Упаковка из бумаги

2.1 Изготовление  картона 

       К наиболее широко распространенным упаковочным  материалам нашей современности  относится картон и картонажные  изделия. Особое место среди этих видов материала и упаковки занимает картон с гофрированным профилем (гофрокартон).

       Гофрированный картон - это материал, используемый в упаковочной отрасли, как для  транспортной тары, так и для потребительской  упаковки. К наиболее распространенным видам этого материала могут  быть отнесены: двух- трех- и пятислойный  гофрокартон.

       Двухслойный гофрокартон (рис. 2.1) типа «Д» состоит  из одного слоя гофрированной бумаги (флютинга) склеенного с плоским  слоем картона (лайнером).

       Трехслойный гофрокартон (рис. 2.2) типа «Т» состоит  из двух плоских слоев - лайнеров, приклеиваемых  к третьему гофрированному слою - флютингу. Пятислойный гофрокартон (рис. 2.3) типа «П» соответственно состоит из трех лайнеров и двух флютингов, семислойный - три флютинга и четыре лайнера. В основном пяти и семислойный  гофрокартон используется при изготовлении контейнеров, предназначенных для  грузоемких и объемных товаров, таких  как машинное оборудование, бытовая  аппаратура или мебель.

        На рисунке 2.4 приведена конструкция  трех- и пятислойного гофрокартона. 
 
 

         Рисунок 2.1                          Рисунок 2.2                     Рисунок 2.3 

       Роль  лайнеров заключается в сохранении гофрированного картона как единое целое. Именно от качества лайнера во многом зависят свойства гофрированного картона, как при нагрузках в  практическом использовании, так и  в отношении к внешнему виду изготовленной  из него упаковки. В качества лайнера  практически может использоваться любой картон пригодный к склейке, однако наилучшие транспортные упаковки из гофрированного картона получаются при применении специально разработанных  для этой цели прочных сортов крафтлайнера, который обычно изготавливается  из двух слоев, соединенных друг с  другом в процессе производства на картоноделательном оборудовании. В  качестве лайнера используется картон для плоских слоев массой, в  зависимости от марки, от 125 до 350 грамм  кв. метр. Расход картона на 1 кв.м., одного слоя , составляет 1,04 кв.м.

Рисунок 2.4. Конструкция гофрокартона 

       Задача  флютинга состоит в необходимости  придания гофрированному картону наибольшей жесткости. В качестве флютинга используется бумага для гофрирования массой, в  зависимости от марки, от 80 до 160/грамм  кв. метр. Расход бумаги на 1 кв.м., одного слоя гофра, составляет 1,56 кв.м.

       За  счет использования беленого волокна  в наружном слое ящика может быть получена чисто белая поверхность, более пригодная для графического оформления. Плотная белая крафт-бумага используется в тех случаях, когда  требуется графика высокого качества, но это связано со значительным увеличением  затрат. Такая бумага используется с предварительным запечатыванием, т.е. перед тем как она станет частью гофрированного картона. Таким  образом, удается избежать нарушений  качества печати, возникающее при  запечатывании гофрированной поверхности.

        При формировании трехслойного картона  с гофрированным профилем (рис. 2.5), флютинг со станции размотки подается на подогреватель для предварительной  обработки теплом и паром, благодаря  чему приобретает способность к  гофрированию. Одновременно, таким  же образом, первый слой лайнера предварительно нагревается и увлажняется, до той  же самой степени, что и флютинг. Затем флютинг, проходя через  зубчатые валы гофропресса, приобретает  заданный волнообразный профиль. Клей при помощи клеевых валов наносится  на гребни волн флютинга, который объединяется с предварительно обработанным лайнером в двухслойный гофрокартон. 
 
 

Рисунок 2.5

       После   накопительного   моста   на   секции   дублирования,   клей наносится на вершины гофров с  другой стороны флютинга, и наружный лайнер, соответственно подготовленный, подается и склеивается с двухслойным  гофрокартоном.

