Óbudai Egyetem RKK MTI Csomagolás- és Papírtechnológiai Csoport
HULLÁMTERMÉKEK ÉS VIZSGÁLATAIK - oktatási segédlet -
Összeállította: Dr. Koltai László
adjunktus
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés .................................................................................................................................3 1.1 A hullámtermékgyártás jelentősége és története......................................................................3 1.2 A hullámtermékgyártás hazai helyzete ....................................................................................4 2. A hullámtermékek fajtái és jellemzőik.......................................................................................6 3. A hullámpapírlemez gyártása ....................................................................................................8 3.1 A hullámtermékek alappapírjai ...............................................................................................8 3.2 A hullámtermékek gyártásánál használt ragasztók ...................................................................9 3.3 A hullámtermék gyártásának technológiája ...........................................................................10 3.4 A ragasztókötés kialakulása a hullámpapír gyártása során......................................................11 3.5. A hullámtermékek megmunkálása .......................................................................................12 4. A hullámtermékeknél alkalmazott legfontosabb mechanikai vizsgálatok .................................12 4.1 Az alappapírok mechanikai vizsgálatai ..................................................................................13 4.2 A hullámpapírlemezek vizsgálatai .........................................................................................14 4.3 Dobozok mechanikai vizsgálata............................................................................................15 5. Az alappapírok SCT értékeinek hatása a lemez ECT értékére .................................................16 5.1 A SCT értékek veszteségének okai.......................................................................................18 5.2 A hullámosított réteg négyzetmétertömegének hatása az SCT értékre...................................19 5.3 Az alappapír térfogattömegének hatása az SCT értékre ........................................................20 5.4 Az alappapírok porozitásának hatása az ECT értékre ...........................................................20 6. Dobozok nyomóerővel szembeni ellenállása az ECT függvényében.......................................21 6.1 A lemez ECT értékének tervezése a BCT értéknek megfelelően...........................................23 7. Összefoglalás .........................................................................................................................25 8. Irodalomjegyzék.....................................................................................................................26
2
1. Bevezetés Az összes csomagolóanyag felhasználásnak megközelítőleg 40-45%-át teszik ki hazánkban a papíralapú csomagolószerek. Nemzetközi összehasonlításban is hasonló, vezető helyet foglalnak el a csomagolóanyagok versenyében, megelőzve a műanyagokat, az üveget, a fémet és a fát. Nagy általánosságban a szilárdság, a rugalmasság, valamint a nyomtathatóság azok a meghatározó tényezők, amelyek leggyakrabban jellemzik a papíralapú csomagolószereket. Ezen tulajdonságokat nagymértékben a csomagolópapírok rostanyag összetétele és az egyes – a papírok gyártásához használt - cellulózok fizikai, kémiai jellemzői határozzák meg. A tényezők száma bővül, ha valamilyen vegyi, vagy mechanikai energiával átalakított papíripari terméket vizsgálunk.
(1)
1.1 A hullámtermékgyártás jelentősége és története A papírfeldolgozó ipar meghatározó termékei a hullámtermékek. A termék gyártásánál, a papír anyagában kémiai átalakulás nem történik, ugyanakkor mechanikai hatásra változik a rugalmasság, a nyúlás, és a térfogattömeg. Az ilyen mechanikailag kezelt papírok elsősorban mozgáscsillapításra, párnázásra készülnek, mechanikai védelmet biztosítanak az áruknak. A hullámpapírok jó párnázó tulajdonságúak, ezért főképp műszaki cikkek burkoló csomagolására alkalmazzák őket. A hullámpapírlemez meghatározó alapanyaga a dobozgyártásnak, mivel az így előállított termékek képviselik a merevfalú csomagolóeszközök legnagyobb hányadát. A hullámtermékek gyártásának története több mint százharminc éves múltra tekint vissza, és kezdetei az Egyesült Államokba vezetnek. 1871-ben, New Yorkban jelentette be A.-L. Jones a "Hullámosított csomagolópapír" szabadalmát, majd három évvel később, a hullámosított papírpályát sima papírpályához ragasztva Oliver Long készített először hullámpapírt. A háromrétegű hullámpapírlemezt R.H. Thompson szabadalmaztatta 1882-ben, az ötrétegű hullámpapírlemez pedig az amerikai Sefton cég 1916-os szabadalmaként lett ismerté. 1953-ban Tri-Wall néven gyártottak három különböző hullámosított réteg társításával hétrétegű hullámpapírlemezt. Magyarországon a hullámtermékek gyártása 1914-ben indult meg, a Neményi testvérek pesterzsébeti Közműtelepen alapított üzemében. Termékeiket az egyre nagyobb mennyiségben gyártott izzólámpák csomagolására az Egyesült Izzó használta.
