Витоки гофрокартону (Розділ 1)

Книга “Гофроіндустрія. У пошуках досконалості”

Щоб проаналізувати події, які відбулися понад 200 років тому, потрібно було підняти архівні матеріали із різних джерел. Ми звернулися до ранніх публікацій промислових довідників, а також інформації, наданої багатьма друзями та колегами.

Ця глава розповідає про розвиток гофрованої упаковки, її будову, еволюцію виробництва, про гофроагрегати, а також деякі супутні чинники, що визначають розвиток цієї галузі до початку 1980-х рр.

Генезис паперової промисловості починається з виготовлення паперу та картону, про що коротко йдеться на початку глави.

Папір і картон

У ХVІІІ ст. єдиним способом виготовлення паперу було формування вручну. На малюнку показано, як черпальник опускає форму в чан. Пресувальник (ліворуч) виймає аркуш паперу з форми. Прес зображений праворуч — у ньому чергуються сукно та папір. Аркуші сушать на стелажах позаду. Репродукція із німецької книги *Про папір*

Перший папір із шовкового волокна виготовили китайці у 123 р. до н. е. Перший папір з целюлозного волокна теж було зроблено в Китаї у 105 р. н. е. з лика тутового дерева.

Цай Лун винайшов процес виробництва паперу, при якому в прес-форму заливали суміш із волокна та води. Прес-формою була дерев’яна станина з основою із вовняного сукна.

Вода просочувалася крізь сукно, а волокно залишалося на ньому, після чого його накопичували у шари та пресували. Щоб сформувати папір, листи відокремлювали один від одного та сушили.

За якийсь час технологію вдосконалили, а 751 р. н. е. перевезли древнім Шовковим шляхом до Самарканда (нині Узбекистан) і пізніше, через 50 років, — в Аравію (Багдад і Дамаск).

Минуло 350 років, перш ніж технологія виготовлення паперу досягла Європи — через Марокко до Іспанії, завдяки мусульманам, приблизно 1150 р.

Ще 250-300 років знадобилося для того, щоб вона набула поширення. У ті часи для виробництва паперу використовували переважно волокно з лляного та бавовняного ганчір’я.

Судячи з усього, першим, хто запропонував використовувати деревну масу як сировину замість дефіцитного ганчір’я, був М. Реомюр з Франції.

У 1719 р., після спостережень за тим, як оси роблять паперові гнізда із суміші деревної маси та рідини, що виділяється залозами внутрішньої секреції, він почав просувати цю ідею.

Інший француз, М. Ніколас Луїз Робер з Ессонеза, в 1799 р. спроектував папероробну сіткову машину безперервного циклу, яку вдосконалив Генрі Фурдріньє та його колеги з Англії.

Її запатентували 1801 р. як машину Фурдріньє, яка відома досі. Браян Донкін змонтував першу машину Фурдріньє в Англії та вперше встановив її у США. Протягом сторіччя машину Фурдріньє використовували тільки для виробництва паперу, картон на ній не випускали.

В Англії в 1809 р. Джон Дікінсон винайшов круглосіточну папероробну машину. Це принципове рішення вперше успішно застосували для виробництва картону у промислових масштабах.

Машину було встановлено Георгом А. Шріоком у 1831 р. біля Чамберсбурга (Пенсільванія, США). Як сировину використовували солом’яну масу.

У 1851 р. в Англії була розроблена нова концепція намотування паперу на рулони, яка дозволила промисловості уникнути виробництва тільки листів.

Картон та продукцію з картону почали використовувати у промисловості — наприклад, для виробництва контейнерів (США, 1669), а також коліс для залізничних вагонів (компанія Pullman замовила сто таких коліс у 1871 р.).

Десять років потому компанія Allen Paper Car Wheel Company з Нью-Йорка постачала 13 тис. паперових коліс на рік. Відомо, що один комплект таких коліс проїжджав 300 тис. миль. Колеса робили з багатошарового паперу, що виготовляється з соломи, з металевими маточками та ободами.

З установкою круглосіточної папероробної машини, сконструйованої Георгом Шріоком, поширилося використання картону для коробок.

У 1827 р. Вільям МакГау з Мідвілл (Пенсільванія, США) розробив промисловий спосіб приготування маси із соломи пшениці з використанням хімікатів для відділення волокон целюлози.

Це був один із багатьох прикладів, як отримати реальну вигоду при утилізації використаного матеріалу. У 1840 р. Ф.Дж. Келлер у Німеччині почав виготовляти папір механічним способом із деревної маси.

Х’ю Бургесс в Англії запатентував натронний (лужний) метод, який використовували під час виробництва целюлози з деревини. У 1867 р. метод розвинув Бенджамін Чу Тілгман у Манаюку (Пенсільванія), який використовував сульфідний (кислотний) спосіб варіння целюлози.

Сульфатний (лужний) спосіб варіння виник 1883 р. С.Ф. Даль почав розвивати метод Х’ю Бургесса, який знайшов широке застосування на підприємствах, що випускають крафт-папір, завдяки можливості витягувати міцне і довге волокно з м’яких швидкорослих порід деревини.

Початок ери гофрокартону

Олівер Лонг, 1881 р. Перший патент на використання лайнера для надання форми гофрованому профілю

Перший патент на виробництво гофрованого картону отримали у 1856 р. Едвард Чарльз Хілі та Едвард Елліс Аллен в Англії. Продукт використовували як прокладну стрічку в капелюхах. У 1871 р. Альберт А. Джонс отримав патент на виробництво гофрованого паперу в рулонах.

19 грудня він зробив першу захисну упаковку для крихких виробів. Олівер Лонг отримав двошаровий гофрований картон, який запатентував у 1874 р.

Цей продукт поєднував у собі амортизаційні властивості, гнучкість у горизонтальному напрямку та міцність у вертикальному, його можна було використовувати як упаковочний матеріал для скляних посудин, ламп та керамічних виробів.

Картон виготовляли з тонких аркушів упаковочного паперу, зробленого з соломи.

У 1875 р. Роберт Томпсон і, незалежно від нього, Генрі Д. Норріс випустили тришаровий гофрокартон. Спільно вони почали працювати з 1878 р. Незабаром до них доєднався Роберт Гейр з США. Він винайшов перший рильовочно-просічний прес і опинився втягнутим у десятирічний спір з приводу патенту з Томпсоном і Норрісом.

Спір вирішили мирним шляхом у 1888 р., коли Гейр погодився визнати патент і отримав ліцензію на виробництво гофрованої продукції під відрахування з продажу патентовласнику.

В результаті перший патент на тришаровий гофрований картон у США був отриманий у 1889-му, а перший гофроящик з висіченими клапанами (RSC, Regular Slotted Carton — “американський ящик”) — у 1895 р.

Тоді ж Hinde & Dauch Paper Company представили запатентовану упаковочну машину Climax для упаковки пляшок у гофрований папір. Пізніше машину використовували для виготовлення захисних обгорток для транспортування лампочок.

Упаковочна машина Climax продемонструвала можливість використання захисної гофрованої упаковки при залізничних перевезеннях.

Інженер-конструктор Чарльз Ф. Ленгстон (Charles F. Langston) емігрував з Уельсу до Філадельфії у 1888 р. і заснував машинобудівну компанію. Першою його розробкою стала листорізальна машина гільйотинного типу. На її основі були спроектовані станки для намотки рулонів Ленгстона.

Ленгстон працював над проектом машини для виробництва двошарового гофрокартону для компанії David Weber Company у США у 1895 р. Компанія відома як перший творець і виробник обладнання для виготовлення гофропродукції. Можливо, так вважають тому, що вона отримала патент на цей продукт.

А.Л. Джонес.
1871 р. Патент на гофрований папір для упаковки (без лайнеру)

Того ж 1895 р. виробнича компанія Sefton Manufacturing Company з Індіани, США, поставила іншу значущу для виробництва гофрованого картону машину, яку спроектував Джефферсон Т. Феррез.

На ній були встановлені гофровали з газовим підігрівом, вона була заявлена як перша машина з безперервним технологічним процесом виробництва гофрованого картону і запатентована.

Ця система була ненадійною, і її модернізували у 1900 р., встановивши парові нагрівачі, хоча різка все ще здійснювалася оператором з лінійкою і гострим ножем у руках. Її максимальна швидкість складала 10 футів (трохи більше 3 м) у хвилину, робоча ширина — близько 18″ або 450 мм.

Компанія Hinde & Dauch Paper Company випустила перший двошаровий гофрований картон у 1897 р. у Сандаскі (Огайо), використовуючи місцеве обладнання.

Середній шар гофрували між двома гофровалами, після чого намотували у рулон. На другому етапі на гофрований профіль середнього шару наносили клей і з’єднували з лайнером. Цей етап називали склейкою.

Наступним етапом була намотка двошарового гофрованого картону. За кілька років Hinde & Dauch до переліку своєї продукції додали тришаровий гофрокартон і ящики з нього.

