Hullámtermékek, hullámpapírlemezek
Dr. KOLTAI LÁSZLÓ
TÉMÁK
1. Adatok és trendek 2. A hullám-alappapírok típusainak, anyagjellemzőinek bemutatása 3. Hullám-alappapírok, hullámpapírlemezek vizsgálati módszerei
A KEZDETEK…
Papír szó eredetére, az Egyiptomi papirusz nád nevéből származik. A papirusz nem papír! Papír: növényi rostok vizes szuszpenziójából szűréssel, nemezelődéssel, préseléssel és szárítással előállított lap. Kr.e. 105-ben Caj-lun kínai miniszter rendelete fogadtatta el a papír általános használatát. Közép-Európában elsőként Németországban létesült papírmalom Magyarországon az 1500-as években Brassóban és Nagyszebenben. 1799 az első síkszitás papírgép, N.L. Robert. A hullámosított papír ötlete Albert L. Jones amerikai feltalálótól származik (1871). Oliver Long, létrehozta a hullámpapírlemezt (1874). Magyarországon a Neményi testvérek csepeli gyárában készült először három rétegű hullámpapírlemez 1923-ban.
PAPÍR- ÉS KARTONGYÁRTÁS A VILÁGON
PAPÍR- ÉS KARTONGYÁRTÁS TERMÉKFAJTÁNKÉNT
ALAPANYAGFELHASZNÁLÁS
ÁLTALÁNOS HULLADÉKPAPÍR TÍPUSOK, MELYET AZ ALAPPAPÍRJAIHOZ HASZNÁLNAK Kevert papír és lemez (válogatott): különböző minőségű papír és lemez, max. 40 %-ban tartalmaz újság és magazin papírt.
Szupermarketekből származó hullámpapír és lemez: használt papír és lemez csomagolóanyag, mely min. 70 %-ban hullámlemez, a maradék karton és csomagolópapír. Használt hullámtermékek: különböző minőségű használt hullámdoboz és lemez Nem használt hullámlemez: nem használt dobozok, lemezek és eselékek Használt hullámtermékek kraftból: használt hullámdobozok, melyek csak kraftot és flutingot tartalmaznak Használt hullámtermékek kraftból : használt hullámdobozok, melyek legalább egy réteg kraftot tartalmazna
HULLÁMTERMÉKEK
A két réteget hullámpapírnak nevezzük.
A hullám élekre további papírréteget ragasztunk hullámpapírlemezt kapunk.
5, 7 rétegből állhat
HULLÁMPARAMÉTEREK
HULLÁMPROFILOK MŰSZAKI ADATAI Hullám profil
Magasság (mm)
Osztás (mm)
Hullámosítási tényező (m)
Borda /m
O G F
0,33 0,55 0,75
1,25 1,80 2,40
1,14 1,21 1,22
800 555 416
E B C
1,16 2,50 3,66
3,50 6,50 7,95
1,24 1,31 1,42
285 153 125
A
4,45
8,66
1,53
115
K
6,00
11,70
1,50
85
D
7,50
14,96
1,48
65
PIACI IRÁNYOK - KÖNNYŰ LEMEZEK A hullám piac 12-14 %-át teszi ki jelenleg a „B”-nél vékonyabb választék E,F,G,N lemez aránya várhatóan 21-24%-ra módosul
Jel
Vastagság (mm) Hullámosztás
Bordaszám/m
E
1,0 – 1,8
3,0 – 3,5
F
0,7 – 0,8
2,2 – 2,8
N
0,60
1,8
556
G
0,55
1,8
555
285
PIACI IRÁNYOK - NEHÉZ LEMEZEK 9 rétegű „QUADRIWALL” 2525 g/m2 ECT : 30,5 kN/m Átütési munka 38,2 J B-A-B-A hullám Vastagság 16 mm
TOVÁBBI TRENDEK Fedőrétegek négyzetmétertömegének csökkentése BE, BB hullámkombinációk gyártása Alacsony négyzetméter tömegű mikro hullámú lemezek gyártása
HULLÁMPAPÍRLEMEZ TULAJDONSÁGAI Készítéséhez kevesebb alapanyag szükséges, mint az azonos feladatot ellátó más csomagolóeszközhöz. Gyártásához felhasznált papír és karton kevésbé igényel elsődleges rost alapanyagot. Az elkészült csomagolóeszköz síkban kiterítve szállítható, tárolható. Az európai környezetvédelmi előírásokat is kielégíti. Hátrányos tulajdonságait nemesítéssel módosítani lehet: Lángállóvá tehető. Felületi bevonással, impregnálással és vízállóvá tehető Zsírálló bevonat vihető fel Antisztatikus felület alakítható ki
HPL STANDARD JELÖLÉSEI Korábban átvettük az Európai Hullámpapírlemez Gyártók Szövetségének (FEFCO) ajánlását és jelzését. Már nem „teljesen” szabványos, de… A minőséget kétjegyű számmal, egy betűvel jelöljük Az első számjegy egy szilárdsági kategóriát, míg a második számjegy növekvő szilárdsági értéket jelöl, a betű a hullámosítás mikéntjét.