(2)
A XX. század első évtizedeiben a doboz- és ládagyártás kizárólagos alapanyagai a faipari termékek és a fűrészáruk voltak, mennyiségük a csomagolásban - a hullámpapírlemezek megjelenésével - rohamosan csökkent, így ma már szinte csak a mezőgazdaságban vagy a nehézgépek csomagolásánál találkozunk fából készült csomagolóeszközökkel. A hullámpapírlemezek legújabb generációi a papírbútor, és papírraklap gyártás területén mutatkoztak be, de a mikrohullám megjelenése a karton és lemezgyártást is befolyásolta, mivel kiváltotta azok korábbi alkalmazási területeit.
3
Az eddig említett példák alapján látható, hogy a hullámpapírlemez szinte egyedülállóan fontos a csomagolóipar számára. A csomagolóeszközökkel szemben felmerülő igénybevételek, vagyis a környezetből érkező káros mechanikai, klimatikus és biológiai hatások gyakran okoznak tetemes károkat, így a csomagolószerek vizsgálata -e tényezők függvényében- elengedhetetlen a megfelelő csomagolási konstrukciók kialakításához. A HPL dobozok esetében raktározás, tárolás vagy szállítás során, a termékekkel töltött dobozok egymásrahelyezésekor az alsó dobozra igen jelentős statikai igénybevétel hat. Ennek a hatásnak a dobozok egy ideig képesek ellenállni, de a felmerülő erőhatás nagyságának és időtartamának, valamint egyéb klimatikus és dinamikus mechanikai hatások függvényében a dobozfal gyakran kihajlik. A károsodásra jellemző, hogy az oldallapok kihajlása a doboz belseje felöl nézve konvex jellegű, a vertikális élek általában egyenesek. Az ilyen példák vezették el a papírgyártóés feldolgozó szakembereket a probléma tudományos vizsgálatához. Az igénybevételek számbavétele után felmerült a kérdés, hogy a HPL-t mint konstrukciót, mennyiben határozzák meg a gyártásához felhasznált alappapírok fizikai-mechanikai tulajdonságai. Számos szabványosított vizsgálat terjedt el mind az alappapírok, mind pedig a különböző hullámtermékek mechanikai vizsgálatára. A mérések, és a termékek szabványosításában kiemelkedő szerepe van az Európai Hullámpapírlemez Gyártók Szövetségének a FEFCO-nak (Federation Européenne des Fabricants de Carton Ondulé)
(3,4)
1.2 A hullámtermékgyártás hazai helyzete A Magyarországon gyártott összes papírmennyiség legnagyobb hányada, közel 43%-a hullámalappapír. Hazánkban közel tíz üzemben gyártanak hullámpapírlemezt (HPL), ahol dobozokat is nagy mennyiségben állítanak elő, ezen kívül több tucat feldolgozó üzem készít hullámtermékeket vásárolt íves hullámpapírlemezből. A hullámtermékek termelésének éves mennyisége nemcsak Magyarországon, hanem az Európai Unióban is növekszik. Ennek mértéke országonként igen eltérő. A korábbi évek átlagadatai alapján a magyar termelés 7,5%-os éves növekedése jóval megelőzte az 1,8 %-os uniós átlagot. Fontos tényező az is, hogy a hullámtermék felhasználók között az élelmiszeripar egy-két év alatt 30%-os mértékben megnövekedett igényét jó minőségű, és fiziológiailag közömbös papírok elégítsék ki.
