Коробление гофрокартона

Очень часто в производстве гофрокартона используются несбалансированные лайнеры. Это повышает конкурентоспособность и снижает стоимость картона (с учетом того, что стоимость бумаги составляет более 50% от цены картона). Уже одно это порождает проблемы в производстве…

Aвтоматизация исключает не­обходимость в регулировках оператора. Но, по-прежнему, важно иметь операторскую команду хотя бы из нескольких человек, ко­торые хорошо разбирались бы в ис­ходной природе бумаги, в том, что происходит с ней в процессе гофри­рования и что представляет угрозу качеству конечного продукта, в чем ее причины и что составляет опасность.

Характеристики и качество бумаги

БДМ производит непрерывное широкое полотно бумаги, которое сматывают в один или более рулонов. Их отдельно разрезают на не­обходимую ширину под заказ и наматывают снова при контролируемом натяжении на специальные бу­мажные гильзы, внутренний диаметр которых подходит для держателя рулона в гофроагрегате.

Бумага по центру БДМ — более плотная, чем по краям, так же, как и при изменении влажности на БДМ, что и проявляется в виде влажных полос в рулоне. Современные машины снабжены контрольными системами для борьбы с этим недостатком, но он все равно возможен.

Если края рулона не защищены, рулон может напитаться влагой во время транспортировки водным пу­тем. Устройства для определения влажности вручную применяются довольно широко и могут быть использованы бригадой, обслуживаю­щей мокрую часть БДМ, для двой­ного контроля каждого рулона пе­ред погрузкой.

Бумага — продукт природного происхождения, который может из­меняться из рулона в рулон и даже внутри себя. Она расширяется, когда влажная, и сжимается, когда сухая. Оба этих эффекта имеют место больше поперек волокна, чем в продольном направлении — вплоть до того, что удваиваются в случае, когда бумага вырабатывается из длинноволокнистой сульфатной целлюлозы. Современные БДМ проектируются так, чтобы придать волокнам в бумаге произ­вольную ориентацию в противопо­ложность естественной тенденции волокон к выравниванию (поэтому производится «построение») в направлении потока на протяжении машины.

Если влажность возрастает, расширяя бумагу , а затем снижа­ется до исходной, бумага дает усадку в обоих направлениях до размеров ниже исходных. Это т.н. «эффект гистерезиса». Если тот же процесс применяется снова к тому же листу бумаги, происходит дальнейшая общая усадка, но каждый раз степень усадки снижается. Бу­мага с более высоким содержании влаги имеет тенденцию к большему восприятию дополнительной влажности, чем изначально высушенная бумага. Если бумагу подвергают нагреву, этот эффект проявляется в большей степени из-за расширения и усадки.

Когда бумагу высушивают на сушильном цилиндре до уровня ниже сбалансированной влажности, в дальнейшем в процессе повторного увлажнения она впитывает меньше влаги и ее размеры сокращаются . Испытания показали, что в результате дают усадку все виды бумаги. В процессе гофрирования то же самое дважды происходит с лайнером.

Более легкие лайнеры сильнее изменяются в размерах, чем более тяжелые. Испытания, проведенные компанией BHS, показали усадку до 9,5 мм в каждом 1 м для покровной бумаги с небольшой массой 1 м2. Таким образом, если используется более тяжелый наружный крафт-лайнер с более легким внутренним лайнером, можно прогнозировать тенденции к короблению с последующими труднос­тями в производстве и переработке этого картона. Про­блема осложняется тем, что, если добавить, скажем, 10 грамм воды к 300 граммам лайнера площадью 1 м 2 , то добавляется — 3%, но та же вода, добавленная к 125 г добавляет к бумаге — 8%, что увеличивает образовав­шийся дисбаланс.

Бумага растягивается также при натяжении. Более легкие виды бумаги, конечно же, растягиваются сильнее, чем более тяжелые. А к этому еще следует прибавить рост производства легких видов бумаги для гофрокартона — предполагается, что за несколько лет в Европе рост производства флютинга составит 40%, а лайнера — 10%, и масса этих видов бумаги будет составлять до 100 г/м 2 .

Виды короблений

Различные виды короблений известны лучше, чем причины их возникновения. Но важно определить их, прежде чем отнести каждый обнаруженный дефект к од­ному из них для более широкого анализа проблем короб­ления и их причин. Идентификация вида коробления — это первый шаг к выявлению возможных причин.

Все виды коробления вызываются определенным напряжением, в основном в лайнере (а, иногда, и в бумаге для гофрирования),обусловленным различиями между их размерами при снятии напряжения. Эти различия возрастают, потому что их натяжение или содержание влаги изменяются, поскольку они входят в гофроагрегат для изготовления 3-слойного гофрокартона и соединяются в нем между собой, поддерживая картон в плоском состоянии.

