Истоки гофрокартона (Глава 1)

Книга «Гофроиндустрия. В поисках совершенства»

Чтобы проанализировать события, произошедшие более 200 лет назад, нужно поднять архивные материалы из различных источников. В нашем случае мы обратились к ранним публикациям промышленных справочников, а также к данным, предоставленным многими друзьями и коллегами.

Глава расскажет об истории развития гофрированной упаковки, ее устройстве, производстве, о гофроагрегатах, а также о некоторых сопутствующих факторах, определяющих развитие данной отрасли до начала 1980-х.

Генезис бумажной промышленности начинается с изготовления бумаги и картона, о чем вкратце пойдет речь в начале главы.

Бумага и картон

Единственным способом изготовления бумаги было формование вручную. На рисунке показано, как черпальщик опускает форму в чан. Прессовщик (слева) вынимает лист бумаги из формы. Пресс изображен справа чередующимися сукном и бумагой. Листы сушат на стеллажах сзади. Репродукция из немецкой книги «О бумаге».

Первая бумага была изготовлена китайцами из шелкового волокна в 123 г. до н. э., а первая бумага из целлюлозного волокна была получена из лыка тутового дерева в Китае в 105 г. н. э.

Цай Лун изобрел процесс производства бумаги, при котором в пресс-форму заливали смесь из волокна и воды. Пресс-формой была деревянная станина с основанием из шерстяного сукна.

Вода просачивалась сквозь сукно, а волокно оставалось на нем, затем его накапливали в слои и прессовали. Чтобы сформировать бумагу, листы отделяли друг от друга и сушили.

Через какое-то время технологию усовершенствовали, а в 751 г. н. э. перевезли по древнему Шелковому пути в Самарканд (теперь Узбекистан) и позже, 50 лет спустя, — в Аравию (Багдад и Дамаск).

Прошло 350 лет, прежде чем технология изготовления бумаги достигла Европы — через Марокко в Испанию, благодаря мусульманам, приблизительно в 1150 г.

Еще 250-300 лет понадобилось для того, чтобы она получила распространение. В те времена для производства бумаги использовали преимущественно волокно из льняной и хлопковой ветоши.

Судя по всему, первым, кто предложил использовать древесную массу в качестве сырья вместо недостающей ветоши, был М. Реомюр из Франции.

В 1719 г., после наблюдений за тем, как осы делают бумажные гнезда из смеси древесной массы и жидкости, выделяемой железами внутренней секреции, он начал продвигать эту идею.

Другой француз, М. Николас Луиз Робер из Эссонеза, в 1799 г. спроектировал бумагоделательную сеточную машину беспрерывного цикла, которую усовершенствовал Генри Фурдринье и его коллеги из Англии.

Ее запатентовали в 1801 г. как машину Фурдринье, которая известна и сегодня. Брайан Донкин смонтировал первую машину Фурдринье в Англии и впервые установил в США. На протяжении столетия машину Фурдринье использовали только для производства бумаги, картон на ней не выпускали.

В Англии в 1809 г. Джон Диккинсон изобрел круглосеточную бумагоделательную машину. Это принципиальное решение впервые успешно применили для производства картона в промышленных масштабах.

Машина была установлена Георгом А. Шриоком в 1831 г. возле Чамберсбурга (Пенсильвания, США). В качестве сырья использовали соломенную массу.

В 1851 г. в Англии была разработана новая концепция намотки бумаги на рулоны, которая позволила промышленности уйти от производства только листов.

Картон и продукцию из картона начали использовать в промышленности, например, для производства контейнеров (США, 1669) и колес для железнодорожных вагонов (компания Pullman Company заказала сто штук в 1871 г.).

Десять лет спустя компания Allen Paper Car Wheel Company из Нью-Йорка поставляла 13 тыс. бумажных колес в год. Известно, что один комплект таких колес проехал триста тысяч миль. Колеса делали из многослойной бумаги, производимой из соломы, с металлическими ступицами и ободами.

С установкой круглосеточной бумагоделательной машины, сконструированной Георгом Шриоком в Чамберсбурге (Пенсильвания) в 1870 г., распространилось использование картона для производства коробок.

В 1827 г. Уильям МакГау из Мидвилла (Пенсильвания, США) разработал промышленный способ приготовления массы из соломы пшеницы с использованием химикатов для отделения волокон целлюлозы.

Это был один из многих примеров, как получить реальную выгоду при утилизации использованного материала. В 1840 г. Ф. Дж. Келлер в Германии начал изготавливать бумагу механическим способом из древесной массы.

Хью Бургесс в Англии запатентовал натронный (щелочной) метод, который использовали при производстве целлюлозы из древесной массы. В 1867 г. метод развил Бенджамин Чу Тилгман в Манаюке (Пенсильвания), который использовал сульфидный (кислотный) способ варки целлюлозы.

Сульфатный (щелочной) способ варки появился в 1883 г. С.Ф. Даль начал развивать метод Хью Бургесса, который нашел широкое применение на предприятиях, выпускающих крафт-бумагу, благодаря возможности извлекать прочное и длинное волокно из быстрорастущих мягких пород древесины.

Начало эры гофрокартона

Оливер Лонг, 1881 г. Первый патент на использование лайнера для придания формы гофрированному профилю

Первый патент на производство гофрированного картона был получен в 1856 г. Эдвардом Чарльзом Хили и Эдвардом Эллисом Алленом в Англии. Полученный продукт использовали как прокладочную ленту в шляпах. В 1871 г. Альберт А. Джонс получил патент на производство гофрированной бумаги в рулонах.

19 декабря он сделал первую защитную упаковку для хрупких изделий. Оливер Лонг получил двухслойный гофрированный картон, который запатентовал в 1874 г.

Этот продукт сочетал в себе амортизационные свойства, гибкость в горизонтальном направлении и прочность в вертикальном, его можно было использовать как упаковочный материал для стеклянных сосудов, ламп и керамических изделий.

Картон изготавливали из тонких листов упаковочной бумаги, сделанной из соломы.

В 1875 г. Роберт Томпсон и, независимо от него, Генри Д. Норрис выпустили трехслойный гофрокартон. Совместно они начали работать с 1878 г. Вскоре к ним присоединился Роберт Гейр из США. Он изобрел первый рилевочно- просечной пресс и оказался втянутым в десятилетний спор по поводу патента с Томпсоном и Норрисом.

Спор решили мирным путем в 1888 г., когда Гейр согласился признать патент и получил лицензию на производство гофрированной продукции под отчисления с продаж патентодержателю.

В итоге первый патент на трехслойный гофрированный картон в США был получен в 1889-м, а первый гофроящик с высеченными клапанами (RSC, Regular Slotted Carton, американский ящик) изготовлен в 1895 г.

Тогда же Hinde & Dauch Paper Company представили запатентованную упаковочную машину Climax для упаковки бутылок в гофрированную бумагу. Позже машину использовали для изготовления защитных оберток для транспортировки лампочек.

Упаковочная машина Climax продемонстрировала возможность использования защитной гофрированной упаковки при железнодорожных перевозках.

Инженер-конструктор Чарльз Ф. Лэнгстон (Charles F. Langston) эмигрировал из Уэльса в Филадельфию в 1888 г. и основал машиностроительную компанию. Первой его разработкой стала листорезательная машина гильотинного типа. На ее основе были спроектированы станки для намотки рулонов Лэнгстона.

Лэнгстон работал над проектом машины для производства двухслойного гофрокартона для компании David Weber Company в США в 1895 г. Компания известна как первый создатель и производитель оборудования для изготовления гофропродукции. Возможно, так считают потому, что она получила патент на этот продукт.

А. Л. Джонес.
1871 г. Патент на гофрированную бумагу для упаковки —без лайнера.

В том же 1895 г. производственная компания Sefton Manufacturing Company из Индианы, США, поставила другую значимую для производства гофрированного картона машину, которую спроектировал Джефферсон Т. Феррез.

На ней были установлены гофровалы с газовым подогревом, она была заявлена как первая машина с беспрерывным технологическим процессом производства гофрированного картона и запатентована.

Эта система была ненадежной, и ее модернизировали в 1900 г., установив паровые нагреватели, хотя резка по- прежнему осуществлялась оператором с линейкой и острым ножом в руках. Ее максимальная скорость составляла 10 футов (немногим более 3 м) в минуту, рабочая ширина — около 18″, или 450 мм.

Компания Hinde & Dauch Paper Company выпустила первый двухслойный гофрированный картон в 1897 г. в Сандаски (Огайо), используя местное оборудование.

Средний слой гофрировали между двумя гофровалами, затем сматывали в рулон. На втором этапе на гофрированный профиль среднего слоя наносили клей и соединяли с лайнером. Этот этап называли склейкой.

Следующим этапом была намотка двухслойного гофрированного картона. Через несколько лет Hinde & Dauch к перечню выпускаемой продукции добавили трехслойный гофрокартон и ящики из него.

