|
За последние десятилетия требования к качеству компонентов гофрированного картона существенно изменились. Это привело к тому, что набор характеристик, с помощью которых оценивается качество картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования, регламентируемый отечественными стандартами, отличается от набора характеристик, используемых в других странах мира.
Requirements to the quality of components for corrugated board changed essentially during the last ten+year period. As a result the set of characteristics for controlling the flat layers quality of paper and fluting, used in Ukraine, differs from those used
in other countries.
Специалисты по изготовлению компонентов для гофрированного картона давно обсуждают, какие именно свойства бумаги и картона и их характеристики должны использоваться для оценки их качества. В мировой практике этот вопрос решается неоднозначно.
В таблице 1 представлены характеристики качества гофрированного картона и его компонентов, нормируемые различными международными и региональными системами стандартов. Представленные данные показывают существенное отличие в номенклатуре показателей качества тарного картона. Например, шероховатость поверхности бумаги для гофрирования рекомендуется к определению только по методу, нормированному системой ТАРРI, а гладкость поверхности картона-лайнера и флютинга нормируются в системах стандартов ISO, TAPPI, EN. Высокая шероховатость и низкая гладкость поверхности создают трудности при переработке на гофроагрегате и приводят к возникновению статического электричества, что оказывает вредное воздействие на обслуживающий персонал и работу электрооборудования. Кроме рассмотренных в таблице структурно-размерных и поверхностных свойств, ассоциация ТAPPI предусматривает оценку прочности поверхности к выщипыванию по Дениссону и коэффициента трения.
Отечественные стандарты ориентируют производителей на изготовление картона-лайнера и флютинга, показателями качества которых являются прочностные характеристики, в то время как европейские производители отдают предпочтение показателям, характеризующим жесткость при растяжении и изгибе, а также прочность при сжатии в поперечном направлении. Российские компании, поставляющие тарный картон и его компоненты как внутри страны, так и при внешнеторговых операциях, сталкиваются с необходимостью проводить дополнительный объем испытаний.
Традиционными методами определения сопротивления сжатию компонентов гофрированного картона, регламентируемыми ГОСТ, являются RCT, CCT, CMT. Европейская федерация производителей гофрированного картона (FEFCO) и система EN для контроля качества механических свойств картона-лайнера и флютинга не имеют своих нормативов (исключение — отдельные показатели, см. табл.), а используют методы испытания, регламентированные стандартами ISO и TAPPI. Вследствие того, что база испытаний образца по методу SCT составляет всего 0,70±0,05 мм и сопоставима с толщиной материала, предотвращается бифуркация образца, и деформация происходит в результате именно сжатия, а не из-за потери устойчивости или влияния краевых эффектов. Эффективность SCT метода была подтверждена многими исследовательскими институтами. Определение сопротивления сжатию образцов по методу SCT введено в такие системы стандартов, как ISO, TAPPI, SCAN и нормируется как для картона-лайнера, так и для флютинга. Ряд потребителей акцентируют свое внимание на значение SCT в поперечном направлении, этот факт объясняется особенностями получения гофрированного картона и ящиков из него.
Для того чтобы проследить влияние ориентации волокон на изменение показателя SCT, были изготовлены образцы с углом вырубки от 0 до 157,5° через каждые 22,5° по отношению к машинному направлению. Машинное направление принято за 0°. Все зависимости представленные на рис. 1 имеют эллипсообразную форму, вытянутую в машинном направлении.
Рис. 1. Зависимости изменения SCT картона от ориентации волокон в структуре полотна
| 
|
Эта же зависимость для картона массой 175 г/м2 имеет более сглаженную форму при переходе к поперечному направлению. Вероятно, при снижении массы 1 м2 снижается вклад собственной прочности целлюлозного волокна, и на абсолютное значение SCT в поперечном направлении наибольшее влияние оказывают межволоконные силы связи. Это связано с уменьшением доли волокон, попадающих в область испытания на сжатие по методу SCT.
Известно, что в процессе изготовления и последующей эксплуатации и штабелировании тары картон подвергается значительным растягивающим усилиям, поэтому должен обладать требуемой жесткостью.
