 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
+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.
Гофрокартон, некоторые определения
Гофрокартон представляет собой пространственную многослойную конструкцию, состоящую из внутреннего слоя бумаги («флютинга»), сформированного на гофроагрегате с помощью нагревания, влаги и приложения давления так, что бумаге придается волнистая (гофрированная) форма, и из 1-2 (и более) плоских слоев картона, называемого лайнером*, приклеенных к вершинам гофров. По числу образующих его слоев гофрокартон разделяют на одно-, двух- и трехслойный. При этом слойность картона определяется числом гофрированных слоев, а тип — числом слоев лайнера. При использовании одного слоя лайнера и гофра картон называют однослойным односторонним (single faced, рис. 11.9, а), при использовании двух слоев лайнера и одного слоя гофра — однослойным двухсторонним (single wall, рис. 11.9, b). При комбинации двух слоев гофра и трех слоев лайнера гофрокартон называют двухслойным двухсторонним (double wall, рис. 11.9, с), а при комбинации трех слоев гофра и четырех слоев лайнера — трехслойным двухсторонним (triple wall, рис. 11.9, d).
Гофрокартон может иметь различный профиль и размеры гофрированного слоя. Каждый профиль имеет буквенное обозначение — D,K,A, С, В, Е, F, G и О, которое определяются шагом гофра — количеством гофров на единицу длины и коэффици ентом гофрирования. Шаг — это расстояние между двумя ближайшими вершинами гофров, а при помощи коэффициента гофрирования можно рассчитать длину бу маги (флютинга) для гофрированного слоя по сравнению с длиной слоев картона- лайнера (табл. 11.1).
Рис. 11.9. Виды гофрокартона по российской и западной (в скобках) терминологии:
а — двухслойный (однослойный односторонний); b — трехслойный (однослойный двухсторонний); с — пятислойный (двухслойный двухсторонний) и d — семислойный (трехслойный двухсторонний)
Таблица 11.1. Тип и размеры гофрокартона
| Тип гофра | Среднее число гофров на метр | Шаг гофра, мм | Коэффициент гофрирования |
| D | 75 | 14,96 | 1,48 |
| К | 95 | 11,70 | 1,50 |
| А | 110 | 8,66 | 1,53 |
| С | 129 | . 7,95 | 1,42 |
| В | 154 | 6,50 | 1,31 |
| Е | 295 | 3,50 | 1,24 |
| 1 | 310 | 2,40 | 1,22 |
| G | 350 | 1,80 | 1,21 |
| О | 360 | 1,25 | 1,14 |
Для описания свойств гофрокартона используют следующие показатели качества.
Масса единицы площади и толщина
Масса единицы площади — это масса одного квадратного метра гофрокартона (г/м2), измеренная в стандартных условиях, то есть при температуре 23 °С и ОВ 50%. Ее оценивают по массам единицы площади использованных материалов по несложной линейной зависимости. Для трехслойного картона эта зависимость имеет вид
где L1 и L2 — это массы единицы площади лайнера, F— масса единицы площади гофра, г/м2, а — коэффициент гофрирования.
Средняя масса единицы площади однослойного двухстороннего (трехслойного по российской терминологии) гофрокартона в европейских странах составляет 550 г/м2, а двухслойного двухстороннего (пятислойного по российской терминологии) — около 750 г/м2.
Толщину измеряют при давлении в 20 кПа. Средние значения толщины гофрокартона приведены в табл. 11.2 (в Северной Америке масса единицы площади за дается в фунтах на 1000 кв. футов).
Таблица 11.2. Средняя толщина различных видов гофрокартона
| Тип гофра | Толщина, мм |
| D | 8,0 |
| K | 6,5 |
| А | 4,8 |
| С | 4,2 |
| В | 2,8 |
| E | 1,7 |
| F | 1,2 |
| G | 1,0 |
| O | 0,7 |
Прочностные характеристики
Сопротивление продавливанию
Методы измерения сопротивления продавливанию описаны в стандарте ISO 2759. Единицей измерения служит кПа. Прочность гофрокартона на разрыв под действием продавливания может оцениваться по простой формуле — так, для трехслойного гофрокартона сопротивление продавливанию равно Lx + L2 + 100, где Lt+ L2 — это сопротивление продавливанию слоев лайнера (кПа).
Это испытание широко применяется для определения качества гофрокартона. В зависимости от массы м2 и характеристик слоев лайнера (изготовлены ли они из древесной массы, вторичного волокна или из их смеси) сопротивление продавливанию варьирует в широких пределах — от 800 до 8000 кПа.