Джордж В. Свіфт прийшов у машинобудівну галузь у 1901 р., постачаючи обладнання для WD Coil у Індіані Берклі і Уокеру. Потім він поставив кілька машин, що випускали тришаровий гофрокартон, компанії Fort Wayne Corrugated Paper у 1906 р.

Вважають, що Свіфт спроектував першу ротаційну різку для гофроагрегата. У першій декаді ХХ ст. картон, що випускався, мав ширину не більше метра.

Піонерами у Великобританії залишалися Томпсон і Норріс з English Corrugating Paper Company у центрі Брістоля і Alliance Box Company у Уррінгтоні.

Заснована у 1908 р., English Corrugating Paper Company залишалася сімейною компанією, яка проіснувала під тим же ім’ям на тому ж місці аж до розпуску 15 січня 2014 р., випускаючи двошаровий гофрокартон як основний продукт.

У 1950-х Томпсон і Норріс перейшли в Reed Corrugated Cases Ltd. (сьогодні SCA Packaging Ltd), а Alliance у 1970-х був викуплений Смурфітом, який працював на цьому підприємстві до 2002 р.

У Північній Америці невеликі групи людей, які переслідували свої вузькі інтереси, протидіяли поширенню жорсткої картонної тари і ящиків з гофрованого картону.

Здебільшого це були представники лісової промисловості, які демонстрували повну відсутність прогнозування ситуації і можливостей вертикальної інтеграції.

Залізниці у США були основним способом транспортування, і те, що вони прийняли картонну тару, було великим успіхом. Величезна країна протяжністю 5000 миль від Атлантики до Тихого океану і 2000 миль з півночі на південь потребувала вибору захисної упаковки.

Однак, залізна дорога тихоокеанського узбережжя (Pacific Coast railroad) стягувала дискримінаційні збори за транспортування у східному напрямку товару, упакованого в ящики з гофрокартону (на відміну від дерев’яних ящиків), і відхилила клопотання виробників гофрокартону про рівноправні умови.

У 1912 р. компанія RW Pridham в Лос-Анджелесі за підтримки інших представників галузі звернулася до Комісії з торгівлі між штатами, яка, незважаючи на сильний опір з боку впливових представників лісової промисловості, залізниць і лобістів дерев’яних ящиків, прийняла рішення на користь нової галузі, що активно розвивалася.

Так у 1914 р. було прийнято так зване Рішення Прідхема (Pridham decision), яке зняло дискримінацію залізничних перевезень у гофрокартонній тарі.

Уряд США, представники залізничного транспорту і паперової промисловості розробили Правило 41, яке регламентувало композицію паперу для виробництва гофроящика залежно від ваги товару, що перевозиться.

На північноамериканські ящики з гофрокартону стали ставити круглу печатку, яка підтверджувала, що навантаження відповідає умовам транспортування залізницею в Америці.

Правило було далеким від досконалості, позаяк обмежувало використання різних видів паперу, композиційне виконання і виключало будь-які виробничі новації, які з’явилися пізніше. Однак представники паперової промисловості не скаржилися.

І тільки в середині 1990-х рр. (!!!) це правило зжило себе, позаяк вітчизняна промисловість повинна була конкурувати з легкими високоякісними ящиками з Азії і Європи.

Гофроагрегат, запатентований компанією *M.D. Knowlton Co.* у 1918 г.

Гофроящики мали очевидні переваги порівняно з традиційними дерев’яними ящиками. Їх можна було поставляти у складеному вигляді, а потім збирати в місці заповнення.

Ящики було легко перевозити і зберігати у великій кількості. Вони були набагато легші і краще захищали вміст завдяки амортизаційним властивостям, були більш універсальні. Виробництво гофроящиків було більш механізованим, а вартість — конкурентоспроможною.

Незважаючи на це, до Другої світової війни тривали баталії за отримання рівних прав і визнання гофроящика як упаковки, що має кращі якісні характеристики, ніж ті, які мали звичайні дерев’яні ящики, збиті цвяхами.

У будь-якому випадку Рішення Прідхема сприяло розвитку виробництва гофрокартону і надало сил молодій галузі. До Другої світової війни використання гофроящиків постійно росло.

Саме тоді їх вперше ризикнули використовувати в якості упаковочного матеріалу для артилерійської зброї, і вони себе чудово зарекомендували навіть на відкритих складах в екстремальних кліматичних умовах.

Після війни, вивчивши всі можливості гофротари і враховуючи збільшення вартості деревини, виробництво гофроящиків почало стрімко рости. У період з 1940 по 1980 рр. воно збільшилося в понад 10 разів.

Наприклад, у Великобританії за зазначений період виробництво гофроящиків виросло зі 125 тис. до 1,5 млн тонн на рік.

Розвиток технологічного процесу виробництва гофрокартону

Дво-, три-, п’яти- і
семишаровий гофрокартон

Листи гофрокартону проходили рильовку, потім їх різали в поздовжному і поперечному напрямках на заготовки і складали в стопи для транспортування на переробку.

Часто це були машини балкового типу з ручним керуванням. Існувала величезна кількість варіантів послідовності операцій, але основний принцип залишався тим же.

Перші машини, що випускали двошаровий гофрований картон, не були оснащені притискними валами. Флютинг гофрували, а потім склеювали з лайнером на секції для склеювання. Це була окрема технологічна операція.

Можна зробити висновок, що процес гофрування був достатньо варіативним. Крок гофрування і висота профілю залежали як від напрямку руху гофри і типу використовуваних клейких суспензій (про це йтиметься пізніше), так і від довжини накопичувального моста.

Пізніше була розроблена машина для виробництва двошарового гофрованого картону з притискними валами. Над нею був встановлений накопичувальний міст для буферного складування двошарового полотна, яке гнулося в напрямку руху потоку.

Це дозволило вбудувати в лінію секцію для склеювання і приклеювати нижній шар лайнера до двошарового полотна, а також сушку, різку (з ротаційним ножем) і ручний стопоукладальник, тим самим забезпечивши безперервний технологічний процес при виробництві гофрованого картону. Так з’явилися сучасні гофроагрегати.

Концептуально гофроагрегати розділялися на дві частини: машина для виробництва картону і допоміжні пристрої. Мокра частина — це частина машини, на якій роблять картон. У цій частині використовують систему підігріву парою в зоні від гофропреса для виготовлення двошарового картону до гофропреса для виготовлення тришарового картону.

У сухій частині машини картон ріжуть у поздовжному і поперечному напрямках на заготовки і складають у стопи для транспортування на переробку.

Перші профілі гофри

Перший створений профіль мав висоту приблизно 4,5 мм, його назвали профілем А і активно використовували в XIX-XX ст.

Потім, у 1910 р., з’явився профіль В висотою 2,5 мм — це був стандартний профіль, який використовували для виробництва двошарового і тришарового картону до 1960 рр.

Система буквеного позначення зазнала певної розбіжності з винаходом профілю С з висотою гофри 3,5 мм (між А і В).

Більш детально з профілями гофрування, композицією, параметрами, характеристиками і марками картону ми познайомимося в наступних розділах.

Клеї, що використовуються на гофроагрегатах

На перших машинах використовували гранульований крохмальний клей, змішаний з водою, у вигляді клейкої суспензії. Близько 1900 р. як клейку речовину почали використовувати силікат натрію (або натрієвий силікат).

Силікат виготовлений у процесі плавки чистого білого піску з кальцинованою содою, який потім розчиняють у воді. Його класифікують як скло (звідси поширена назва рідке скло). Цей матеріал достатньо швидко застигає — звичайно, достатньо швидко для перших гофроагрегатів.

Гофропреси оснащені взаємозамінними передавальними валами різної довжини, кожен з яких регулює ширину паперу, що використовується в технологічному процесі. Передавальний вал обертається разом з клейовим валом, який вступає в контакт з подаючим валом.

Нижня частина подаючого вала поміщена в ванну з силікатним клеєм. Передавальний вал визначає товщину шару клею, який надходить на клеєнаносний вал. Вал наносить клей на верхню частину гофрованого профілю, який на гофровалі підтримують латунні пластини або гребінки.

Мета передавального валу — передати силікатний клей на верхню поверхню гофрованого профілю, а не на поверхню гофровалу, де немає паперу.

Важливо, щоб клей не потрапив на вал (при високій температурі силікатний клей швидко сохне і твердіє), адже оператору обов’язково доведеться зчищати залишки клею.

Варто зауважити, що чистка пазів на передавальному валі також ускладнювала життя операторів. Швидкості були невеликі — близько 20 м/хв., причому гофропрес для гофрування двошарового картону повинен був бути достатньо довгим, щоб силікатний клей встиг висохнути до надходження на секцію поздовжної різки і особливо рильовки.