Способность картона сопротивляться растяжению пока не нашла отражения в отечественной практике оценки его механических свойств. Частично это учтено лишь в стандарте на гофрированный картон, согласно которому вводится норма на удельное сопротивление растяжению, после двойного перегиба по линии рилевки (ГОСТ 7376-89), но эта характеристика не нормируется ни одной из приведенных в таблице систем стандартов.
Таким образом, видно, что методы определения жесткости при растяжении, жесткости при изгибе и сопротивление сжатию SCT стандартизованы в большинстве рассматриваемых систем (ISO, SCAN, TAPPI, DIN) и являются перспективными в практике оценки качества компонентов гофрированного картона. В России же вопрос об их применении остается открытым.
Методы измерения жесткости
Для измерения показателей жесткости при растяжении, сжатии и изгибе разработаны специальные приборы, которые применяются на многих зарубежных предприятиях–производителях картона-лайнера, флютинга и гофрированного картона. Наиболее часто используются приборы компаний Lorentzen & Wettre и Messmer Buchel.
Потребителями картона рекомендовано соотношение жесткости при растяжении машинного направления к поперечному, оно должно составлять 2:1. Сравнение картонов крупнейших российских производителей и расчет коэффициентов анизотропии жесткости при растяжении показал, что близкие к рекомендации немецких коллег значения соблюдаются только для картонов повышенной массы 1 м2 (табл. 2). С увеличением массы 1 м2 более или менее упорядоченная структура полотна переходит в структуру переплетения, ориентация волокон в машинном направлении снижается, что и приводит к уменьшению коэффициента анизотропии жесткости при растяжении. Полученные результаты позволяют говорить о том, что невысокая собственная прочность волокон входящих в композицию макулатурного картона КБФ, нивелирует разницу значений жесткости при растяжении в машинном и поперечном направлениях.
Табл. 2. Коэффициент анизотропии жесткости при растяжении картона-лайнера
|
Производители
| Масса, г/м2
|
125
| 140
| 150
| 175
| 200
|
Архангельский ЦБК (АЦБК)
| 3,8
| 3,6
| 3,3
| 3,2
| 2,7
|
Котласский ЦБК (КЦБК)
| 3,1
| 2,9
| 2,5
| 2,3
| 2,2
|
Караваевская бумажная фабрика (КБФ)
| 2,6
| 2,4
| 2,4
| 2,0
| 1,8
|
Mondi business paper (МВР)
| 2,8
| 2,9
| 3,0
| 2,7
| 2,6
|
Mondi business paper (MBP)*
| 2,7
| 3,1
| 2,5
| 2,5
| 2,2
| * картон с белым покровным слоем
|
Необходимо отметить, что в настоящее время широкое распространение получил неразрушающий ультразвуковой метод определения жесткости картона и бумаги по методу TSO. Этот относительно новый приборный метод определения качества пока не регламентируется ни одной из представленных в табл. 1 (в конце статьи) систем стандартов. Показатели, полученные с помощью TSO, хорошо коррелируют с характеристиками жесткости при растяжении и изгибе, измеренными механическими методами.
Картон с повышенными характеристиками жесткости должен обладать соответствующим уровнем значений вязкости разрушения, или трещиностойкости, во избежание обрывов на КДМ и в процессе нанесения линий рилевки и биговки на гофрированный картон. Для целлюлозно-бумажных материалов метод проведения испытания и процедура расчета JIC-интеграла нормирована и введена в действие системой стандарта SCAN – P 77:95.
Вязкость разрушения картона определяется в основном межволоконными силами связи и собственной прочностью волокон в структуре материала. На рис. 2 представлен средний уровень значений трещиностойкости и индекса трещиностойкости для картонов-лайнеров массой 150 г/м2 четырех российских производителей, для картонов других масс 1 м2 получены аналогичные зависимости.
Рис. 2. Сравнение трещиностойкости (а) и индекса трещиностойкости (б) картона различных производителей: 1 = машинное направление; 2 = поперечное направление
| 
| * картон с белым покровным слоем
|
Известно, что способность вторичных волокон к размолу и образованию межволоконных сил связи ограничена вследствие ороговения их поверхности. Это объясняет полученные данные, свидетельствующие о том, что самую низкую трещиностойкость как в машинном, так и в поперечном направлении имеет картон, изготовленный из макулатуры (производство КБФ), а самую высокую — из хвойной сульфатной целлюлозы высокого выхода с содержанием НСПЦ (нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы) в композиции целлюлозы до 20% (производство АЦБК).