Джордж В. Свифт пришел в машиностроительную отрасль в 1901 г., поставляя оборудование для WD Coil в Индиане Беркли и Уокеру. Затем он поставил несколько машин, выпускающих трехслойный гофрокартон, компании Fort Wayne Corrugated Paper в 1906 г.

Считают, что Свифт спроектировал первую ротационную резку для гофроагрегата. В первой декаде ХХ в. ширина выпускаемого картона была не более метра.

Пионерами в Великобритании снова были Томпсон и Норрис из English Corrugating Paper Company в центре Бристоля и Alliance Box Company в Уррингтоне.

Только English Corrugating Paper Company , основанная в 1908 г., осталась семейной компанией, которая и сегодня торгует под тем же именем, расположена на том же месте и выпускает все тот же двухслойный гофрированный картон как основной продукт. Сегодня они занимают второе место по выпуску двухслойного гофрокартона в Великобритании.

В 1950-х Томпсон и Норрис перешли на Reed Corrugated Cases (сегодня SCA Packaging Ltd), а Alliance в 1970-х был выкуплен Смурфитом, который работал на этом предприятии до 2002 г.

В Северной Америке небольшие группы людей, которые преследовали свои узкие интересы, сопротивлялись распространению жесткой картонной тары и ящиков из гофрированного картона.

В основном это были представители лесной промышленности, которые демонстрировали полное отсутствие прогнозирования ситуации и возможностей вертикальной интеграции.

Железные дороги в США были основным способом транспортировки, и то, что они приняли картонную тару, было большим успехом. Огромная страна протяженностью 5000 миль от Атлантики до Тихого океана и 2000 миль с севера на юг нуждалась в выборе защитной упаковки.

Тем не менее, железная дорога тихоокеанского побережья (Pacific Coast railroad) взимала дискриминационные сборы за транспортировку в восточном направлении товара, упакованного в ящики из гофрокартона (в отличие от деревянных ящиков), и отклонила ходатайство производителей гофрокартона о равноправных условиях.

В 1912 г. компания RW Pridham Company в Лос-Анджелесе при поддержке других представителей отрасли обратилась в Комиссию по торговле между штатами, которая, несмотря на сильное сопротивление со стороны могущественных представителей лесной промышленности, железных дорог и лоббистов деревянных ящиков, приняла решение в пользу новой развивающейся отрасли.

Так в 1914 г. было принято т.н. Решение Придхэма (Pridham decision), снявшее дискриминацию железнодорожных перевозок в гофрокартонной таре.

Правительство США, представители железнодорожного транспорта и бумажной промышленности разработали Правило 41, которое регламентировало композицию бумаги для производства гофроящика в зависимости от веса перевозимого товара.

На североамериканские ящики из гофрокартона стали ставить круглую печать, которая подтверждала, что нагрузка соответствует условиям транспортировки по железной дороге в Америке.

Правило было далеко от совершенства, так как ограничивало использование различных видов бумаги, композиционное исполнение и исключало любые производственные новинки, которые последовали позже. Однако представители бумажной промышленности не жаловались.

И только в середине 1990-х гг. (!!!) это правило изжило себя, так как отечественная промышленность должна была конкурировать с легкими высококачественными ящиками из Азии и Европы.

Гофроагрегат, запатентованный компанией *M.D. Knowlton* *Co.* в 1918 г.

Гофроящики обладали явными преимуществами по сравнению с традиционными деревянными ящиками. Их можно было поставлять в сложенном виде, а затем собирать в месте заполнения.

Ящики было легко перевозить и хранить в большом количестве. Они намного легче и лучше защищали содержимое благодаря амортизационным свойствам, были более универсальны. Производство гофроящиков было более механизированным, а стоимость — конкурентоспособной.

Несмотря на это, до Второй мировой войны продолжались баталии за получение равных прав и признание гофроящика как упаковки, имеющей лучшие качественные характеристики, чем те, которые имели обычные деревянные ящики, сбитые гвоздями.

В любом случае Решение Придхэма способствовало развитию производства гофрокартона и придало сил молодой отрасли. До Второй мировой войны использование гофроящиков постоянно росло.

Именно тогда их впервые рискнули использовать в качестве упаковочного материала для артиллерийского вооружения, и они себя великолепно зарекомендовали даже на открытых складах в экстремальных климатических условиях.

После войны, изучив все возможности гофротары и принимая во внимание увеличение стоимости древесины, производство гофроящиков начало стремительно расти. В период с 1940 по 1980 г. оно увеличилось более чем в 10 раз.

Например, в Великобритании за указанный период производство гофроящиков выросло со 125 тыс. до 1,5 млн тонн в год.

Развитие технологического процесса производства гофрокартона

Двухслойный, трехслойный, пятислойный и
семислойный гофрированный картон

Листы гофрокартона проходили рилевку, затем их резали в продольном и поперечном направлении на отдельных машинах. Часто это были машины балочного типа с ручным управлением. Существовало огромное количество вариантов последовательности операций, но основной принцип оставался тем же.

Первые машины, выпускающие двухслойный гофрированный картон, не были оснащены прижимными валами. Флютинг гофрировали, затем склеивали с лайнером на секции для склеивания. Это была отдельная технологическая операция.

Можно сделать вывод, что процесс гофрирования был достаточно вариативен. Шаг гофрирования и высота профиля зависели как от направления движения гофры и типа используемых клейких суспензий (об этом речь пойдет позже), так и от длины накопительного моста.

Позже была разработана машина для производства двухслойного гофрированного картона с прижимными валами. Над ней был установлен накопительный мост для буферного складирования двухслойного полотна, гибкого в направлении движения потока.

Это позволило встроить в линию секцию для склеивания и приклеивать нижний лист лайнера к двухслойному полотну (склейка раньше была отдельным технологическим процессом), а также сушку, резку (с ротационным ножом) и ручной стопоукладчик, тем самым обеспечив беспрерывный технологический процесс при производстве гофрированного картона. Так появились современные гофроагрегаты.

Концептуально гофроагрегаты разделялись на две части: машина для производства картона и вспомогательные устройства. Мокрая часть — это часть машины, на которой делают картон. В этой части используют систему подогрева паром в зоне от гофропресса для изготовления двухслойного картона до гофропресса для изготовления трехслойного картона.

В сухой части машины картон режут в продольном и поперечном направлениях на заготовки и складывают в стопы для транспортировки на переработку.

Первые профили гофры

Первый созданный профиль был высотой приблизительно 4,5 мм, его назвали профилем А. Его использовали в XIX-XX вв., затем, в 1910 г., появился профиль В высотой 2,5 мм.

Это был стандартный профиль, который использовали для производства двухслойного и трехслойного картона до 1960-х. Система буквенного обозначения пришла в некоторое рассогласование с изобретением профиля С с высотой гофры, равной 3,5 мм (между А и В).

Более детально с профилями гофрирования, композицией, параметрами, характеристиками и марками картона мы познакомимся в следующих главах.

Клеи, применяемые на гофроагрегатах

На первых машинах использовали гранулированный крахмальный клей, смешанный с водой, в виде клейкой суспензии. К 1900 г. в качестве клейкого вещества начали использовать силикат натрия (или натриевый силикат).

Он изготовлен в процессе плавки чистого белого песка с кальцинированной содой, который затем растворяют в воде. Его классифицируют как стекло (отсюда распространенное название жидкое стекло). Этот материал достаточно быстро застывает — конечно, достаточно быстро для первых гофроагрегатов.

Гофропрессы оснащены взаимозаменяемыми передаточными валами различной длины, каждый из которых регулирует ширину бумаги, используемую в технологическом процессе. Передаточный вал вращается вместе с клеевым валом, который вступает в контакт с подающим валом.

Нижняя часть подающего вала помещена в ванну с силикатным клеем. Передаточный вал определяет ширину поступающего клея на клеенаносящий вал. Вал наносит клей на верхнюю часть гофрированного профиля, который на гофровале поддерживают латунные пластины или гребенки.

Цель передаточного вала — передать силикатный клей на верхнюю поверхность гофрированного профиля, а не на поверхность гофровала, где нет бумаги.

Важно, чтобы клей не попал на вал (при высокой температуре силикатный клей быстро сохнет и затвердевает), так как оператору обязательно придется счищать остатки клея.

Стоит заметить, что чистка пазов на передаточном вале также усложняла жизнь операторов. Скорости были небольшие — около 20 м/мин, причем гофропресс для гофрирования двухслойного картона должен был быть достаточно длинным, чтобы силикатный клей успел высохнуть до поступления на секцию продольной резки и особенно рилевки.

Этот клей использовали до возвращения крахмального клея — приблизительно до 1950-х или даже до 1960-х годов. Возвращение крахмального клея стало прорывом для операционных скоростей, но старые привычки сильно прижимать и выравнивать остались до конца 1960-х.

