точность и качество произведенной зипперной ленты, что в свою очередь влияет на все качественные характеристики замка zip-lock. На рисунке 4a показаны 3 варианта 10 мм зиппера разных производителей в сечении в увеличении под микроскопом, на образцах 2 и 3 хорошо видно неравномерное распределение материла по ширине ленты и недостаточно плотное прилегание закрывающих частей.

Классификация зипперных лент по сферам применения

Правильный выбор зипперной ленты для конкретной упаковки – непростая задача, поскольку универсальных замковых лент не существует. Выбор требуемого их типа зависит от состава внутреннего полимерного слоя пакета и толщины пленки, типа упаковочного оборудования, характеристик наполняющего пакет продукта и даже размера пакета. Поэтому, в зависимости от функционального назначения, зипперные застежки подразделяются на довольно многочисленное семейство продуктов, предназначенных для решения целого ряда задач, а именно:

• стандартные ленты для производства пакетов непосредственно во время пленочной экструзии;

• узкие ленты для изготовления пакетов небольшого размера и объема;

• ленты с увеличенным усилием открытия с внутренней стороны пакета для максимальной герметизации продукта;

• ленты для бактерицидных и медицинских пакетов;

• ленты с цветными пазами и выступами для визуализации замка;

• легко открываемые ленты с широкой внешней стороной и узкой внутренней стороной; 

• воздухонепроницаемые ленты для пакетов, требующих удержания вакуума в течение длительного времени;

• ленты для пакетов из прозрачных пленок;

• ленты для пакетов, стерилизуемых под высоким давлением (ретортная упаковка);

• ленты для упаковки, предназначенной для хранения тяжелых продуктов (лед, увлажняющие маски и т.д.);

• водостойкие ленты для упаковки жидких продуктов;
  

• зиппер для безопасности детей эффективно препятствовует лекгому открытию пакета ребенком.
  

Рецептурные решения и их особенности

Имея в виду, что серьезных производителей зипперных лент в мире насчитывается не больше десяти, неудивительно, что подробные рецептуры материалов, из которых они изготовлены, равно как и технологии их производства являются тайнами за семью печатями. Однако, ключевую информацию о характеристиках лент их производители, разумеется, публикуют, включая сведения о совместимости полимера, из которого изготовлена лента, с материалом внутреннего слоя полимерного пакета.

Учитывая, что приварка зипперной ленты производится именно к внутреннему слою пакета, который, как правило, изготавливается из полиэтилена или полипропилена, то и материал самой ленты должен быть совместимым с ним.

Существовавшие на протяжении нескольких десятилетий технологические ограничения не позволяли, например, использовать ленту, предназначенную для полипропиленовых пакетов, в пакетах с внутренним полиэтиленовым слоем, и наоборот.

Однако, проблему удалось, наконец-то, решить путем применения полиолефиновых (POF) лент – инновационной разработки в сфере многослойной экструзии зипперных материалов. Такая многофункциональная лента более эластична и обладает большей прочностью, что дает возможность применять ее с обоими указанными полимерными материалами. Но, разумеется, есть у нее свои преимущества и недостатки.

К первым следует отнести то, что она избавляет производителя больших партий упаковки от необходимости закупок специализированных лент, ограничившись применением одного унифицированного материала.

Вместе с тем, поскольку, как уже отмечалось, универсальных лент не бывает, полиолефиновая лента не способна заменить узкоспециализированные разновидности ленточных замков, такие как двойные воздухонепроницаемые или водостойкие. Тем не менее, популярность таких лент заметно растет, что подтверждается объективной информацией, поступающей от поставщиков и потребителей зипперных лент на российском рынке.

Основные характеристики зипперных лент

Чтобы разобраться в многообразии представленного на рынке ассортимента зипперных лент, целесообразно ввести систему оценки их качества по ряду специальных показателей (критериев). Подобная система поможет принимающим решение специалистам сделать осознанный выбор в пользу продукта, выпускаемого тем или иным производителем.  Перейдем к рассмотрению таких критериев.