В поперечном направлении испытания наибольшую роль при определении трещиностойкости играют межволоконные силы связи, а собственная прочность волокон не оказывает существенного воздействия вследствие их ориентации в машинном направлении. Это подтверждается полученными результатами. Максимальные значения JIC-интеграла в поперечном направлении были получены для картона, состоящего из мягких волокон хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы нормального выхода, чья способность к связеобразованию при одинаковой степени помола выше, чем у хвойных волокон высокого выхода, лиственной полуцеллюлозы и вторичных волокон.
В условиях все возрастающей конкуренции не только качество, но и внешний вид поверхности картона играет немаловажную роль. Помимо перечисленных в табл. 1 характеристик систем стандартов ISO, TAPPI, SCAN рекомендуют контролировать оптические свойства (яркость, цветность, белизну) картона-лайнера и бумаги для гофрирования. Для удовлетворения требований потребителей некоторые производители вынуждены использовать красители для придания картону заданного оттенка.
Принципиальным отличием отечественных ГОСТов от зарубежных систем стандартов является нормирование свойств по виду и сорту продукции, в то время как остальные системы стандартизируют методы испытания свойств, а для оценки качества и определения уровня показателей того или иного вида бумаги и картона разрабатывают технические спецификации.
Средний уровень характеристик качества для картона-лайнера и флютинга крупнейших российских и зарубежных производителей представлен в табл. 3.
Табл. 3. Сведения об уровне некоторых показателей качества, компонентов гофрированного картона
|
Производители
| Масса, г/м2
| Толщина, мкм
| Сопротивление продав- ливанию, кПа
| RCTCD,кН/м
| SCTCD, кН/м
| ВНП по Герлею, с/100мл
| Впиты- ваемость по Коббу 60, г/м2
| Влажность, %
| ССТ,Н
| ССТ,Н
|
Картон-лайнер:
|
Россия
| АЦБК
| 175±7
| 260-270
| >710
| >1,5
| >2,6
| >25
| <30
| 8+1-2
| -
| -
|
КЦБК
| 175±6
| ~260
| 700-770
| >1,4
| 2,6-2,9
| 40-130
| 25-38
| 8,0±2,0
| -
| -
|
КБФ
| 175±12
| 300±4
| >280
| >1,3
| -
| -
| 35
| 8,0±2,0
| -
| -
|
МВР
| 175±5
| 260±20
| >700
| >1,6
| >2,8
| -
| <45
| 6-9
| -
| -
|
Германия
| 175±5
| ~230
| 740-790
| >1,8
| 2,9-3,4
| >30
| 35-45
| 7-9
| -
| -
|
|
Англия
| 175±5
| 230-260
| 600-800
| >1,7
| -
| >18
| <30
| 6-8
| -
| -
|
Франция
| 175±7
| -
| >795
| >1,7
| 2,6-3,4
| >18
| <35
| 6-8
| -
| -
|
|
Голландия
| 175±5
| 250±25
| >680
| >1,5
| -
| >25
| 30-50
| 8±1,5
| -
| -
|
Бумага для гофрирования:
|
Россия
| АЦБК
| 125±6
| -
| >320
| -
| ~2,3
| -
| >40
| 7+2-1
| >250
| >310
|
КЦБК
| 125±6
| -
| -
| -
| >2,1
| -
| 40-80
| 7-9
| >270
| >290
|
КБФ
| 125±6
| -
| ~175
| -
| -
| -
| 30-70
| 7+2-1
| >160
| 150
|
МВР
| -
| -
| -
| -
| -
| -
| -
| -
| -
| -
|
Германия
| 127
| ~235
| -
| >1,0
| -
| -
| -
| 7+2-1
| >250
| >310
|
Англия
| 127±5
| 230-260
| ~340
| 1,1-1,3
| -
| -
| -
| 8-10
| 285-335
| 300-360
|
Франция
| 127±3%
| -
| -
| >1,3
| -
| -
| -
| 8,0±1,5
| -
| 280
|
Голландия
| 127±4
| 230±20
| >320
| >1,0
| >2,4
| >25
| -
| 8,5±1,5
| -
| >300
|
Среди полуфабрикатов для производства компонентов гофрированного картона выделяют первичное волокно и вторичное (макулатуру). В существующих сегодня системах стандартов не предусмотрено различий в оценке качества этих разновидностей бумаги и картона.