(5)
A magyar papíripar jelentősen javuló helyzetét a hazai gyártás korszerűsítése, és az ország elosztó szerepe indokolja. A javuló tendenciát példázzák az utóbbi idők nagy beruházásai is, melyek közül kiemelkedő a Hamburger Csoportba tartozó Dunapack Zrt. beruházása. 2007. november 9-én tették le az alapkövét Dunaújvárosban annak a korszerű hullámalappapírt gyártó gépnek, amely Közép-Európa legnagyobb papírgépe lesz. A beruházás mértékét és fontosságát mutatják az 50 milliárd forintos beruházási költségű gép jellemzői: a gép szélessége 7,8 m, a sebessége 1500m/perc lesznek, a várható éves termelés 350 ezer tonna lesz.
4
Fontos megemlíteni, hogy a termelés nyersanyaga kizárólag papírhulladék lesz. A tervek szerint a gép 2009-ben kezdheti meg a termelést.
(6)
Az anyag jobb megértéséhez zükségesnek tartom röviden ismertetni a hullámtermékek fajtáit, az egyes típusok felépítését, gyártását, a felhasznált anyagokat és az alkalmazott gépi berendezéseket. Mivel a HPL dobozok árát 60-70%-ban a gyártásukhoz felhasznált alapanyagok ára határozza meg, bemutatom a leggyakrabban alkalmazott alappapír- és hullámtermék vizsgálatokat, és kiemelem azok minősítő paramétereit. Mivel az ipari gyakorlatban a dobozok szilárdsági méretezését általában a papír élnyomószilárdságára (SCT), vagy a lemez (ECT) és a dobozok nyomószilárdságára (BCT) végzik, ismertetem a hullámpapírlemezek vizsgálatait. Részletesen tárgyalom a nyomóerővel szembeni ellenállására vonatkozó hazai és nemzetközi eljárásokat, és az egyes ipari szereplők által preferált becslési módokat. A téma aktualitását indokolja, hogy a közelmúltban az SCT vizsgálatok jelentős mértékben kiváltották a korábbi élnyomószilárdsági méréseket, mivel ezt nem terheli olyan hiba, mint a papír mérés alatti kihajlása, bár a CMT vizsgálat megőrizte fontosságát. A segédletben bemutatott vizsgálatok egy részében a Dunapack Zrt. és a Budapesti Műszaki Főiskola Csomagolás- és Papírtechnológiai Szakcsoportja is részt vett.
5
2. A hullámtermékek fajtái és jellemzőik Hullámtermékeknek nevezik azokat a papírból készült többrétegű termékeket, amelyek alkotói közül legalább az egyik hullámosítással készül. A hullámosított alkotórész többnyire egyrétegű papír, de esetenként a nagyobb szilárdság miatt két papírrétegből is állhat (UPS, hullámpapírlemez). A hullámpapír készítése során egy hullámosított papírréteg hullámgerinceire, vagyis a hullám éleire egy másik sima, úgynevezett fedő papírréteget ragasztanak. (1. ábra).