Операторов гофроагрегата необходимо инструкти­ровать о соответствующем качестве изделия в бумажном рулоне и механизмах того, что обычно может про­изойти с разными видами бумаги, когда они проходят через обработку в мокрой части гофроагрегата. Они должны также учитывать характеристики различных видов бумаги для понимания того, как их лучше изготавливать.

Обычное коробление (загиб вверх)

С учетом некоторых недостатков заметно, что теоретически плоскостность в четыре раза выше для мелкого гофра, чем для крупного, практически нужно использовать дополнительные производственные методы для производства мелкого гофра. Требуется точный контроль пара и нагрева на агрегате для производства 2-слойного гофрокартона и для каждой секции агрегата для изготовления 3-слойного гофрокартона для проверки избыточного расширения и усадки бумаги. Необходимо также поддержание постоянной производственной скорости.

Это наиболее распространенный вид коробления. Ес­ли 2-слойное полотно входит в гофроагрегат для изготовления 3-слойного картона более влажным, чем нижний лайнер, со временем полученный плоский лист «нормализуется», а избыточная влага, переходит из верхнего лайнера в нижний лайнер и полотно скручивается кверху. Это происходит по той причине, что верх­ний лайнер дает усадку, тогда как нижний лайнер рас­ширяется.

Исследования степени усадки для различных видов бумаги показали, что в зависимости от массы бумаги показатели усадки составляли до 9 мм/м с постоянным диапазоном усадки от 3-4 мм/м. Более легкий крафтлайнер или тест — лайнер демонстрирует большую усадку, чем более плотные виды бумаги. Этим объясняются трудности, которые появляются при комбинировании легкого и тяжелого лайнеров.

Степень коробления будет еще больше в картоне низкой толщины (с меньшей высотой гофра), чем в крупном гофрокартоне — потому что лайнеры располагаются ближе друг к другу и это подчеркивает эффект любого различия их размеров.

Во-первых, более мелкий гофр имеет более частый шаг, чем крупный; поэтому линии склейки пропускают с нанесением крахмала больше избыточной влаги. Во-вторых, прочность более мелких гофров по ширине в направлении гофрирования слабее и представляет меньшее сопротивление изгибу.

Когда бумажные полотна вводятся совместно в гофроагрегат для изготовление 3-слойного гофрокар­тона, свободные верхушки гофров внутреннего крахмала и некоторая часть влаги будет переме­щаться на нижние стороны гофра. Когда они высыхают под воздейст­вием нагревательных плит, то дают усадку на более влажном, так как он уже выходит из гофроагрегата для изготовления 3-слойного гофрокар­тона, слоя картона уже увлажнены наплывом. Поскольку картон высушивается в штабеле, образуется загиб вверх. Поэтому если коробление в картоне кверху становится заметным, когда он выходит из гофроагрегата для изготовления 3-слой­ного гофрокартона, можно предположить, что в штабеле коробление будет еще выше. Нарезка картона меньшей ширины на резательно-биговальном станке способствует некоторому ослаблению напряже­ния, но штабеля с загибом вверх явно неустойчивы на конвейерных линиях и склонны к выпаданию из оборудования. Их также трудно подавать на перерабатывающие машины.

Наилучший прием — это добиться незначительного загиба книзу на выходе из гофроагрегата для изготовления 3-слойного гофрокартона и очень незначительного загиба плоского картона вверх в штабеле, особенно если используются роликовые конвейеры, склонные оставлять «следы слона» (они образуются отчасти потому, что ведущая кромка нижних листов слегка выталкивается обратно, поскольку они вначале соприкасаются с каждым роликом — следовательно, больше для загиба вниз — а также за счет эффекта волнистости от роликов на нижних листах на самом деле они продвигаются дальше, чем те, что находятся сверху — следовательно, хуже для листов меньшей плотности и ро­ликов с более выступающими вер­хушками).

Обратное коробление (загиб вниз)

Такое коробление вызвано об­ратными условиями, т.е. когда нижний лайнер влажнее 2-слойного по­лотна. Это менее распространенный вид коробления и обычно связанный с тяжелым нижним лайнером, который может быть или холодным или влажным. В этом случае все три слоя бумаги имеют тенденцию к короблению в одном и том же направлении, образуя особенно жесткий загиб.

При первой сушке все тепло можно направлять на нижний лайнер, даже если это подразумевает повторное навертывание бумажно­го полотна или даже повторную заправку бумаги для подачи тепла с обеих сторон, если производственный цикл достаточно продолжительный, чтобы оправдать время простоя. В противном случае, мож­но использовать ограничение ско­рости.