Тем не менее, в ГОСТе на картон для плоских слоев гофрированного картона при переходе на более низкие марки К-3 и К-4 дополнительно нормируется сопротивление излому при многократных перегибах. Известно, что этот показатель зависит от длины, гибкости и прочности волокна и сил связи между ними, т. е. позволяет дополнительно контролировать качество структуры картонного полотна, содержащего в композиции вторичные волокна. Таким образом, в композиции картона марок К-3 и К-4 допускается добавка макулатурных волокон, что и определяет более низкий уровень качества по сравнению с картоном из первичных волокон.
Анализ зарубежных и российских систем стандартов показал значительные отличия в подходах к оценке качества картона-лайнера и флютинга. В последние годы повышение сопротивления картонных ящиков деформационным нагрузкам, т. е. жесткость тары, приобретает все большее значение. Поскольку основной характеристикой, оценивающей качество ящика из гофрированного картона, является BCT (box crash test — сопротивление ящика сжатию), то возрастает значение оценки жесткости при растяжении и изгибе не только гофрированного картона, но и его компонентов. Поэтому при гармонизации отечественных и зарубежных стандартов перед производителями встает проблема определения ряда характеристик жесткости и деформативности, так как сертификация производств и систем управления качеством продукции предполагает готовность максимально учитывать возрастающие запросы потребителей.
Табл. 1. Методы определения характеристик качества гофрированного картона и его компонентов
|
Свойства и характеристики качества
| Системы стандартов
| Бумага для гофрирования
| Картон для плоских слоев
| Гофрированный картон
|
Структурно-размерные и поверхностные:
|
Масса 1м2, г (Grammage)
| ГОСТ
| 13999
| 13999
| -
|
ISO
| 536
| 536
| 3039
|
TAPPI
| T 410
| T 410
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| 10
| 10
| 2
|
SCAN
| P 6.75
| P 6.75
| -
|
DIN
| 53104
| 53104
| 53104
|
Толщина, мм (Thickness)
| ГОСТ
| -
| 27015
| -
|
ISO
| 534
| 534
| 3034
|
TAPPI
| T 411
| T 411
| Т 411
|
ЕN
| 20534
| 20534
| -
|
FEFCO
| 3
| 3
| 3
|
SCAN
| P 7
| P 7
| P 31
|
DIN
| 53105
| 53105
| -
|
Влажность, % (Moisture)
| ГОСТ
| 13525.19
| 13525.19
| 13525.19
|
ISO
| 287
| 287
| 287
|
TAPPI
| T 412
| T 412
| T 412
|
ЕN
| 20287
| 20287
| 20287
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| P 4
| P 4
| P 4
|
DIN
| 53103
| 53103
| 53103
|
Поверхностная впитываемость воды по Коббу (верхняя сторона) Кобб 60, г\м2
(Cobb sizing)
| ГОСТ
| 12605
| 12605
| -
|
ISO
| 535
| 535
| 535
|
TAPPI
| T 441
| T 441
| T 441
|
ЕN
| 20535
| 20535
| 20535
|
FEFCO
| 7
| 7
| 7
|
SCAN
| P 12
| P 12
| P 12
|
DIN
| 53132
| 53132
| 53132
|
Воздухопроницаемость (пористость) по Герлей, с/100 мл (Air permeance, Gurley)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| 5636\5
| 5636\5
| -
|
TAPPI
| T 460
| T 460
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| P 19
P 53
| P 19
P 53
| -
|
DIN
| -
| -
| -
|
Гладкость поверхности, с (Gloss)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| 8254-1
| 8254-1
| 8254-1
|
TAPPI
| T 480
| T 480
| -
|
ЕN
| 14086
| 14086
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| -
| -
| -
|
DIN
| -
| -
| -
|
Шероховатость по Бендсону, мл/мин (Roughness by Bendtsen)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| 8791
| -
|
TAPPI
| Т 547
| Т 547
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| -
| Р 21
| -
|
DIN
| -
| 53108
| -
|
Механические:
|
Сопротивление продавливанию, кПа (Bursting strength)