1. ábra Hullámosított papír és hullámpapír
2. ábra Hullámpapírlemez típusok
A hullámpapírlemez egy vagy több hullámosított papírréteget tartalmaz. Rétegeinek száma mindig páratlan, így a HPL három, öt vagy hét rétegű lehet. A sima és hullámosított papírrétegeket a hullámgerincek mentén váltakozva ragasztják össze (2.ábra). Az egyes hullámosított rétegek hullámosztása, és magassága változó lehet. A hullámtermékek két legjellemzőbb értéke a hullámosztás és a hullámmagasság. Hullámosztáson a hullámosított papírréteg azonos oldalán, két szomszédos hullámgerinc között mm-ben mért távolságot értik, a hullámmagasság a hullámosított papírréteg hullámgerincekkel határolt oldalai közötti, mm-ben mért távolság (3. ábra). Gyakran jellemzik a hullámtermékeket a hullámszámmal, amely a hullámterméken az 1 m hosszúságban mért hullámok számát jelenti, de használatos a hullámosítás mértéke is, amely a hullámosításhoz szükséges papírhosszúság és a hullámréteg hosszúságának hányadosa. Az iparban legelterjedtebb hullámprofilok jellemző értékeit az 1. táblázat és a 4. ábra tartalmazza.
(4)
3. ábra A hullámtermékek főbb ipari jellemzői
6
Hullámosztás
Hullámmagasság
(t), mm
(h), mm
Nagyhullám
8,0 - 9,5
4,0 - 4,8
C
Középhullám
6,7 - 7,9
3,2 - 3,9
B
Finomhullám
5,6 - 6,6
2,4 - 3,1
D
Midihullám
3,7 - 5,5
1,7 - 2,3
E
Mikrohullám
3,0 - 3,6
1,2 - 1,7
F
Minihullám
2,4 - 2,9
0,7 - 1,1
Jele
Neve
A
1. táblázat A legelterjedtebb hullám típusok és jellemzőik
4. ábra A legelterjedtebb HPL típusok Az "F" hullámprofil alkalmazása a 90-es években kezdett elterjedni, főként a gyorsétkeztetésben felszolgált szendvicsek, kozmetikai szerek, ajándékok csomagolásához alkalmazzák. Létezik már az "F" hullámtól is finomabb profil, az "N", azaz nano hullám. Az "F"- és "N"-hullámú lemezek egyesítik a kartonok jó nyomtathatóságát és a HPL kitűnő szilárdságát. A hullámprofil skála a másik végén is szélesedik, az A hullámnál nagyobb méretű hullámprofilokat is alkalmaznak, ilyen például a "K" profil (hullámmagassága 6,35mm). Elterjedőben vannak olyan speciális hullámlemezek is, ahol a hullámosított középső réteg két részből áll, ez az ún. UPS (Uni Power Sistem) lemez (5. ábra). Az UPS lemezből gyártott dobozok szilárdsági értékei jóval meghaladják a normál lemezekből gyártott dobozokét. Hasonlóan különleges lemeznek számít az ún. X-ply lemez (6. ábra), mely három hullámosított réteget tartalmaz, ahol a középső hullámréteg 90o-al el van fordítva. A 3 rétegű UPS hullámpapírlemeznél ("A", "C" hullámosítású), amelyben a hullámosított alkotórész két összeragasztott papírrétegből áll, a hullámosított rétegnek rendkívül magas az RCT, CCT értéke. Ezért alkalmas az 5 rétegű hullámpapírlemez gazdaságos, egyenértékű helyettesítésére.
7
Az 5 rétegű MPS hullámpapírlemezben az "A" vagy "C" hullámosítású alkotórész két összeragasztott papírrétegből áll. Az ilyen hullámpapírlemez lineáris nyomószilárdsága 30-60%-kal meghaladja az 5 rétegű normál hullámpapírlemezek lineáris nyomószilárdságát.