Гофропресс для производства трехслойного гофрированного картона обязательно должен был быть оснащен 14-метровыми нагревательными плитами и 14-метровой секцией сцепления или охлаждения, которая позже стала известна под названием секция протяжки.

Ее основная функция — склеивание и сушка гофрокартона при транспортировке по поверхности горячих плит. Сегодня ее длина намного уменьшилась.

Использование крахмального клея дало возможность убрать передаточный вал, который создавал проблемы для операторов, так как его трудно было чистить.

Но крахмальный клей продолжал капать с клеильного вала на поверхность гофровала, поэтому гребенчатую систему Fluff out finger модернизировали в 1950-х.

Внутренний диаметр гребенки имел волнообразный профиль в зоне контакта с клеильным валом и подрывал гофрированное полотно под действием центробежной силы, что позволяло очистить поверхность клеенаносящего вала, расположенного на небольшом расстоянии от гофровала.

Таким образом удалось существенно уменьшить количество грязи от разбрызгивания клея.

1960-е

Все шло хорошо, пока не пришло время увеличить скорость гофроагрегата и использовать новые материалы. Из-за потери контроля над средним слоем и непостоянной системы передачи на него клея появилось вспучивание или пузырение.

Эти проблемы привели к новой великой идее — использованию безгребенчатой системы No fluff out fingers в конце 1960-х.

Гребенки действительно создавали много проблем операторам. На секции по производству двухслойного гофрированного картона профиля В шириной 2,2 м использовали более 40 гребней.

Каждый должен был быть корректно настроен радиально и периферически, причем зазор между концом гребенки и прижимным валом был абсолютно критичен для поддержания хорошего качества картона -принцип, известный под названием High-Low или Hi-Lo.

Американская техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности TAPPI сняла на скоростную камеру короткий фильм, где этот эффект был хорошо виден.

Принцип Hi-Lo способствовал развитию вариативности высот и создавал большие проблемы, связанные с качеством исполнения. (К счастью, этот принцип использовали недолго, так как вскоре появились гофропрессы для производства двухслойного гофрированного картона без гребней).

Но предлагаем вернуться к проблемам операторов. Валы для гофрирования, разогретые до 180 °С, могли вызвать ожоги. В зоне валов, в недружелюбной среде, нужно было довольно часто выполнять наладку машины.

Например, заправить, снять налипшую бумагу или другие посторонние предметы, которые проходили через гофропресс для производства двухслойного картона, отрегулировать гребенки.

Пробовали установить накопительный вал в системе гофропресса для производства двухслойного гофрированного картона, но он не оправдал ожиданий. В настоящее время такие валы уже не используют.

Возвращение к безгребенчатой системе No fluff out совпало с ростом популярности машин шириной 2,2 м. Стоит заметить, что в 1960-х Лэнгстону и в компанию S&S поступил запрос на производство гофроагрегатов шириной 108″ (2,75 м) от большой корпорации из США.

Лэнгстон сделал два гофроагрегата, затем потребность в них отпала. Но в конце 1980-х BHS и Visy Board в Австралии занялись возрождением этого дизайна.

К тому времени были усовершенствованы подшипники, машины стали более совершенными, появилась точная система шлифовки гофровалов, улучшились реологические свойства крахмала, что было важно для получения клея соответствующей консистенции.

Проблема разбрызгивания клея на гофрированный профиль еще осталась, но она не сильно влияла на производительность и качество картона.

Таким образом, к 1960-м гофроагрегаты начали выглядеть несколько по-другому, чем в 1930-х — они стали немного быстрее благодаря использованию крахмального клея и шире.

Цилиндры предварительной сушки не были приводными. Их приводила в движение бумага, которая проходила через них, а чтобы создать натяжение, использовали барабанный тормоз. Когда была нужна натяжка, цилиндры тормозили до останова.

В то же время, если цилиндры долгое время стояли без действия, подшипники в них быстро карбонизировались и их больше нельзя было провернуть. Можно было только разобрать, что было сложной и длительной работой.

Механизмы сухой части приводили в движение главным двигателем гофропресса для трехслойного гофрокартона посредством транспортирующего вала и промежуточных шестерен или ременных приводов.

Привод клеильной секции также был удален из гофропресса. Начали использовать цепной привод или приводной вал.

Несколько странно, что привод гофропресса для производства трехслойного картона был спроектирован как главный привод, так как он приводил в движение весь гофроагрегат за исключением гофропресса для производства двухслойного картона и накопительного моста.

Здесь и на гофропрессе для производства двухслойного картона использовали двигатели постоянного тока. Постоянный ток вырабатывал мотор-генератор с тиристорным электроприводом.

Продольно-резательная и рилевочная секция была оснащена двумя или тремя узлами (двойная или тройная система). Узел или узлы настраивали в ручном режиме в довольно неудобном и небезопасном приямке под машиной.

Гофроагрегат нужно было часто останавливать или сильно снижать скорость для переналадки, что усиливало давление на операторов. В результате возникала вероятность допуска ошибок, которые выражались в незапланированных простоях, отражались на производительности и количестве отходов.

На резке обычно ставили бесступенчатый зубчатый ремень или привод типа Ривз для того, чтобы регулировать длину листа вместе с механизмом (четырехзвенный механизм, цепь поворотных или плоских эллиптических зубчатых колес) для обеспечения синхронной работы резки, работающей с довольно ограниченным допуском реза по длине.

Точность реза составляла в лучшем случае ±4 мм, обычно — намного больше, поэтому делали допуск на дополнительную длину, а лишнюю кромку обрезали на перерабатывающих машинах.

С увеличением ширины машины были спроектированы двойные резки, которые позволяли лучше использовать ее ширину при выпуске разных заказов одновременно.

Кромку обрезали вручную на симплексной или одноножевой бумагорезательной машине. При использовании дуплексной, или двухножевой, машины ставили ручную приводную секцию, где было задействовано четыре человека, которые вручную перемещали пять-шесть тонн картона в час.

Картон увлажняли вручную, а затем накладывали в стопы поочередно то нижним, то верхним слоем лайнера вверх, чтобы уйти от коробления (влажность перемещалась на относительно горячий и сухой нижний лайнер с увлажненного, более холодного верхнего лайнера смежного листа).

Несмотря на это, картон в верхней части стопы получался более изогнутым, так как на нем не было весовой нагрузки. Перед загрузкой стопы в перерабатывающую машину картон нужно было снова смочить вручную и перевернуть еще раз.

Коробление было общепризнанным фактом, так как невозможно было контролировать влажность по всей длине и ширине полотна и выдерживать постоянную скорость. Бумага с заводов имела влажные полосы, ее часто хранили вне здания, из-за чего края и наружные слои были влажными.

Наружные слои часто разбухали и рвались по краям, что при размотке приводило к последующим повреждениям и усложняло перевозку на тележках с захватами. Уже на первой стадии переработки было много отходов.

Влажная бумага растягивается, поэтому попытки уменьшить влажность при помощи нагревающих устройств приводили только к усугублению проблемы по ширине полотна — ведь высушенные части были сильнее натянуты на нагревательных цилиндрах, чем влажные полосы.

Хуже того, полухимический флютинг, используемый для среднего слоя и очень распространенный в то время, нужно было предварительно обработать, чтобы придать бумаге гибкость, смазать зону прохода в лабиринт и обеспечить прочное формование гофрированного профиля на гофропрессе для производства двухслойного гофрированного картона.

Пробовали подавать пар под низким давлением на полотно снизу, затем подавать бумагу на нагревательный цилиндр. Но ситуация с влажными полосами от этого только ухудшилась, так как влажная бумага более гигроскопична, т. е. впитывает больше воды, чем сухая. В результате, провисающие влажные полосы захватывали больше клея, чем нужно.

Более того, более влажные, холодные края бумаги деформировались или закручивались вверх на двухслойном полотне, поэтому их нужно было прижимать к клеенаносящему валу.

Также нужно обратить внимание на то, что очень важно, чтобы тепловой поток от всех паровых установок эффективно поступал и за пределы кромки бумаги. Этот вопрос актуален до сих пор — внутренние паровые камеры должны быть немного шире, чем рабочая ширина машины, чтобы уйти от расслоения кромки и деформации краев.

Плохое качество бумаги приводило к большому количеству брака на гофроагрегате. Много отходов появлялось и при сплайсировании вручную. Так, в отходы шло приблизительно 15 м расслоенного картона, причем долго приходилось работать на медленных скоростях, что приводило к деформации картона.

Подача деформированного гофрокартона на перерабатывающие машины приводила к значительным трудностям при загрузке машины, приводке оттиска и к забиванию машины картоном.

Производительность и качество готовой продукции инлайнов берут начало на гофроагрегате, но стоит заметить, что в конце 60-х — начале 70-х гг. в области переработки произошли значительные изменения благодаря началу применения флексопечати и использованию новой системы загрузки с усовершенствованной системой допусков для деформированных листов.

