|
Из всех видов тароупаковочных материалов более 50% приходится на долю продукции из волокнистых полуфабрикатов. Она обладает важнейшими преимуществами — возможностью многократной вторичной переработки и максимальной экологичностью, то есть легкостью утилизации и способностью к биоразложению.
Mechanical characteristics used in the industry to control the quality of corrugated board — resist to pressing and face compression are insufficient to describe the whole complex of forces acting while packing and transportation of corrugated boxes. That’s why it’s hard to control the corrugated board using only standard characteristics.
Механические характеристики, применяющиеся в отрасли для оценки качества гофрокартона — сопротивление продавливанию и сопротивление торцевому сжатию, — не отражают весь комплекс реально воздействующих сил при затаривании, складировании и транспортировке гофроящиков. Поэтому прогнозировать поведение гофроящика с использованием стандартных характеристик затруднительно. Следует учитывать дополнительные параметры, к числу которых, в первую очередь, относится жесткость при изгибе.
Известно, что жесткость при изгибе гофрированного картона является одной из важнейших характеристик, установление величины которой необходимо для достижения высоких эксплуатационных качеств гофроящиков. В тоже время она фактически не контролируется как при производстве волокнистых полуфабрикатов, так и при производстве бумаги, картона и гофрокартона. Такое положение вещей не соответствует основной тенденции развития современного производства — максимальному удовлетворению запросов потребителей.
Жесткость при изгибе включена в известное уравнение McKee, описывающее взаимосвязь между сопротивлением сжатию гофроящика ВСТ и свойствами гофрокартона — сопротивлением торцевому сжатию ECT, кН/м; жесткостью при изгибе Sb, Н•м, а также периметром гофроящика P, м:
| (1)
|
Жесткость при изгибе гофрокартона также является важной характеристикой для оценки деформации гофроящика под воздействием содержимого, что может произойти при затаривании ящиков или при их укладке в штабеля. В результате, при низкой величине параметра жесткости при изгибе и прочих равных условиях снижается несущая способность ящика.
Этот параметр также имеет значение, например, при упаковке и использовании больших открытых гофроящиков, и его значение повышается при увеличении размеров ящика. Его обязательно следует учитывать, так как прогиб стенки ящика может вызвать трудности при автоматизированном складировании.
Среднее значение X характеристик качества трехслойного гофрокартона различного композиционного состава
|
Композиция гофрокартона
| n
| ECT, кН/м
| Sb, Н•м
| П, кПа
| m, г/м2
| δ, мм
|
125KTL–112B0–125KU–C
| 12
| 5,78
| 2,95
| 1206,0
| 458,5
| 2,814
|
125KTL–112B0–150K0–C
| 87
| 4,78
| 2,80
| 1077,1
| 421,3
| 2,853
|
125KTL–125B0–150K0–B
| 15
| 4,92
| 2,58
| 1022,5
| 428,4
| 3,789
|
125KU–112B0–125KU–B
| 10
| 5,77
| 2,98
| 1248,8
| 462,7
| 2,877
|
125KU–125B0–150K0–B
| 14
| 5,58
| 3,24
| 1255,2
| 468,3
| 2,827
|
140KTL–125B0–150KVS–B
| 14
| 4,96
| 3,30
| 1326,3
| 450,8
| 2,830
|
140KTL–125B0–150KVS–C
| 12
| 4,92
| 3,42
| 1271,9
| 457,0
| 3,777
|
140KTL–140B0–140KU–C
| 29
| 4,61
| 2,89
| 1158,2
| 438,4
| 2,861
|
140TUOP–112B0–140TUOP–B
| 18
| 4,76
| 3,80
| 1159,4
| 447,1
| 3,801
|
140TUOP–112B0–140TUOP–C
| 25
| 5,54
| 2,85
| 1262,0
| 459,3
| 2,851
|
150K0–112B0–125KU–B
| 21
| 5,83
| 4,09
| 1224,9
| 466,2
| 3,778
|
150K0–125B0–125KU–B
| 23
| 5,80
| 3,19
| 1387,6
| 485,2
| 2,892
|
150K0–125B0–125KU–C
| 22
| 5,86
| 4,54
| 1344,3
| 496,4
| 3,822
|
150K0–125B0–150K0-C
| 12
| 5,78
| 2,95
| 1206,0
| 458,5
| 2,814
|
Контроль жесткости при изгибе является эффективным методом проверки качества гофрокартона до и после переработки, которое может ухудшиться вследствие частичного повреждения профиля гофрокартона, вызванного деформацией сжатия.