5. ábra UPS lemez
6. ábra X-play lemez
3. A hullámpapírlemez gyártása A hullámpapír előállításakor az egyik papírrétegen maradandó, hullámosított alakváltozást hoznak létre, ezután a hullámgerincre ragasztó anyagot hordanak fel, hogy a sima réteg a hullámosított bordához rögzüljön. A gyártás során számos anyagot használnak, és gépi berendezést alkalmaznak. Az alappapírok és a ragasztók típusaitól függően eltérő fizikai és mechanikai tulajdonságú hullámtermék állítható elő. 3.1 A hullámtermékek alappapírjai A hullámtermékek minősége szempontjából az alappapírok minősége meghatározó. A futtathatóság, és a késztermék előállítása szempontból, a papírtulajdonságok állandósága és egyenletessége a legfontosabb. A nedvességtartalom, a négyzetmétertömeg és az alappapírok más lényeges tulajdonságainak, mint a szakítószilárdság és a nyúlás, a lehető legegyenletesebbnek kell lenniük a gyártási és keresztirányában egyaránt. A hullámpapírlemezek gyártásához felhasznált alappapírok legfontosabb típusai és összetételük az alábbiak szerint csoportosítható: Fluting: a hullámréteg papíranyaga, amely régebben 40-70 % félcellulózt, és 60-30 % papírhulladékot tartalmaz. Ma már jelentősebb a szekunderrost behordás. Keményítő hozzáadásával tulajdonságai javíthatók. A jó hullámosításhoz a fluting papírnak megfelelően alakíthatónak kell lennie. Ezt leginkább az anyagösszetétellel lehet elérni. A fluting gyártásához alkalmazott félcellulóz még tartalmaz lignin vegyületeket, amelyek melegítéskor meglágyulnak, jól alakíthatóvá teszik a papírt, a lehűlés után pedig jól megmarad a hullámprofil. A hulladékpapír felületkezelésével (keményítős vagy lignintartalmú enyvezés) javíthatók annak funkcionális tulajdonságai és az alakíthatósága. Wellenstoff: szintén a hullámréteg papíranyaga, ma már teljesen hulladékpapírból készül, régebben 20-40% félcellulóz hozzáadásával állították elő. Rosszabb minőségű mint a Fluting. Kraftlíner: a fedőréteg anyaga tiszta szulfátcellulózból készül, vagy festett. Gyakran két rétegből áll: a fő alapréteg anyagát csak enyhén őrlik, hogy elérjék a megkövetelt szilárdsági és merevségi
8
tulajdonságokat és viszonylag érdes, szívóképes hátoldalt nyerjenek, aminek jó a ragaszthatósága a hullámlemezgépen. A felső réteg (kb. 50 g/m2) valamivel jobban kiőrölt, gondosan osztályozott és tisztított szulfátcellulózból készül, hogy erős, tömött és sima, dörzsálló felületet nyerjenek a nyomtatáshoz. Testliner vagy Duplex: a fedőréteg anyagát adó kétrétegű papír, kétfajta anyagból készül. A felső réteg tiszta szulfátcellulóz, vagy válogatott kraftpapír hulladékból, az alapréteg papírhulladékból. Szilárdsági értékei kisebbek a kraftlínernél. Srenc: hulladékpapírból készült papír, egyaránt használják fedő és hullámrétegként olyan lemezekhez, amelyeknél kisebbek a szilárdsági követelmények. A hullámpapírlemez felületének nemesítésével speciális követelményeknek megfelelő csomagolóeszközök állíthatók elő. Speciális felületi kezeléssel zsírállóvá, lángállóvá stb. tehető a termék. A hullámpapírlemezt részlegesen, illetve teljes mértékben hidrofóbbá tehetjük, és az alkalmazott nemesítési eljárástól függően kapjuk a mérsékelten vízálló (paraffinozott), illetve vízálló (impregnált) választékokat. A duplex, kraftlíner fedőréteggel készített hullámpapírlemezek (normál) felületi vízfelvétele, Cobb60 20-40 g/m2. A vízállóbb hullámpapírlemezek ugyanezen jellemzője 1520 g/m2.
