Допоміжні технологічні процеси, контрольно-вимірювальні прилади та проведення випробувань (Розділ 21)

Книга “Гофроіндустрія. У пошуках досконалості”

Невідомі герої та ділки

Описуючи основне обладнання, виробництво та послуги на заводі гофротари, не варто забувати про велику кількість спеціального обладнання або обладнання загального призначення, а також про обладнання, на якому проводять тестування паперу, картону та ящиків. Це обладнання різнопланове, тому воно ділиться на заводське та лабораторне (або тестове) обладнання.

Заводське обладнання

Штовхачі для рулонів паперу

Для роботи простих штовхачів для рулонів паперу як джерело енергії використовують стиснене повітря із загальнозаводської магістралі. Вони оснащені колесами з великим коефіцієнтом тертя та роликами, які вступають у контакт з паперовим рулоном. Ролики чинять на рулон тангенціальне зусилля і в такий спосіб переміщують його. Колеса і ролики пневматичні; пристрій призначений для того, щоб полегшити процедуру переміщення рулонів, наприклад, підлогою вздовж гофроагрегата або для встановлення рулонів на вбудовані в підлогу транспортери.

ПРС на гофропресі

Краще, якщо це буде окрема спеціальна технологічна операція з гофропресом, рулонною установкою та ПРС, включаючи відповідне обробне обладнання біля рулонної установки, котла, клейової кухні та зони відвантаження. Якщо іноді випускають проміжний продукт, то ПРС можна вбудувати на лінії гофроагрегата.

Іноді ПРС ставлять на самому початку лінії, тобто полотно двошарового гофрокартону спрямовують назад з похилого транспортера на портальний транспортер, який розгортає полотно і подає в напрямку, протилежному напрямку руху потоку, на ПРС.

Цей технологічний процес не був добре продуманий, він був примітивний і непостійний до 1996 р., поки Pivab у Швеції не адаптував для гофровиробництва автоматичний ПРС, що працює в безперервному режимі, який був спроектований для іншої галузі та іншого типу продукції.

Каширувальна машина

Каширувальні машини представлені напівавтоматичними машинами типу лист-лист — для каширування двошарового полотна, точкового та повного етикетування, точкового та повного каширування макулатурного картону, подвійного етикетування та наклейки віконець. При цьому використовують спеціально спроектовані вбудовані в лінію каширувальні машини, які схожі на короткі та вузькі гофроагрегати.

Основна концепція — каширування віконця прозорою плівкою або припресування паперового полотна, попередньо надрукованого офсетним або глибоким способом на двошарове гофроване полотно, гофрований картон будь-якого профілю або ящик.

Щоб йти в ногу зі зростаючим ринком, більшість модульних машин можна встановити на основну і модернізувати для роботи з рулона на лист або в лінію. Типова каширувальна машина складається з гофропреса касетного типу, подвійної рулонної установки, сплайсерів та системи кондиціонування полотна, встановлених в лінію з каширувальною машиною для каширування типу полотно-полотно і лист-полотно.

В кінці лінії зазвичай ставлять інвертор, повністю автоматизований стопоукладач і пристрій для укладання на піддони. Ширина лінії зазвичай становить близько 1,6 м, швидкість — 150 м/хв., продуктивність — 10 тис. листів/год. На вбудованих в лінію каширувальних машинах постійно працюють над удосконаленням системи самонакладу, різання серповидним ножем, приводами змінного струму на машині, а також удосконалюють систему віддаленого доступу для пошуку несправностей.

Останнім часом зростає попит на лист з високоякісного ламінованого тонкого гофрокартону. При холодному кашируванні отримуємо плоский лист з хорошими формувальними властивостями навіть для невеликого гофрованого профілю, який з’єднаний з високоякісним лайнером, надрукованим офсетним або флексографічним способом.

Нанесення покривного шару або попередній друк

На гофроагрегаті можна встановлювати вузли для нанесення покривного шару або друку на лайнері. Їх можна використовувати для нанесення простого малюнка в один колір, для друку якого не потрібна точна приладка. Ці вузли можна виводити з лінії (для наладки, чистки тощо). Зазвичай їх встановлюють перед підігрівачем стопи та вузлом склеювання і виводять на приводний бік машини, коли не використовують.

