Особенности производства гофрокартона

История развития гофрокартона

 

Возможность применения гофрокартона в качестве упаковки впервые была определена владельцем американского патента по применению материала для упаковки стеклянных колб и бутылок Альбертом Джонсом из Нью-Йорка в 1871 г. Рекомендованный автором патента способ применения гофробумаги с изгибом поперек незакрепленных гофров в дальнейшем потребовал усовершенствования. Патент США № 122 023 под названием «Усовершенствованная бумага на упаковочных предприятиях».

25 августа 1874 г. был выдан патент № 154498 на двухслойный гофрокартон. Владелец патента американец Оливер Лонг предлагал приклеивать к гофрированному картону плоский слой бумаги, располагая его на поверхности упаковываемого сосуда. Главным его предназначением тогда была упаковка стеклянных бутылей. В 1875 г. в Нью-Йорке была образована фирма «Томпсон и Норрис», которая с 1882 г. производила двух- и трехслойный гофрокартон. В 1882 г. в США была выпущена машина с механическим приводом для изготовления двухслойного гофокартона и сматывания его в рулон.

17 января 1882 г. американец Роберт Томпсон получил патент на трехслойный гофрокартон. Трехслойный гофрированный картон первоначально изготовлялся путем приклеивания вручную плоского слоя в виде листов или формы заготовок. В 1883 г. фирма «Томпсон и Норрис» открывает первую в Европе фабрику по производству гофрокартона. В 1886 г. эта фирма строит завод по производству гофрокартона в г. Кирхберге (Германия), а в 1888 г. — во Франции.

В 1895 г. американец Сефтон создал первую комбинированную машину для производства гофрокартона (по патенту Томпсона). Машины для производства гофрокартона поставлялись в Европу из Лондона. В 1899 г. служащий фирмы «Томпсон и Норрис» Л. Л. Дуерден зарегистрировал патент США № 620750 о производственном процессе. Он использовал нагревательный стол, длинную транспортировочную ленту и «застуденевающий» под воздействием жара «сильный» клей.

В конце XIX в. немецкие фирмы начали производить гофроагрегаты. Некие Густав Леске и Оскар Сперлинг создают фирму «Лейпцигский машиностроительный завод и гофрокартонная фабрика Спеллинга» (после 1910 г. эта фабрика обанкротилась). С начала XX столетия производство гофрированного картона охватило весь мир. С 1907 г. он стал известен в России (кстати, в Италии, Финляндии и Дании он появился на несколько лет позднее). Важным шагом в ходе дальнейшего совершенствования конструкции явилось внедрение в 1916 г. пятислойного (двухволонового) гофрированного картона, а в 1953 г. — семислойного (три гофрированных слоя и четыре плоских). Постепенно изменялись виды и размеры гофров. Первоначально они примерно соответствовали современному гофру А, в 1905-1906 гг. появился гофр В, в 1925 г. гофр С, в 1951 г. гофр Е.

После 1917 г. производство гофрокартона в России было полностью приостановлено. В середине 80-х гг. в СССР решением партии (КПСС) и правительства было принято постановление о необходимости полного «перехода на гофрокартонную тару» (в основном тогда в СССР использовалась деревянная). По мнению специалистов, этот «переход» завершился уже после распада СССР, в середине 90-х гг. XX в.

 

Производство гофрокартона

 

Для производства гофрокартона используется бумага для гофрирования, имеющая массу от 100 до 140 г/м², картон для плоских слоев массой от 150 до 235 г/м² бурого или белого цвета, а также крахмальный или силикатный клей.

Производство гофрокартона осуществляется в специальном помещении, площадь которого должна оставлять около 800 м². Необходимо наличие подъемного механизма (тельфера или электропогрузчика). Температура в производственном помещении должна быть не ниже 18°C, влажность — не более 80%.

Описание технологического процесса

Перед началом производственного процесса рулоны бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев должны в течение суток находиться в помещении с температурой воздуха не ниже 15°С, где происходит процесс их кондиционирования.

Затем рулоны закрепляются на размоточном станке (раскате), после чего бумага и картон поступают на специальные разогревающие цилиндры и промежуточные валики, где происходит их увлажнение и равномерный нагрев. Это способствует более глубокому проникновению клея в толщину бумаги и лучшему склеиванию с картоном.

Далее бумага для гофрирования поступает в гофрировальную машину (гофрирующий пресс). Здесь она проходит между нагретых до 150-180°С зубчатых гофрирующих валов, в результате чего образуется волнистый слой заданного профиля. Размеры гофров зависят от конфигурации зубьев валов.

После этого гофрированная бумага поступает в клеенаносящую машину. При помощи клеевого вала на вершины гофров одной из сторон наносится клеевая пленка (количество наносимого клея регулируется изменением положения дозирующего вала). Затем гофрированный слой совмещается с плоским картоном, который под действием прижимного вала плотно приклеивается к вершинам гофров. Этот этап завершает процесс производства двухслойного гофрокартона.

Получившийся двухслойный гофрокартон по наклонной транспортерной ленте подается на накопительный мост, а затем в клеильную машину, где происходит нанесение клея на свободную сторону гофрированной бумаги.