(7, 8)
3.2 A hullámtermékek gyártásánál használt ragasztók A ragasztó szerepe a tartós és szilárd kötés (adhézió és kohézió) létrehozása a sima és a hullámosított rétegek között. E feltétel teljesítése a nagy gyártási sebesség miatt igen bonyolult. Egy 305 mm átmérőjű hullámosító henger esetében 2,5 m/s (150 m/min) sebességnél a ragasztószer felhordása után a hullámréteg és a fedőréteg összepréselése között mindössze 0,1 másodperc telik el, ez alatt kell kialakulnia a megfelelő „iniciál” kötődésnek. A legfontosabb hullámpapírlemez ragasztók a vízüveg és a keményítő alapú ragasztók. A hullámpapírlemez ragasztószerének általánosan alkalmazott kötőanyaga a vízüveg volt mindaddig, amíg a gépek sebessége 100 m/min alatt volt, elsősorban gazdaságossági szempontok miatt alkalmazták. A vízüveget (Na2SiO3) kvarchomok és nátrium-karbonát összeolvasztásával állítják elő. A nagyteljesítményű gépeken gyártott hullámpapírlemezek ragasztószere keményítő alapú, amely két komponensből áll. Egyik részt nátrium-hidroxiddal (NaOH) 60 °C körüli hőmérsékleten elcsirizesítik. A keményítő másik részét vízben való keveréssel diszpergálják. A kettő aránya közelítőleg 1:4. A ragasztószer kötésszilárdságának alapkövetelménye, hogy a kötőanyag megfelelően behatoljon a papírba. Ennek elősegítésére bóraxot kevernek hozzá. Vízálló ragasztót alkalmaznak olyan esetben, amikor a hullámpapírlemezt alkotó papírrétegek víztaszító vagy vízzáró tulajdonságúak. Ez esetben a kész keményítő alapú ragasztóba térhálósodást előidéző segédanyagokat kevernek. (Pl. karbamid-formaldehid, melamin-formaldehid, rezorcinformaldehid gyantákat.) 9
A szintetikus ragasztók közül a korszerű dobozragasztó, hajtogató gépeken a polivinil-acetát műanyag-diszperziókat, esetenként a forró ömledék ragasztókat használják.
(7, 8)
3.3 A hullámtermék gyártásának technológiája A hullámpapírlemez gyártás folyamatos művelet. A technológia első lépése az alappapírok klimatizálása. Ez azért szükséges, hogy az ezekből gyártott hullámpapírlemez ne vetemedjen. Az előkészítés után megtörténik a hullámgépen a hullámosítás és ragasztás, majd a hullámpapírt kettős ragasztógéphez továbbítják. Itt a hullám-élekre felhordják a ragasztót, ezután a szárító- és pihentető szakaszban a hullámpapírt és a fedőréteget összeragasztják. A felesleges nedvesség eltávolítása is ebben a fázisban történik. A hullámpapírlemez pálya hosszirányú szabása, és a hajlító élek kialakítása a hosszvágó-hornyoló egységen történik, a hullámpapírlemezek keresztirányú szabását a keresztvágókon végzik. A hullámpapírlemez előállításának legfontosabb művelete a hullámgépen való hullámosítás és ragasztás. Mielőtt a fedőréteg a gépbe jutna, az előszárító hengeren fut keresztül. Ennek feladata a fedőréteg előmelegítésével a ragasztás minőségének javítása. Az előszárító száraz telített gőzzel 175185 °C közötti hőmérsékletre felfűtött henger. A hullámképzés elve az 5. ábrán látható.
5. ábra: A hullámképzés elve A hullámosítandó réteget egy fűtött hengeren (1) keresztül vezetik a gépbe. Ez a hullámréteg előkondicionáló henger kb. olyan hőfokú, mint a fedőréteg előszárító. Az áthaladással egyidejűleg a papírra gőzt is fúvatnak. Ennek az a célja, hogy a hullámréteg plasztikusan alakítható legyen. A hullám képzése az alsó és felső hullámosító hengerek (2, 3) közötti labirintusban megy végbe. A felső hullámosító henger hidraulikus nyomása gondoskodik a papírpálya teljes szélességében az egyenletes vonalnyomásról. A létrejött hullámréteget az alsó hullámhengeren a vákuum tartja meg.