Каширування середнього шару гофрокартону

Цей пристрій зазвичай встановлюють під накопичувальним мостом між рулонною установкою для флютингу та гофропресом. Якщо його часто використовують, то є сенс розмістити другу рулонну установку. Зазвичай два полотна флютингу подають на гофропрес. Верхнє полотно проходить над каширувальною машиною, яка оснащена валом для нанесення клею з пазами. На нижню поверхню полотна за допомогою вала наносять безліч клейових ліній і полотно приклеюють до нижнього полотна — вони з’єднуються якраз перед гофропресом.

Подвійний шар проходить звичайну процедуру гофрування. На гофропресі два шари флютингу ковзають відносно один одного при формуванні гофри, поки клей не застигне. Так отримують міцний флютинг хорошої якості з чудовими показниками по площинному стисненню.

Звичайно, він працює повільніше, ніж гофроагрегат, і його потрібно зупиняти для зміни рулонів при великих тиражах. Однак за наявності регулярних замовлень, розумного планування та використання системи управління рулонами зупинки можна скоротити.

Лічильник листів

Дуже важливо мати пристрій, за допомогою якого можна порахувати точну кількість листів у стопі. Існує два типи обладнання для підрахунку листів — портативне та стаціонарне, яке монтують на підлозі. В обох випадках використовують технологію оптичного сканування, і пристрій має допуск по точності підрахунку листів.

Поздовжньо-різальний верстат балочного типу

Це типове обладнання, яке використовують на підприємствах з випуску листа. Верстат завантажують вручну до упорів, тут використовують систему підйомних-опускних ножів для поздовжнього різання.

Ротаційне поздовжнє різання та біговка

Історично склалося так, що поздовжньо-різально-біговальний верстат був невід’ємною частиною заводу гофротари. Через обмежені характеристики на різанні гофроагрегата не завжди можна було різати лист менш ніж 500 мм завдовжки і були серйозні обмеження по швидкості при різанні листа менш ніж 800 мм. Тепер це вже не обмеження, оскільки на різанні вдосконалені приводи, і сьогодні можна переробляти та укладати на транспортер листи менш ніж 500 мм.

Так, досі на деяких підприємствах випускають великі формати на гофроагрегаті, а потім їх ріжуть на маленькі і одночасно бігують на поздовжньо-різально-біговальному верстаті. Подача і знімання відбуваються у ручному режимі.

Машини для прокладок і решіток

Під час Другої світової війни конструкторським відділом Roda біля Лугано в Швейцарії було спроектовано кілька спеціальних машин для виготовлення спеціальних ящиків і решіток. Ці машини досі використовують на деяких великих і малих підприємствах.

На машинах можна виконувати такі операції: поздовжнє різання, різання прорізів, перфорування, біговка, поперечне різання і/або прорізи на гофрокартоні. Машини використовують для виготовлення будь-яких додаткових пакувальних вставок, включаючи прокладки, внутрішні перегородки та інші деталі відповідно до FEFCO, код групи 09.

Подачу і знімання на машинах здійснюють у ручному режимі, тому тут можна утилізувати хороші листи, зрізані на ротаційному різанні на гофроагрегаті, — листи, які викидають у відходи.

Різання прорізів і складання внутрішніх перегородок

Внутрішні перегородки або решітки можна робити на спеціально призначеному для цього верстаті для різання прорізів або на спеціально оснащеній машині, як на малюнку вище. Решітки зазвичай використовують як амортизаційний матеріал між крихкими предметами, такими як скляні пляшки. Якщо на картонний ящик обгорткового типу встановлені жорсткі допуски, то решітки не використовують.

Складання внутрішніх перегородок було рутинною роботою доти, доки процес не механізували, створивши верстат у 1970 році. Верстат для складання внутрішніх перегородок показаний нижче.