После этого гофрированный картон подается в сушильное устройство, где происходит его склеивание и сушка. Процесс сушки осуществляется при помощи сушильных плит и сушильной машины. Нагрев может производиться при помощи пара или электричества.

В процессе сушки из слоев гофрокартона удаляется лишняя влага, происходит окончательное затвердевание клея. Далее гофрокартон поступает на охлаждающую часть линии. Процесс сушки с последующим охлаждением во многом определяет качество получившегося гофрокартона. После этого гофрокартон подается в секцию продольно-поперечной резки, где он раскраивается и разрезается при помощи системы дисковых ножей. Процесс резки часто сочетается с рилеванием, или уплотнением гофрокартона на прямолинейном участке определенной ширины. В результате образуются линии рилевки, вдоль которых осуществляется перегиб листов гофрокартона. Рилевание производится при помощи так называемых рилевочных муфт. Затем гофрокартон нарезается на листы необходимой длины, из которых в дальнейшем изготавливается тара.

Картон

гофрокартон упаковочный клей

Картон является многослойным материалом с ярко выраженной анизотропией свойств. Для анализа характеристики картона можно выделить четыре основных слоя: поверхностный, промежуточный, прослойку и внутренний. Поверхностный слой вместе с промежуточным составляют около 25% от общей толщины картона, прослойка - около 55%, внутренний слой - около 20%.

Поверхностный слой картона предназначен для обеспечения необходимой твердости, прочности, жесткости, износостойкости, стойкости к истиранию и к царапинам поверхности картона. Этот слой определяет внешний вид тары и способность воспринимать различные способы печати.

Наилучшей способностью к получению высококачественных изображений отличаются сорта картона с мелованным покрытием. Покрытие состоит из пигментов и связующего. В качестве пигментов могут применяться сульфат бария, оксид титана, белый цинк, карбонат кальция, тальк и др. Связующими могут быть казеин, дисперсии полимеров, целлюлозный клей и др. Величину мелованного слоя выражают в граммах на квадратный метр поверхностей картона. Обычно она составляет от 160 до 200 г/мІ. Мелованные сорта картона называют хромокартоном.

Для получения поверхностных слоев используют самые высококачественные полуфабрикаты, для прослойки - самые дешевые. Например - макулатуру.

По составу слои подразделяют на не содержащие древесину массу, с малым и большим содержанием древесиной массы и на сырье. Не содержащие древесную массу слои состоят преимущественно из целлюлозы с незначительными примесями древесной массы, не превышающими 5 %. Слои с малым содержанием древесной массы состоят из целлюлозы с древесной массой не более 30%. В слоях с большим содержанием количество древесной массы превышает 30%. Серые слои состоят из полуфабрикатов макулатуры и древесной массы или только из древесной массы.

Белыми называют слои из отбеленных полуфабрикатов, светлыми - из неотбеленных.

По отделки поверхности сорта картона подразделяют на три группы: литого мелования, мелованные, немелованные.

Повышение влагостойкости плоского склеенного картона является предметом современных исследований. Исследования направлены на повышение влагостойкости материалов слоев и влагостойкости клеев. Для этого материалы слоев получают из массы, пропитанной различными растворами. В качестве влагостойких клеев применяют поливинилацетатные эмульсии, латексы, битумные клеи.

На основе анализа нагрузок, которые воспринимает картонная тара в процессе ее изготовления, транспортирования, складирования, погрузочно-разгрузочных работ, установлены основные виды напряжений, возникающих в отдельных элементах картонной тары.

1. Сжатие в вертикальном направлении возникает в материале корпуса тары при операциях затаривания, закрывания тары, а также при штабелировании тары с продуктом, в процессе хранения и транспортирования. Это наиболее характерный вид напряжения, вызывающий при недостаточной прочности материала разрушение тары.

2. Сжатие в горизонтальном направлении возникает в основном при транспортировании, а также при погрузочно-разгрузочных работах.

3. Сжатие в тангенциальном направлении возникает при образовании кольцевого профиля на круглой таре.

4. Растяжение в осевом направлении возникает в процессе эксплуатации тары при динамичных нагрузках, при падении тары с сыпучим, пастообразным или другим продуктом, а также при технологических операциях изготовления тары.

5. Раздирание кромки возникает в процессе затаривания продукта, а также при эксплуатации.

Исследование процессов изготовления и эксплуатации картонной тары, а также лабораторные испытания механической прочности тары показали, что основными видами деформации картона являются:

- деформация от воздействия сжимающих усилий, возникающих от статических и динамических нагрузок в процессе транспортирования и эксплуатации тары;

- деформация материала на отдельных участках от действия сосредоточенных нагрузок, при которых происходит разрушение тары или возникает остаточная деформация.

Итак, прочные свойства картонной тары определяются, прежде всего, свойствами материала в исходном состоянии, а так же теми изменениями, которые происходят в материале в процессе изготовления тары.