A
hullámélekre a ragasztót a felhordó henger (5) viszi fel, a leszedő-henger (4) a felvitt ragasztó mennyiségét szabályozza. Mindkét henger a ragasztóteknőben forog. A felhordott ragasztó
10
mennyisége kb. 5 g/m2 oldalanként. A hullámosított, élein ragasztóval ellátott hullámréteghez vezetik baloldalról a nyomóhengeren (6) átvezetett fedőréteget. A ragasztókötés szilárdságát a ragasztón kívül a nyomóhenger hidraulikus nyomása biztosítja.
(7, 8)
3.4 A ragasztókötés kialakulása a hullámpapír gyártása során Alapjában a kötés kialakulása hasonló mechanizmus szerint történik a hullámgépen és a kettős ragasztó gépen (6.-7. ábra). A fő különbség az, hogy mennyi idő áll rendelkezésre a kötés létrejöttéhez. A hullámgépen csak 2 milliszekundum van arra, hogy átadják azt az energiát, ami az elfogadható iniciál kötés kialakulásához szükséges. A kettős ragasztó gépen erre 3 másodperc áll rendelkezésre. A ragasztókötés kialakulásánál fontos a fedőréteg papír jó szívóképessége. A folyamat során a ragasztót felhordják a hullámgerincekre, majd a ragasztó megnedvesíti a középréteget, és a hordozó keményítő abszorbeál a középrétegbe. Kötés alakul ki a keményítő és a papír rostjai között. Ezt követően a nyers keményítő csirizesedni kezd, miközben gyorsan nő a ragasztó viszkozitása, míg végül kialakul az iniciál kötés. Mivel ekkorra már elég sok víz távozott el a hordozó keményítőből, így nagyobb a ragasztókötés kohéziója, mint a rost-rost kötőerő. Ez a kohézió már elegendő ahhoz, hogy megtartsa a kötést a teljes kikeményedésig.
6. ábra Ragasztószakasz a kettős ragasztógépen
7. ábra Felhordómű
A ragasztó száradása során a fedőrétegből és a középrétegből átadódik hő a ragasztási vonalra. A víz innen a papírba diffundál és onnan elpárolog, míg kialakul a végső kötés . A szilárd ragasztókötés (8. ábra) mielőbbi kialakulása érdekében a fedőréteget megfelelően elő kell készíteni. Ezt az előszárító hengerrel végzik, amely biztosítja a megfelelő nedvesség eloszlást és a felmelegítést. A kettős ragasztógépet követő szárító és pihentető szakaszon szilárdul meg teljesen a ragasztókötés, miközben a hullámpapírlemez két nemez között, a gőzzel fűtött szárítólapok között haladva fokozatosan elveszti a ragasztóval bejuttatott nedvességet.
11
(7, 8)
8. ábra Hullámpapírlemez ragasztókötésének keresztmetszeti képe 3.5. A hullámtermékek megmunkálása A hullámpapírlemezt a papírfeldolgozó üzemekben alakítják használati értékkel rendelkező csomagolóeszközzé. Rendeltetését tekintve sokféle célra alkalmas, dobozok, ládák, doboztartozékok, stb. készíthetők belőle. A legnagyobb mennyiségben tető-fenéklapolt dobozokat állítanak elő. A kimetszett dobozokat rotációs, vagy síkágyas kimetszővel ellátott in-line dobozgyártó gépsorokon készítik, amelyek általában tartalmaznak nyomóműveket és hajtogató, illetve ragasztó gépegységeket. 4. A hullámtermékeknél alkalmazott legfontosabb mechanikai vizsgálatok Hullámtermékek mechanikai vizsgálatainak közös jellemzője, hogy a mintákat valamilyen nagyságú statikus vagy dinamikus erőhatásnak teszik ki. Az erő irányától és a vizsgált minta típusától függően különböző mérések terjedtek el a nemzetközi ipari gyakorlatban. A vizsgálatokat csoportosíthatjuk aszerint, hogy az alappapírt, a hullámpapírlemezt, vagy a kész dobozt érintik (9. ábra).