Цей клей використовували до повернення крохмального клею — приблизно до 1950-х або навіть 1960-х рр. Повернення крохмального клею стало проривом для операційних швидкостей, але старі звички сильно притискати і вирівнювати залишилися до кінця 1960-х.

Гофропрес для виробництва тришарового гофрованого картону обов’язково повинен був бути оснащений 14-метровими нагрівальними плитами і 14-метровою секцією зчеплення або охолодження, яка пізніше стала відома під назвою секція протяжки.

Її основна функція — склеювання і сушка гофрокартону при транспортуванні по поверхні гарячих плит. Сьогодні її довжина значно зменшилась.

Використання крохмального клею дало можливість прибрати передавальний вал, який створював проблеми для операторів, позаяк його важко було чистити. Але крохмальний клей продовжував капати з клейового вала на поверхню гофровала, тому гребінчату систему Fluff out finger модернізували в 1950-х.

Внутрішній діаметр гребінки мав хвилястий профіль в зоні контакту з клейовим валом і підривав гофроване полотно під дією відцентрової сили, що дозволяло очистити поверхню клеєнаносного вала, розташованого на невеликій відстані від гофровала. Таким чином вдалося суттєво зменшити кількість бруду від розбризкування клею.

1960-ті

Все йшло добре, поки не прийшов час збільшити швидкість гофроагрегата і використовувати нові матеріали. Через втрату контролю над середнім шаром і непостійну систему передачі на нього клею з’явилося спучування або бульбашіння.

Ці проблеми привели до нової великої ідеї — використання безгребінчатої системи No fluff out fingers наприкінці 1960-х.

Гребінки дійсно створювали багато проблем операторам. На секції по виробництву двошарового гофрованого картону профілю В шириною 2,2 м використовували більше 40 гребенів. Кожен повинен був бути коректно налаштований радіально і периферійно, причому зазор між кінцем гребінки і притискним валом був абсолютно критичним для підтримання хорошої якості картону — принцип, відомий під назвою High-Low або Hi-Lo.

Американська технічна асоціація целюлозно-паперової промисловості TAPPI зняла на швидкісну камеру короткий фільм, де цей ефект був добре видний.

Принцип Hi-Lo сприяв розвитку варіативності висот і створював великі проблеми, пов’язані з якістю виконання. (На щастя, цей принцип використовували недовго, позаяк незабаром з’явилися гофропреси для виробництва двошарового гофрованого картону без гребенів).

Але пропонуємо повернутися до проблем операторів. Вали для гофрування, розігріті до 180°С, могли викликати опіки. У зоні валів, в недружньому середовищі, потрібно було досить часто виконувати наладку машини. Наприклад, заправити, зняти налиплий папір або інші сторонні предмети, які проходили через гофропрес для виробництва двошарового картону, відрегулювати гребінки.

Спробували встановити накопичувальний вал в системі гофропреса для виробництва двошарового гофрованого картону, але він не виправдав очікувань. В даний час такі вали вже не використовують.

Повернення до безгребінчатої системи No fluff out збіглося з ростом популярності машин шириною 2,2 м. Варто зауважити, що в 1960-х Ленгстону і в компанію S&S надійшов запит на виробництво гофроагрегатів шириною 108″ (2,75 м) від великої корпорації з США.

Ленгстон зробив два гофроагрегати, після чого потреба в них відпала. Але в кінці 1980-х BHS і Visy Board в Австралії зайнялися відродженням цього дизайну.

До того часу були удосконалені підшипники, машини стали більш досконалими, з’явилася точна система шліфування гофровалів, покращилися реологічні властивості крохмалю, що було важливо для отримання клею відповідної консистенції.

Проблема розбризкування клею на гофрований профіль ще залишилась, але вона не сильно впливала на продуктивність і якість картону.

Таким чином, до 1960-х гофроагрегати почали виглядати трохи по-іншому, ніж у 1930-ті — вони стали трохи швидше завдяки використанню крохмального клею і ширше.

Циліндри попередньої сушки не були приводними. Їх приводив у рух папір, який проходив через них, а щоб створити натяжку, використовували барабанне гальмо. Коли була потрібна натяжка, циліндри гальмували до зупинки.

Водночас, якщо циліндри довго стояли без дії, підшипники в них швидко карбонізувалися і їх більше не можна було перевернути. Можна було тільки розібрати, що було складною і тривалою роботою.

Механізми сухої частини приводили в рух головним двигуном гофропреса для тришарового гофрокартону за допомогою транспортувального валу і проміжних зубчастих або ремінних приводів. Привод клейової секції також був видалений з гофропреса. Почали використовувати ланцюговий привод або приводний вал.

Досить дивно, що привод гофропреса для виробництва тришарового картону був спроектований як головний привод, адже він приводив в рух весь гофроагрегат за винятком гофропреса для виробництва двошарового картону і накопичувального моста.

Тут і на гофропресі для виробництва двошарового картону використовували двигуни постійного струму. Постійний струм виробляв мотор-генератор з тиристорним електроприводом.

Поздовжно-різальна і рильовочна секція була оснащена двома або трьома вузлами (подвійна або потрійна система). Вузол або вузли налаштовували в ручному режимі в досить незручному і небезпечному приямку під машиною.

Гофроагрегат потрібно було часто зупиняти або сильно знижувати швидкість для переналаштування, що посилювало тиск на операторів. У результаті виникала ймовірність припуститися помилок, які виражалися в незапланованих простоях, позначалися на продуктивності і кількості відходів.

На різці зазвичай ставили безступінчатий зубчатий ремінь або привод типу Ривз для того, щоб регулювати довжину листа разом з механізмом (чотириланковий механізм, ланцюг поворотних або плоских еліптичних зубчастих коліс) для забезпечення синхронної роботи різки, що працювала з досить обмеженим допуском різу по довжині.

Точність різу складала в найкращому випадку ±4 мм, зазвичай — набагато більше, тому робили допуск на додаткову довжину, а зайву кромку обрізали на переробних машинах. Зі збільшенням ширини машини були спроектовані подвійні різки, які дозволяли краще використовувати її ширину при випуску різних замовлень одночасно.

Кромку обрізали вручну на симплексній або одноножовій паперорізальній машині. При використанні дуплексної, або двоножової, машини ставили ручну приводну секцію, де було задіяно чотири людини, які вручну переміщали п’ять-шість тонн картону на годину.

Картон зволожували вручну, а потім накладали в стопи почергово то нижнім, то верхнім шаром лайнера вгору, щоб уникнути короблення (вологість переміщалася на відносно гарячий і сухий нижній лайнер зі зволоженого, більш холодного верхнього лайнера суміжного листа).

Незважаючи на це, картон в верхній частині стопи виходив більш вигнутим, адже на ньому не було вагового навантаження. Перед завантаженням стопи в переробну машину картон потрібно було знову зволожити вручну і перевернути ще раз.

Короблення було загальновизнаним фактом, оскільки неможливо було контролювати вологість по всій довжині і ширині полотна і витримувати постійну швидкість. Папір з заводів мав вологі смуги, його часто зберігали поза будівлею, через що краї і зовнішні шари були вологими.

Зовнішні шари часто набрякали і рвалися по краях, що при розмотці призводило до подальших пошкоджень і ускладнювало перевезення на візках із захватами. Вже на першій стадії переробки було багато відходів.

Вологий папір розтягується, тому спроби зменшити вологість за допомогою нагрівальних пристроїв призводили тільки до погіршення проблеми по ширині полотна, позаяк висушені частини були сильніше натягнуті на нагрівальних циліндрах, ніж вологі смуги.

Гірше того, напівхімічний флютинг, що використовувався для середнього шару і був дуже поширений в той час, потрібно було попередньо обробити, щоб надати паперу гнучкості, змастити зону проходу в лабіринт і забезпечити міцне формування гофрованого профілю на гофропресі для виробництва двошарового гофрованого картону.

Спробували подавати пар під низьким тиском на полотно знизу, потім подавати папір на нагрівальний циліндр. Але ситуація з вологими смугами від цього тільки погіршилася, позаяк вологий папір більш гігроскопічний, тобто вбирає більше води, ніж сухий. В результаті, провисаючі вологі смуги захоплювали більше клею, ніж потрібно.

Більше того, більш вологі, холодні краї паперу деформувалися або закручувалися вгору на двошаровому полотні, тому їх потрібно було притискати до клеєнаносного валу.

Також потрібно звернути увагу на те, що дуже важливо, щоб тепловий потік від усіх парових установок ефективно надходив і за межі кромки паперу. Це питання актуальне до цих пір — внутрішні парові камери повинні бути трохи ширшими, ніж робоча ширина машини, щоб уникнути розшарування кромки і деформації країв.

Погана якість паперу призводила до великої кількості браку на гофроагрегаті. Багато відходів з’являлося і при сплайсуванні вручну. Так, до відходів йшло приблизно 15 метрів розшарованого картону, причому довго доводилося працювати на повільних швидкостях, що призводило до деформації картону.