10-14-ig csak burkoló csomagolásra 21-26-ig teherhordásra méretezhető, 3 rétegű 31-36-ig teherhordásra méretezhető, 5 rétegű
HULLÁMPAPÍRLEMEZ ALAP-PAPÍROK Három réteget különböztetünk meg: a fedőréteget, a hullámosított réteget és 5-7 réteg esetén középrétegeket. Szín alapján ismert a barna natúr a fehér Szilárdsági és rostösszetétel szempontjából a fedőrétegek: kraft fedőrétegek duplex és testliner fedőréteg srenc hullámosított rétegek: fluting, wellenstoff, srenc.
A HULLÁMTERMÉKEK ALAP-PAPÍRJAI A CEPI a hullám-alappapír típusokat funkciójuk szerint fedőréteg és középréteg papírra osztja. A fedőréteg papírnak (más néven linernek) azokat a hullám-alappapírokat nevezzük, amelyekből a hullámlemez külső, illetve belső nem hullámosított része készül, míg a középréteg papír (más néven medium vagy fluting) olyan hullám-alappapír, amely hullámosításra kerül a lemezgyártás során.
FEDŐRÉTEG PAPÍROK (LINEREK) Két csoportba sorolhatók: Kraftlinereknek nevezzük azokat a fedőréteg-papírokat, amelyek alapvetően elsődleges rostból készülnek, míg a testlinereket elsősorban visszanyert rostból gyártják. Ezen belül megkülönböztetünk barna és fehér színű, illetve fehér esetében mázolt és mázolatlan fedőréteg papírokat, A fedőréteg papírok legfontosabb szilárdsági mutatói – amelyek alapján a CEPI kategóriákba sorolja azokat - a repesztő nyomás vagy a keresztirányú SCT (rövid befogású összenyomó szilárdság), fehér fedőréteg papírok esetében néhány felületi tulajdonsággal kiegészítve, mint a fehérség vagy az érdesség.
Barna Kraftliner: Elsődleges -, más néven szűzrostból készült papír, melynek legfontosabb szilárdsági tulajdonsága a repesztő nyomás. Fehér Kraftliner: Szintén alapvetően elsődleges rostból készült papír, melynek a repesztő nyomás, mint legfontosabb szilárdsági jellemző mellet a fehérség is minősítő kritériuma. Testliner: Alapvetően visszanyert rostból készült nem fehér és nem alacsony grammsúlyú papír, legfontosabb szilárdsági tulajdonsága a repesztő nyomás vagy a keresztirányú SCT. Ezen paraméterek alapján három minőségi kategória létezik. Lighweight liner: Barna színű alacsony grammsúlyú újrahasznosított fedőréteg papír.Alapvetően visszanyert rostból készült papír, szigorúan 125 g/m2 alatt négyzetméter tömeggel. A repesztő nyomás vagy a keresztirányú SCT az irányadó. Az SCT esetében ezúttal nem fajlagos, hanem abszolút minimum érték van meghatározva. Egyéb barna színű újrahasznosított fedőréteg papír: Szintén alapvetően visszanyert rostból készült papírok, melyeknek szilárdság tekintetében repesztő nyomás követelménynek kell megfelelniük, vagy schrenz papírok esetében szilárdsági vonatkozásban nincs meghatározott követelmény. Fehér újrahasznosított fedőréteg papír, mázolatlan: Alapvetően visszanyert rostból készült papír, melynek garantált a fehérsége és az érdessége és a repesztő nyomása. A felületi vízfelvevő képesség tekintetében az A és B minőségek enyvezettek, Cobb60 [ISO 535] értékük jellemzően 25 - 45 g/m2. Fehér újrahasznosított fedőréteg papír, mázolt: A mázolt fehér fedőrétegű papírok esetében a CEPI nem határoz meg szilárdsági kritériumot.
ALKALMAZHATÓSÁG Barna kraftliner: Nagy tömegű és értékes áruk csomagolásához Gyakran veszélyes áruk csomagolásához Ellenállóbb a magas páratartalomnak kitett környezetben, mint a többi, alkalmas hűtött és fagyasztott termékek csomagolására
White Top kraftliner: (ált. két fehér rétege van),olyan csomagolásoknál, ahol elvárás a magas minőségű nyomtathatóság és a nagy mechanikai szilárdság, (hasonló a barna krft-hoz) White kraftliner: (egy fehér réteg) nyomtatott doboz külső rétege Testlinerek (Az 1-es szám a legjobb, a 3-as a leggyengébb minőséget jelenti.) alkalmazás hasonló mint a kraftak, csak gyengébb.
Fehér testliner: külső rétege fehérített, belső rétege újrahasznosított papír, nyomtatás esetén alkalmazzák, nem túl gyakran. Srenc: mivel nagy a szennyezőanyag tartalma, és durva felszíne van, rosszabb minőségű, gyenge eszközök, főleg burkoló csomagolások.
KÖZÉPRÉTEG PAPÍROK (MEDIUM VAGY FLUTING) A középrétegpapírokra funkciójukra való tekintettel csak szilárdásgi előírások vannak, ezek a CMT30 (lapító összenyomás-állóság laboratóriumi hullámosítás után) vagy a keresztirányú SCT (rövid befogású összenyomó szilárdság).