Жесткость при изгибе
Жесткость при изгибе характеризуется силой, необходимой для изгибания плоского образца гофрокартона на заданный угол. Схема обычного испытания на 3-точечный изгиб представлена на рис. 11.10.
Нагружение центра образца (N) осуществляют с помощью стандартного динамометра, после чего отклонение (т) фиксируют с помощью системы сбора данных. Ширина испытуемых образцов (b) равна 5 см, а длина их зависит от машинного (MD) или поперечного (CD) направления (машинное направление — это направление движения картона через гофроагрегат).
Рис. 11.10. Схема испытания с использованием принципа нагружения и отклонения
Расчет жесткости при 3-точечном изгибе осуществляется по наклону кривой зависимости прогиба от нагрузки в начале этой кривой и структурных параметров по следующей формуле:
Жесткость при изгибе (MD или CD) = Нагрузка/Отклонение х 13/486, где L — расстояние между опорами.
Стандартная единица измерения в этом случае — ньютон х метр (Нм). Испытания гофрокартона проводят по ISO 5628. Общая матрица для описания полной жесткости гофрокартона при изгибе представлена в работе.
Эксперименты, проведенные с лайнером различной массы и свойствами, свидетельствуют о том, что:
• у гофра С жесткость при изгибе больше, чем у гофра В;
• у гофрокартона с крафт-лайнером жесткость при изгибе больше, чем у гофрокартона с тест-лайнером при той же массе квадратного метра;
• жесткость при изгибе возрастает с увеличением массы картона-лайнера.
Сопротивление торцевому сжатию
Сопротивление торцевому сжатию (ЕСТ, Edge Crush Test) используют для оценки сопротивления гофрокартона сжатию. Измеряется этот параметр в килоньютонах на метр (кН/м). Испытание проводят по стандарту ISO 3037 на образце картона, устанавливаемом вертикально между горизонтальными плитами (гофры также ориентированы вертикально).
Сопротивление проколу
Измерение сопротивления проколу (рис. 11.11) служит для определения энергии, необходимой для прокола гофрокартона. По стандарту ISO 3036 результаты измерений выражают в миллиджоулях на метр (мДж/м).
Сопротивление плоскостному сжатию и твердость
Рис. 11.11. Определение сопротивления проколу
Один из основных критериев стабильности гофрокартона — это его способность сохранять свою структуру и геометрию. Традиционное испытание на сопротивление плоскостному сжатию гофрированного образца (FCT, Flat Crush Test) позволяет оценить и классифицировать эксплуатационные свойства бумаги для гофрирования (флютинга) в соответствии с ее видом и массой. Испытание образца картона на сопротивление плоскостному сжатию выполняют по стандарту ISO 3035 так, как показано на рис. 11.12.
Рис. 11.12. Определение сопротивления гофрокартона плоскостному сжатию
Измеренные параметры зависят от типа гофра и качества флютинга. Различие сопротивления плоскостному сжатию для гофров флютинга из полуцеллюлозы и из вторичного волокна при одинаковой массе единицы площади составляет около 40% (табл. 11.3).
Таблица 11.3. Параметры плоскостного сжатия для гофра С при температуре 23 °С и ОВ 50%
| Комбинация картона | Масса, г/м2 | Сопротивление плоскостному сжатию, кПа | |
| Лайнер | Флютинг | ||
| 2 х 175, крафт-бумага | 140, из вторичного волокна | 580 | 260 |
| 2 х 175, крафт-бумага | 150, из полуцеллюлозы | 595 | 360 |
По данным о сопротивлении гофрокартона плоскостному сжатию можно судить о поведении гофров, прогнозируемом на основе массы и по методу СМТ (Сопсога Medium Test). Определение сопротивления плоскостному сжатию показывает, насколько данный флютинг пригоден для обработки на гофроагрегате.
Тест СМТ описан в стандарте ISO 7263 и представляет собой определение сопротивления сжатию после гофрирования (гофр А) на лабораторном гофроагрегате (рис. 11.13). Измеряется СМТО (сразу после гофрирования) и СМТЗО (после 30-минутной выдержки при температуре 23 °С и ОВ 50%).
В первом приближении можно утверждать, что между результатами испытаний по методам FCTh СМТ наблюдается достаточно хорошая корреляция (рис. 11.14).
Поскольку толщина картона — это основной критерий обеспечения его жесткости, для определения снижения качества гофрокартона очень важно измерять изменение его толщины.