Предпринимаемые на протяжении многих лет попытки контролировать влажные полосы при помощи зональных радиочастот или инфракрасных приборов, которые выборочно подсушивали более влажные участки, не принесли значительных изменений, а только увеличили стоимость оборудования, затраты на потребление энергии и пожароопасность.

При этом влажная часть гофроагрегата была не лучшим местом для установки чувствительных контрольно-измерительных приборов, таких как датчики для определения влажности.

Решение было практически найдено при улучшении системы контроля качества на бумажных предприятиях, где более успешно применялись такие технологии. Дополнительно были внесены изменения в механические узлы гофроагрегатов.

Остановы на первых гофроагрегатах действительно часто создавали проблемы. Сплайсирование при переходе на новый рулон на линии проводилось в ручном режиме и требовало умения, практики и обученности со стороны оператора, который должен был отрезать клиновидный конец на новом полотне бумаги, нанести щеткой клей на остроугольный конец, отпустить тормозное устройство, затем прикрепить конец к рабочему полотну (скорость работы полотна нужно было предварительно замедлить), загнув его в обратную сторону над рабочим полотном.

Оператор и его коллега помогали разогнать новый рулон, толкая его вручную до тех пор, пока полотно не будет заправлено без провисания и рывков, которые могут привести к обрыву бумаги.

Тем временем впервые на технологическом оборудовании выпустили двухслойную бумагу. До этого старое полотно накручивалось поперек, и машина медленно разгонялась после выставления подходящего зазора, ширины и уровня, а также после удаления отходов бумаги.

При появлении автоматических сплайсеров, предложенных компанией Butler Company (США), работающих на скорости прохождения полотна не более 100 метров в минуту, многие начальники участков с гордостью отмечали, что на такой скорости их ребята делали это вручную.

Но даже если это было правдой, при автоматическом сплайсировании можно было уйти от потери обычного количества отходов, которые составляли около 15 м расслоенного картона плюс дополнительные потери из-за неровностей бумаги, брака, получаемого при настройке гребенки, непроклеенных участков и пр.

Первые автоматические сплайсеры имели много ограничений. Система нижнего сплайсирования была ненадежной, многое зависело от конца бумажного полотна.

Его длина должна была составлять около метра, что, бесспорно, было шагом вперед, но автоматический сплайсер был надежен только на 85%, что значительно ниже показателей, получаемых при ручной склейке, при условии, что операцию выполняет опытный оператор.

Во-первых, использование сплайсера приводило к большому количеству обрывов. И сегодня, если полотно рвется на гофропрессах для производства двухслойного гофрокартона, это значит, на поверхность гофровалов попал клей и его нужно счистить.

Во-вторых, как сплайсер, так и другие узлы нужно заправлять заново. На это уходит около 15 минут драгоценного производственного времени.

Две основные причины ненадежности автоматического сплайсера: оператор слишком рано убирал вторую подкладку двухсторонней ленты для сплайсирования, позволяя пыли осесть, пока рулон вращался (следовательно, снижалась клейкость ленты), а также плохая система управления натяжением полотна в процессе сплайсирования и после него.

В процессе сплайсирования систему управления натяжением полотна отводили в сторону, затем перемещали обратно. Для того, чтобы поймать правильное натяжение полотна, требовалось какое-то время. При этом наблюдались подъемы и спады уровня натяжения бумажного полотна.

Если в этот момент место сплайсирования проходило над неприводным нагревательным цилиндром, адгезия снижалась и процедура сплайсирования могла быть выполнена некачественно.

Поэтому можно считать, что ручное сплайсирование и первые автоматические сплайсеры являлись одной из причин деформации картона.

При любой смене заказа, даже в сухой части, нужен был останов, чтобы изменить рабочие настройки.

Запуск всегда проходил непросто, было много обрывов полотна, намного больше, чем сейчас. Например, если распылитель пара не отключили сразу же при останове, вода пропитывала бумагу по всей длине, и бумага разрывалась на куски при малейшем натяжении.

Тот же эффект создавался на клеенаносящих валах, если бумажное полотно немедленно не отводили от вала. Данную операцию сложно было реализовать на гофропрессе для производства двухслойного гофрокартона, но и останавливать вращение клеевого вала при высокой температуре также не было идеальным решением.

При длительных остановах картон и ремни над нагревательными пластинами на гофропрессе для производства трехслойного гофрокартона подвергали тепловой обработке или убирали, чтобы они не контактировали с валом.

Разница при натяжении полотна значительно компенсировалась благодаря установленным направляющим валикам для среднего слоя флютинга и для лайнера.

Валики настраивали в ручном режиме в вертикальном положении от одного конца направляющего валика ко всем значимым механизмам мокрой части (часто валики оставляли в неправильном для следующего рулона бумаги положении, пока кто-то не обратит на это внимание). Регулировочные ключи были сделаны из прочного литого металла и постоянно падали. Они оставили много меток и повреждений на гофровалах!

При смене профиля гофрирования или композиции трехслойного картона операторы выполняли много настроек на гофропрессе для производства гофрированного картона, клеильной, продольно-резательной и рилевочной секциях, на входе и выходе с секции резки.

Профиль Е

В начале 60-х на сцену вышел абсолютно новый профиль — профиль Е. Все удивлялись, куда исчез профиль D! Но это, вероятно была попытка предвидения, хотя стройность буквенной системы была уже безвозвратно нарушена при появлении профиля С.

Его размер был средним между размерами профилей А и В. В любом случае, профиль Е получил широкое распространение и занял свое место на рынке гофрированных изделий.

Амбиции производителей привели к получению двух типов профиля Е: Е и Е1. Формер имел высоту профиля 1,14 мм, позже — 1,58 мм.

Профиль Е с более низкой высотой гофры использовали на рынке складных картонных коробок, так как максимально допустимая толщина листа для печатной машины была 1,6 мм.

И наоборот, традиционные машины для переработки гофрированного картона имели минимальное ограничение по высоте, которое было выше показателей данного профиля. Поэтому появился профиль Е1.

Не только эти трудности сказались на том, что профиль Е потерпел неудачу на данном этапе. Принимая во внимание машины, которые существовали в то время, профиль Е можно было изготавливать только на узких гофропрессах для выпуска двухслойного картона и на ограниченных скоростях.

Не забывайте, мы все еще говорим о том периоде, когда практически отсутствовал контроль над толщиной пленки крахмального клея. Для выпуска профиля с меньшей высотой гофры нужно было адаптировать систему гребенок, так как существующая система доставляла оператором большие проблемы.

Большое количество волн для нанесения клея и низкая высота профиля создавали проблемы на гофропрессе для производства трехслойного гофрированного картона.

Было проведено невиданное количество тестов с паром для того, чтобы уйти от горизонтальных крошечных полос по краям картона. В то время ремни на прессах для гофрирования трехслойного картона имели ширину не более 1,2 м, так как станки, выпускающие эти ремни, были ограничены по ширине.

Любой, кто пробовал работать с профилем Е на такого рода машине, вскоре начинал получать удовольствие от пузырей снизу по центру картона. Это происходило из-за того, что пар пытался выйти наружу в месте, где картон не был прочно прижат к низу.

Несколько производителей, в основном, специалисты с узкими машинами, упорно продолжали изыскания и были вознаграждены тем, что получили дефицитный продукт за хорошую цену.

Данный продукт нашел свое применение во многих сферах. Это хорошая концепция, но до настоящего времени она была представлена лишь в незначительном сегменте рынка.

Было несколько посягательств на громадный сектор складных картонных ящиков. Но история на этом не заканчивается, продолжение — в следующем разделе.

Поставщики оборудования для производства гофрированного картона

В период между мировыми войнами основными производителями машин для изготовления гофрированного картона были Samuel М. Langston Company, Камден, Нью-Джерси; S&S Corrugated Paper Machinery Company, Бруклин, Нью-Йорк; George W. Swift, Бордентаун, Нью-Джерси, и М.D. Knowlton Со. в США; Blondel во Франции; Muller, Фрайталь, в Восточной Германии и Thrissell Engineering в Бристоле, Великобритания.

После войны М.D. Knowlton Со. распалась. Ноореr (Глен Арм, Мериленд, основана в 1860 г.) и George W. Swift объединились.

Ноореr специализировалась на типографских печатных машинах с продольной резкой; они первыми в отрасли представили установку с бесшпиндельным креплением рулонов в 1942 г.

В 30-е и 50-е гг. компания занималась гофропрессами, включая двухъярусные (1935) и последовательные гофропрессы (1938). Некоторое время они также занимались узлами поперечной резки (конец 50-х) и внедрили флексографскую печать в гофроиндустрии.

Компания Swift, которая ввела поперечную резку на гофроагрегате в 1932 г., занималась сугубо гофроагрегатами.

В 1959 г. компанию Ноореr-Swift выкупил крупный производитель стройматериалов Koppers.