SC Fluting: Elsődlegesen fél-cellulóz primer rostból készült papír, melynek a kategorizáló kritériumai a CMT30 és a keresztirányú SCT. Újrahasznosított középréteg papír: Alapvetően visszanyert rostból készült papír, CMT30 vagy keresztirányú SCT előírással, melynek grammsúlya nagyobb mint 100 g/m2. (High Performace Medium, Medium) Lightweight medium: Alacsony grammsúlyú újrahasznosított középréteg papír Alapvetően visszanyert rostból készült papír, szigorúan 100 g/m2 alatt négyzetméter tömeggel. A CMT30 vagy a keresztirányú SCT az irányadó, mindkét paraméter esetében ezúttal nem fajlagos, hanem abszolút minimum érték vannak meghatározva. Egyéb középréteg papír: Schrenz papír szilárdsági garancia „nélkül”.
Wellenstoff, fluting: mivel 100%-ban újrahasznosított rosttartalmú, keményítővel kezelik, érdes, koptatja a hullámosító hengert. Gyenge, könnyű hpl-ek hullámrétege, nedvességre érzékeny. SC (HZ)-fluting: mivel csak 30 % újrahasznosított rostot tartalmaz erősebb, de nehezebben hullámosítható (lignin) jó merevség ezért nagyértékű, nagy tömegű áruk esetén
SPECIÁLIS PAPÍROK Lehetnek: anyagában kezelt papírok :ezek jó víztaszító tulajdonságokkal rendelkeznek, kiválóak hűtőházi csomagolásokhoz bevont papírok: műanyag (PE) bevonat a fehér testlinereken vagy kraftokon vagy alumínium bevonat vagy parafin bevonat De ezeknél rossz a futtathatóság, 100 °C fölötti hőbevitel, erőteljes zsugorodás Előnyomott fedőrétegek: Különböző előnyomás (tekercsben vagy ívben ) a magasabb nyomatminőségi elvárások esetén•Offszet nyomtatású fehér papír a kasírozott és címkézett dobozokhoz
ALAP-PAPÍR GYÁRTÁS Magyarországon a Hamburger Hungária Kft. papírgyárában folyik hullám-alappapír gyártás. Két papírgépen évente mintegy 670.000 tonna, kizárólag hulladékpapírból készült papírt gyárt az üzem, amely a magyarországi teljes papír termelés 85%-át teszi ki.
Papír fajta
Márkanév
Grammsúlytartomány
Austroliner 2
120 - 150 g/m2
Austroliner 3
120 - 175 g/m2
Austroliner 2 Light
100 - 115 g/m2
Austroliner 3 Light
80 - 115 g/m2
Testliner
Barna alacsony grammsúlyú újrahasznosított fedőréteg papír
Egyéb barna újrahasznosított fedőréteg papír
Austroliner 4
100 - 150 g/m2
Austroschrenz
100 - 140 g/m2
Austroschrenz Light
Újrahasznosított középréteg papír
Alacsony grammsúlyú újrahasznosított középréteg papír
70 - 95 g/m2
Austrofluting-R
112 - 175 g/m2
Austrowelle
100 - 150 g/m2
Austrowelle 2
110 - 175 g/m2
Austrowelle Light
70 - 95 g/m2
HULLÁMTERMÉKEK MECHANIKAI VIZSGÁLATAI
MENNYISÉGEK
A műszaki és a természettudományos életben a fizikai mennyiségek nagyságát egy abszolút számmal és egy megfelelően megválasztott mértékegységgel jellemezzük. Mivel a mértékegység egynemű a mérendő mennyiséggel, ezért szinte ahányféle mennyiséget mérünk, annyiféle mértékegységre van szükség. A Mértékegységek Nemzetközi Rendszere, röviden SI (Système International d’Unités), egy nemzetközileg elfogadott rendszer, amely néhány kiválasztott mértékegységen, illetve a 10 hatványain alapul. A gyakorlati életben, illetve ipari környezetben azonban a mai napig előfordulhatnak az SI rendszer előtti, vagy nagyon speciális mértékegységek, melyek első látásra furcsák vagy bonyolultak lehetnek, használatukat azonban a gyakorlat igazolta (néhány régi mérőműszeren az erőt „kilopond”-ban (kp) tudjuk csak leolvasni, és ezt számítjuk át newtonba: 1kp=9,81 N).
MÉRÉS
A mérés az a tevékenység, amellyel a fizikai mennyiségeket valamilyen mértékegységgel jellemzett etalonnal összehasonlítva határozzuk meg. Ez történhet közvetlenül (ilyen például a laptermékek vastagsága, szélessége vagy hosszúsága), vagy közvetett módon. Ez utóbbi esetben valamilyen alapmennyiség mérésére vezetjük vissza mérést és a ténylegesen meghatározandó mennyiséget számítással, valamilyen függvénykapcsolat segítségével határozzuk meg (például az anyagok nedvességtartalmát - laboratóriumi körülmények között - nem közvetlenül mérjük, hanem tömegváltozást mérünk és ebből számolunk).
MÉRÉS Fontos különbséget tenni a mérés és a „leírás vagy jellemzés” között, mivel számos olyan tulajdonságát határozhatjuk meg az anyagoknak, amelyet egyszerű szemrevételezéssel adunk meg, legtöbbször mértékegység nélkül (ilyen például a papírok gyártás és keresztiránya).
