Свяжитесь с нами

+7 (495) 989-43-69


(многоканальный)

e-mail: arz-p@arzpuck.ru

8-926-917-76-62
8-926-917-76-69

+7 (499) 123-54-44,
+7 (499) 124-56-63,
+7 (499) 797-49-76,
+7 (499) 127-67-40,
+7 (499) 127-18-78,
+7 (499) 755-71-13.

Функциональные свойства бумаги и картона

Чтобы бумага или картон удовлетворяли требованиям производства и применения упаковки, необходимо обеспечить определенные функциональные свойства этих материалов, которые независимо от того, что именно представляет собой упаковка, — пакетик для чая, картонную коробку или транспортную тару — должны обеспечивать прочность, необходимую для сохранения формы упаковки. Прочность материала необходима для нанесения печати и изготовления упаковки — как в процессе сборки, так и при фасовании (ручном или автоматизированном), а также для физической защиты изделий при сбыте, хранении, реализации и при использовании упаковки потребителем.

При разработке технологии материала разрабатываются конкретные требования к прочности и другим функциональным свойствам упаковочных бумаги и картона, а также методы испытаний, моделирующие соответствующие условия и позволяющие разработать технологические параметры.

ТУ и ТР выполняют две важные функции. Во-первых, они определяют основные производственные параметры, на основе которых определяется вид изделия из бумаги и картона. Во-вторых, путем регулярных проверок соблюдения технических условий в ходе производства изготовитель получает точное представление о степени однородности изделий в рамках одной партии и в разных партиях. Многие испытания в настоящее время проводятся с помощью компьютеров в диалоговом режиме, что позволяет проводить испытания чаще. В системе можно обеспечить и обратную связь, автоматически поддерживая необходимые параметры (например, влажность, толщину и массу изделия на единицу площади) в рамках заданного диапазона. То же относится и к другим параметрам, например, цвету, глянцу и жесткости.

При испытании на прочность и иные связанные с ней функциональные свойства учитывают гигроскопичность волокон целлюлозы. При высокой влажности волокна поглощают влагу, а при низкой — теряют, так что влажность бумаги и картона в зависимости от относительной влажности (ОВ) окружающей среды меняется. Влажность бумаги и картона зависит также от того, была ли перед использованием (или испытанием) относительная влажность окружающего воздуха выше или ниже, то есть с какой стороны система пришла в данное состояние (об этом см. ниже).

Поскольку прочностные свойства существенно зависят от влажности, необходимо, чтобы испытания проводились на кондиционированных образцах при заданных ОВ и температуре и, следовательно, находящихся в равновесном состоянии (в лабораторных условиях — это ОВ 50% и температура 23 °С).

Необходимые функциональные свойства бумаги и картона зависят от конкретного вида упаковки. И к тончайшей легкой бумаге, и к самому толстому картону предъявляются конкретные требования, но сами критерии оценки свойств материалов могут быть одними и теми же — прочность на разрыв, разрывная длина, истираемость, сминаемость и складкообразование, прочность во влажном состоянии и т. д. Основные принципы производства и достижения необходимых свойств для каждого вида бумаги и картона имеют много общего. Это обусловлено тем, что бумага и картон — это листовые материалы, сформированные из сети переплетенных целлюлозных фибрилл и волокон. Различия в показателях прочности и других функциональных свойств зависят от количества и вида волокон, степени помола, способа получения целлюлозы, количества слоев, а также от наличия других компонентов, покрытий или ламинирования, обеспечивающих материалу дополнительные свойства.

Различие в свойствах материала в машинном и поперечном направлениях мы уже упоминали — прочность и другие свойства в этих двух направлениях отличаются, как и значения других показателей.

Масса 1 м2

Количество твердых веществ волокна, наполнителя в бумаге и картоне оценивается массой 1 м2. В лабораторных условиях этот параметр определяют взвешиванием точно вырезанного куска материала, а результат выражают по-разному, преимущественно в г/м2 (или в фунтах на 1000, 2000 или 3000 кв. футов). Для данного вида бумаги или картона большинство прочностных характеристик с увеличением массы единицы площади возрастают.

Масса 1 м2 важна и в коммерческом отношении, так как для конкретной бумаги или картона чем больше масса 1 м2, тем меньшее количество упаковок можно получить из данной массы упаковочного материала. Чем выше масса единицы площади, тем больше волокна приходится на единицу площади, а большее количество волокна требует удаления большего количества воды и приводит к изменению производительности бумаго- или картоноделательной машины.