Генри Гринвуд (Henry Greenwood), главный инженер компании Ноореr, уехал в Балтимор, где создал Greenwood Engineering, предприятие, на котором выпускали печатные машины и вспомогательное оборудование.

Билл Ворд (Bill Ward), который покинул компанию Ноореr после ее слияния со Swift, некоторое время был главным инженером на Greenwood, а позже присоединился к Flynn & Emery.

Впоследствии вместе со своим партнером он создал Ward Turner, позже выкупив его долю и создав Ward Machinery. Сегодня это фирма Marquip.

Позже Лэнгстон выкупил Greenwood у Сема Гринвуда (Sam Greenwood), сына Генри.

В 1943 г. на рынок вышла объединенная компания, выпускающая оборудование для производства упаковки из гофрированного картона Corrugated Box Machinery Company.

Джордж Мартин (George Martin) начал свой бизнес в Калифорнии, он поставлял ротационные высечки для местного рынка. На Martin со временем спроектировали свой стопоукладчик, печатные машины и компактную высокоточную резку для гофроагрегата.

В компании Thrissell Engineering в Бристоле создали гофроагрегат шириной 1 м (40″) в 1948 г., позже его преобразовали в карманный гофроагрегат, удлинив пресс для производства трехслойного гофрированного картона.

Они выпускали промышленные линии для гофрирования картона с конца 30-х до 1958 г. и создали одну-единственную модель резки, где использовали дифференциальный привод и эллиптические шестерни, что позволяло точно синхронизировать ножи при смене заказов.

Это яркий пример переноса математики в металлическую конструкцию. К сожалению, не существовало двух подобных гофроагрегатов Thrissell — каждый новый являлся модификацией предыдущего.

Возможно, поэтому они были очень дорогостоящими и ушли с рынка тяжелого машиностроения, когда Masson Scott из Уимблдона (известный производитель листорезательных машин, листоукладчиков, продольно-резательных станков и рафинеров для массы) подписал лицензию на производство гофроагрегатов Лэнгстона в Европе.

Не возникало сомнений в том, что с точки зрения используемых технологий компания Thrissell была на голову выше своих конкурентов в 1960-х, когда Билл Лейн (Bill Lane), глава Reed Corrugated Cases, заказал гофроагрегат шириной 54″ (1,35 м) для производства трехслойного гофрированного картона профилей А и В для ящиков компании Heinz Foods, которая имела фабрику возле завода Reed в Уигане.

В результате был создан первый в мире гофропресс, предназначенный для работы с двухслойным флютингом, который при этом был оснащен двумя комплектами гофрированных валов, установленных один над другим, и узлом склейки с ручным приводом.

Узел склейки был установлен между ними на вертикальной стойке, оснащенной зубчатым колесом, вытеснив двухъярусный и спаренный гофропрессы, и только через двадцать лет появился гофропресс MHI Whirlwinds, Modulfacer и Isowa Twinfacer. Резка должна быть высокоточной и резать в соответствии с приводкой оттиска.

Ведущими мировыми производителями в 1960-х были американцы — Langston, S&S и Koppers. Еще была компания Werner Peters в Западной Германии, созданная после Второй мировой войны бывшими сотрудниками компаний Muller на востоке; Simon в Стокпорте и Thrissell в Бристоле, Великобритания; Martin, Франция, и Uschida, Япония.

BHS, Западная Германия, только вошла в отрасль и поставила свой первый гофроагрегат в 1961 г. Она была создана в результате объединения молодых предпринимателей Пауля Энгеля (Paul Engel) и г-на Лау (Lau), бывшего дизайнера Muller, который, между тем, продал идеи BHS, ставшей большой государственной машиностроительной и соледобывающей компанией.

В то время Langston владел львиной долей американского, европейского и всего мирового рынка, провозглашая девиз От конструктивного решения к лидерству, именно они выдали лицензию Mitsubishi.

Отрасли тяжелой промышленности Японии выпускали оборудование в соответствии с их конструктивными идеями и поставляли его на дальневосточный рынок.

Компания Masson Scott в Англии производила оборудование для европейского, части ближневосточного и африканского рынков. S&S также поставляла оборудование по всему миру, ее заводы находились в Ньюри (Ирландия), Лэйстоне (Великобритания) и Голландии.

Компания Agnati в Италии являлась их представительством в южной Европе и производила для них узлы продольной резки и биговки, а также цилиндры под давлением.

Брайант Лэнгстон (Bryant Langston), внук Самюэля, решил уйти на пенсию в возрасте 55 лет и продал семейную компанию Harris Intertype Corporation в 1967 г.

Molins Machine Company стала собственником Thrissell Company, затем, перед тем как выйти на рынок, они купили Masson Scott, работавшую по лицензии Langston.

Они объединили двух производителей гофроагрегатов и создали Masson Scott Thrissell. В конце 1970-х Molins приобрела Langston у Harris Intertype.

Вместе с Koppers компания Marquip вышла из стройиндустрии. Карл Маршке (Carl Marshke) спроектировал упаковочную машину для компаний, выпускающих панели и двери из макулатурного картона.

Он создал свою компанию, затем, когда в строительной промышленности возник спад производства, вместе со своими коллегами обнаружил, что есть спрос на сплайсерные устройства для гофроагрегатов в Green Вау Packaging Company.

Под руководством Карла Маршке, совместно с доктором Ричардом Томасом (Richard Thomas) и Джимом Каммингсом (Jim Cummings) в совете директоров, была создана группа талантливых, энергичных, хорошо разбирающихся в рынке и оснащенных по последнему слову техники специалистов, которые быстро завоевали значительную часть рынка. Но для того, чтобы завоевать мировой рынок, им нужно было создать целую линию.

В Японии компания Mitsubishi Heavy Industries в 1956 г. начала выпускать гофроагрегаты для внутреннего рынка. С 1961 г. действовало лицензионное соглашение между ними и Langston, пока MHI не приостановила его действие в 1981 г., когда они вышли на европейский и американский рынки.

Isowa начинала развитие как семейная компания, выпускающая декоративные кованые изделия для нужд местного рынка. Затем, после первой модернизации, она начала выпускать печатные машины для производителей гофротары, а позже — и гофроагрегаты. В 1970 г. была создана Isowa Group.

В конце века в среде производителей оборудования произошли волнующие изменения. При этом количество поставщиков уменьшилось и в бумажной промышленности — на всей планете осталось только два основных производителя бумагоделательных машин.

Флексографическая печать и высечка

До конца 60-х и даже до начала 70-х типографскую печать считали единственным способом декорирования ящика в соответствии с установленными в отрасли стандартами. При типографском способе печати использовали краски на масляной основе; краску помещали в верхний лоток и пропускали через несколько валиков, что позволяло «прокатать» краску и понизить ее вязкость перед подачей на мягкое, толстое резиновое клише, которое использовали для переноса печатного изображения на картон при помощи достаточно тяжелого пресса. Печатный оттиск должен был сохнуть большую часть дня, чтобы избежать отмарывания краски в процессе дальнейшей переработки. Проблемы возникали даже при складировании оттисков в стопу возле печатной секции. Не работала ни одна конструкторская или технологическая идея, например продувка воздухом листов, уложенных в стопу.

Стопы должны были выстояться в промежуточном складе несколько смен перед тем, как они снова поступят на переработку, а следовательно, их дважды должны были поднимать и перевозить при помощи погрузчиков, что создавало потенциальную возможность повреждения материала. Для их хранения нужно было дополнительное место на производственной площадке.

Флексографическую печать (флексо) к тому времени уже использовали в печатной индустрии, которую считали традиционной, высококвалифицированной и, во многих промышленных странах, высокоразвитой отраслью. При флексографической печати используют краски на спиртовой или водной основе, но в гофроиндустрии используют только водоразбавляемые краски. Они имеют преимущество — быстро сохнут, особенно на бумаге с соответствующей поглощательной способностью. При этом используют более тонкие, более жесткие резиновые клише и применяют технологию легкого контакта вместо сильного прижима, как при типографской печати, при которой часто наблюдают эффект ореола вокруг печатного изображения. Нижний слой гофрированного картона использовали как поверхность для печати. В то время непросто было печатать на картоне, но, несмотря на все трудности, печать давала видимые преимущества, которые привели к большим изменениям в промышленности. Печатные секции с печатью флексо проще мыть, и они всегда чистые.