Тенденции обычного коробления слоев в 3-слойном гофрокартоне
Усадка верхнего лайнера
Расширение нижнего лайнера Усадка верхушек гофра среднего слоя гофрокартона со стороны нижнего слоя

Чтобы исправить наибольшие коробления по длине перемычки необходимо отрегулировать пред­варительный подогрев загибов, паровые спрыски, крахмал (нанесенное количество и содержание твердых веществ). Вход бумажных полотен в гофроагрегат для изготовления 3-слойного картона является безвозвратной точкой — с этого момента нет возможности что-либо исправить.

S -образное коробление

Такое коробление всегда явля­ется показателем дисбаланса вы­равнивания, температуры или влажности или их сочетания в по­перечном направлении. Если же эти явления постоянны, вероятно, это неполадки в БДМ; если они со­храняются на протяжении одного рулона бумаги, обычно проблема состоит в намотке или градиенте влажности бумаги. Если такое коробление имеет место только в более плотных видах картона, это указывает на температурный градиент по крайней мере одного нагревательного вала или цилиндра в гофроагрегате. Измерение температуры должно проводиться на каждом конце соответствующего резервуара в процессе работы, кроме того должны контролироваться и поправляться соответст­венно дренажные трубы, сифоны и давление пара.

Если S-образное коробление повторяется, инженеры должны обра­титься к проверке параллельности держателей рулонов, всех ведущих валиков, рулонов упаковочной бумаги, цилиндров предварительного нагрева и кондиционирования, а затем, в случае необходимости, гоф­рировальных валов и прессовых валов, а также клеенаносящего валика и шабера. По ходу проверки кон­тролируют зазор опоры или же подъемный механизм. Здесь в опре­делении уязвимых позиций большую помощь могут оказать валы с саморегулирующимся балансом натяжения.

Если коробление приобретает больше М или W — образную форму, возможно, это проблема влажной кромки бумаги, иногда обостряющаяся за счет слабой пресс-формы гофровалов, непараллельности гофровалов, смещения их центральной точки или чрезмерно затянутого скребка шабера на вылегчивающих устройствах.

Чтобы достичь оптимальных результатов, нужно гармонизировать основные факторы – бумага, клей, персонал и оборудование. Производство и изготовление качественного гофрокартона — чрезвычайно сложная задача. Используя электронное соединение машин на линии гофрирования, в настоящее время можно контролировать температуру и плоскостность с центральной контрольной панели.

Коробление с перекосом картонного полотна

Коробление с перекосом обычно является результатом слишком большого или неравномерного натяжения в двухслойном полотне, а иногда — неравномерной влажности этого полотна. Проверяют межпо­верхностное натяжение и регулиру­ют его так, чтобы обеспечить хоро­шее движение воздуха на участке верхней перемычки фестона и работать с минимальным удержанием массы в перемычке.

Коробление кромки

Причина такого вида коробле­ния — влажные или холодные края рулона как результат условий транспортировки или хранения. Но быстроходные БДМ и все больший размер гофровалов создают дополнительные причины для коробления кромки. При поддержании скорости более 650 футов в минуту (200 м/мин.) теплота, исходящая от гофровалов, распространяется довольно быстро и может стать причиной падения температуры, а, следовательно, потери выпуклости вала и к негативной выпуклости на параллельном валу на центральном участке. Такое же влияние может сказаться и на клеенаносящем валике. В результате уменьшается нанесение клея на этом центральном участке, а бли­же к краям оно уменьшается еще больше.

Продольное коробление (коробление по направлению потока массы)

Продольное коробление в ма­шинном направлении — кверху, если 2-слойное полотно имеет большее натяжение, чем нижний лайнер, или, скорее, книзу — в обратном случае. Натяжение следует сбалансировать заново, чтобы устранить коробление по ходу производства. Торможение 2-слойного полотна — наименее всего поддается контролю на производственной линии, но есть возможность наиболее эффективно контролировать продольное короб­ление.

Возможно, коробление — один из основных показателей качества работы гофроагрегата. Все другие показатели связаны с сопутствую­щими проблемами, недостатками печатной поверхности, снижением толщины листа и мягкостью гофрокартона.

Коробления сказывается также и на конечном качестве гофротары. Коробление кверху, самый распространенный вид коробления, становится причиной того, что стенки картонного контейнера вздуваются, и поэтому снижаются показатели испытания на сопро­тивление тары сжатию, а, следовательно, и прочность изделия в штабелях. Любая форма коробления может вызвать производствен­ные проблемы на перерабатывающем оборудовании, с ухудшением подачи, последующим повреждением гофрокартона, зажимами и т.п.

Тони Пиннингтон, International Paper Board Industry