 

1. Ширина зипперной ленты. Как правило, укладывается в диапазон 3 – 13 мм. Так, в странах Азиатского региона стандартом является 13 мм, в России же массовое применение получили зипперные ленты шириной 10 мм. Вместе с тем, в нестандартных и специализированных пакетах часто используются ленточные замки шириной до 35 мм. Поскольку лента приваривается к пакету по всей ширине, то чем она шире, тем крепче и надежней ее соединение с внутренней стороной пакета. Во избежание перегревов ленты во время сварки или, наоборот, для исключения случаев неполного приваривания ее краев, обязательным требованием к пакетоделательной машине является использование нагревательного элемента («утюга») соответствующей ширины.

2. Конструкция замка зипперной ленты и его двух основных элементов – паза и выступа.  Различают пазы двух типов: с симметричным (рис.5) и ассиметричным (рис. 6) сечением. Первый вариант самый простой, не позволяющий регулировать усилие открытия замка с внешней и внутренней стороны пакета. Является отличительной чертой дешевых зипперных лент тех производителей, которые не имеют возможности инвестировать значительные средства в разработку сверхточных формующих фильер. Особенность второго варианта – форма паза в виде «крючка» с внутренней стороны, характеризующего высокий технологический уровень его изготовителя.

3. Усилие открытия замка зипперной ленты. С помощью уже упомянутых лент с ассиметричным пазом реализуются так называемые системы «легкого открытия», благодаря которой пакет можно открыть без особых усилий, в то время как его самопроизвольное открытие с внутренней стороны становится невозможным.

Для большинства зипперных лент величина усилия открытия с внешней стороны пакета колеблется в пределах от 15 до 25 (N/50 мм), а открытия с внутренней стороны — от 60 до 120 (N/50 мм). Их рекомендуемые оптимальные значения, соответственно, составляют 15 – 20 и 70 – 100 (N/50 мм).

Понятно, что чем выше усилие с внутренней стороны, тем меньше вероятность случайного открытия пакета. В случае использования зипперной ленты с ассиметричным пазом, работающим на пакетоделательных машинах операторам необходимо внимательно следить за тем, где находится внешняя сторона такой ленты, о чем обычно предупреждает визуальная полоска на ней и метка на катушке.

4. Тип используемых пакетоделательных машин. К сожалению, данному аспекту уделяют слишком мало внимания на российских производствах. На рынке сегодня используются два вида такого оборудования. Первый – пакетоделательные линии горизонтального типа без заполнения пакета готовым продуктом. Второй – упаковочные машины FFS полного цикла (формовка - фасовка - запайка) (рис.7).

Не останавливаясь на различиях того или иного способа формования пакетов, скажем лишь, что пакеты, произведенные на горизонтальных пакетоделательных машинах, имеют более высокое качество при использовании абсолютно одинаковых материалов.

Что же касается зипперных лент, применяемых на горизонтальных пакетоделательных машинах (рис.8) и машинах FFS, то они имеют принципиальные различия. На лентах, предназначенных для машин FFS, присутствуют дополнительные ребра жесткости (рис.9). Необходимость в них вызвана очень коротким промежутком времени между процедурами приварки зипперной ленты и раскрытием пакета для расфасовки продукции. Поскольку за этот промежуток лента не успевает остыть и окончательно затвердеть, ребра жесткости предотвращают искажения ее геометрической формы, соответственно, исключая деформации пакета после расфасовки и запайки. 

5. Сопротивление ленты на сжатие (к усадке) после нагрева и охлаждения. Очень важный показатель, от которого зависит степень аккуратности сварного шва ленты на внешней стороне пакета.  Основным фактором, влияющим на это значение, является качество используемого в экструзионном процессе сырья, специальных добавок, а также скорость самой экструзии.  