       Гофрокартон трех- и более слоев не сгибается  ни по одной из осей, и окончательное  термосклеивание и удаление влаги  происходит под нажимом валов  между плоскими конвейерными лентами  и плитами сушки. Далее обрезаются кромки, осуществляется продольная резка, рилевка и готовый гофрокартон  нарезается на листы (двухслойный может  наматываться на рулон) требуемой длины  и ширины.

       Листы гофрокартона штабелируются и направляются для последующих операций.

       На  гофроагрегате картону могут  быть приданы другие специальные  свойства. Например, обработка флютинга в восковой среде улучшает влагопрочность картона, а использование лент может  упрочнить ослабленные участки  ящика, например, ручки. Это также  относится к конструкции ящика, где лента расположена так, что  после ее разрыва ящик, в открытом виде, становится удобным лотком для  хранения продуктов на полке магазина. Ленты должны вводится в продольном направлении, т.е. в направлении хода гофроделательной машины.

        Плоские картонные листы обмеряются сначала по ширине, т.е. размеру, параллельному  гофрам (рис. 2.6). В процессе изготовления - это поперечное направление (или  ширина листа) когда он выходит из гофроагрегата. Направление, перпендикулярное гофрам, это длина (или продольное направление). 
 

Рисунок 2.6 

2.2 Методы  испытаний 

       Физические  свойства бумаги зависят от динамики приложения нагрузки. Говоря другим словами, чем резче прикладывается нагрузка, тем больше кажущаяся прочность. В течении длительных периодов нагрузки, волокна бумаги сдвигаются, деформируются, т.е. «ползут», и сопротивление долговременному  статическому сжатию значительно меньше сопротивления динамическому сжатию. Ящики, выдерживающие 500 кг - нагрузку в  лаборатории (быстрое приложение нагрузки), могут выйти из строя через  год после хранения на складе при  нагрузке в 250 кг.

      Процент влаги, сохраняющийся в бумаге, зависит  от температуры и относительной  влажности. Содержание влаги в бумаге влияет на все механические свойства, а сопротивление сжатию снижается  с увеличением процента влаги. Поскольку  физические свойства бумаги зависят  от содержания влаги, испытание бумаги должно всегда проводится при одной  и той же температуре и влажности. Международный стандарт устанавливает  значение 50% КН для влажности и  значение 23°С для температуры.

Бумага показывает гистерезис, т.е. равновесная влажность  несколько отличается, в зависимости  от того, достигается ли это равновесие относительно большего или меньшего содержания влаги.

       К традиционным методам проверочных  испытаний необходимо отнести:

• испытание на продавливание при котором резиновая мембрана 
  вдавливается в облицовочный слой картона до тех пор, пока 
  он (лайнер) не прорвется. Сопротивление продавливанию выражается в 
  кПа;
• испытание на боковое сжатие, в этом случае на 
  образец гофрокартона воздействует растущая вертикальная нагрузка до 
  тех пор, пока образец не будет поврежден. Сопротивление сжатию зависит от жесткости, придаваемой лайнерами и флютингами;
• испытание  на  сопротивление  плоскостному  сжатию,   которое 
  сходно с испытанием на боковое сжатие, за исключением того, что теперь образец находится  в  плоском состоянии.  Это  испытание выявляет жесткость флютинга;
• испытание   на   сопротивление   пробиванию,   при 
  проведении которого      определяется      степень      противодействия гофрокартона ударным нагрузкам. В процессе испытания треугольный 
  пирамидальный резец, боковые стороны  которого составляют 25  мм, 
  продавливается через гофрокартон. Энергия, поглощаемая при 
  надавливании на кончик резца вплоть до его прохождения через образец, фиксируется.

       Существует  также метод определения качества при котором гофрокартон должен выдерживать без разрушения не менее 10 двойных перегибов на 180 градусов по линии рилевки.

       Проблемы  склеивания, не являясь решающими  для гофрокартона, все же (при  необходимости) требуют проведения испытаний на время поглощения лайнером одной капли воды.

       Расслоение - это оценка сопротивления картона  к расслоению, т.е. отделению слоев  под воздействием влаги. Это испытание  чаще всего используется для того, чтобы отличить картоны, изготовленные  при помощи обычных клеев, от картонов, изготовленных при помощи клеев, стойких к погодным условиям.