A mérőeszközök alatt a mértékeket és a mérőműszereket értjük. A mérték olyan eszközök, amelyeknek nincsenek egymáshoz képest elmozduló alkatrészei, vagyis maradandóan megadják egy fizikai mennyiség meghatározott értékét (például adott területű mintasablonok, súlyok, mérő rudak stb.). A mérőműszerek bonyolultabb felépítésű eszközök, melyek lehetnek mechanikai vagy valamilyen elektromos elvűek, amelyeken a mért értékeket skáláról leolvasva vagy valamilyen digitalizált jelként továbbítva kaphatjuk meg. A nem villamos mennyiségek elektromos elven történő mérése izgalmas terület, de nem tartozik szorosan e jegyzet tárgykörébe.
Leolvasott értéknek nevezzük tehát a műszeren található skála és az index vagy mutató segítségével vagy a digitális kijelzőről leolvasott számot. Fontos tudni azonban, hogy számos műszeren a skálához több ún. skálaállandó is tartozhat (méréstartománytól függően) amellyel szorozni kell a leolvasott értéket, hogy a mért értéket megkapjuk. Ezért a mérés előtt tudatosan és nagy figyelemmel kell megismernünk a mérőeszközöket.
A mérőeszközök mérésügyi szempontból különbözőek. Az ún. „alapmérésekre” használt eszközöket és a „felülvizsgáló mérőműszereket” pl. az ún. „használati mérőeszközök” ellenőrzéséhez használják. Az ipari és laboratóriumi gyakorlatban „használati mérőeszközök”-kel dolgozunk.
MÉRÉSI PONTOSSÁG
A vizsgálatok és mérőeszközök fontos jellemzője a mérési pontosság, amely egy mennyiség mért értéke és valódi értéke közötti egyezés szorossága. A mérések pontosságát, szakszerűségét számos paraméter befolyásolhatja, ezeket mérési hibáknak nevezzük. Ilyen lehet például a „parallaxis vagy rálátási hiba” (amikor a műszer skálája és a mutató nem egy síkban van), „hőmérséklet okozta hiba” (az etalon hőtágulásából adódóan) vagy „nulla hiba” (amikor mérés előtt a műszer mutatója nem a nullán állt). Hallgatók esetében a leggyakoribb a „szubjektív hiba” amikor a mérést végző gyakorlatlan vagy dekoncentrált, fáradt, rosszabb esetben nem veszi komolyan a feladatot.
MÉRÉSI HIBÁK
A mérési hibák egy másik csoportja a műszerek sajátosságaiból illetve az anyagok tulajdonságaiból adódik. A papír nem homogén anyag, anizodimenziós alapegységek (rostok) kusza hálózata, így fizikai jellemzői is anizotróp jellegűek, mecahanikai és fizikai mérések során ez nagyfokú szórást eredményezhet. Ezt a típusú hibát a vizsgálati minta méretének helyes megválasztásával, a párhuzamos mérések számának növelésével és az egyéb, lényeges mérést befolyásoló tényezők rögzítésével, optimalizálásával tudjuk csökkenteni. Ezeket a paramétereket a legtöbb estben nem nekünk kell meghatározni, kimérni, hanem elég a vizsgálati szabványokat követni. A méréseinknek ugyanis megismételhetőnek kell lennie, vagyis ha egy mennyiség mérését azonos körülmények mellett megismételjük, az eredményül kapott mért értékek közötti egyezést kell tapasztalnunk.
Reprodukálhatóságról beszélünk, ha egy mennyiség mérését változó körülmények mellett megismételjük, az eredményül kapott mért értékek egybeesnek. Ezek alapján a mérési hibát (statisztikai fogalommal) számszerűsíthetjük is, ha meghatározzuk a mért érték és a valódi érték különbségét. A gyakorlatban alkalmazzák még a relatív hiba fogalmát is, ami a mérési hiba és a valódi érték hányadosa.
SZABVÁNYOK
Definíciója szerint a szabvány: „egy elismert szervezet által alkotott vagy jóváhagyott, közmegegyezéssel elfogadott olyan műszaki (technikai) dokumentum, amely tevékenységre vagy azok eredményére vonatkozik, és olyan általános és ismételten alkalmazható szabályokat, útmutatókat vagy jellemzőket tartalmaz, amelyek alkalmazásával a rendező hatás az adott feltételek között a legkedvezőbb”. A magyar szabványokat az 1995. évi XXVIII. törvény szabályozza. Számos ide vonatkozó információ található a Magyar Szabványügyi Testület honlapján (http://www.mszt.hu) amelynek áttekintése minden mérnökhallgatótól elvárható.
SZABVÁNYOK
A fenti meghatározásból következik, hogy létezhetnek egymástól eltérő szabványtípusok és szabványrendszerek is. Megkülönböztethetünk üzemi szabványokat (amelyek egy adott vállalat belső rendszerében használatosak), ágazati szabványokat (TAPPI), országos szabványokat (MSZ, DIN) és nemzetközi szabványokat (ISO, EN). A papír-, csomagoló- és nyomdaipar területén jellemzően az amerikai-, az európai- és a skandináv- szabványokat alkalmazzák. Nem ritka, hogy egy adott mennyiség mérését több szabvány is rögzíti. A szabványok tehát nem jogszabályok, így közmegegyezéssel, az egymással valamilyen jogi kapcsolatban álló felek megállapodásán múlik, hogy az adott mennyiség mérését vagy meghatározását melyik szabvány szerint végzik. Fontos tudni, hogy bizonyos szabványok hatályossága lejárhat, így a mérések elvégzése, illetve mérésekre vonatkozó feladatok, szerződések megkötése előtt azt mindig nagy figyelemmel kell megválasztani.