Применение некачественного дешевого сырья и высокие скорости экструзии (с целью увеличения производительности в ущерб качеству) приводят к тому, что выпускаемая зипперная лента становится жесткой и неэластичной, способствуя появлению эффекта «гармошки» на лицевом сварном шве (рис.10). Этот эффект особенно заметен на тонких пленках толщиной до 80 микрон, и устранить его не в состоянии даже упомянутые ребра жёсткости.

Качественная зипперная лента должна иметь аккуратный равномерный лицевой шов по всей длине пакета (рис.11) и не собирать пленку буграми. 

Способность ленты не сжиматься и не собираться в «гармошку» после охлаждения достигается за счет использования специальных добавок в рецептуру полимера, обеспечивающих увеличение его эластичности.

6. Наличие посторонних включений (примесей) в материале зипперной ленты. Этот критерий качества ленты можно наглядно охарактеризовать, с помощью рисунков 10 и 11. На них представлены фотографии фрагментов пакетов, изготовленных из одного и того же материала на одной и той же пакетоделательной машине при одинаковых температурах и скорости работы. Единственное отличие – разные зипперные ленты. На рис. 10 изображен пакет, при изготовлении которого была использована российская полиэтиленовая зипперная лента, на рис. 11 – пакет с корейской полиолефиновой лентой.

К сожалению, предварительно не удаленная грязь (рис.12), оставшаяся на тянущих валах и охлаждающей пластине машины после работы с российской лентой, привела к появлению микронеровностей на сварном шве полиолефиновой ленты (рис. 11), изготовление пакета с которой началась сразу после выполнения предыдущей работы.

Однако, к гораздо большим потерям, вызванным указанным недостатком дешевых лент, приводит загрязнение охлаждающей пластины пакетоделательной машины, вследствие чего лента перестает привариваться к пленке, что, в свою очередь требует остановки машины для ее очистки и переналадки. Качественно изготовленные зипперные ленты не засоряют соприкасающиеся с ней элементы во время прохождения по тракту машины. И, что еще более важно, работа с такими лентами исключает возможность попадания посторонних микрочастиц полиэтилена внутрь пакета, что особенно актуально при изготовлении упаковки для продуктов питания.

7. Внешний вид лицевого сварного шва зипперной ленты. Как видно из рисунка 13, для формования четкого и красивого рисунка по линии сварки рекомендуется применять на нагревателях и холодильниках пакетоделательной машины тефлоновое полотно мелкозернистой структуры.

8. Степень мягкости (эластичности) зипперной ленты. Специалистам хорошо известно, что одним из самых проблемных мест пакетов с замками zip-lock является область пересечения зипперной ленты и поперечного сварного шва. Сложность в том, что в процессе формования пакета, в точке соединения, лента должна быть в максимальной степени расплющена, но без повреждения внешнего слоя пленки.

Создаваемое при этом давление должно быть таким, чтобы ленточный замок был полностью раздавлен (паз и выступ) до состояния однородной массы. Если же лента недостаточно эластична, то стандартных величин давления и температуры на точечных сварных электродах бывает недостаточно, что приводит к образованию отверстий (рис. 14).

В случае же увеличения давления и температуры происходит деформирование и пережигание внешнего слоя пленки, что, естественно, портит внешний вид пакета. Итак, чем выше эластичность зипперной ленты, тем проще оператору добиться 100% герметичности в точке ее соединения с материалом пакета в зоне поперечного сварного шва. (рис. 15).

Второй способ устранения этой проблемы – использование ультразвуковой сварки, в процессе которой выделение тепла происходит исключительно в компактной рабочей зоне, тем самым исключая поверхностный перегрев пленки пакета при сваривании. Пожалуй, единственный недостаток данной технологии – высокая цена ультразвукового генератора, которая может доходить до 25 000 долларов США. Далеко не все производители упаковки готовы инвестировать в подобную установку, тем более что применение эластичной полиолефиновой зипперной ленты полностью устраняет эту проблему.