Подача деформованого гофрокартону на переробні машини призводила до значних труднощів під час завантаження машини, приводки відтиску і до забивання машини картоном.

Продуктивність і якість готової продукції інлайнів беруть початок на гофроагрегаті, але варто зауважити, що наприкінці 60-х — початку 70-х рр. в області переробки відбулися значні зміни завдяки початку застосування флексодруку і використанню нової системи завантаження з удосконаленою системою допусків для деформованих листів.

Вдавані протягом багатьох років спроби контролювати вологі смуги за допомогою зональних радіочастот або інфрачервоних пристроїв, які вибірково підсушували вологі ділянки, не принесли значних змін, а тільки збільшили вартість обладнання, витрати на споживання енергії і пожежонебезпеку. При цьому волога частина гофроагрегата була не кращим місцем для установки чутливих контрольно-вимірювальних приладів, таких як датчики для визначення вологості.

Рішення було знайдено при покращенні системи контролю якості на паперових підприємствах, де більш успішно застосовувалися такі технології. Додатково були внесені зміни в механічні вузли гофроагрегатів.

Зупинки на перших гофроагрегатах дійсно часто створювали проблеми. Сплайсування при переході на новий рулон на лінії проводилося в ручному режимі і вимагало вміння, практики і навченості з боку оператора, який повинен був відрізати клиновидний кінець на новому полотні паперу, нанести щіткою клей на гострокутний кінець, відпустити гальмівний пристрій, потім прикріпити кінець до робочого полотна (перед цим швидкість руху полотна потрібно було уповільнити), загнувши його в зворотну сторону над робочим полотном.

Оператор і його колега допомагали розганяти новий рулон, штовхаючи його вручну до тих пір, поки полотно не було заправлено без провисання і ривків, які могли призвести до обриву паперу.

Тим часом вперше на технологічному обладнанні випустили двошаровий папір. До цього старе полотно накручувалося поперек, і машина повільно розганялася після виставлення відповідного зазору, ширини і рівня, а також після видалення відходів паперу.

Після появи автоматичних сплайсерів, запропонованих компанією Butler Company (США), які працювали на швидкості проходження полотна не більше 100 м/хв, багато начальників дільниць з гордістю відзначали, що на такій швидкості їх хлопці могли робити це вручну.

Але навіть якщо це було правдою, при автоматичному сплайсуванні можна було уникнути втрати звичайної кількості відходів, які складали близько 15 метрів розшарованого картону плюс додаткові втрати через нерівності паперу, браку, отриманого при налаштуванні гребінки, непроклеєних ділянок та ін.

Перші автоматичні сплайсери мали багато обмежень. Система нижнього сплайсування була ненадійною, багато чого залежало від кінця паперового полотна.

Його довжина повинна була складати близько метра, що, безсумнівно, було кроком вперед, але автоматичний сплайсер був надійний тільки на 85%, що значно нижче показників, отриманих при ручній склейці, за умови, що операцію виконував досвідчений оператор.

По-перше, використання сплайсера призводило до великої кількості обривів. І сьогодні, якщо полотно рветься на гофропресах для виробництва двошарового гофрокартону, це означає, що на поверхню гофровалів потрапив клей і його потрібно зчистити.

По-друге, як сплайсер, так і інші вузли потрібно заправляти заново. На це йшло близько 15 хвилин дорогоцінного виробничого часу.

Дві основні причини ненадійності автоматичного сплайсера: оператор занадто рано забирав другу підкладку двосторонньої стрічки для сплайсування, дозволяючи пилу осісти, поки рулон обертався (отже, знижувалася клейкість стрічки), а також погана система управління натягом полотна в процесі сплайсування і після нього.

В процесі сплайсування систему управління натягом полотна відводили в сторону, потім переміщали назад. Для того, щоб зловити правильний натяг полотна, потрібен був певний час. При цьому спостерігалися підйоми і спади рівня натягу паперового полотна.

Якщо в цей момент місце сплайсування проходило над неприводним нагрівальним циліндром, адгезія знижувалася і процедура сплайсування могла бути виконана неякісно. Тому можна вважати, що ручне сплайсування і перші автоматичні сплайсери були однією з причин деформації картону.

Під час будь-якої зміни замовлення, навіть в сухій частині, потрібна була зупинка, щоб змінити робочі налаштування. Запуск завжди проходив непросто, було багато обривів полотна, набагато більше, ніж зараз. Наприклад, якщо розпилювач пари не відключили відразу ж при зупинці, вода просочувала папір по всій довжині, і він розривався на шматки при найменшому натягу.

Той же ефект створювався на клеєнаносних валах, якщо паперове полотно негайно не відводили від валу. Дану операцію складно було реалізувати на гофропресі для виробництва двошарового гофрокартону, але і зупиняти обертання клеєвого валу при високій температурі також не було ідеальним рішенням.

При тривалих зупинках картон і ремені над нагрівальними пластинами на гофропресі для виробництва тришарового гофрокартону піддавали тепловій обробці або знімали, щоб вони не контактували з валом.
Різниця при натягу полотна значно компенсувалася завдяки встановленим напрямним валикам для середнього шару флютинга і лайнера.

Валики налаштовували в ручному режимі у вертикальному положенні від одного кінця напрямного валика до всіх значущих механізмів мокрої частини (часто валики залишали в неправильному для наступного рулону паперу положенні, поки хтось не зверне на це увагу). Регулювальні ключі були зроблені з міцного литого металу і постійно падали. Вони залишали багато міток і пошкоджень на гофровалах!

При зміні профілю гофрування або композиції тришарового картону оператори виконували багато налаштувань на гофропресі, клеїльній, поздовжно-різальній і рильовочній секціях, на вході і виході з секції різки.

Профіль Е

На початку 1960-х на сцену вийшов абсолютно новий профіль — профіль Е. Всі дивувалися, чому ж Е, а не D?! Але це, мабуть, була спроба передбачення, хоча логіка літерної системи була вже безповоротно порушена з появою профілю С.

Розмір профілю Е був середнім між А і В, і він отримав велике поширення на ринку гофрованих виробів. Амбіції виробників призвели до отримання двох типів цього профілю: Е і Е1. Спочатку формер мав висоту профілю 1,14 мм, пізніше — 1,58 мм.

Профіль Е з нижчою висотою гофри використовували на ринку складаних картонних коробок, позаяк максимально допустима товщина листа для друкарської машини була 1,6 мм. І навпаки, традиційні машини для переробки гофрованого картону мали мінімальне обмеження по висоті, яке було вище показників даного профілю. Тому з’явився профіль Е1.

Не тільки ці труднощі позначились на тому, що профіль Е зазнав невдачі на першому етапі. Враховуючи машини, які існували в той час, профіль Е можна було виготовляти тільки на вузьких гофропресах для випуску двошарового картону і на обмежених швидкостях.

Не забувайте, ми все ще говоримо про той період, коли був практично відсутній контроль над товщиною плівки крохмального клею. Для випуску профілю з меншою висотою гофри потрібно було адаптувати систему гребінок, адже існуюча система доставляла оператором великі проблеми.

Велика кількість хвиль для нанесення клею і низька висота профілю створювали проблеми на гофропресі для виробництва тришарового гофрованого картону.

Було проведено небачену кількість тестів з паром для того, щоб уникнути горизонтальних дрібних смуг по краях картону. В той час ремені на пресах для гофрування тришарового картону мали ширину не більше 1,2 м, тому що верстати, що їх випускали, були обмежені по ширині.

Будь-хто, хто пробував працювати з профілем Е на такій машині, незабаром починав отримувати задоволення від бульбашок знизу по центру картону. Це відбувалося через те, що пар намагався вийти назовні в місці, де картон не був щільно притиснутий до низу.

Декілька виробників, здебільшого, фахівці з вузькими машинами, наполегливо продовжували дослідження і були винагороджені тим, що отримали дефіцитний продукт за хорошу ціну.

Було декілька посягань на величезний сектор складаних картонних ящиків. Але історія на цьому не закінчується, продовження — в наступному розділі.

Постачальники обладнання для виробництва гофрованого картону

У період між світовими війнами основними виробниками машин для виготовлення гофрованого картону були Samuel М. Langston Company, Камден, Нью-Джерсі; S&S Corrugated Paper Machinery Company, Бруклін, Нью-Йорк; George W. Swift, Бордентаун, Нью-Джерсі, і М.D. Knowlton Со. в США; Blondel у Франції; Müller, Фрайталь, у Східній Німеччині і Thrissell Engineering у Брістолі, Великобританія.

Після війни М.D. Knowlton Со. розпалася. Ноореr (Глен Арм, Меріленд, заснована в 1860 р.) і George W. Swift об’єдналися.