Рис. 11.13. Устройство для СМТ-испытаний
Рис. 11.14. Корреляция между результатами FCTm CMT-испытаний.
При разрушении образца гофрокартона между двумя вращающимися цилиндрами были получены различные показатели степени разрушения. Предварительное сжатие (от 0 до 60%) выполнялось при различных настройках обжимных валиков. Толщину измеряли до и после сжатия при стандартном (20 кПа) и при более высоких значениях давления — 80 кПа для гофров С и Л и 150 кПа — для гофра В. После предварительного 20%-го сжатия толщина резко снижается (рис. 11.15).
Рис. 11.15. Влияние предварительного сжатия на остаточную толщину гофрокартона
Чтобы исключить разрушение гофрокартона, а также в целях контроля его толщины в ходе производства и сохранения прочности и амортизирующих свойств, был разработан дифференциальный микрометр, принцип действия которого основан на измерении снижения толщины. Дифференциальный микрометр показывает различие толщины гофрокартона, измеренной при различных давлениях (20 и 80 или 150 кПа). Производственным предприятиям можно рекомендовать, чтобы различие в толщине не превышало 10% от высоты гофра.
Для правильной оценки эксплуатационных свойств «мягкого» картона еще одним важным параметром является твердость гофрокартона. Твердость — это сопротивление картона на начальных стадиях при определении сопротивления плоскостному сжатию по методу FCT (ISO 3035) — см. кривые «нагрузка-сжатие» на рис. 11.16. В отличие от значений, полученных при испытаниях по методу FCT, значение твердости более чувствительно к величине зазора между измерительными поверхностями толщиномера и, следовательно, к степени сдавливания. Твердость связана с фактической прочностью гофра, а в испытаниях по методу FCT определяют ее предельное значение.
Таким образом, «твердость» и «мягкость» — это количественные характеристики того, что обычно называют «мягкостью» гофрокартона.
Склеивание гофра (флютинга) и растрескивание биговки
Для оценки соединения гофра (флютинга) и плоских слоев (лайнера) применяют испытание на сопротивление расслаиванию (PAT, Pin-Adhesion Test). Этот тест основан на измерении нагрузки (н/м), требующейся для отделения гофра от плоских слоев по методу TAPPIТ821 pm8i. Между гофрами вставляют стержни, после чего измеряют силу, необходимую для преодоления сил сцепления (рис. 11.17).
Рис. 11.16. Кривые плоскостного сжатия
Как показано на рис. 11.18, сила сцепления вершин гофров с лайнером очень важна для эксплуатационных свойств гофрокартона при упаковке, хранении и сбыте.
Склеивание двухслойного и трехслойного картона принципиально отличается из-за различий между ними в системе нанесения клея. При склеивании двухслойного картона адгезив наносят на обе стороны вершины гофра, а при склеивании трехслойного картона адгезив наносят на вершину гофра (рис. 11.18) Эта разница в местах нанесения клея обусловлена различием технологий, используемых для соединения вершин гофра с лайнером. Среднее количество адгезива в гофрах В и
Рис. 11.17. Определение сопротивления расслаиванию с помощью стержней С — от 6 до 9 г/м2.
Рис. 11.18. Микрофотография места склеивания (трехслойный картон)
На предприятиях по производству гофрокартона при изготовлении тары зачастую происходит его растрескивание в местах биговки. При фальцовке и сборке могут возникать местные упругие напряжения, причем при сборке тары из гофрокартона одним из: важнейших параметров, влияющих на растрескивание линий биговки, является содержание влаги (см. ниже раздел о свойствах бумаги). Такое растрескивание может происходить как при высокой, так и при низкой влажности бумаги. В разных экспериментах было показано, что оптимальная влажность гофрокартона должна составлять около 8% (рис. 11.19).
На рис. 11.20 показано отличие трех видов плоских слоев картона (тест-лайнер № 3, тест-лайнер № 2 и крафт-лайнер) в уровне показателя прочности на разрыв. Прочность на разрыв тест-лайнера № 3 самая низкая — 2,5 кПа (г/м2)"1, № 2 — 3,0 кПа (г/м2)"', а крафт-лайнера — самая высокая, 4,0 кПа (г/м2).
Рис. 11.19. Зависимость сопротивления растрескиванию в местах биговки от влажности бумаги
Рис. 11.20. Изменение сопротивления растрескиванию в местах биговки в зависимости от массы картона для плоских слоев
Влажность
Чувствительность бумаги к колебаниям влажности очень важна. Влажность измеряют с помощью гравиметрического анализа, применяемого для определения влажности образца гофрокартона (влага из взвешенного образца удаляется в сушильном шкафу).