Среднее значение Х характеристик качества пятислойного гофрокартона различного композиционного состава
|
Композиция гофрокартона
| n
| ECT, кН/м
| Sb, Н•м
| П, кПа
| m, г/м2
| δ, мм
|
125K0-112B0-112B0-112B0-140TUOP-BC
| 18
| 8,44
| 11,05
| 1638,7
| 711,2
| 6,34
|
125K0-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 10
| 8,32
| 11,89
| 1478,2
| 718,7
| 6,37
|
125KTL-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 11
| 8,87
| 11,82
| 1334,4
| 720,0
| 6,32
|
125KU-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 25
| 9,09
| 12,10
| 1425,3
| 718,9
| 6,40
|
140KU-112B0-125KU-112B0-140KU-BC
| 15
| 9,12
| 14,05
| 1596,4
| 754,0
| 6,44
|
140TUOP-112B0-125B0-112B0-140TUOP-BC
| 34
| 8,97
| 12,02
| 1774,8
| 738,4
| 6,38
|
Вариация характеристик качества гофрокартона
|
Характеристика
| Коэффициент вариации ν, % для характеристик гофрокартона
| трехслойного
| пятислойного
|
Толщина δ, мм
| 0,7…1,4
| 0,5…1,2
|
Масса 1 м2, m, г
| 0,9…4,8
| 0,7…2,7
|
Сопротивление продавливанию П, кПа
| 2,1…8,6
| 4,4…9,7
|
Сопротивление торцевому сжатию ECT, кН/м
| 2,0…12,3
| 3,2…14,3
|
Жесткость при изгибе Sb, Н•м
| 2,0…20,1
| 5,9…19,7
|
При оптимизации характеристики ВСТ гофроящика требуется учитывать жесткость гофрокартона при изгибе, которая определяется толщиной гофрокартона и способностью внутреннего и внешнего плоских слоев оказывать сопротивление силам растяжения и сжатия. Она может сильно изменяться при изменении толщины картона, вида сырья и массы 1 м2 наружных плоских слоев.
Для измерения жесткости гофрокартона при изгибе в настоящее время рекомендуется применять 4-х точечный метод, реализованный в современных приборах. При проведении измерений по этому методу с использованием специальных передвижных зажимных устройств исключается влияние коробления, кручения и волнистости листа гофрокартона, что позволяет провести точное измерение чистой жесткости при изгибе. Внешний вид и принцип действия прибора представлен на рис. 1 и 2.
| 
| Рис.1. Внешний вид прибора для определения жесткости при изгибе по 4-х точечному методу
| Рис. 2. Принцип приложения нагрузки при 4-х точечном методе испытания на изгиб
|
Жесткость образца картона при изгибе Sb вычисляется по уравнению:
| (1)
| где Е — модуль упругости, МПа, I — момент инерции, м3; b — ширина образца, м; F — действующая на образец сила; L — длина образца; δ — деформация, м.
|
В качестве конечной оценки параметра Sb рекомендуется использовать среднее геометрическое жесткости при изгибе, измеренной в машинном (MD) и поперечном машинному (CD) направлениях:
|
| (2)
|
Для количественной оценки уровня жесткости гофрированного картона при изгибе совместно с сотрудниками филиала ОАО «Архбум» в г. Подольске проведен эксперимент по испытаниям трехслойного и пятислойного гофрокартона на лабораторном комплексе, обеспечивающем комплексное проведение испытаний с определением целого ряда характеристик качества — толщины δ, массы 1 м2 m, сопротивления продавливанию П, сопротивления торцевому сжатию ECT, жесткости при изгибе Sb. Всего проанализировано 375 образцов трехслойного и 150 образцов пятислойного гофрокартона с различной композицией плоских и гофрированных слоев.
Статистическая характеристика приведенной жесткости трехслойного гофрокартона при изгибе Sb, Н•м
|
Композиция гофрокартона
| n
| X
| σx
| Xмин
| Xмакс
| ν
|
125KTL-125B0-150K0-B
| 12
| 2,95
| 0,22
| 2,59
| 3,26
| 7,4
|
125KU-112B0-125KU-B
| 87
| 2,80
| 0,30
| 2,47
| 4,67
| 10,7
|
125KU-112B0-125KU-C
| 15
| 2,58
| 0,49
| 2,06
| 3,55
| 18,8
|
125KU-125B0-150K0-B
| 10
| 2,98
| 0,10
| 2,79
| 3,18
| 3,3
|
140KTL-125B0-150KVS-B
| 14
| 3,24
| 0,20
| 2,97
| 3,52
| 6,1
|
140TUOP-112B0-140TUOP-B
| 14
| 3,30
| 0,45
| 2,83
| 4,20
| 13,7
|
140TUOP-112B0-140TUOP-C
| 12
| 3,42
| 0,68
| 2,83
| 4,01
| 20,0
|
150K0-112B0-125KU-B
| 29
| 2,89
| 0,28
| 2,61
| 3,89
| 9,7
|
150K0-112B0-125KU-C
| 18
| 3,80
| 0,47
| 3,29
| 4,20
| 12,3
|
150K0-125B0-125KU-B
| 25
| 2,85
| 0,18
| 2,59
| 3,14
| 6,5
|
150K0-125B0-125KU-C
| 21
| 4,09
| 0,60
| 2,47
| 4,82
| 14,7
|
150K0-125B0-150K0-B
| 23
| 3,19
| 0,18
| 2,86
| 3,73
| 5,7
|
150K0-125B0-150K0-C
| 22
| 4,54
| 0,48
| 3,58
| 5,24
| 10,5
|
125KTL-125B0-150K0-B
| 12
| 2,95
| 0,22
| 2,59
| 3,26
| 7,4
|
Для каждой композиции гофрокартона по выборке из n образцов, для которых имеются данные o 10 и более образцах, проведена статистическая обработка, и получены величины среднего арифметического X, среднеквадратического отклонения σx, минимального Xмин и максимального Xмакс значений, коэффициента вариации ν,%. Средние значения характеристик представлены в таблицах.