Ноореr спеціалізувалася на типографських друкарських машинах з поздовжною різкою; вони першими в галузі представили установку з безшпиндельним кріпленням рулонів у 1942 р.

У 30-ті і 50-ті рр. компанія займалася гофропресами, включаючи двоярусні (1935) і послідовні гофропреси (1938). Певний час вони також займалися вузлами поперечної різки (кінець 50-х) і впровадили флексографський друк у гофроіндустрії.

Компанія Swift, яка ввела поперечну різку на гофроагрегаті у 1932 р., займалася суто гофроагрегатами.

У 1959 р. компанію Ноореr-Swift викупив великий виробник будівельних матеріалів Koppers. Генрі Грінвуд (Henry Greenwood), головний інженер компанії Ноореr, виїхав у Балтимор, де створив Greenwood Engineering, підприємство, на якому випускали друкарські машини і допоміжне обладнання.

Білл Ворд (Bill Ward), який залишив компанію Ноореr після її злиття зі Swift, якийсь час був головним інженером на Greenwood, а пізніше приєднався до Flynn & Emery. Надалі разом зі своїм партнером він створив компанію Ward Turner, а пізніше викупив його частку і створив Ward Machinery. Сьогодні це фірма MarquipWardUnited у концерні Barry-Wehmiller (BW Papersystems).

Пізніше Ленгстон викупив Greenwood у Сема Грінвуда (Sam Greenwood), сина Генрі.

У 1943 р. на ринок вийшла об’єднана компанія, що випускала обладнання для виробництва упаковки з гофрованого картону Corrugated Box Machinery Company.

Джордж Мартін (George Martin) почав свій бізнес у Каліфорнії — він поставляв ротаційні висічки для місцевого ринку. На Martin з часом спроектували свій стопоукладальник, друкарські машини і компактну високоточну різку для гофроагрегата.

У компанії Thrissell Engineering у Брістолі створили гофроагрегат шириною один метр (40″) у 1948 р. Пізніше його перетворили на кишеньковий гофроагрегат, подовживши прес для виробництва тришарового гофрованого картону.

Thrissell випускали промислові лінії для гофрування картону з кінця 30-х до 1958 р. і створили одну-єдину модель різки, де використовували диференціальний привід і еліптичні зірочки, що дозволяли точно синхронізувати ножі при зміні замовлень.

Це яскравий приклад переносу математики в металеву конструкцію. На жаль, не існувало двох схожих гофроагрегатів Thrissell — кожен новий був модифікацією попереднього.

Можливо, тому вони були дуже дорогими і пішли з ринку важкого машинобудування, коли Masson Scott з Уімблдона (відомий виробник листорізальних машин, листоукладальників, поздовжно-різальних верстатів і рафінерів для маси) підписав ліцензію на виробництво гофроагрегатів Ленгстона в Європі.

Не виникало сумнівів у тому, що з точки зору використовуваних технологій компанія Thrissell була на голову вище своїх конкурентів у 1960-ті, коли Білл Лейн (Bill Lane), голова Reed Corrugated Cases, замовив гофроагрегат шириною 54″ (1,35 м) для виробництва тришарового гофрованого картону профілів А і В для ящиків компанії Heinz Foods, яка мала фабрику біля заводу Reed в Уігані.

У результаті був створений перший у світі гофропрес, призначений для роботи з двошаровим флютингом, який при цьому був оснащений двома комплектами гофровалів, встановлених один над одним, і вузлом склейки з ручним приводом.

Вузол склейки був встановлений між ними на вертикальній стійці, оснащеній зубчастим колесом, витіснивши двоярусний і спарений гофропреси. Тільки через 20 років після цього з’явилися гофропреси MHI Whirlwinds, Modulfacer і Isowa Twinfacer.

Провідними світовими виробниками гофрообладнання в 1960-х були американці — Langston, S&S і Koppers. Ще була компанія Werner Peters у Західній Німеччині, створена після Другої світової війни колишніми працівниками компаній Müller на сході; Simon у Стокпорті і Thrissell у Брістолі, Великобританія; Martin, Франція, і Uschida, Японія.

BHS, Західна Німеччина, тільки ввійшла в галузь і поставила перший гофроагрегат у 1961 р. Вона була створена в результаті об’єднання молодих підприємців Пауля Енгеля (Paul Engel) і пана Лау (Lau), колишнього дизайнера Müller, який, між тим, продав ідеї BHS, що стала великою державною машинобудівельною і солевидобувальною компанією.

У той час Langston володів левовою часткою американського, європейського і всього світового ринку, проголошуючи девіз Від конструктивного рішення до лідерства. Саме вони видали ліцензію Mitsubishi.
Галузі важкої промисловості Японії випускали обладнання відповідно до їх конструктивних ідей і поставляли його на далекосхідний ринок.

Компанія Masson Scott в Англії виробляла обладнання для європейського, частини близькосхідного і африканського ринків. S&S також поставляла обладнання по всьому світу, її заводи знаходилися в Ньюрі (Ірландія), Лейстоні (Великобританія) і Голландії. Компанія Agnati в Італії була їх представництвом у південній Європі і виробляла для них вузли поздовжної різки і біговки, а також циліндри під тиском.

Брайант Ленгстон (Bryant Langston), онук Самюеля, вирішив піти на пенсію у віці 55 років і продав сімейну компанію корпорації Harris Intertype у 1967 р.

Molins Machine Company стала власником Thrissell Company, потім, перед тим як вийти на ринок, вони купили Masson Scott, що працювала за ліцензією Langston. Вони об’єднали двох виробників гофроагрегатів і створили Masson Scott Thrissell. У кінці 1970-х Molins придбала Langston у Harris Intertype.

Разом з Koppers компанія Marquip вийшла з будіндустрії. Карл Маршке (Carl Marshke) спроектував пакувальну машину для компаній, що випускали панелі і двері з макулатурного картону. Він створив свою компанію, а потім, коли в будівельній промисловості виник спад виробництва, разом зі своїми колегами виявив, що є попит на сплайсерні пристрої для гофроагрегатів у Green Вау Packaging Company.

Під керівництвом Карла Маршке, спільно з доктором Річардом Томасом (Richard Thomas) і Джимом Каммінгсом (Jim Cummings) у раді директорів, була створена група з талановитих, енергійних, добре обізнаних на ринку фахівців, які застосовували останні досягнення техніки і швидко завоювали значну частину ринку сплайсерів. Але для того, щоб завоювати світовий ринок, їм потрібно було створити комплектну лінію.

У Японії компанія Mitsubishi Heavy Industries у 1956 р. почала випускати гофроагрегати для внутрішнього ринку. З 1961 р. діяла ліцензійна угода між ними і Langston, поки MHI не призупинила його дію у 1981 р., коли вийшла на європейський і американський ринки.

Isowa починала як сімейна компанія, що випускала декоративні ковані вироби для потреб місцевого ринку. Потім, після першої модернізації, вона почала випускати друкарські машини для виробників гофротари, а пізніше — і гофроагрегати. У 1970 р. була створена Isowa Group.

Наприкінці ХХ століття серед виробників гофрообладнання відбулися хвилюючі зміни. При цьому кількість постачальників зменшилася і в паперовій промисловості — на всій планеті залишилося тільки два основних виробника папероробних машин.

Флексографічний друк і висічка

До кінця 60-х і навіть до початку 70-х типографський друк вважали єдиним способом декорування ящика відповідно до встановлених в галузі стандартів.

При типографському способі друку використовували фарби на олійній основі. Фарбу поміщали у верхній лоток і пропускали через декілька валиків, що дозволяло прокатати фарбу і знизити її в’язкість перед поданням на м’яке, товсте гумове кліше, яке використовували для перенесення друкованого зображення на картон за допомогою важкого преса.

Друкований відбиток мав сохнути більшу частину дня, щоб уникнути забруднення фарби в процесі подальшої переробки. Проблеми виникали навіть при складуванні відбитків у стопу біля друкарської секції. Не працювала жодна конструкторська або технологічна ідея, наприклад, продувка повітрям аркушів, укладених в стопу.

Стопи мали вистояти на проміжному складі кілька змін перед тим, як знову надійти на переробку, а отже, їх двічі мали піднімати і перевозити за допомогою навантажувачів, що створювало потенційну можливість пошкодження матеріалу. Для їх зберігання потрібно було додаткове місце на виробничому майданчику.

Флексографічний друк (флексо) до того часу вже використовували в друкарській індустрії, яку вважали традиційною, висококваліфікованою і, в багатьох промислових країнах, високорозвиненою галуззю.

При флексографічному друку використовують фарби на спиртовій або водній основі, але в гофроіндустрії використовують тільки водорозчинні фарби. Вони мають перевагу — швидко сохнуть, особливо на папері з відповідною поглинальною здатністю.

При цьому використовують більш тонкі і жорсткі гумові кліше і застосовують технологію легкого контакту замість сильного притискання, як при типографському друку, при якому часто спостерігають ефект ореолу навколо друкованого зображення.