Етикетування

Це приклеювання якісної етикетки, зазвичай надрукованої офсетним способом, на одну або кілька панелей ящика перед фальцюванням і склеюванням або на розібраний ящик. В такий спосіб можна з простого коричневого ящика зробити привабливу досить недорогу упаковку для продажу. Тут важлива точна приладка, оскільки гофровані листи та етикетки зазвичай подають на машину з різних завантажувальних пристроїв. Етикетку приклеюють клеєм ПВА.

Накладання віконець

Процес схожий на процес етикетування, тільки дещо складніший. На внутрішню поверхню ящика приклеюють віконце з прозорої плівки, щоб отримати демонстраційну упаковку, де буде видно продукт, що знаходиться всередині.

Автоподавач, машини для обв’язки, обтягування, розламування, формування стопи і палетайзер

У попередньому розділі про транспортування матеріалу це обладнання вже описувалося.

Способи стикування ящика — клейка стрічка і зшивання

Спосіб, коли ящик стикують за допомогою клейкої стрічки, майже неможливо побачити сьогодні, оскільки вважають, що проклеєні шви надійніші. Дедалі рідше використовують і зшивання скобами — воно залишилося тільки на ринку, де використовують ящик, виготовлений з важкого гофрокартону. Були часи, коли ящики, де на стиках не використовували металевих скоб, вважали неякісними — жоден поважний ящик віскі не обходився без скоб.

Насправді, якщо використовують папір з макулатури, то зшиті дротом з’єднувальні шви слабші, ніж добре проклеєні, оскільки макулатурний картон крихкіший. Це не стосується важких лайнерів, особливо крафт-лайнера або ящиків, які піддаватимуться дії вологи або знаходитимуться у вологих умовах — як, наприклад, ящики для військового спорядження.

Однак єдиний спосіб виготовити великий ящик з двох листів (і з двома з’єднувальними швами) — це використовувати традиційне зшивання скобами.

Зшивання скобами — це шиття плоскими дротяними скобами за допомогою дротошвейних машин ручного типу, напівавтоматичних машин (ручне фальцювання і подача) або автоматичних машин. Вбудовані в лінію машини дають змогу використовувати клейку стрічку, зшивання скобами і склеювання одночасно або окремо.

Монтажний стіл для виготовлення контрольного зразка

Монтажні столи для зразків бувають різними: від базових (переважно велика горизонтальна креслярська дошка-кульман з металевими лінійками і ножами), де зразки виготовляють вручну, до сучасних приводних столів з лазерним лобзиком і принтером. Назва говорить сама за себе: монтажні столи призначені для виготовлення зразка конструкції ящика для нових замовників і нової сфери застосування, системи пов’язані з системами CAD/CAM. Це обов’язкова частина обладнання на заводі.

Лабораторне обладнання

Ще досі не вдалося отримати справді наукових і точних показників в ході тестування властивостей гофрокартону і його компонентів, тому що існує багато змінних величин, які мають природне походження або залежать від способу виробництва паперу, картону і ящиків, плюс різні умови в лабораторії, такі як температура, вологість, робота контрольно-випробувальних приладів і вміст ящиків. Має сенс створити своєрідний посібник з тестування, щоб вибрати методи, важливі для порівняння певних матеріалів, картону тощо.

Обладнання, яке найчастіше використовується для тестування на заводі гофротари, описане нижче. На деяких підприємствах використовують свої методи і, відповідно, обладнання. Послідовно розглянемо папір, картон і ящики.

Папір

Щоб стандартизувати умови, які можуть вплинути на якість паперу, потрібно їх погодити і чітко обговорити. У Великобританії, наприклад, тестування зазвичай проводять у кімнаті з відносною вологістю (ВВ) 50% за температури 23°С. Перед тестуванням зразки провітрюють 24 години.

Випробування на поглинання води

Загальновизнаний тест — тест Кобба (Cobb), який дійсно підходить тільки для лайнерів. На розташований горизонтально лист паперу певної площі і ваги поміщають металеве кільце або відкритий з обох кінців циліндр так, щоб краї паперу виступали за краї кільця. Певну кількість води (зазвичай 25 мл) заливають у резервуар, заповнюючи його.