| ГОСТ
| 13525.8
| 13525.8
| 13525.8
|
ISO
| 2758
| 2758
| 2759
|
TAPPI
| Т 403
| Т 403
| Т 810
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| 4
| 4
| 4
|
SCAN
| Р 24
| Р 24
| Р 25
|
DIN
| 53141
| 53141
| 53141
|
Разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении, Н, (RCT, Ring crush test)
| ГОСТ
| -
| 10711
| -
|
ISO
| 12192
| 12192
| -
|
TAPPI
| -
| Т 818
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| Р 34
| Р 34
| -
|
DIN
| 53134
| 53134
| -
|
Сопротивление сжатию короткого образца, кН/м (SCT - Short span compression test)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| 9895
| 9895
| -
|
TAPPI
| -
| Т 826
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| Р 46
| Р 46
| -
|
DIN
| 54518
| 54518
| -
|
Прочность (жесткость) при растяжении, Н/м (Tensile strength (tensile stiffness - St))
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| 1924-2
| -
|
TAPPI
| Т 494
| Т 494
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| -
| P 38
| -
|
DIN
| 53112
| 53112
| -
|
Жесткость при изгибе (stiffness bending - Sb):
|
|
|
|
|
статический метод
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| 2493
| 2493
|
TAPPI
| -
| -
| Т 836
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| Р 29
| Р 29
| Р 29
|
DIN
| 53121
| 53121
| 53121
|
резонансный метод
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| 5628
| 5628
|
TAPPI
| Т 489
| Т 489
| Т 820
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| Р 64
| Р 64
| Р 64
|
DIN
| 53123
| 53123
| 53123
|
Сопротивление раздиранию, мН (Tearing resistance)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| 1974
| -
| -
|
TAPPI
| T 414
| T 414
| -
|
ЕN
| 21974
| 21974
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| P 11
| P 11
| -
|
DIN
| 53128
| 53128
| -
|
Сопротивление плоскостному сжатию, при ширине полоски 12,7 мм, Н (CMT - corrugated medium test)
| ГОСТ
| 20682
| -
| -
|
ISO
| 7263
| -
| -
|
TAPPI
| T 809
| -
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| P 27
| -
| -
|
DIN
| 53143
| -
| -
|
Сопротивление торцевому сжатию, кН/м (CСT - crush corrugated medium test)
| ГОСТ
| 20682
7377
| -
| -
|
ISO
| -
| -
| -
|
TAPPI
| T 824
| -
| -
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| -
|
SCAN
| P 42
| -
| -
|
DIN
| -
| -
| -
|
Сопротивление плоскостному сжатию гофрированного картона, кПа (FCT - Flat crush resistance)
| ГОСТ
| -
| -
| 20681
|
ISO
| -
| -
| 3085
|
TAPPI
| -
| -
| Т 808
|
ЕN
| -
| -
| 20035
|
FEFCO
| -
| -
| 6
|
SCAN
| -
| -
| Р 32
|
DIN
| -
| -
| 53144
|
Сопротивление торцевому сжатию гофрированного картона, кН/м (ECT - Edge crush resistance)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| -
| 3037
|
TAPPI
| -
| -
| Т 811
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| 8
|
SCAN
| -
| -
| P 33
|
DIN
| -
| -
| 53149
|
Определение усилия прокола, Дж (PЕT - Puncture resistance)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| -
| 3036
|
TAPPI
| -
| -
| T 803
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| 5
|
SCAN
| -
| -
| P 23
|
DIN
| -
| -
| 53142
|
Влагопрочность клеевого соединения, мин. (Water resistance of the gluing)
| ГОСТ
| -
| -
| -
|
ISO
| -
| -
| 3038
|
TAPPI
| -
| -
| T 842
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| 9
|
SCAN
| -
| -
| -
|
DIN
| -
| -
| -
|
Сопротивление расслаиванию, кН/м (PAT - Pin adhesion test)
| ГОСТ
| -
| -
| 22981
|
ISO
| -
| -
| -
|
TAPPI
| -
| -
| T 821
|
ЕN
| -
| -
| -
|
FEFCO
| -
| -
| 11
|
SCAN
| -
| -
| -
|
DIN
| -
| -
| -
|
|