Як поверхню для друку використовували нижній шар гофрованого картону. В той час непросто було друкувати на картоні, але, незважаючи на всі труднощі, друк давав помітні переваги, які призвели до великих змін в промисловості. Друкарські секції для флексодруку було простіше мити, і вони завжди були чисті.

Hooper розробив флексодрукарську секцію з вузлом поздовжнього різання, де була встановлена система з друком на нижній частині листа, що дозволяло завантажувати листи безпосередньо з гофроагрегату. Вони об’єднали цю систему з фальцювально-склеювальною машиною, спроектованою Kiekhofer, замовником Джорджа Свіфта (George Swift), який придбав права на патент.

Машина була оснащена напрямними і обертовими веденими важелями, призначеними для того, щоб закривати зовнішні клапани вниз, які за допомогою ролика притискали стикове з’єднання і склеювали ящик по шву.

Перший прототип флексо-висікально-фальцювально-склеювальної лінії був встановлений в корпорації Olin Matheson, Джоліт, Індіана, в 1960 р., про що було оголошено на конференції TAPPI тієї осені.

Simon, ліцензіат Hooper в Англії з початку 50-х рр., поставляв вакуумні подавачі Deritend і ротаційні висікальні секції. Пізніше, в кінці 1961-го, він створив і змонтував першу європейську фальцювально-склеювальну машину в компанії Ashton Containers в Брістолі (Англія).

Коли Simon розірвав угоду приблизно у 1968 р., вони придумали для машини назву Casemaker (машина для виробництва ящиків), яке пізніше стали використовувати для всіх машин даного типу.

За лічені роки в технологічному процесі відбулася революція, яка призвела до того, що відпала необхідність у використанні проміжних складів. Скасували процедуру повернення заготовок на переробку. Замовники вже не чинили надмірного тиску на виробників гофрокартону, вимагаючи покращення якості.

Технічні досягнення 1970-х

У 1970 рр. відбулися значні технічні та фінансові зміни, завдяки яким вдалося підвищити якість і продуктивність гофроагрегатів. Це позитивно позначилося на роботі заводів і призвело до скорочення браку, незважаючи на збільшення споживання сировини. Ці зміни відбулися під впливом американської групи CID (Corrugated Industry Development).

Додатковим поштовхом стала криза 1974 р. в Америці, що відбулася внаслідок обвалу цін на нафту. За нею послідувало скорочення випуску всіх промислових товарів, у т.ч. паперу. Це спонукало виробників гофрообладнання до розуміння необхідності економити енергію. Компанії почали працювати над удосконаленням пароконденсатної системи і шукати альтернативні джерела нагріву. Працювали навіть над технологічним процесом холодного гофрування.

Зокрема, було впроваджено систему автоматичної зміни замовлень на ротаційній різці, що дозволило скоротити кількість зупинок і відходів при зміні замовлень на сушильній частині.

Спочатку використовували наступне електромеханічне керування послідовністю операцій:
• скинути швидкість лінії до 20 м/хв;
• запустити технологічний процес різки на ротаційній різці;
• вивести заправочний хвіст попереднього замовлення;
• зупинити технологічний процес різки на ротаційній різці;
• повернути триплексний вузол поздовжньої різки і біговки на наступну задану позицію в момент проходження хвоста через вузол різки;
• налаштувати різку на наступну задану довжину під час проходження хвоста через вузол різки;
• налаштувати задні упори в зоні зняття після виводу останньої пачки;
• збільшити швидкість лінії.

Але було обмеження, яке полягало в тому, наскільки швидко вузол поздовжньої різки і біговки баштового типу зможе здійснити крокове переміщення.

Водночас впровадили систему контролю натягу полотна. Завдяки цьому набули можливість контролювати технологічні процеси в мокрій частині, що дозволило уникнути короблення картону в поздовжньому і поперечному напрямках.

У 1970-ті більша частина нових машин була оснащена основними автоматичними пристроями, спрямованими на вирішення проблем, виявлених у 60-ті рр., а саме — зниження споживання тепла при зниженні швидкості або зупинці лінії.

На пресі для виробництва тришарового гофрованого картону були розроблені методи миттєвого контролю системи подачі тепла, включаючи похилі камери (Langston), повітряні подушки (Langston модифікації Peters), підйомні притискні вали (S&S), варіативний комплект притискних валів (BHS).

Також Педді О’Брайну (Paddy O’Brien), технічному директору Smurfit Corrugated Cases в Ірландії, вдалося відійти від проблеми задавлювання профілю гофри на пресі для виробництва тришарового гофрованого картону. На цьому заводі була сконструйована і встановлена перша система, яка не вимагала використання притискних валів над нагрівальними пластинами.

В системі використовували ковпаки зі стисненим повітрям. Кожен ковпак був розрахований на групу з шести нагрівальних пластин. На прототипі цієї системи, встановленої на фабриці Smurfit’s Walkinstown в Дубліні, досягли великих успіхів.

Ця ідея була втілена Langston і NEU Engineering і отримала назву ZCC — Zero Crush Corrugator, або нульовий рівень притискання при гофруванні. Нововведення значно просунуло галузь, але залишалося ще багато питань, які вимагали рішення.

Наприклад, в удосконаленій системі контролю нанесення крохмального клею в 22% твердої речовини містилося набагато більше води, ніж було потрібно для клейстеризації.

Система регулювання важелів захвату, пов’язана зі швидкістю, повернулася в 70-ті і сьогодні повсюдно використовується, незважаючи на удосконалену систему регулювання рівня температури за допомогою датчиків.

Перші автоматичні сплайсери були запропоновані до використання на гофроагрегатах компанією Butler, що дозволило знизити кількість відходів при сплайсуванні порівняно з ручною склейкою до 5 метрів і скоротити періоди роботи на низьких швидкостях на мокрій частині.

За введенням сплайсування послідували зміни на ділянці розкату, де рулонні установки з валами були замінені на установки з безшпиндельним кріпленням. Вони були настільки зручними, що оператори дивувалися, як могли до цього працювати без них.

Остання точка була поставлена при розробці норм охорони праці і техніки безпеки. Навіть там, де була механізована система завантаження і розвантаження рулонів за допомогою встановлених на мосту підйомників або підйомних пристроїв, вмонтованих в станину розкату для рулонів, планку або вал все одно потрібно було вставляти і закріплювати, а потім знімати вручну.

У 1960-ті компанія Genco запропонувала використовувати систему Superstack — автоматичний стопоукладальник з чотирма нижніми камерами для дуплексної різки. Незважаючи на те, що досягнення вважалося технічно успішним, це була концепція, запропонована раніше свого часу, що створювало дві проблеми.

Перша — це велика довжина, що означало, що систему можна було використовувати тільки на нових лініях, де достатньо місця. Але навіть більшою проблемою було те, що система регулювання короблення не була достатньо розвинена в мокрій частині машини, щоб спонукати керівництво заводу гофротари без побоювань вкласти великі гроші в машину, яка пропонувала тільки один спосіб укладки, при цьому з можливими проблемами щодо якості, упаковки і переробки.

Це була епоха, коли росла вертикальна інтеграція величезних лісопромислових концернів і багатонаціональні компанії викупали великі приватні компанії. У цих величезних корпораціях директори зважували всі за і проти, перш ніж придбати будь-що, і купували тільки те, що вже було перевірено, випробувано і підтверджено іншими підприємцями.

Цей сценарій, якому надавали перевагу солідні, фінансово захищені виробники гофротари, можна було зрозуміти, проте він зводив нанівець усі нововведення і новаторські рішення. Промисловості був потрібен здоровий приватний сектор з директорами — власниками підприємств.

Енергія

Тепер, мабуть, настав час подивитися на розвиток джерела тепла на гофроагрегаті і поговорити про способи скорочення споживання енергії, не всі з яких призводили до позитивних результатів, але були спрямовані на задоволення потреб розширити кордони і водночас дізнатися про те, що промисловість несе відповідальність і страждає від надмірного споживання енергії.

Важливою новацією в традиційній пароконденсатній системі було введення концепції закритої системи.

До 70-х практично всі підприємства генерували пар у котлах, подавали на гофроагрегат, а потім неконденсований пар просто скидали в атмосферу.

Конденсат видаляли з системи, тому, коли його тиск швидко знижували до рівня атмосферного тиску, вивільнялося більше пари, яка вивітрювалася з рештою об’єму. Єдиним рішенням для збереження енергії було повертати гарячу конденсаційну воду в конденсатозбірник, а потім в котел.

В ті часи можна було безпомилково знайти завод гофротари: потрібно було просто шукати великий стовп пари в небі і циклонний сепаратор на даху заводу.

В парі містився великий об’єм енергії. Його можна було зберегти, і, врешті-решт, це вдалося зробити, використовуючи додаткові схеми і спеціальні насоси, які повертали конденсат під високим тиском назад в котел для повторного використання.