Через заданий час воду виливають, зразок паперу повторно зважують. Різниця між вагою зразка до і після зволоження — показник рівня вбирання. Так можна порівнювати рівень вбирання різних типів лайнера. Зазначений час зазвичай становить близько однієї хвилини, якщо папір не гігроскопічний.

Як варіант, на папері проводять тестування краплею води. Це простіший, але менш точний тест, який можна проводити всюди. Певну кількість води капають на папір по центру намальованого кола і вимірюють час, необхідний для вбирання води, або ж вимірюють темне вологе місце, в яке просочилася вода.

Випробування на повітропроникність (пористість)

Відоме під назвою тест Гурлей (Gurley). Тут вимірюють час, необхідний для проходження заданого об’єму повітря під певним тиском через певну зону паперу, який тримають як мембрану.

Заздалегідь визначена зона паперу закрита кільцем вимірювального приладу. Стиснене повітря під тиском подають через кільце і за допомогою манометра знімають показники. Отримані значення виражені в мл/хв. Тест Бендстена (Bendsten) — дуже схожий.

Випробування жорсткості картону за руйнуванням кільця RCT і різновиди ССТ і SCT

Смугу лайнера 152 мм (6″) завдовжки і 12,7 мм (1/2″) завширшки кладуть на товсту металеву пластину, встановлену горизонтально. Папір досить довгий, щоб сформувати циліндр з основою в пазу. Верхня горизонтальна пластина лежить зверху на циліндрі з паперу. Пластину поступово навантажують, поки папір не зімнеться.

Навантаження, при якому це станеться, і є показник RCT для цього паперу, зазвичай виражений у ньютонах. Тест зазвичай проводять для лайнерів, але можна проводити і для флютингу, а також для сумування результатів флютингу і лайнера. Це хороший посібник для тестування одностороннього бокового стиснення картону для паперу цих типів.

Тест на роздавлювання гофрокартону ССТ

Це аналогічний тест на роздавлювання для середнього шару. Флютинг формують того ж виду, що буде на гофроагрегаті, використовуючи холодну прес-форму, таку ж як використовують для проведення випробування гофрованого шару картону на площинне стиснення приладом Конкора (СМТ).

Швидкий тест на роздавлювання SCT

Сформований гофрований шар затиснутий у формі так само, як під час тесту RCT, описаного вище. Навантаження вимірюють у точці руйнування.

Ані RCT, ані ССТ не дають точних показників через можливі розбіжності у формі та вертикальності паперу, який поміщають у прес в кожному окремому випадку. Короткий тест на роздавлювання був розроблений, щоб досягти правильніших показників.

Смугу паперу шириною 15 мм міцно затискають на площині двома затискачами, залишаючи зазор 0,7 мм (0,030″) для паперу між ними. Затискачі притиснуті один до одного гідравлічним способом вздовж площини паперу, щоб стиснути вузьку смугу паперу. Тиск вимірюють у точці зминання. Тест проводять у машинному (МН) або поперечному напрямку (ПН).

Випробування гофрованого шару картону на площинне стиснення приладом Конкора — СМТ

З початку розвитку виробництва гофрокартону галузь розуміла необхідність визначення показника площинного стиснення для різних типів флютингу тієї форми гофрованого профілю, яку надалі вироблятимуть на гофроагрегаті. Так був розроблений тест для флютингу на площинне стиснення приладом Конкора.

Смугу гофрованого флютингу розміром 152 х 12,7 мм (6″ х 1/2″) формують на холодному пристрої для пресування тієї ж форми, що й при формуванні на гофропресі. Середній шар формують між гарячими валами гофропреса, і в цьому випадку його потрібно кондиціонувати після проклеювання стрічкою.

Клейку стрічку застосовують для імітації двошарового картону, її функція — запобігати деформації гофрованого профілю при видаленні паперу з форми. Смугу двошарового гофрокартону кладуть на прес, який можна використовувати для тестів RCT і ССТ.