«Ф. Н. Хупер» разработал флексопечатную секцию с узлом продольной резки, где была установлена система с печатью на нижней части листа, что позволило загружать листы прямо с гофроагрегата. Они объединили эту систему с фальцевально-склеивающей машиной, спроектированной «Кейкхофэр» (Kiekhofer), заказчиком Джорджа Свифта (George Swift), который приобрел права на патент. Она была оснащена направляющими и вращающимися «ведомыми рычагами», предназначенными для того, чтобы закрывать наружные клапаны вниз, которые при помощи ролика прижимали стыковое соединение и склеивали по шву ящик. Так первый прототип флексовысекально фальцевально-склеивающей линии был установлен в «Олин Матесон» (Olin Matheson), Джолит, Индиана, в 1960 году, и об этом было объявлено на конференции TAPPI той осенью. «Симон», лицензиат «Хуппера» в Англии с начала 50-х, поставлял вакуумные питатели Деритенд (Deritend) и ротационные высекальные секции; позже, в конце 1961-го, была создана и смонтирована первая европейская машина в компании «Эштон Контейнэрз» (Ashton Containers) в Бристоле (Англия). (Когда «Симон» разорвал соглашение приблизительно В 1968 году, для машины они придумали название Casemaker (машина для производства ящиков), которое позже стали использовать для всех машин данного типа). За считанные секунды в технологическом процессе произошла революция, которая привела к тому, что отпала необходимость в использовании промежуточных складов. Отменили процедуру возврата. Уже не оказывали чрезмерного давления на производителей гофрированного картона, требуя улучшения качества.

Технические достижения 1970-х

В 1970-х были достигнуты значительные технические и финансовые изменения, благодаря которым удалось повысить качество и производительность гофроагрегатов, что положительно отразилось на работе завода в целом и привело к сокращению объема брака, несмотря на увеличение потребления перерабатываемого сырья.

Эти изменения произошли под влиянием американской группы «СиАйДи» (СШ) — («Корругэйтид Индастри Дэвэлопмэнт» (Corrugated Industry Development).
Дополнительным толчком явился кризис 1974 года в Америке, который произошел в результате обвала цен на нефть, за которым последовало сокращение выпуска всех промышленных товаров, включая бумагу. Дополнительные выгоды, которые извлекли из кризиса 1974 года — понимание необходимости экономить энергию. Начали работать над усовершенствованием пароконденсатной системы и искать альтернативные источники нагрева; работали даже над технологическим процессом холодного гофрирования.

Внедрили систему автоматической смены заказов на ротационной резке, что позволило сократить количество остановов и отходов при смене заказов на сушильной части. Сначала использовали следующее электромеханическое управление последовательностью операций:

• сбросить скорость на линии до 20 м/мин;
• рапустить технологический процесс резки на ротационной резке;
• вывести заправочный хвост предыдущего заказа;
• остановить технологический процесс резки на ротационной резке;
• повернуть триплексный узел продольной резки и биговки на следующую заданную позицию, в момент прохождения хвоста через узел резки;
• настроить резку на следующую заданную длину во время прохождения хвоста через узел резки;
• настроить задние упоры в зоне съема после вывода последней пачки;
• увеличить скорость линии до заданной скорости.

Но было ограничение, которое заключалось в том, насколько быстро узел продольной резки и биговки башенного типа сможет осуществить пошаговое перемещение.

В то же время внедрили систему контроля натяжения полотна. Благодаря этой системе получили возможность контролировать технологические процессы в мокрой части, что позволило уйти от коробления картона в продольном и поперечном направлениях.

В 1970-х большая часть новых машин была оснащена основными автоматическими устройствами, нацеленными на решение проблем, выявленных в 60-е годы: снижение потребления тепла при снижении скорости или останове линии; понимая, что у оператора обычно есть другие дела, которые нужно выполнить во время остановов.

На прессе для производства трехслойного гофрированного картона были разработаны методы мгновенного контроля системы подачи тепла, включая наклонные камеры («Лэнгстон»), ввод воздушной подушки («Лэнгстон» — модификации — «Питэрз»), подъемные прижимные валы («Эс энд Эс»), вариативный комплект прижимных валов («БиЭйчЭс»). Также удалось уйти от проблемы задавливания профиля гофры на прессе для производства трехслойного гофрированного картона Пэдди О’Брайну (Paddy O’Brien), техническому директору «Смурфит Корругэйтид Кэйсиз» (Smurfit Corrugated Cases) в Ирландии, где была сконструирована и установлена первая система, не требующая использования прижимных валов над нагревательными пластинами. В системе использовали колпаки со сжатым воздухом. Каждый колпак был рассчитан на группу из шести нагревательных пластин. На прототипе этой системы, которая установлена на фабрике «Смурфитс Уолкингстаун» (Smurfit’s Walkinstown) в Дублине, добились больших успехов. Эта идея была разработана «Лэнгстоном» и «НЬЮ Инжиниринг» (NEU Engineering) и получила назвние «ЗедЭсЭс» (ZCC) — («Зеро Краш Корругейтор» (Zero Crush Corrugator), или Нулевой уровень прижима при гофрировании). Новшества значительно продвинули отрасль вперед, но осталось еще много вопросов, требующих решения. Например, усовершенствованная система контроля нанесения клея — в 22% твердого вещества крахмального клея содержалось намного больше воды, чем было нужно для клейстеризации.

Система регулирования рычагов охвата, связанная со скоростью, вернулась в 70-е, и сегодня повсеместно используется, несмотря на усовершенствованную систему регулировки уровня температуры при помощи датчиков. Первые автоматические сплайсеры были предложены к использованию на гофроагрегатах компанией «Батлер» (Butler), что позволило снизить количество отходов при сплайсировании по сравнению с ручной склейкой до 5 метров и сократить периоды работы на низких скоростях на мокрой части. За введением сплайсирования последовали изменения на участке раската, где рулонные установки с валами были заменены на установки с бесшпиндельным креплением. Они были настолько удобными, что операторы удивлялись, как могли до этого работать без них. Рабочий персонал и отделы были нетерпимы к такой рутинной работе, и последняя точка была поставлена при разработке норм охраны труда и техники безопасности. Даже там, где была механизирована действующая система загрузки и разгрузки рулонов при помощи установленных на мосту подъемников или подъемных устройств, вмонтированных в станину раската для рулонов, планку или вал все равно нужно было вставлять и закреплять, а затем снимать вручную.

В 1960-х компания «Генко» (Genco) предложила использовать систему Superstack — автоматический стопоукладчик с четырьмя нижними камерами для дуплексной резки. Несмотря на то, что достижение считали технически успешным, это была концепция, предложенная раньше времени, которая создавала две проблемы. Одна — большая длина, что означало, что систему можно использовать только на новых линиях, где достаточно места. Но более важно, наверное, то, что система регулировки коробления не была достаточно развита в мокрой части машины, чтобы позволить руководству завода гофротары без опаски вкладывать большие деньги в машину, которая предлагала только один способ укладки, при этом с возможно возникающими последующими проблемами качества, упаковки и переработки.

Это была эпоха, когда росла вертикальная интеграция огромных лесопромышленных концернов и многонациональные компании выкупали большие частные компании. В этих громадных компаниях директора заводов взвешивали все за и против, прежде чем приобрести что-либо, или покупали только то, что уже проверено, испытано и подтверждено другими предпринимателями. Это сценарий, которому предпочитают следовать прочно стоящие на ногах, солидные, финансово защищенные производители гофротары. Их можно понять, но это сводит на нет любые нововведения и новаторские решения. Для этого промышленности также нужен здоровый частный сектор с директорами-владельцами предприятий.

Энергия

Теперь, наверное, пришло время посмотреть в будущее развития источника тепла на гофроагрегате и поговорить о способах сокращения потребления энергии, не все из которых принесли положительные результаты, но все были направлены на удовлетворение потребности расширить границы и в то же время узнать о том, что промышленность несет ответственность и страдает от чрезмерного потребления энергии. Важным нововведением в традиционную пароконденсатную систему было введение концепции закрытой системы.

До 70-х практически все предприятия генерируют пар в бойлерах, подают его на гофроагрегат, а затем неконденсированный пар просто сбрасывают в атмосферу. Конденсат удаляли из системы, поэтому, когда его давление быстро снижали до уровня атмосферного давления, освобождалось больше пара, который выветривался с остальным объемом. Единственным решением для сохранения энергии было возвращать горячую конденсационную воду в конденсатосборник, а затем в бойлер. В те времена можно было безошибочно найти завод гофротары: нужно было просто поискать большой столб пара в небе над заводом и циклонный сепаратор на крыше.

В паре содержался большой объем энергии. Его можно было сохранить, и, в конце концов, это удалось сделать, используя дополнительные схемы и специальные насосы, которые возвращали конденсат под высоким давлением напрямую назад в бойлер для повторного использования.

Тем временем «Лэнгстон» поставил большое количество гофропрессов с масляным обогревом на «Оувен Иллинойс Гласс Контейнер Дивизион» (Owens Illinois Glass Container Division). Они продолжали проектировать прототип гофроагрегата с масляным обогревом. Созданный гофроагрегат с высокой теплотворной способностью представили в компании «Миллер Контейнер Кампани» (Miller Container Company) возле Рок-Айленда, Иллинойс, в середине 70-х.