Тим часом Langston поставив велику кількість гофропресів з масляним обігрівом на Owens Illinois Glass Container Division. Вони продовжували проектувати прототип гофроагрегата з масляним обігрівом. Створений гофроагрегат з високою теплотворною здатністю представили в компанії Miller Container Company біля Рок-Айленда, Іллінойс, в середині 1970 рр.

Тут всі вали і пластини нагрівали за допомогою гарячого масла. Пар на сприски отримували за допомогою невеликого парогенератора зі сторони приводу біля маслонагрівача.

Гофроагрегат з високою теплотворною здатністю працював добре, поки не почали з’являтися внутрішні технічні проблеми. Також виникли труднощі, пов’язані з виходом з ладу нагрівальних пластин під впливом ваги масла. Це була одна з тих машин, які вимагають уважного ставлення з боку технічного персоналу, який досконало її знає.

Окрім труднощів, що виникають при регулюванні температури при зміні швидкостей, проблеми виникали і з регулюванням потоку енергії (передачі тепла). Пара, якщо ви регулюєте її тиск і підтримуєте в стані сухості і насиченості (видаляючи конденсат, але не перегріваючи її), буде підтримувати встановлену рівну температуру при виході всього об’єму прихованої теплоти конденсату.

Набагато складніше передати теплову енергію, отриману з масла, при вищій температурі (як у випадку з перегрітим паром). Однак було відзначено, що гофровали мають винятково великий термін служби завдяки високим температурам (400°F — 205°C). Підтримуваний принцип більш високої температури призводить до зниження тиску, який повинен створюватися між валами.

Інститут хімії паперу в Аплтоні (Вісконсін) був консультантом в цьому проекті. Той же інститут наприкінці 70-х впровадив відомчу програму, відповідно до якої намагалися отримати економію холодної або охолоджуваної енергії на гофроагрегаті.

Джим Стівенсон (Jim Stevenson), в минулому — віце-президент і інженер, був призначений директором проекту по охолоджуваній енергії на гофроагрегаті. Langston створив холодний гофроагрегат шириною 98″ (2,5 м), який придбала компанія РСА і встановила в Берлінгтоні (Вісконсін, США).

Основним нововведенням технологічного процесу було те, що середній шар флютинга просочували жирними кислотами і спеціальним складом клею, розробленим Національним інститутом клею, який застосовували в нагрітому стані при температурі 170°F (77°С), а потім охолоджували на 5-10 градусів для склеювання.

Багато хто вважав холодний гофроагрегат вдалим технічним рішенням, але з комерційної точки зору проект зазнав невдачі за декількома причинами:
• щоб проект існував, потрібно було постійно подавати повторні запити на додаткове фінансування, і врешті-решт спонсори вирішили, що заплатили достатньо;
• спонсори повинні були спільно користуватися всіма досягненнями і ноу-хау, хоча жорстко конкурували один з одним;
• в процесі експериментів у РСА отримували велику кількість відходів, а якість відвантажуваного картону ставила під загрозу репутацію компанії;
• використання спеціального крохмального клею і регулювання подачі тепла не були узгоджені;
• японська хімічна компанія отримала світові патенти на використання хімічних розчинів для просочення і запросила гонорари за їх використання;
• Langston усвідомлював нестійкість даного проекту через значні ресурси, що вимагалися для розробки.

Багато питань були глибоко вивчені, але холодним гофроагрегатам не судилося стати комерційною реальністю. З одного боку, відсутність тепла позбавляла оператора життєво важливого інструменту для контролю короблення картону. Машина працювала, але була перетворена в машину з традиційним нагрівом пара.

З другого боку, витрати на енергію становили менше двох відсотків від загальної вартості витрат на виробництво упаковки з гофрованого картону, але, незважаючи на це, компанії продовжували працювати над скороченням обсягу споживаної енергії.

У 1970-х з’являлися звіти заводів по виробництву гофрованого картону в Ізраїлі, де йшлося, що вони використовують сонячну енергію при генеруванні пара, але ідея не набула широкого поширення.

CID — корпорація розвитку гофроіндустрії

1969 рік був роком повної зайнятості в США. Відома фраза Гарольда Макміллана (Harold Macmillan), який був прем’єр-міністром Великобританії у 1960-х, гласила, що ситуація ніколи не була настільки хорошою.

Нульові показники з безробіття створили серйозні труднощі для керівництва CID, такі як висока інфляція заробітної плати і текучість робочої сили, за умови, що ця корпорація була сформована на початку 1971 р. чотирнадцятьма інтегрованими американськими і однією канадською компанією, які разом мали більше 300 гофроагрегатів і прагнули робити все необхідне для достатньо рівномірного розвитку потужностей виробництва гофрованого картону і автоматизації технологічного процесу виготовлення ящика.

Це був неординарний і чудовий приклад співпраці між висококонкурентними і висококласними виробниками гофротари, і цей період ознаменувався найбільш значущим новаторським проривом в історії розвитку галузі.

Джим Стівенсон (Jim Stevenson), президент SAS International, компанії-консультанта в галузі гофроіндустрії, також був консультантом корпорації CID і згодом був призначений її генеральним директором. Він звітував перед виконавчим комітетом, який складався з трьох керівників вищого рангу компаній Inland, Owens-Illinois і Stone Container. Перед ним звітували п’ять керівників технічних комітетів.

Комітети займалися питаннями економіки, управління, серйозно вивчали проблему короблення і зчеплення в процесі склеювання, а також безперервно працювали над удосконаленням гофроагрегата. Вони мали в своєму розпорядженні два гофроагрегата в компаніях Inland і Owens-Illinois для проведення випробувань.

Група, що вивчала короблення, успішно досягла поставлених цілей і, завдяки повсюдному поширенню своїх знахідок, підвищила рівень розуміння головної проблеми галузі.

Були поставлені наступні цілі:
• вивчити причину короблення, проводячи дослідження в лабораторії і на промисловому гофроагрегаті;
• після того як буде відома причина, удосконалити систему управління;
• визначити характеристики прокатного матеріалу (наприклад, паперу) для регулювання короблення;
• безперервно розвивати можливості операційної системи гофроагрегата.

Останній пункт був включений тому, що керувати коробленням простіше, постійно контролюючи весь технологічний процес. Робота в безперервному режимі дозволяє скоротити обсяг відходів і отримати виробничі прибутки, які покривають необхідні капіталовкладення.

Тим часом група, що працювала над постійним удосконаленням гофроагрегата, працювала і над удосконаленнями будь-якого роду, такими як зміна ширини, ваги або марки паперу, зміною довжини до 60″ (1,52 м) при робочій швидкості. При цьому у відходи повинно було йти не більше двох листів.

Група вказала п’ять ключових питань, необхідних для досягнення поставлених цілей:
• програма контролю над коробленням;
• автоматичне, заздалегідь підготовлене сплайсування;
• миттєва зміна довжини замовлення на поперечній різці;
• миттєва зміна ширини замовлення на поздовжній різці;
• стопоукладальники, сумісні з циклом миттєвої зміни замовлення.

Мета полягала в тому, щоб досягти безперервного режиму роботи, контролю над коробленням на гофроагрегаті, темпу машини і залучити меншу кількість персоналу.

Ті ж економічні і виробничі питання, про які йшлося в США, по різних причинах виникали й в Європі і Японії. В Європі прапор перейшов в руки виробників машин, тоді як в Японії цими питаннями займалися самі виробники гофротари.

Джим Стівенсон віддав належне керівництву японської компанії Rengo за підтримки Масатеру Токуно (Masateru Tokuno), де створили гофроагрегат, який відповідав вимогам групи, що працювала над постійним удосконаленням машини. Вони працювали з компанією Reliance в Японії, щоб отримати першу поперечну різку з прямим приводом.

Компанія S&S, мабуть, була першою, хто приніс це досягнення на Захід, також за допомогою Reliance. Джим Стівенсон також визнав трьох виробників обладнання в Західній Німеччині, просуваючих концепції CID в Європі. Це Peters, який придбав завод гофротари біля свого заводу, щоб розібратися в суті проблеми і мати майданчик для проведення тестових випробувань для свого обладнання, Genco з їх супер-переліком обладнання і BHS, які долучились до програми розвитку спеціально для задоволення вимог, висловлених корпорацією CID.

Джим завжди вражався тому, як працюють японці, і зустрічав на заводах в цій країні багатьох представників з Америки і Європи. Наприкінці 1970-х і у 1980-х на японців рівнялися за декількома напрямками, і їх методи роботи стали предметом високої моди того часу.

На жаль, деякі спроби повторити цей досвід були засновані більше на моді, ніж на справжньому розумінні японського ринку — обмеженого простору, освіти персоналу і культури.