9. Отсутствие деформации профиля зипперной ленты в процессе многократного открытия/закрытия замка zip lock. 
Весьма важный показатель, так как одной из основных функций пакетов с зипперными лентами является именно их многоразовое использование (от 50 и более раз). Решить эту задачу непросто, поскольку требуется найти компромиссное технологическое решение, одновременно обеспечивающее требуемую жесткость замка при его открытии и закрытии и хорошую эластичность в процессе приварки зипперной ленты пакету.   

10. Температура плавления и сварки материала зипперной ленты. Учитывая, что скорость производства пакетов с zip-lock напрямую зависит от типа материала, состава полимерной пленки и ее толщины, и, как правило, составляет от 40 до 200 пакетов в минуту, два вынесенных в заголовок параметра имеют крайне важное значение при подборе оптимальной скорости пакетоделательной машины для работы с конкретным материалом. Чем ниже его температура плавления, тем меньше времени требуется для сварочного контакта с его поверхностью и тем выше можно поднять скорость машины. Обладающие такими характеристиками зипперные ленты называют низкотемпературными, поскольку нижний предел температуры рабочего контакта для них начинается от 105 °C. В свою очередь, высокотемпературные (тугоплавкие) ленты не могут обеспечить высоких скоростей производства, поскольку требуют увеличенного времени теплового контакта во время сварки, что также отрицательно сказывается на качестве лицевого сварного шва.

11. Материал и вес катушки для намотки зипперной ленты. Этот критерий в первую очередь определяет степень удобства работы оператора пакетоделательной машины.  Стандартные материалы для изготовления таких катушек – пластик, ДСП или картон (рис. 16). К минусам деревянных и пластиковых катушек следует отнести следующие моменты: 

• излишний вес катушки, способствующий увеличению стоимости транспортировки лент заказчику;
• сложность утилизации катушек на месте, что приводит к захламлению производственной территории.

Возможность же возврата катушек производителю в России отсутствует. Что же касается картонных катушек, то они имеют незначительный вес и просты в утилизации. Стандартная длина наматываемой на катушку ленты лежит в диапазоне от 2000 до 5000 метров, пропорционально длине растет и вес катушки, что, с одной стороны, затрудняет работу оператора, но с другой – сокращает число вынужденных остановок машины, связанных с перезарядкой катушек с лентой, хотя опытные операторы могут делать перезарядку и без остановки машины.

Польза оценочных критериев или «убыточная экономия»

Теперь, учитывая общее состояние российской экономики и невысокую покупательную способность населения, а также располагая полным набором критериев выбора зипперной ленты, попробуем подвести итоги и понять, какую именно зипперную ленту следует применять для производства пакетов. 

Какие, в связи с этим, задачи должны поставить перед собой технологи предприятий, а также специалисты их отделов продаж и закупок? 
Естественно, все потребители зипперных лент – равно как изготовители пакетов, так и занимающиеся расфасовкой поставщики готовой продукции – стремятся минимизировать себестоимость готовой продукции в целях увеличения прибыли. В связи с этим, менеджерам по продажам гораздо удобней работать с низкой отпускной ценой на продукцию, чем объяснять потребителю преимущества качественного продукта, особенно в условиях, когда конкуренты активно используют аргумент «у нас тоже самое, только дешевле».

По такому же «алгоритму» будет действовать и менеджер по закупкам, не понимающий особенностей технологического процесса и не обладающий знаниями о свойствах зипперных лент. Для него все существующие ленты предложения на рынке будут дифференцироваться лишь по одному показателю – их цене. 
Итогом столь «высокой» его квалификации и осознания своей главной задачи по минимизации себестоимости, он, не мудрствуя лукаво, выберет продукт из низкой или средней ценовой категории, что явится роковой ошибкой, способной привести к существенным убыткам его компании, спровоцированной очевидным желанием получить кажущуюся экономию на одном километре зипперной ленты.