Статистическая характеристика приведенной жесткости пятислойного гофрокартона при изгибе Sb, Н•м
|
Композиция гофрокартона
| n
| X
| σx
| Xмин
| Xмакс
| ν
|
125K0-112B0-112B0-112B0-140TUOP-BC
| 18
| 11,05
| 2,17
| 7,12
| 13,63
| 19,7
|
125K0-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 10
| 11,89
| 1,00
| 10,40
| 13,92
| 8,4
|
125KTL-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 11
| 11,82
| 2,21
| 8,10
| 17,17
| 18,7
|
125KU-112B0-125B0-112B0-125KU-BC
| 25
| 12,10
| 0,95
| 9,10
| 13,35
| 7,9
|
140KU-112B0-125KU-112B0-140KU-BC
| 15
| 14,05
| 0,83
| 12,30
| 15,55
| 5,9
|
140TUOP-112B0-125B0-112B0-140TUOP-BC
| 34
| 12,02
| 2,13
| 7,94
| 15,92
| 17,8
|
В результате испытаний установлено, что для гофрокартона одной марки характеристики можно расположить в следующий ряд по степени варьирования (возрастанию коэффициента вариации ν, %): толщина δ, масса 1 м2 m, сопротивление продавливанию П, сопротивление торцевому сжатию ECT, жесткость при изгибе Sb. Значения коэффициентов вариации характеристик представлены в таблице.
Предлагаемые нормы приведенной жесткости при изгибе трехслойного гофрокартона
|
Марка гофрокартона
| Предлагаемая норма Sb, Н•м
|
Трехслойный гофрокартон
|
Т21
| 0,35
|
Т22
| 1,45
|
Т23
| 2,46
|
Т24
| 3,00
|
Т25
| 3,67
|
Т26
| 4,56
|
Т27
| 5,39
| Пятислойный гофрокартон
|
П31
| 6,6
|
П32
| 9,3
|
П33
| 11,6
|
П34
| 14,9
|
П35
| 18,8
|
П36
| 21,1
|
Относительная стабильность (низкая вариация) контролируемых по требованиям стандарта физических свойств картона (толщины и массы) не гарантирует стабильности прочностных и жесткостных свойств гофрокартона. Это связано, в том числе, и с имеющей место вариацией свойств картона для плоских слоев.
С увеличением высоты гофрированного слоя нестабильность его жесткости при изгибе также увеличивается.
В таблицах представлены результаты статистической обработки данных по жесткости при изгибе Sb. Тот факт, что параметр жесткость гофрированного картона при изгибе имеет наименьшую стабильность, безусловно, связан с отсутствием норматива на жесткость гофрокартона при изгибе и мероприятий по стабилизации этой характеристики.
Работа по разработке норм на жесткость при изгибе гофрокартона (Sb) была выполнена с привлечением статистических методов и использованием кривых распределения величин механических характеристик гофрированного картона, для которых существуют нормы величин сопротивления продавливанию (П) и сопротивления торцевому сжатию (ЕСТ). По результатам испытаний рассчитаны и предложены для использования нормы величин жесткости при изгибе трехслойного гофрокартона для марок Т21–Т27, и пятислойного гофрокартона для марок П31–П36.
Поскольку основным параметром, характеризующим качество изготовления гофроящиков, остается ВСТ, то нормирование жесткости гофрокартона при изгибе, вносящей существенный вклад в величину ВСТ, позволит оптимизировать качество ящиков, расширить сырьевую базу, увеличить объемы использования вторичных ресурсов, снизить себестоимость и повысить конкурентоспособность отечественной продукции на мировом рынке.
Проведенные испытания подтвердили возрастающее значение параметра жесткости гофрокартона при изгибе, который определяется толщиной гофрокартона и способностью внутреннего и внешнего плоских слоев оказывать сопротивление силам растяжения и сжатия. Результаты показывают, что необходим контроль и нормирование не только жесткости гофрированного картона при изгибе, но и контроль жесткости при растяжении и изгибе картоналайнера, используемого в наружных слоях гофрокартона.
|