ANYAGVIZSGÁLATOK
Az anyagvizsgálat elsődleges feladata az anyag jellemzőinek, tulajdonságainak megállapítása. Ezt különféle eljárásokkal végezhetjük elsősorban azzal a céllal, hogy megállapítsuk, hogy az adott anyag megfelel-e a szabványok és műszaki előírások követelményeinek. A vizsgálatok konkrét célja tehát többféle lehet: -a termék minőségének ellenőrzése, -a technológiai paraméterek betartásának ellenőrzése, hibakeresés, -a tervezéshez szükséges alapadatok meghatározása (elsősorban terhelhetőség megállapítás miatt), -új anyagok bevezetésénél, fejlesztéseknél összehasonlítható jellemzők meghatározása, -fejlesztésnél alkalmazott új technológiák, alapanyagok és segédanyagok hatásának megállapítása.
RONCSOLÁSOS ÉS RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLATOKRA
Az anyagvizsgálatokat az adott minta átalakulása szempontjából feloszthatjuk roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálatokra. A roncsolásos vizsgálatoknál a vizsgálandó anyagból mintatestet készítünk (jellemzően kivágunk) és azt vizsgáljuk úgy, hogy a minta konzisztenciája megszűnik, vagy jelentősen csökken, illetve a minta anyaga, szerkezete átalakul vagy megsemmisül. Ide tartoznak a szakító-, tépő-, nyomó vizsgálatok és a kémiai vizsgálatok nagy része. A roncsolásmentes vizsgálatokat jellemzően késztermékek esetén alkalmazzuk, de gyakran az alapanyagok esetében is találkozunk ilyen meghatározási módokkal. Ezekben az esetekben a minta nem megy tönkre, az esetleg más roncsolásos vizsgálatnál még felhasználható. Ilyenek például az optikai-, vagy szemrevételezéses vizsgálatok. Fontos tehát figyelni a vizsgálatok sorrendjének megtervezésénél erre, különösen akkor, amikor kevés minta áll rendelkezésre.
PAPÍR- ÉS CSOMAGOLÓIPARI TERMÉKEK ANYAGVIZSGÁLATAI
A papír-, csomagoló-, és nyomdaipar szempontjából meghatározó anyagok jellemzően laptermékek. Ezek lehetnek papíripari termékek: papírok, kartonok, papírlemezek, hullámtermékek, illetve lehetnek műanyag fóliák és társított csomagolóanyagok. E jegyzet keretében a különféle műanyagokból, fémből illetve üvegből készült üreges testek és egyéb fa csomagolóanyagok vizsgálataival nem foglalkozunk. Ennek oka elsősorban az, hogy a fent említett iparágakban használt anyagok több mint fele papíralapú és további közel 25%-a műanyag fólia vagy társított lapszerű termék.
A PAPÍR- ÉS CSOMAGOLÓIPARI TERMÉKEK ANYAGVIZSGÁLATAINAK CSOPORTOSÍTÁSA
1. Alapvizsgálatoknak nevezzük azokat a jellemzően roncsolásmentes vizsgálatokat, ahol a vizsgált termék alapparamétereit határozzuk meg. Ezek önmagukban is fontos jellemzők, illetve nagy részük elengedhetetlen vizsgálati paraméter a komplexebb anyagvizsgálati módszerek elvégzéséhez. 2. Mechanikai vizsgálatoknak nevezzük azokat roncsolásos vizsgálati módszereket, ahol a kísérleti minta a vizsgálat során erőhatásnak van kitéve. 3. Fizikai vizsgálatoknak nevezzük a vizsgálatoknak azon csoportját, ahol nem lép fel erőhatás, de valamilyen egyéb fizikai törvényszerűség adja a mérés alapját. Ide tartoznak jellemzően a papír/víz, papír/levegő, illetve a papír/fény, elektromágneses sugárzás viszonyán alapuló mérési módszerek. Ezek lehetnek roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálatok. 4. Kémiai vizsgálatok során kémiai reakció játszódik le a vizsgálati minta anyagában valamilyen reagens vagy egyék hatás következtében. Ezek jellemzően roncsolásos vizsgálatok.
A VIZSGÁLATOKAT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK
Amint azt láttuk a vizsgálatok, mérések során számos hiba keletkezhet, illetve az eltérően megválasztott vizsgálati körülmények más és más eredményt hozhatnak azonos anyagminták esetében. Ezért nagyon fontos figyelembe venni az adott vizsgálat elvéből és a termék fizikai-kémiai sajátosságaiból adódó paraméterek befolyásoló hatását.
A KÖRNYEZET ÉS A MINTA NEDVESSÉGTARTALMÁNAK HATÁSA A VIZSGÁLATI EREDMÉNYEKRE
A levegő mindig tartalmaz valamennyi nedvességet. Ezt fontos szem előtt tartanunk, mivel a papíripari termékek fő alkotója a növényi rost, amely higroszkópos tulajdonságú, vagyis nedvességtartalma a környező levegő nedvességtartalmától függően változik. Hasonló módon viselkedik számos biodegradálható műanyag és papírt vagy kartont tartalmazó társított csomagolóanyag is. A folyamat kétirányú: adszorpció esetén vizet vesz fel (nedvesedik) a papír a nedvesebb levegőből, deszorpció esetén pedig vizet veszít (szárad), ha nedvességtartalma magasabb, mint az őt körülvevő levegőé. A rostok nedvességtartalma erősen befolyásolja a belőlük készült papír tulajdonságait: tömegét, méretét, szilárdságát, stb. A fent említettek miatt pontosan meghatározott légnedvességű térben ún. klimatizált mintadarabokat használunk a vizsgálatainkhoz, illetőleg a vizsgálatokat pontosan klimatizált helységben kell elvégezni.