Якщо все виконано правильно, то буде два рівні стиснення під час тесту СМТ: перший — коли гофра вибудовується, другий — коли профіль стискається. В такий спосіб можна провести порівняльне тестування форм гофрованого профілю та паперу. Також можна перевірити двошаровий гофрокартон, випущений на гофропресі, для того щоб порівняти теоретичні значення.

Гарячий тест Конкора проводять, пропускаючи зразок смуги через гарячі вали гофропреса перед тим, як помістити його в шаблон, потім виконують ті ж дії.

Вологість

Дуже поширені портативні прилади для визначення вологості. Їх можна відкалібрувати відповідно до певного кольору паперу або покривного шару. Перевірте інструкції виробника.

Прилад для проведення тесту на продавлювання за Мулленом

Стійкість до розшарування за Скоттом

Зразок картону кладуть на металеву основу так, щоб куточок був зверху. Копер з маятником ударяє по вертикальній поверхні під кутом доти, доки папір не розшарується. Енергія, необхідна для того, щоб розділити шари, виражена в джоулях на кв. м.

На паперових фабриках використовують також інші тести — на pH, яскравість, білизну та гладкість.

Стійкість до продавлювання — для паперу та гофрокартону

Випробування на продавлювання за Мулленом: гідравлічно навантажена еластична кругла діафрагма розширюється під зразком паперу такого ж розміру, який затиснутий з усіх боків і встановлений безпосередньо над нею. Гідравлічний тиск, за якого зразок розривається, записують. Це показник тесту Муллена для даного матеріалу, який зазвичай виражається в кілоньютонах/кв. м.

Товщина — паперу або картону

Спеціальний мікрометр для паперу з контрольованим тиском і опорою використовують для вимірювання товщини або калібру паперу або картону.

Щільність або граматура — паперу або картону

Точні ваги в лабораторії використовують для того, щоб перевірити вагу на одиницю площі паперу відносно специфікації на паперовій фабриці. Цей показник разом з товщиною дає показник щільності. Вагу картону перевіряють в той же спосіб.

Картон

Випробування на торцеве стиснення — ССТ

Це основний тест на опір стисненню звичайної коробки, виготовленої з картону, де профіль гофрування розташований вертикально на вертикальних панелях. Тест проводять на пресі, подібному до того, який використовують для ССТ, СМТ, RCT, FCT, на смужці картону з верхніми або нижніми краями, абсолютно горизонтальними і паралельними один одному поперек гофрованого профілю і перпендикулярно їх осям. Значення ЕСТ — це вимірювання тиску при руйнуванні.

Приблизне значення очікуваного ЕСТ можна отримати при додаванні RCT для лайнерів і ССТ для флютингу (який враховує приблизне співвідношення). На клейові з’єднання і товщину комбінованого картону додають близько 10%.

Випробування на площинне стиснення FCT

Круглий зразок картону вирізають і поміщають на той же прес. Як і в тесті Конкора, тут має бути два окремих етапи руйнування — якщо ні, то можливою причиною може бути нахилений профіль.

Випробування міцності клейового з’єднання — РАТ

Це тривалий тест для вимірювання міцності клейового з’єднання між флютингом і лайнером. Використовують спеціально виготовлені гребені з виступаючими зубцями, крок яких у два рази більший за крок гофрованого профілю, а діаметр яких входить всередину профілю вимірюваного картону.

Їх вставляють з обох боків прямокутного зразка і створюють тиск, щоб розділити два гребені, чинячи тиск на лайнер та прагнучи розділити їх. Тиск при розділенні зчеплення — показник РАТ для тестованого картону. Кожне зчеплення лайнера можна тестувати окремо залежно від рівня, на якому вставляють зубці.

Після розриву потрібно візуально перевірити, де саме стався розрив клейового з’єднання або внутрішню стійкість до розшарування паперу.

Випробування на прокол

Для проведення тесту використовують маятник з голкою на головці, який під певним кутом пробиває зразок. Ступінь проникнення — значення опору проколу тестованого картону, яке відображається на шкалі.