В производстве гофрокартона принято употреблять такие термина как «лайнер» и «флютинг»

Лайнер

Лайнер (от англ. liner — прямой, ровный, гладкий) — это обобщенное название картона для плоских слоев гофрированного картона. В нормативной документации (НД) термин «лайнер» отсутствует. Он перекочевал в наш лексикон из англоязычных стран и, видимо, прижился надолго. По классификации (FEFCO) лайнеры подразделяются на крафт и тест лайнеры.

Крафт-лайнер (от нем. kraft — сила) — это картон, состоящий не менее чем на 80% из волокон лиственной целлюлозы. Оставшиеся 20% — любая смесь из первичных волокон (целлюлозы разных способов варки, полуцеллюлозы, древмассы, макулатуры, соломы, тростника, льна, конопли и т.д.). Т.е. композиция картона многокомпонентна, однако, чтобы называться крафт-лайнером, процент вторичных волокон в нем должен быть минимальным.

В международной практике крафт-лайнер, на 100% состоящий из крафт-целлюлозы (полученной сульфатным способом), также называют топ-лайнером.

Крафт-лайнер — это многослойный материал. Количество слоев колеблется от двух до восьми в зависимости от возможностей картоноделательной машины. Чаще всего производят двухслойный крафт-лайнер - базовый коричневый слой состоит из вторичного волокна, а наружный слой, в основном, из длинноволокнистых первичных волокон. Крафт-лайнер, как правило, используют для производства изделий и тары с повышенными требованиями к механическим показателям.

Тест-лайнер также многослойный материал. Он изготавливается, в основном, из тех же компонентов, что и крафт-лайнер, но в другом соотношении. Обычно наружный слой подвергают специальной обработке: поверхностной проклейке, кашированию; всевозможные добавки придают тест-лайнеру специальные водоотталкивающие, морозостойкие, антикоррозионные и др. свойства.

ГОСТы

Картоны для плоских слоев (лайнеры) должны отвечать требованиям ГОСТ 7420, где марка картона К-1 — высшей, К-2 и К-3 — первой категории качества.

Международная практика подразделяет лайнер на:

К (kraft) — лайнер, состоящий из целлюлозных волокон;

Т2 (test 2) — лайнер, состоящий из частично переработанных волокон;

Т (test 3) — лайнер, волокнистая композиция которого полностью состоит из вторичных волокон;

С (chip) — лайнер на основе макулатуры;

BW (fully bleached white) — крафт-лайнер из беленой целлюлозы;

WT (white top) — лайнер из вторичных волокон с верхним мелованным слоем;

MK (mottled kraft) — крафт-лайнер белого цвета с вкраплениями;

OY (oyster) — крапчатый тест-лайнер.

Для лайнеров нормируемыми являются показатели: сопротивление продавливанию, торцовому сжатию, излому в поперечном направлении.

Флютинг

Термин «флютинг» так же, как и «лайнер», в НД не фигурирует. Однако, уже довольно давно он прочно вошел в обиход людей, связанных с гофроиндустрией. Официальное название флютинга согласно ГОСТ — «бумага для гофрирования, предназначенная для изготовления гофрированного слоя гофрированного картона».

На Западе флютингом называют бумагу для гофрирования, произведенную из полуцеллюлозы (Semichemical fluting, SF). В основном, это масса, полученная путем неглубокой химической обработки хвойной древесины. Бумага для гофрирования, почти на 100% состоящая из вторичного сырья (макулатуры), называется веленштофф (Wellenstoff, WS). Рекуперационные волокна в среднем проходят трехступенчатую переработку, поэтому в волокнистой композиции веленштоффа все равно присутствует некоторый процент первичного волокна, что обеспечивает жесткость флютинга.

Шренц (Schrenz) это бумага для гофрирования, а также материал для тест-лайнера самого низшего сорта с низкими техническими характеристиками, к которым выдвигают не столь жесткие требования.

Флютинг отличается очевидной грубостью поверхности на ощупь и менее эстетичен на вид, т.к. он предназначен для изготовления внутреннего слоя гофрокартона. Чаще всего состав по волокну флютинга аналогичен материалам, которые используются для изготовления тест-лайнера (Waste based fluting, WBF). Однако, при производстве гофрокартона и тары из него флютинг играет, пожалуй, самую важную роль — гофр принимает на себя основную нагрузку, и именно от технических характеристик бумаги для гофрирования зависят амортизационные свойства гофрокартона и тары из него.

ГОСТы регламентирующие производство гофрокартона включают в себя требования которым должен соответствовать данный продукт.

Бумага для гофрирования должна соответствовать требованиям ГОСТ 7377, согласно которого это бумага-основа, используемая для внутреннего слоя гофрокартона. Она изготавливается марок Б-0, Б-1, Б-2 и Б-3. Флютинг марки Б-1, в основном, изготавливается из сульфатной небеленой целлюлозы; Б-2 — преимущественно из смеси сульфатной небеленой целлюлозы и других ненормированных материалов; Б-3 — из ненормированных волокнистых материалов. Поскольку бумага для гофрирования используется для изготовления внутреннего слоя гофрированного картона, ее физико-механические показатели должны обеспечивать стабильное качество при возникающих статических и динамических нагрузках (при складировании, штабелировании, хранении и т.д.) и главное, обеспечивать сохранность гофра.