LÉGNEDVESSÉG
A levegő nedvességtartalmát több különböző mennyiséggel határozhatjuk meg. A levegő abszolút légnedvességének nevezzük az egy egységnyi levegőben található vízmennyiség tömegét, melyet általában x-el jelölünk. Ezek alapján, értékét több dimenzióval is meghatározhatjuk az alábbiak szerint: -1 m3 levegőben lévő vízmennyiséget g-ban, ahol a mértékegység [g/m3], -1 kg levegőben lévő vízmennyiséget kg-ban, ahol a mértékegység [kg/kg], -1 kg levegőben lévő vízmennyiséget g-ban, ahol a mértékegység [g/kg]. Az abszolút légnedvesség függvényében ábrázolják a levegő hőmennyiségét a klímatechnikában használatos ún. i-x diagramok
I-X DIAGRAMM
Tudni kell, hogy a levegő nem tud akármennyi vizet felvenni, így az abszolút légnedvesség értéke korlátos, a levegő hőmérsékletének függvényében mindig meghatározható egy ún. telítési érték, vagyis az xmax(t). A telített érték elérése után a levegőbe kerülő többletvíz nem marad pára állapotban, hanem apró vízcseppek, köd vagy a jó hővezető tárgyak felületén kondenzálódva (kiválva) jelenik meg. A gyakorlati életben azonban inkább használatos a relatív légnedvesség fogalma, melyet φ–vel jelölünk. Relatív légnedvesség alatt azt a viszonyszámot értjük, ami megmutatja, hogy a levegő mennyire telített, tehát kifejezi, hogy adott hőfokon az abszolút légnedvesség (xaktuális(t)) hogyan viszonyul az ugyanolyan hőfokú vízzel telített levegő 1 egységében (1m3 vagy 1kg) levő vízgőz mennyiséghez xmax(t). A relatív légnedvességet %-ban fejezzük ki az alábbiak szerint:
ASSMANN-FÉLE PSZIHROMÉTER
A készülék működése a hőmérsékletkülönbség mérésen alapul. Az eszközben állványra szerelve két higanyos hőmérő található. Ezek közül az egyik – az úgynevezett száraz hőmérő – a környező levegő tényleges hőmérsékletét méri. A másik hőmérő higany-gömbjét nedves vatta veszi körül, ez a hőmérő - a víz párolgása miatt - a tényleges hőmérsékletnél kevesebbet fog mutatni. Mivel a víz párolgásának mértéke a környező levegő nedvességtartalmának függvénye, az értékekből következtethetünk a relatív légnedvességre. Nevezetesen: a két hőmérőről leolvasható hőmérsékletek közötti különbség és a nedves hőmérő hőmérsékletének ismeretében a relatív légnedvesség egy kalibrációs táblázat (1. táblázat) segítségével meghatározható. A készülékeket gyakran speciális házba helyezik el, ahol egy kisteljesítményű ventilátor segíti a párolgást. A műszer használatánál, az értékek leolvasásánál fontos megvárni amíg a két hőmérséklet közötti különbség állandó értéket ér el.
A PAPÍR NEDVESSÉGE
A rostok tehát higroszkópos tulajdonságuknál fogva alkalmazkodnak a környezet relatív légnedvességéhez. Ennek oka egyrészt a rostok felületi kémiai jellege, másrészt azok kapilláris kondenzációs képessége, mely a lapszerkezetben – a papírok sajátos üregrendszere miatt fokozottan jelentkezhet. A papírban lévő víz egy része kémiailag kötött, ezt nem lehet szárítással eltávolítani, nagyobb része azonban fizikai kötéssel kapcsolódik a rostfalhoz és a rostüreg egyes részeihez. Ez utóbbi mennyiség változik. A papír nedvességtartalmát – az adszorpciós és deszorpciós folyamatok miatt – egyensúlyi nedvességtartalomnak nevezzük. Ennek jele a legtöbb szakirodalomban N, mértékegysége [%], értékének meghatározására később kitérünk.
Ha a relatív légnedvességet és a rostok egyensúlyi nedvességtartalmát grafikusan ábrázoljuk, egy a növényi rostokra jellemző ún. hiszterézis görbét kapunk (3. ábra). Az ábra legfontosabb jellemzője, hogy az adszorpciós és deszorpciós folyamatok nem esnek egybe, vagyis a papír nem azonos energiaváltozással veszi fel és adja le a vizet, egész pontosan könnyebben nedvesedik mint szárad. A papír nedvességtartalma az adszorpciós izoterma szerint változik, ha a papír az egyensúly beálltáig nedvességet vesz fel, és a deszorpciós izoterma szerint, ha nedvességet ad le.