Здесь все валы и пластины нагревали при помощи горячего масла. Пар на спрыски получали при помощи небольшого парогенератора со стороны привода, возле маслонагревателя. Гофроагрегат с высокой теплотворной способностью работал хорошо, пока не начали появляться внутренние технические проблемы, также возникли трудности, связанные с выходом из строя нагревательных пластин под воздействием веса масла. Это была одна из тех машин, которые требуют пристального внимания со стороны технического персонала, досконально знающего машину. Помимо трудностей, возникающих при регулировании температуры при смене скоростей, проблемы возникали и с регулированием потока энергии (передачи тепла). Пар, если вы регулируете его давление и поддерживаете в состоянии сухого насыщенного пара, удаляя конденсат, но не перегревая его, будет поддерживать установленную ровную температуру при выходе всего объема скрытой теплоты конденсата. Намного сложнее передать тепловую энергию, получаемую с масла, при более высокой температуре (как в случае с перегретым паром). Однако было отмечено, что гофровалы имеют исключительно большой срок службы благодаря высоким температурам (400°F, 205°С). Поддерживаемый принцип более высокой температуры приводит к снижению давления, которое должно создаваться между валами. Институт химии бумаги в Аплтоне (Висконсин) был консультантом в данном проекте.

Тот же институт в конце 70-х внедрил ведомственную программу, в соответствии с которой старались получить экономию холодной или охлаждаемой энергии на гофроагрегате. Джим Стивенсон (Jim Stevenson), в прошлом — вице- президент и инженер, был назначен директором проекта по охлаждаемой энергии на гофроагрегате. «Лэнгстон» создал холодный гофроагрегат шириной 98″ (2,5 м), который приобрела компания «ПиСиЭй» (РСА) и установила в Берлингтоне (Висконсин). Основным нововведением технологического процесса было то, что средний слой флютинга пропитывали жирными кислотами и специальным составом клея, разработанным Национальным институтом клея, который применяли в нагретом состоянии при температуре 170°F (77°С), затем охлаждали на 5-10 градусов для склеивания.

Многие считали холодный гофроагрегат удачным техническим решением, но с коммерческой точки зрения проект потерпел неудачу по нескольким причинам:

• чтобы проект существовал, нужно было постоянно подавать повторные запросы на дополнительное финансирование, и, в конечном итоге, спонсоры посчитали, что они заплатили достаточно;
• спонсоры должны были совместно пользоваться всеми достижениями и ноу-хау, тогда как они жестко конкурировали друг с другом;
• в процессе экспериментов в «ПиСиЭй» (РСА) получали большое количество отходов, и качество отгружаемого картона ставило под угрозу их репутацию и доброжелательность заказчика;
• использование специального крахмального клея и регулирование подачи тепла не согласовано;
• японская химическая компания получила мировые патенты на использование химических составов для пропитки и запросила гонорары за их использование;
• Лэнгстон осознавал несостоятельность данного проекта из-за значительных ресурсов, требуемых для разработки.

Многие вопросы были глубоко изучены, но холодным гофроагрегатам не суждено было стать коммерческой реальностью. С одной стороны, отсутствие тепла лишало оператора жизненно важного инструмента для контроля коробления картона. Машина работала, но была преобразована в машину с традиционным нагревом пара.

Расходы на энергию составляют менее двух процентов от общей стоимости затрат на производство упаковки из гофрированного картона, но, несмотря на это, продолжают работать над сокращением объема потребляемой энергии.

В 1970-х встречались отчеты заводов по производству гофрированного картона в Израиле, где говорилось о том, что они используют солнечную энергию при генерировании пара, но за этим в дальнейшем ничего не следовало.

CID — корпорация развития гофроиндустрии

1969 год был годом полной занятости в США. Известная бессмертная фраза Гарольда Макмиллана (Harold Macmillan), который был премьер- министром Великобритании в 1960-е, гласила, что ситуация «никогда не была настолько хорошей».

Нулевые показатели по безработице создали серьезные трудности для руководства компании, такие как высокая инфляция заработной платы и текучесть рабочей силы, при условии, что корпорация CID была сформирована в начале 1971 года четырнадцатью интегрированными американскими и одной канадской компанией, выпускающими картон, которые вместе имели более трехсот гофроагрегатов и стремились делать «все необходимое для достаточно равномерного развития мощностей производства гофрированного картона и автоматизации технологического процесса изготовления ящика».

Это был необычный и замечательный пример сотрудничества между высококонкурентными и высококлассными производителями гофротары, и этот период ознаменовался наиболее значимым новаторским прорывом в истории развития данной отрасли.

Джим Стивенсон (Jim Stevenson), президент «ЭсЭйЭс Интернэшинал» (SAS International), компании-консультанта в области гофроиндустрии, работая в корпорации CID, также был консультантом. Он был назначен генеральным директором корпорации CID. Он отчитывался перед исполнительным комитетом, который состоял из трех руководителей высшего ранга компаний «Инлэнд» (Inland), «Оувенс-Иллинойс» (Owens-Illinois) и «Стоун Контейнер» (Stone Container). Перед ним отчитывались пять руководителей технических комитетов. Комитеты занимались вопросами экономики, управления, серьезно изучали коробление и сцепление в процессе склеивания, также беспрерывно работали над усовершенствованием гофроагрегата. Они имели в своем распоряжении два гофроагрегата в компаниях «Инлэнд и Оувен- Иллинойс» для проведения испытаний.

Группа, изучающая коробление, успешно достигла поставленных целей и, благодаря повсеместному распространению своих находок, повысила уровень понимания самого главного «врага» всей отрасли. Были поставлены следующие цели:

• изучить причину коробления, проводя исследования в лаборатории и на промышленном гофроагрегате;
• после того как будет известна причина, усовершенствовать систему управления;
• определить характеристики прокатного материала (например, бумага) для регулировки коробления;
• непрерывно развивать возможности операционной системы гофроагрегата.

Последний пункт был включен потому, что управлять короблением проще, постоянно контролируя весь технологический процесс. Работа в непрерывном режиме позволяет сократить объем отходов и получить производственные прибыли, которые покрывают необходимые капиталовложения.

Тем временем группа, работающая над постоянным усовершенствованием гофроагрегата, работала и над усовершенствованиями любого рода, такими как изменение ширины, веса или марки бумаги, сменой длины до 60″ (1,52 м) при рабочей скорости, при этом в отходы должно было уходить не более двух листов. Они указали пять ключевых вопросов, которые необходимы для достижения поставленных целей:

• программа контроля над короблением;
• автоматическое, заранее подготовленное сплайсирование;
• мгновенная смена длины заказа на поперечной резке;
• мгновенная смена ширины заказа на продольной резке;
• стопоукладчики, совместимые с циклом мгновенной смены заказа.

Цель заключалась в том, чтобы добиться беспрерывного режима работы, контроля над короблением на гофроагрегате, темпа машины и задействовать меньшее количество персонала. Те же экономические и производственные вопросы, о которых шла речь в США, в то же время возникали по разным причинам в Европе и Японии. В Европе знамя перешло в руки производителей машин, в то время как в Японии этими вопросами занимались сами производители гофротары. Джим Стивенсон отдал должное руководству компании «Ренго» (Rengo) в Японии при поддержке Масатеру Токуно (Masateru Tokuno), где создали гофроагрегат, который отвечал требованиям группы, работающей над постоянным усовершенствованием гофроагрегата. Они работали с компанией «Рилаенс» (Reliance) в Японии, чтобы получить первую поперечную резку с прямым приводом. Компания «ЭсЭндЭс» (S&S), наверное, была первой, кто принес это достижение на Запад, также с помощью «Рилаенс».

Джим Стивенсон также признал троих производителей оборудования в Западной Германии, продвигающих концепции СШ в Европе. Это «Питерз» (Peters), который приобрел завод гофротары возле их завода, чтобы разобраться в сути проблемы и иметь площадку для проведения тестовых испытаний для их оборудования, «Дженко» (Genco) с их суперперечнем оборудования и «БиЭйчЭс» (BHS), которые внедрились в программу развития специально для удовлетворения требований, выраженных корпорацией СШ.

Он всегда был поражен тем, как работают японцы, и встречал там многих представителей из Америки и Европы. На японцев равнялись по нескольким направлениям в конце 1970-х и 1980-х, и их методы работы стали предметом высокой моды того времени, к сожалению, некоторые попытки повторить этот опыт были основаны больше на моде, чем на действительном понимании японского рынка, — ограниченного пространства, образованности персонала и культуры.

Прорыв в сушильной части

В начале 1972 года компания «БиЭйчЭс» выступила с выдающимся достижением — разработала первый полностью автоматизированный узел продольной резки и биговки. Используя два этих узла, на одном проводили наладку, в то время как другой находился в работе. При использовании узла продольной резки и биговки скорость уже не являлась ограничением при смене заказа. Настройки выполняли быстрее и точнее. Теперь слабым местом был ручной съем.