Коробка

Тест на роздавлювання коробки — ВСТ

Для цього тесту потрібен прес більшого об’єму, який визначить потенційний опір стисненню готової коробки, тобто скільки повних коробок можна поставити одна на одну. Це залежить не тільки від міцності на стиснення при штабелюванні коробок, але й від ваги та природи вмісту.

Якщо вміст знаходиться в первинній упаковці у вигляді структурованих вертикальних ємностей, як, наприклад, банки або пляшки, щільно упаковані в коробку, то він підтримуватиме коробку. Це, звичайно, чинить тиск на нижню коробку в стопці, що і визначає необхідну міцність на стиснення.

Ймовірно, це єдина зона тестування, де можна спостерігати часті невідповідності між результатами тестування і результатами, отриманими на практиці. Якщо не через різні марки картону (особливо це стосується клейових характеристик), то часто через деформацію вертикальних панелей коробки.

Це відбувається в процесі наповнення коробки або, частіше, при її закритті, якщо біговки, зроблені на гофроагрегаті, недостатньо чіткі або виконані неправильно підібраними або зношеними біговальними ножами.

Місце згинання клапана повинно бути чітко позначене, щоб він був зігнутий у потрібному місці, інакше на коробці може утворитися живіт, і коробка буде потенційно схильна до руйнування при вертикальному стисненні.

Ротаційна установка для проведення випробування на удар, встановлена на заводі гофротари

Опір стисненню коробки залежить від значення ЕСТ, периметра коробки та калібру або товщини картону, з якого вона виготовлена.

Популярний спосіб розрахунку опору стисненню коробки — це розрахунок за формулою Мак Кі:

ВСТ (кг) = 1,515 х ЕСТ 0,57 х Т 0,87 х (Д+Ш) 0,47,
де
ЕСТ = випробування на торцеве стиснення (кг/см),
Т = товщина картону (мм),
Д = довжина коробки (мм),
Ш = ширина коробки (мм).

Випробування на падіння або удар

Це радше не тестування коробки, а захист повної упаковки, тобто коробки, вмісту та внутрішніх прокладок. У першій половині ХХ ст. коробки кидали з другого або третього поверху на бетон на території заводу і дивилися або фотографували результати. Надалі пакет ставили на візок, який спускали вниз по похилій рампі або рейках, щоб зіштовхнути з твердою поверхнею, або ж кидали на обертовий барабан з перегородками. Сьогодні є спеціальне обладнання для проведення випробування на падіння.

Чимало виробників електрообладнання сьогодні диктують свої вимоги до показників випробування на удар, щоб захистити вміст від пошкоджень. Як уже йшлося, це радше тест для конструкції упаковки, матеріалів і специфікації, ніж просто перевірка зовнішньої оболонки упаковки. З вищесказаного читач зрозуміє, що деякі лабораторні тести необхідні для отримання приблизних, якщо не абсолютних, значень для контролю якості.

Але, ймовірно, найважливіші випробування — це ті, які виконують оператори в зоні накопичувального мосту (для тестування зчеплення на гофропресі тощо) і в зоні знімання, де на сирому картоні можна перевірити зчеплення шарів, точність різу, бульбашіння і здуття, роздавлювання картону в машині, сухість, короблення тощо.

Виробники машин з року в рік удосконалюють технологію, але наскільки б вона не була досконала, потрібно перш за все розуміти технологічний процес виготовлення картону. Вирішальне значення має пересічне навчання, тому що оператор повинен миттєво реагувати на результати тестування на машині, оскільки для проведення лабораторних випробувань потрібен час, і часто робота вже відвантажена до того, як отримують результати тестування.

Зрозуміло, чому багато підприємств обходяться без більшої частини обладнання для тестування, залишивши лише, наприклад, прилад для випробування на роздавлювання, прилад для випробувань на площинне і торцеве стиснення та прилад для вимірювання товщини картону.

На великих підприємствах вибіркові перевірки проводять у регіональних або національних центрах.

З питань придбання книги «Гофроіндустрія. У пошуках досконалості» звертайтеся до:
Костянтина Шабуневича
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.