Толщина

Толщину листа измеряют в микронах (мкм, 0,001 мм, 1 х 10-6м) или в пунктах (1 пункт равен 0,001 дюйма). И бумага, и картон характеризуются волокнистой сжимаемой структурой, в связи с чем толщину измеряют толщиномером — микрометром, позволяющим прикладывать к заданной площади фиксированную нагрузку. У определенных типов бумаги и картона с увеличением массы единицы площади толщина возрастает и, следовательно, для данного типа материала с ростом толщины увеличиваются прочностные свойства. Тем не менее, как мы увидим далее при анализе жесткости, толщина может быть важнее массы единицы площади.

Влажность

Содержание влаги в процентах измеряют в образце, предварительно высушенном до постоянной массы. С изменением содержания влаги изменяются многие прочностные свойства материала.

В бумаге и картоне волокна целлюлозы при высокой ОВ расширяются, поглощая влагу, а при низкой ОВ сжимаются, теряя влагу, причем в поперечном направлении размеры волокон при набухании и сжатии меняются больше, чем в продольном. Так как больше волокон ориентируется в направлении движения бумажного полотна через бумагоделательную машину, любое изменение поперечного размера волокон приводит к нарастанию изменений в поперечном направлении. Именно поэтому стабильность размеров в поперечном направлении важнее, чем в продольном (машинном). (Это может быть использовано для определения MD и CD путем увлажнения одной стороны квадратного образца, параллельной кромке листа. Волокна целлюлозы быстро разбухают, и увлажненная сторона расширяется в поперечном направлении, образуя цилиндр, длинная ось которого расположена в продольном направлении).

Содержание влаги в любом изделии из бумаги и картона стремится прийти в равновесие с ОВ окружающей среды. Это свойство называют гигроскопичностью. Можно построить кривые, демонстрирующие изменения влажности при изменении относительной влажности. Равновесная влажность бумаги и картона при увеличении и уменьшении ОВ меняется по-разному, и это явление называют эффектом гистерезиса (рис. 1.23), результаты которого зависят от условий предшествующего хранения материала.

 

Гистерезис содержания влаги

Рис. 1.23. Гистерезис содержания влаги

 

Следствием этого является то, что достигнутое при производстве бумаги и картона содержание влаги очень важно для поведения материала при печати, сборке упаковки и ее использовании. Поэтому в производстве преследуют две цели относительно содержания влаги. Во-первых, необходимо задать такой диапазон содержания влаги, который соответствовал бы равновесной влажности данного материала в среднем диапазоне значений ОВ, присущих видам использования изделия (рекомендуемая ОВ для печати, сборки упаковки и использования бумаги й картона на фасовочно-упаковочных линиях составляет 45-60%). Во-вторых, в ходе производства следует поддерживать одно и то же содержание влаги в пределах заданного диапазона.

Из гигроскопичности волокон целлюлозы следует, что материал в процессе хранения и сбыта должен быть соответственно защищен. Для достижения оптимальной эффективности при печати, сборке упаковки и ее использовании необходимо соблюдать следующие меры:

  • при транспортировке и хранении бумаги и картона их следует упаковывать во влагонепроницаемый материал;
  • хранить бумагу и картон согласно рекомендациям их производителя;
  • перед снятием влагонепроницаемой упаковки необходимо добиться температурного равновесия в материале;
  • после каждой стадии технологического процесса обеспечить защиту материала.

При перемещении бумаги или картона с холода в теплую среду могут возникнуть критические ситуации. Не следует снимать влагонепроницаемую упаковку с бумаги и картона до тех пор, пока материал не достигнет температуры, равновесной с температурой помещения, где он будет использоваться (например, на печатной или фасовочно-упаковочной машине). Картон с холодной поверхностью после разгрузки грузовика зимой может снизить температуру краски, повысив ее вязкость до такой степени, что в ходе печати будет происходить сильное пузырение.

Кроме того, при перемещении из холодного склада в теплую производственную зону холодные кромки стопы охлаждают окружающий воздух, что может привести к конденсации влаги на кромках. Эта влага может быть не заметна, но при ее поглощении происходит коробление, что затрудняет подачу материала в печатную или фасовочно-упаковочную машину (рис. 1.24). Если же действию высокой температуры или низкой влажности подвергается не обернутый защитной упаковкой материал, он может высохнуть и деформироваться.

 

Влияние изменений в содержании влаги на плоскостность бумаги и картона

Рис. 1.24. Влияние изменений в содержании влаги на плоскостность бумаги и картона

 

На практике при изготовлении бумаги и картона используют методы, направленные на минимизацию таких изменений размеров вследствие гигроскопичности. Ниже мы рассмотрим некоторые меры, рекомендуемые изготовителями бумаги и картона и важные для максимальной эффективности печати, изготовления упаковки и ее использования. Эти меры касаются упаковывания, хранения и использовании бумаги и картона печатниками, изготовителями и пользователями упаковки