A PAPÍR VÍZGŐZ SZORPCIÓJÁNAK SEMATIKUS ÁBRÁZOLÁSA
A PAPÍROK EGYENSÚLYI NEDVESSÉGTARTALMA
A papírok egyensúlyi nedvességtartalma tehát attól függ, hogy az egyensúlyi állapot adszorpció vagy deszorpció útján állt be. Az adszorpció útján beállt egyensúlyi nedvességtartalom kisebb, mint a deszorpció útján kapott érték. A papírok egyensúlyi nedvességtartalma elsősorban a rost-anyagok minőségétől, valamint a töltőanyag mennyiségétől függ. Azonos légnedvesség esetén a papír egyensúlyi nedvességtartalma a töltőanyag mennyiségének növekedésével csökken, a rostok hemicellulóz tartalmának növekedésével növekszik. A rostok őrlésfokának növelésével az egyensúlyi nedvességtartalom kismértékben növekszik.
A papír nedvességtartalma jelentősen befolyásolja mechanikai és fizikai tulajdonságait. Ezért a papír jellemzőinek meghatározását szigorúan szabványos körülmények között kell végezni. Az ISO 187:1990(E) szabványban a papírvizsgálatok körülményeire két lehetséges hőmérséklet - relatív légnedvesség variációt közöl: európai és észak-amerikai területeken: t = 296 ± 1 K (23 ± 1°C) φ = 5o ± 2% trópusi területeken: t = 300 ± 1 K (27 ± 1°C) φ = 65 ± 2%
A papírok egyensúlyi nedvességtartalmukat adott relatív légnedvesség mellett kb. 50 óra alatt érik el, a gyakorlatban azonban 24 órás klímatizálás után a papírvizsgálatokat elvégezhetjük. Az egyes tulajdonságok értékének kapcsolatát a relatív légnedvességgel
A HŐMÉRSÉKLET ÉS A VIZSGÁLAT IDŐTARTAMÁNAK HATÁSA A MÉRÉSI EREDMÉNYEKRE
A fizikai-mechanikai tulajdonságok meghatározásakor a hőmérséklet és a vizsgálat ideje is hatással van a mért eredményekre. A hőmérséklet változása azonos relatív légnedvesség mellett is befolyásolja a papír nedvességtartalmát. Növekvő hőmérséklete setén a felvett víz mennyisége csökken. Ezzel szemben, magas légnedvesség esetén a hőmérséklet növekedésével a papír nedvességtartalma kis mértékben növekszik. A papírokra is alkalmazható a polimerek estében meghatározott, általános érvényű termomechanikai összefüggés, amely a tartósság, a terhelés és a hőmérséklet közötti kapcsolatot határozza meg az alábbiak szerint:
Az egyszerűsített összefüggésből következik, hogy az elszakadáshoz szükséges erő és a mintában ébredő feszültség között logaritmikus összefüggés van (5. ábra). Ez azt jelenti, hogy a papírok vizsgálatakor a szilárdsági értékek a hőmérséklet és a vizsgálati idő növelésével csökkenő tendenciákat mutatnak. Ezért a különböző anyagok összehasonlíthatósága érdekében rögzíteni kell a vizsgálati és kondicionálási hőmérsékletet és a vizsgálati sebességet, illetve az elszakadásig eltelt időt.
Külső erők hatására a papírminta viszonylag nagy rugalmas alakváltozásával védekezik. A rostok egymáson elcsúszhatnak, ezzel csökken az erőhatásra elroncsolódó rostok száma, ami mérési eredményünket nagyban befolyásolja. Ezért a szabványokban rögzített mérési időt minden körülmények között be kell tartani.
A PRÓBADARAB MÉRETÉNEK ÉS A MÉRÉSEK SZÁMÁNAK HATÁSA A MÉRÉSI EREDMÉNYEKRE
A lapszerkezetben elkerülhetetlenül egyenetlen a rosteloszlás. Külső erők hatására a papírminta a leggyengébb pontján fog változást szenvedni. Mivel a próbadarab méretének változásával változik az egyenetlenségek előfordulásának mértéke, ezért minden körülmény között ragaszkodjunk a szabványban előírt méretekhez. A méret változásával többnyire nem lineáris a jellemzők változásának mértéke. A már említett papírlap-egyenetlenségek a vizsgálati eredményekben nagyfokú szórást idézhetnek elő. Az elvégzendő mérések számát a vizsgálati szabványok szintén előírják, amelyeknek eredményeiből számtani középértéket kell számolni. A jelenlegi vizsgálati előírások általában 5-10 mérést írnak elő, ez a vizsgálatok eredményénél kb. ± 5%-os szórást eredményez.
PAPÍR ÉS HULLÁMLEMEZ VIZSGÁLATOK FELOSZTÁSA
ALAP-PAÍROK VIZSGÁLATAI Nedvességtartalom, Négyzetmétertömeg, Vastagság, SCT, RCT, Repesztőnyomás, CMT30, CCT30, Nedvszívó képesség (Cobb teszt), Csepppfelszívás (s), Dennison szám (feltépődési szilárdság), Fehérség (%),Hajtogatási szilárdság Simaság,
REPESZTŐNYOMÁS Repesztőnyomás (kPa) mérése: Repesztő szilárdságnak nevezzük a papírnak a szétrepedéssel szembeni ellenállását. A papírt a mérés során emelkedő hidraulikus nyomásnak tesszük ki. A papír átrepedésének pillanatában fellépő nyomást repesztő nyomásnak nevezzük. Ennek mérése repesztő szilárdság vizsgáló készüléken történik,
RCT (RING CRUSH TEST) RCT (kN/m) mérés: gyűrűs nyomószilárdság ISO 12192 szabvány szerint torlóprésen történik a mérés, egy gyűrű alakúra formált próbatesten. A próbatest mérete: 12,7 x 150 mm A fedő és középrétegek mérésére egyaránt jó. Ma már nem nagyon használjuk, helyette van az SCT mérés.