       Коэффициент трения может влиять на скорость и  качество обработки на автомате и  на стабильность нагрузки. Один метод  определения коэффициента трения заключается  в том, что взвешенный образец  испытуемого материала размещается  на плоской, обращенной к материалу, поверхности. При постепенном увеличении угла отмечают тот угол, при котором впервые наблюдается скольжение. Тангенс среднего угла скольжения определяется как статический коэффициент трения.

       Коэффициент трения порядка менее 0,3 считается  неприемлемым, а значения в пределах от 0,3 до 0,4 являются предельными. Ящики  с коэффициентом трения от 0,4 до 0,5 являются довольно устойчивыми; обычные  необработанные ящики попадают в  диапазон этих значений. Ящики с  коэффициентом трения ниже 0,3 требуют  определенной обработки. Это может  быть простая обработка щеткой и  водой или сложная с нанесением специальных покрытий, препятствующих скольжению. 

       2.3 Специальные виды обработки картона 

       Чаще  всего обработка гофрокартона имеет  своей целью улучшение рабочих  характеристик материала, оказывающегося в условиях высокой влажности  или в прямом контакте с водой. Подвергаться влагостойкой обработке (в т.ч. непосредственно в гофроагрегате) могут составные части гофрокартона - бумага, картон.

       С той же целью термореактивные  смолы могут добавляться непосредственно  в пульпу на бумажных комбинатах. Обычно - это меламины, добавляемые на уровнях  примерно до 2%. Более высокие уровни смол могут привести к излишней хрупкости  картона. Влагостойкий картон имеет  не только высокие предельные рабочие  характеристики в обычных условиях, но и существенно сохраняет стойкость  к раздиру, проколам и сжатию во влажной  атмосфере. Влагостойкий картон иногда подвергается дополнительной обработке  воском в целях дальнейшего увеличения влагостойкости.

       Обработка воском может осуществляться различными способами. Один из них - это добавление воска в лайнер или среду флютинга в момент их прохождения на гофроагрегат. Таким образом, можно добавит  от 12 до 18% воска относительно базового веса бумаги или картона. Более высокие уровни воска могут препятствовать процессу изготовления и соединения клеем. Воск впитывается в волокно и не виден на наружной слое. Эту обработку часто называют «сухим вощением». Воск формирует матрицу, соединяющую волокна и не вытекающую за свои пределы. Она значительно повышает сопротивление ящика сжатию. Заготовка ящика может также пропускаться через «завесу» расплавленного воска и быстро охлаждаться до отверждения воска. Это «влажное вощение» создает поверхностную пленку из воска, которая эффективно защищает поверхность картона и делает его устойчивым к воде. Вощеный картон используются в тех случаях, когда требуется временная или кратковременная стойкость поверхности к воде.

       Полное  насыщение воском осуществляется путем  погружения в его горячий расплав  готового ящика. Такая обработка  обеспечивает высокую водостойкость, однако, она как бы «сваривает»  картон и ухудшает его другие ценные характеристики.

       При каскадном вощении (парафинировании) готовый ящик проходит через несколько  «завес» горячего воска, причем воск должен стекать как на внутреннюю часть лайнеров и среды флютинга, так и на наружную сторону. Обычно добавляется 45-60% воска - относительно веса картона.

       Каскадное вощение эффективно защищает поверхность  и большую часть волокон и  обеспечивает самый высокий уровень  защиты от влаги и воды. Каскадному вощению подвергается картон, прошедший  сухое вощение, или водостойкий  картон. За исключением любых других различий, можно сказать, что чем  больше добавляется воска, тем лучше  конечный эффект. С точки зрения эстетики, интенсивная обработка  воском возвращает крафт-бумаге темно-коричневый цвет.

       Парафинированные  ящики используются для овощей, фруктов, свежего и замороженного мяса. Уровень парафинирования зависит  от природы продукта. Например, некоторые  овощи, которые не являются влажными, но имеют высокие скорости «дыхания», приводящие к высокой локальной влажности, должны упаковываться в ящики, выдерживающие эти условия, не утрачивая прочности. Среда флютинга и лайнеры, подвергаемые обработке сухим воском, или влагостойкий картон должны иметь достаточный объем.