Прорив у сушильній частині

На початку 1972 р. компанія BHS представила видатне досягнення — повністю автоматизований вузол поздовжнього різання і біговки (Slitter Scorer). Використовуючи два таких вузли, один можна було налаштовувати тоді, коли інший продовжував працювати. Це дозволило уникнути зменшення швидкості роботи машини при зміні замовлення, а налаштування виконувалися швидше і точніше.

Відтоді слабким місцем стало ручне знімання з гофроагрегату. Над його удосконаленням працювали деякі постачальники обладнання на чолі з Харальдом Геле (Harald Gehle) і Genco, чий швидкий невеликий автоматичний стекер (Stacker) з’явився набагато раніше. За цим відкриттям потягнулися й інші постачальники.

Тим часом був удосконалений прямий привід на ножах поперечного різання, що дозволило відмовитися від затратних капітальних ремонтів механічної частини обладнання, використовувати систему миттєвої зміни замовлення і значно покращити точність різу довжини листа так, що більше не потрібно було залишати кромку для обрізування на переробному обладнанні.

Це було серйозне досягнення, яке дозволило економити принаймні 3 мм (1/8″), а в середньому — близько 5 мм (3/16″) картону при кожному різу листа і значно зменшило витрати в сушильній частині. Джин вийшов із пляшки, і шляху назад не було.

У 1970-х з’явилася компанія Marquip — новий американський постачальник, що пропонував обладнання з високопродуктивною системою сплайсування, явно інноваційним дизайном різання з прямим приводом, яке дозволяло подолати велику частину обмежень, пов’язаних з інерцією двигуна, завдяки встановленню декількох приводних двигунів навколо зубчатого колеса на осі, де встановлені ножі, а також з автоматичним вузлом поздовжнього різання і біговки.

Звичайно, потрібно було зробити ще багато відкриттів, щоб досягти ефективного контролю над коробленням в мокрій частині, про що згадувалося раніше. На задовільну роботу нової сушильної частини тепер звертали серйозну увагу, особливо на автоматичний стопоукладальник. Увагу звертали й на систему терморегулювання на нагрівальних плитах, підігрівачах і валах попереднього нагріву при зміні швидкості. Також потрібно було встановити суворий контроль за нанесенням клею при зміні швидкості.

Згодом, у 1976 р., компанія BHS представила систему Teltrol — першу електронну центральну систему управління для гофроагрегата.

Гофропрес безгребінчатого типу

Ймовірно, найбільш значним кроком вперед у боротьбі за якість картону і підвищення робочої швидкості в середині — наприкінці 1970-х став гофропрес безгребінчатого типу. Гребінчату систему на гофропресі використовували для притискання гофрованого паперу до гофровалу при нанесенні плівки клею.

Система, тим не менш, мала декілька недоліків. Як би точно не були відрегульовані гребені на холодному агрегаті (це потрібно було робити щотижня), їх часто потрібно було переналаштовувати, причому переналадку потрібно було робити вже в гарячому середовищі, у некомфортних для оператора умовах, перериваючи цикл випуску продукції. Тому почали використовувати вал з нахилом, типу тих, що використовували на більш старих гофропресах, щоб полегшити доступ оператора до місця наладки гребінки.

Для гребінки потрібні були канавки на клеєнаносному валу і верхньому гофровалу. Ці канавки залишали сухі лінії, що впливало на міцність ящика.

Краї канавок часто задавлювалися і затискали гребені, протягуючи їх через гофровали, що вимагало проведення додаткового технічного обслуговування.

У цьому випадку папір обертався навколо, налаштування гребінки збивалися, і оператор повинен був зробити величезну роботу, щоб знову налаштувати систему, що призводило до значних виробничих втрат і демотивації персоналу.

При збільшенні швидкості папір між гребінками, як правило, викидався під дією відцентрової сили, причому проблема виникала частіше під час випуску гофрокартону з дрібним гофрованим профілем. Спостерігався очевидний ліміт того, наскільки близько можна пересунути гребінки. Це призвело до збільшення кількості гребінок, що пропорційно позначилося на операторах і міцності ящика.

В ті часи вали відновлювали, зменшуючи їх в діаметрі. Тому потрібен був новий комплект гребінок, щоб він відповідав новому діаметру валу. Виникали проблеми, пов’язані з різними помилками при складуванні (іноді потрібно було обрізати зірочки на цих валах).

На перших гофропресах безгребінчатого типу для підтримання паперу відносно нижнього гофровалу використовували вакуумну систему. Її непросто було поєднати з вбудованою системою обігріву валу. Вживалися наступні спроби:

• Rengo’s RzDz — перестали нагрівати один вал (те саме зробили на Simon);
• Mitsubishi — використовували вал більшого діаметра з відповідною товщиною стінки, що дозволило просвердлити в стінках отвори для вакууму;
• Langston — використовували кільцеві сегменти з канавками, встановлені на сталевій трубці перед гофруванням і шліфуванням;
• BHS — використовували вакуумні трубки в кільцевих сегментах з канавками на нижньому гофровалу;
• Isowa — використовували вакуумний ковпак, тягнучи вакуум через кільцеві сегменти з канавками;
• Martin — використовували канавки з нахиленими стінками, що зходились під кутом на валу.

На всіх машинах безгребінчатого типу зберегли старі вали нахиленого типу, гофропрес нового дизайну з’явився пізніше. Однак це давало перевагу, яка полягала в тому, що нові системи можна було використовувати на існуючих машинах.

Сьогодні здебільшого використовують гофропреси безгребінчатого типу з позитивним тиском повітря — систему під назвою ACS позитивний тиск, запропоновану компанією Agnati. Їй надають перевагу перед вакуумною системою, позаяк тут використовуються вужчі канавки, вона простіша в обслуговуванні і експлуатації. Вали здебільшого розташовані вертикально, з притискним валом зверху.

Важко переоцінити важливість впровадження гофропресу безгребінчатого типу. Це допомогло не тільки усунути основні причини роздратування і загрозу безпеки операторів, але й знизити вимоги по технічному обслуговуванню.

Гофрований папір тепер міцно тримався відносно поверхні гофровалу, що дозволило удосконалити систему контролю нанесення клею. Саме це було необхідно, щоб повністю використовувати потенціал сушильної частини, що дозволило удосконалити технологічний процес виробництва гофрованого картону.

Однак той факт, що папір тепер точно слідував за контуром гофровалу, означав, що будь-яке зношування на валу по ширині призводило до нанесення товстішого шару клею на клеєнаносному валу, щоб клей потрапляв на найглибше зношені місця. Природно, що це призводило до надлишкового шару клею і появи небажаної мокрої смуги на картоні при зношуванні валів.

Це значно знижало термін служби гофровалів — більше не застосовували практики використання валу до його повного руйнування. Як ніколи раніше стали звертати увагу на поверхневу обробку гофровалів, щоб знизити рівень зношування.

Ці питання висвітлені в наступних розділах. Зараз достатньо відзначити, що в процесі розвитку було досягнуто багато і зараз найкращими вважаються вали з ультратонким і міцним покриттям з карбіду вольфраму.

Паралельно з удосконаленням машини розвиток відбувався і в інших галузях. Від постачальників паперу вимагали кращого контролю якості, товщини і вологості паперу вздовж і поперек полотна. Від постачальників крохмального клею — вирішення нових виробничих питань, хоча ті давно критикували досить примітивний механізм нанесення клею на гофроагрегатах порівняно з іншими галузями.

Завжди виникали суперечки щодо того, що гофровиробники мають обмежений погляд на свою галузь. Безсумнівно, цьому є якісь виправдання. Умови роботи і змінні фактори галузі досить специфічні і вимогливі, але це не повинно лякати виробників настільки, щоб вони не могли відкрити очей і запозичити уроки в інших.

1980-ті

На початку 80-х спостерігаємо процес вдосконалення багатьох продуктів 70-х, позаяк вони добре зарекомендували себе на місцях, проекти були вдосконалені і відточені. Враховуючи оновлений потенціал для підвищення продуктивності і поліпшення якості, постачальники обладнання подвоїли зусилля в галузі вдосконалення машини в наступному десятилітті.

Наступною метою було вдосконалити систему натягу паперового полотна, що використовується на гофроагрегаті, і досягти точності зіставлення полотен одне до одного. Ці питання, а також централізована система управління технологічним процесом гофрування, турбували постачальників і операторів у 1980 та 1990 рр.

У 80-х було проведено багато випробувань і зроблено багато помилок, але був досягнутий помітний прогрес в удосконаленні системи нанесення клею, робочих характеристик і системи управління. Ці досягнення, разом з удосконаленою і більш точною системою управління приводним двигуном, проектуванням механічної системи і матеріалом, призвели до поліпшення якості картону і підвищення робочої швидкості.

Багато цих питань будуть детально висвітлені в наступних розділах разом з основними удосконаленнями в середині 1980-х, які передували появі нових сучасних гофроагрегатів.

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.