Отбор образцов гофрокартона определяется стандартами, а расчет влажности проводится по формуле
Масса влаги = Масса влажного образца — Масса сухого образца;
В финишной части гофроагрегата влажность гофрокартона с гофром В или С должна составлять 7-7,5%.
Свойства лайнера и флютинга
Картон и бумагу подбирают по их структурным и механическим свойствам, а также по влагочувствительности. Основные свойства картона и бумаги как компонентов гофрокартона представлены в табл. 11.4.
Для изготовления гофрокартона используется картон для плоских слоев из беленой и небеленой целлюлозы (как первичных, так и вторичных волокон); для бумаги, предназначенной для гофров (флютинга), используется вторичное (макулатурное) волокно или полуцеллюлоза.
Основная классификация упаковочной бумаги была разработана Европейской ассоциацией производителей гофротары Groupement Ondule в 1990 г. Эта классификация включает два класса картона для плоских слоев — тест-лайнер и крафт-лайнер — и два варианта бумаги для гофрирования (из полуцеллюлозы и макулатуры).
Таблица 11.4. Основные свойства картона и бумаги для производства гофрокартона
| Свойства | Определяются как: | Важны для: |
| Природа волокон | Первичное (целлюлоза) или | Цены |
| вторичное (макулатурное) волокно | ||
| Масса единицы площади | Масса 1 м2 | Снижения массы |
| Толщина | Мкм | Структуры |
| Плотность листа | Пористость, IBT | Когезии |
| Прочность... | Прочность на разрыв, жесткость | Эксплуатационных |
| и сжатие | свойств, соответствия | |
| заданным требованиям | ||
| Характеристики | Гладкость, белизна, глянец. | Нанесения печати |
| поверхности | ||
| Ориентация волокон | Машинное и поперечное | Стабильности свойств |
| направления (MD, CD) | ||
| Влагочувствительность | По методу Кобба | Скручивания, коробления, |
| срока годности |
Тест-лайнер — это бумага преимущественно из вторичного макулатурного волокна. Европейская классификация представлена в табл. 11.5, а в табл. 11.6 приведены виды крафт-лайнера для небеленого и беленого верха. Флютинг классифицируется по показателям СМТ31 (табл. 11.7).
Таблица 11.5. Виды тест-лайнера (3 вида, причем наилучшим является тест-лайнер 1)
| Тест-лайнер 1 | Тест-лайнер 2 | Тест-лайнер 3 | |||||||
| Масса 1 м2 | 125 | 150 | 200 1 | 125 | 150 | 200 | 125 | 150 | 200 |
| Индекс продавливания | 3,0 | 3,0 | 2,9 | 2,5 | 2,5 | 2,4 | 2,0 | 2,0 | 1,8 |
| Значение SCTCD (кН/м) | 2,15 | 2,60 | 3,40 | 1,90 | 2,35 | 3,00 | 1,65 | 2,05 | 2,70 |
Таблица 11.6. Крафт-лайнер (беленый и небеленый)
| Индекс продавливания | Блеск по ISO | ||
| Масса 1 м2 | <250 | >250 | - |
| Небеленый | >3,5 | >2,9 | Не определен |
| Беленый | >3,5 | > 2,9 | >70% |
Таблица 11.7. Флютинг
| Материал для гофра | Индекс СМТ |
| Полуцеллюлоза
Вторичное макулатурное волокно | >1,8 >1,6 |
Для достижения удовлетворительных эксплуатационных свойств гофрокартона важно знать ориентацию волокон картона и бумаги, поскольку прочностные свойства зависят от машинного или поперечного направления ориентации волокон.
Разброс характеристик для одного вида крафт-лайнера (140 г/м) представлен на графике (рис. 11.21, а, b).
Рис. 11.21. Зависимость прочности картона от ориентации волокон
Влажность картона, бумаги и гофрокартона
Естественная сорбция бумаги и картона показана на рис. 11.22.
При оценке влажности бумаги в процедуре отбора проб перед выбором образца с рулона всегда удаляют 7-8 наружных слоев (рис. 11.23), поскольку поглощение влаги больше идет через незащищенные внешние слои, чем через кромки внутренних.
Рис. 11.22. Зависимость влажности бумаги от относительной влажности
Рис. 11.23. Типичное распределение содержания влаги в рулоне (снаружи внутрь)
Рис. 11.24. Типичное распределение влаги от одной стороны рулона к другой