Ничтожная экономия при колоссальных убытках

Давайте разберемся на двух примерах, как ситуация может развиваться дальше.  Начнем со случая производства пакетов с замками zip-lock на машине FFS полного цикла с расфасовкой продукта в изготовленный пакет. Все необходимые материалы: пленка, зипперная лента и фасуемый продукт, например, кофе, поступают на производство, где ответственность за качество произведенной упаковки полностью ложится на технолога и оператора машины.

Их задача – выпустить готовый продукт, используя имеющийся материал, с минимальным процентом брака. Просьбы же операторов о закупке более качественных зипперных лент зачастую уходят в пустоту, вследствие чего им приходится работать с тем, на чем остановился взгляд «профессионалов» из отдела закупок и проявлять чудеса изобретательности.

Начинаются мучения с подбором давления и температур на нагревательных элементах, оптимальной скорости, ведется неустанный контроль за состоянием вышеперечисленных «болевых точек». В итоге хороший специалист все-таки умудряется изготовить качественный пакет из сырья, характеристики которого чрезвычайно далеки от оптимальных.

После завершения этого, поистине героического, труда, казалось бы, наступает момент истины для службы контроля качества этой компании, которая должна, в теории, подсчитать полный объем и стоимость израсходованного сырья, а иногда и потери самого фасуемого продукта. Однако, реальная ситуация во многих компаниях, к сожалению, говорит об обратном.

Другой неприятный аспект этой проблемы – изменения, пусть даже незначительные, свойств некачественного материала при смене роликов пленки или зипперных катушек, что вынуждает повторять наладку машины и, как следствие, приводит к дополнительной порции бракованной продукции.

Наконец, в машинах FFS невозможно проверить качество внутренней сварки зипперной ленты без вскрытия пакета, а если такой брак обнаружит оператор, он будет вынужден остановить машину и поочередно вскрывать изготовленные пакеты с готовой продукцией для их последовательной отбраковки и фиксации момента возникновения брака.

Рассмотрим ту же ситуацию для производств, использующих специализированные пакетоделательные машины. Хотя процесс их наладки незначительно отличается от порядка работ на машинах FFS, степень ответственности изготовителя перед заказчиком заставляет его заметно увеличить требования к качеству пакета, герметичности его сварных швов, в том числе для зипперной ленты.

Мало того, производство пакетов должно быть реализовано на максимальных скоростях до 300 пакетов в минуту при их выпуске в две поточных линии, что технологически невозможно в случае использования недорогих высокотемпературных зипперных лент. Подобные скорости требуют от оператора больших навыков и надлежащих средств для контроля качества продукции, которые, даже при их наличии, особенно в условиях работы на нескольких машинах одновременно, он физически не сможет применить. Непредвиденных же ситуаций бывает много, в том числе и связанных с использованием некачественных зипперных лент. Среди таковых – уже упомянутое неполное приваривание ленты к внутренней стороне пакета или недостаточная герметизация бокового сварного шва. Закономерный итог – попадание бракованной продукции в отгружаемую заказчику партию пакетов.

Подведем итог: последствия кажущейся экономии на закупке некачественных зипперных лент бывают очень неприятными для пакетоделательной компании, ведь, как правило, по условиям контракта, заказчик вправе вернуть изготовителю всю партию пакетов целиком, потребовав от него возмещения убытков или же перевыпуска этой партии за его счет. Ну, а самым болезненным результатом станет уход клиентов в конкурирующую компанию с последующими потерями прибыли и, утратой доверия со стороны заказчиков.

В ответе за качество

Безусловно, за все риски от использования зипперных лент низкого качества всегда отвечает производитель пакетов, поскольку поставщики замковых лент всегда предлагают ему провести предварительное тестирование своей продукции, по итогам которого его технологи должны дать заключение о возможности закупки лент конкретного поставщика. Так что единственным логичным объяснением факту покупки дешевого зипперного сырья может быть лишь временное отсутствие на рынке альтернативного качественного материала. В противном же случае, применение такового является показателем полного непрофессионализма сотрудников пакетоделательной компании, и абсолютного пренебрежения интересами заказчиков и, в итоге, интересами и перспективами развития собственной фирмы.