CMT (CRUSH MEDIUM TEST) CMT30 (N) vizsgálat: lapos nyomószilárdság ISO 7263 szabvány szerint a papírt fűtött hengerek között átvezetve meghullámosítják, majd ragasztószalagot alkalmazva hullámpapírrá alakítják. A papír felületére merőlegesen nyomóerőt alkalmazva határozzák meg a lapos nyomószilárdságot. Csak hullámréteg papírok mérésére használjuk. A mérő készülék neve: torlóprés (crush tester) A CMT utáni számérték a hullámosítás és a mérés között eltelt percek számát jelzi. Pl. CMT30= 30 perccel a hullámosítás után történik a mérés.
CCT (CONCORA MEDIUM TEST) CCT30 (kN/m) vizsgálat: hullám élszilárdság Tappi 824 szabvány szerint a papírt fűtött hengerek között átvezetve meghullámosítják, majd ragasztószalagot alkalmazva hullámpapírrá alakítják. Az élére állított próbatestre merőegesen nyomóerőt alkalmazva határozzák meg a hullám élszilárdságot. Csak hullámréteg papírok mérésére használjuk. A CCT utáni számérték a hullámosítás és a mérés között eltelt percek számát jelzi. Pl. CCT30= 30 perccel a hullámosítás után történik a mérés.
KONDICIONÁLÁS A papírokat és hullámlemezeket a laboratóriumi mérések megkezdése előtt mindig kondícionálni kell: Mivel a papír nedvességtartalma jelentősen befolyásolja annak mechanikai és fizikai tulajdonságait. Az ISO 187 szabvány szerint a kondícionáláshoz az előírt hőmérséklet 23 +/- 1 °C és az előírt relatív páratartalom 50 +/- 2 %. A vizsgálandó anyagokat a mérések előtt ilyen körülmények között kell tárolni min. 8 órán keresztül. Valamint a méréseket is ilyen körülmények között kell végezni. Ezért a pontos eredményekhez elengedhetetlen a vizsgáló laboratóriumok klimatizálása 23 °C -ra és 50 % páratartalomra.
HULLÁMLEMEZ (HPL) VIZSGÁLATOK Hajlító
merevség Lapos nyomószilárdság (FCT) Élnyomó szilárdság (ECT) Repesztő szilárdság - Bursting test
HAJLÍTÓ MEREVSÉG
A hajlító merevsége teszi lehetővé a lemez hajlítását és belőle 3-dimenziós forma kialakítását
A hullámpapírlemez merevsége növekszik a lemez vastagságának növelésekor és hosszának csökkentésekor.
LAPOS NYOMÓSZILÁRDSÁG FCT - FLAT CRUSH TEST
A mért adatokat [kPa]-ban kapjuk meg A lemez összenyomási ellenállását a hullámosítás elasztikussága határozza meg Ez adja ütéselnyelő képességét
Élnyomó szilárdság ECT - Edge crush test
A szabványos méretű mintacsík megroppantásához szükséges erőt mérik [kN/m]ben. Fontos szerepet játszik a csomagolt áru halmazolhatóságában
REPESZTŐ SZILÁRDSÁG BURSTING TEST
A rögzítőgyűrűvel leszorított próbatest egyik oldalán gumimembránon keresztül, egyenletesen növekvő folyadéknyomás hat a hullámlemezre A próbatest kirepedéséhez szükséges nyomást kPa-ban mérik
DOBOZOK MECHANIKAI VIZSGÁLATA
DOBOZ NYOMÓELLENÁLLÁS BCT - BOX CRUSH TEST
Ez a vizsgálat a legáltalánosabb és legfontosabb minőségi teszt a kész csomagolóeszközöknél Ezzel határozzák meg a függőleges irányú nyomóerővel szembeni ellenállást, vagyis a doboz halmazolhatóságát. A mért adatokat [N]-ban
A NYOMTATÁSRÓL
Legelterjedtebb flexo nyomtatás. Hajlékony fotópolimer nyomóforma végzi el ezt a műveletet. Két alapvetően eltérő flexo-technológia: direkt nyomtatás (postprint) előnyomtatás (preprint)
MI A LÉNYEGES KÜLÖNBSÉG A KETTŐ KÖZÖTT?
Előnyomtatás: a papírtekercs szélességéhez, direkt nyomtatás: az ívmérethez kell a nyomóformát méretezni. Előnyomtatás lényegesen finomabb pontsűrűség, szebb, árnyalatosabb, fényképszerűbb nyomat. (4+2 szín) A direkt nyomtatás kész lemezre nyomtatunk, szerényebb nyomatminőség MASTERFLEX: 6+1 szín, direkt nyomtatás
TERMÉK ELLENŐRZÉS méret (hosszúság, szélesség) derékszögűség fedőréteg színe fedőréteg minősége hullámprofil lemezragasztás lemez vetemedése (görbesége) fülragasztás, kapcsozás megfelelősége (dobozoknál) rések mélysége, épsége nyomott szín helyessége nyomat elhelyezkedése