Над этим работали некоторые поставщики под руководством Харальда Джели (Harald Gehle) и Дженко (Genco), чей «Суперукладчик» появился намного раньше в виде быстрого небольшого автоматического стопоукладчика. За этим открытием потянулись и другие поставщики.

Тем временем был усовершенствован прямой привод на ножах поперечной резки, что позволило уйти от затратных капитальных ремонтов механической части оборудования, использовать систему мгновенной смены заказа и намного улучшить точность реза длины листа так, что больше не нужно было оставлять кромку для обрези на перерабатывающем оборудовании. Это было серьезным достижением, которое позволило экономить как минимум 3 мм (1/8″), в среднем — около 5 мм (3/16″) картона при каждом резе листа и значительно уменьшило расходы в сушильной части. Джин вышел из бутылки, и пути назад нет.

В 1970-х появилась компания «Маркип» (Marquip) — новый американский поставщик, предлагающий оборудование с высокопроизводительной системой сплайсирования, явно инновационным дизайном резки с прямым приводом, которая позволяла преодолеть большую часть ограничений, связанных с инерцией двигателя, благодаря установке нескольких приводных двигателей вокруг зубчатого колеса на оси, где установлены ножи, а также с автоматическим узлом продольной резки и биговки.

Конечно, требовалось сделать еще много открытий, чтобы добиться эффективного контроля над короблением в мокрой части, которые были упомянуты ранее. На удовлетворительную работу новой сушильной части теперь обращали серьезное внимание, особенно на автоматический стопоукладчик. Внимание обращали на систему терморегуляции на нагревательных плитах, подогревателях и валах предварительного нагрева при смене скорости.

Также требовался строгий контроль при нанесении клея при смене скорости.

Затем, в 1976 году, компания «БиЭйчЭс» представила систему Teltrol — первую электронную центральную систему управления для гофроагрегата.

Гофропресс безгребенчатого типа

Вероятно, наиболее значительным шагом вперед в борьбе за качество картона и повышение рабочей скорости в середине-конце 1970-х стал гофропресс безгребенчатого типа. Гребенчатую систему на гофропрессе использовали для прижима гофрированной бумаги к гофровалу при нанесении пленки клея. Система, тем не менее, имела несколько недостатков. Как бы точно не были отрегулированы гребни на холодном агрегате (это нужно было делать каждую неделю), их часто нужно было переналаживать в течение недели, причем переналадку нужно было делать в горячей среде, в некомфортных для оператора условиях, прерывая производственный цикл выпуска продукции. Поэтому начали использовать вал с наклоном, типа тех, что использовали на более старых гофропрессах, чтобы облегчить доступ оператора к месту наладки гребенки.

Для гребенки нужны были канавки на клеенаносящем валу и верхнем гофровалу. Эти канавки оставляли сухие линии, что влияло на прочность ящика.

Края канавок часто задавливались и зажимали гребни, протягивая их через гофровалы, что требовало проведения дополнительного технического обслуживания.

В этом случае бумага оборачивалась вокруг, настройки гребенки сбивались, и оператор должен был проделать огромную работу, чтобы вновь настроить систему, что приводило к значительным производственным потерям и демотивации бригады.

При увеличении скорости бумага между гребнями, как правило, выбрасывалась под действием центробежной силы, причем проблема возникала чаще при выпуске гофрокартона с мелким гофрированным профилем. Наблюдался очевидный предел того, насколько близко можно передвинуть гребни, это привело к увеличению количества гребней, что пропорционально отразилось на операторах и прочности ящика.

В те времена валы восстанавливали, уменьшая их в диаметре. Поэтому требовался новый комплект гребней, чтобы он соответствовал новому диаметру вала. Возникали проблемы, связанные с разными ошибками и складированием. (Иногда нужно было обрезать шестерни на этих валах).

На первых гофропрессах безгребенчатого типа для поддержания бумаги относительно нижнего гофровала использовали вакуумную систему. Ее непросто было сочетать со встроенной системой обогрева вала. Предприняты следующие попытки:

• перестали нагревать один вал («Ренгоз АрзедДизед» (Rengo’s RzDz), то же сделали на «Симон» (Simon));
• использовали вал большего диаметра с соответствующей толщиной стенки, что позволило просверлить в стенках отверстия для вакуума («Мицубиси» (Mitsubishi));
• использовали кольцеобразные сегменты с канавками, установленные на стальной трубке перед гофрированием и щлифовкой («Лэнгстон» (Langston));
• использовали вакуумные трубки в кольцеобразных сегментах с канавками на нижнем гофровалу (БиЭйчЭс (BHS));
• использовали вакуумный колпак, тянущий вакуум через кольцеобразные сегменты с канавками («Исова» (Isowa));
• канавки с наклонными стенками, сходящимися под углом на валу («Мартин» (Martin), «Пневмопривод»).

На всех машинах безгребенчатого типа сохранили старые валы наклонного типа; гофропресс нового дизайна появился позже. Однако это давало преимущество, которое заключалось в том, что новые системы можно было использовать на существующих машинах.

Сегодня в основном используют гофропрессы безгребенчатого типа с положительным давлением воздуха, системой, предложенной компанией «Агнати» (Agnati) под названием «ACS положительное давление», которую предпочитают вакуумной системе, так как здесь используют более узкие канавки, она более простая в обслуживании и эксплуатации. Валы в основном расположены вертикально, с прижимным валом сверху.

Сложно переоценить важность внедрения гофропресса безгребенчатого типа. Это помогло не только устранить основные причины раздражения и угрозу безопасности операторов, но и снизить требования по техническому обслуживанию. Гофрированная бумага теперь прочно держалась относительно поверхности гофровала, что позволило усовершенствовать систему контроля нанесения клея. Именно это было необходимо, чтобы в полной мере использовать потенциальные возможности сушильной части, что позволило усовершенствовать технологический процесс производства гофрированного картона.

Однако тот факт, что бумага теперь точно следует за KOHTj’poM гофровала, означает, что любой износ на валу по ширине приведет к нанесению более толстого слоя клея на клеенаносящем валу, чтобы быть уверенным в том, что клей попал на самые глубоко износившиеся места. Естественно, это привело к избыточному слою клея и появлению нежелательной мокрой полосы на картоне при износе валов. Это значительно снизило срок службы гофровалов — больше не применяли практики использования вала до его полного разрушения. Как никогда ранее стали обращать внимание на поверхностную обработку гофровалов, чтобы снизить уровень износа. Эти вопросы освещены в последующих главах. Сейчас достаточно отметить, что в процессе развития было многое достигнуто, и на момент написания книги лучшими считали валы с ультратонким и прочным покрытием из карбида вольфрама.

В то время как на машине внедряли важные нововведения, развитие наблюдалось и в других областях. От поставщиков бумаги требовали лучшего контроля качества бумаги, ее толщины и влажности вдоль и поперек бумажного полотна. От поставщиков крахмального клея — решения вновь возникающих вопросов, хотя, справедливости ради, они давно критиковали довольно примитивный механизм нанесения клея на гофроагрегате по сравнению с отраслями, в которых они работают. Всегда возникали споры о том, что мы имеем ограниченную точку зрения о нашей отрасли. Несомненно, в этом есть какое-то оправдание. Условия работы и переменные факторы довольно специфичны и требовательны, но это не должно пугать нас до такой степени, чтобы мы не могли открыть глаза и извлечь уроки из других отраслей, которые нас окружают.

1980-е

В начале 80-х наблюдаем процесс совершенствования многих продуктов 70-х, так как они хорошо зарекомендовали себя на местах, проекты были усовершенствованы и отточены. Учитывая обновленный потенциал для повышения производительности и улучшения качества, поставщики оборудования удвоили усилия в области усовершенствования машины в следующем десятилетии. Следующей целью было усовершенствовать систему натяжения бумажного полотна, используемого на гофроагрегате, и добиться точности совмещения полотен относительно друг друга. Эти вопросы, а также централизованная система управления технологическим процессом гофрирования, беспокоили поставщиков и операторов в 1980-е и 1990-е годы. В 80-х было проведено много испытаний и сделано много ошибок, но был достигнут видимый прогресс в усовершенствовании системы нанесения клея, рабочих характеристик и системы управления. Эти достижения, вместе с усовершенствованной и более точной системой управления приводным двигателем, проектированием механической системы и материалом, привели к улучшению качества картона и повышению рабочей скорости.

Многие эти вопросы будут детально освещены в последующих главах вместе с основными усовершенствованиями в середине 1980-х, которые предшествовали появлению новых современных гофроагрегатов.

По вопросам покупки книги Гофроиндустрия. В поисках совершенства обращайтесь:
Константин Шабуневич
Тел. моб: +38 093 246 21 21 (Viber, WhatsApp, Telegram)
[email protected]

If you find an error, please highlight a piece of text and clickCtrl+Enter.