(7, 8, 9)
9. ábra Papír és hullámlemez vizsgálatok felosztása
12
4.1 Az alappapírok mechanikai vizsgálatai A hullámtermékek alappapírjainak vizsgálatánál az egyik legfontosabb paraméter az ún. élnyomó szilárdság. Ezt a jellemzőt, melyet kN/m-ben mérnek, háromféle módszerrel lehet vizsgálni. Így megkülönböztetünk CCT- vizsgálatot, azaz hullámosított élnyomó szilárdságot, RCT- vizsgálatot, azaz gyűrűs nyomószilárdságot, és SCT- vizsgálatot, vagyis a rövid befogású nyomószilárdságot. Fontos paraméter még a lapos nyomószilárdság a CMT is. CCT: Corrugated Crush Test, a papírmintát meghullámosítják, és az élekre merőleges irányba nyomást alkalmaznak. Ezt a vizsgálatot a hullámközéprétegekkel végzik, a fedőréteg papírokkal csak elvétve. RCT: Ring Crush Test, a papírmintát gyűrűbe hajlítva helyezik egy befogóba, amely csökkenti a deformáció kockázatát, majd az élekre merőleges irányba nyomást alkalmaznak. Ezt a vizsgálatot alkalmazzák mind a hullámosításra szánt, mind a fedőréteg papírokra. SCT: Short Crush Test, a nyomóerőt csak a papírminta egy kis szakaszára fejtik ki (10. ábra), így nem lép fel semmilyen deformálódás. Ezt a legújabban kifejlesztett módszert alkalmazzák a fedőréteg és a hullámközépréteg papírok vizsgálatára. A hullámközépréteggel gyártási irányban is elvégezhető ez a teszt, így a mért értékből következtetni lehet a hullámpapírlemez lapos nyomószilárdságára. A vizsgálat előnye a korábbi vizsgálatokkal (RCT, CCT) szemben az, hogy a papírban keletkező nyomófeszültség a papír deformációja nélkül mérhető, a papír belső rostszerkezetében kizárólag a nyomással szembeni ellenállást méri, és nem torzítja az eredményt a papír szélének megtörése, kihajlása. A vizsgálat alatt a próbatest a belső, rost- szerkezetben törik meg és nem az éleken. Ezt a 0,7mm próbatestbefogási távolság teszi lehetővé. Az SCT a papír szerkezeti tulajdonságainak a hatását méri, azaz a papír anyagösszetételének, a rosthosszúságának, a rostok őrlésfokának, a papír térfogattömegének hatását. 350 g/m2 feletti papírok mérésére is alkalmas.
10. ábra Az SCT vizsgálat elvi vázlata Az SCT vizsgálat gyors elterjedését segítette a nemzetközi SCT vizsgálati szabványok megjelenése, jelesül: SCAN – P46, ISO 9895, DIN 54518, TAPPI T 826, MSZ ISO 9895, APPITA/AS 1301.450 , BS 7325. Az SCT mérés megbízhatóságára jellemző, hogy egy laboratóriumon belül a mérések variációs koefficiense V<3%, a laboratóriumok között a V=3-7%
13
A vizsgálati eredmények szórása azonban egyrészt attól is függ, hogy hullámréteg papírra vagy fedőrétegre vonatkozik, másrészt az SCT-t gyártási vagy keresztirányban mérjük (1. táblázat). Látható, hogy a hullámréteg papír SCT relatív szórása kétszerese a fedőréteg mérési eredményeinek. CMT: Concora Medium Test, lapos nyomószilárdság (11. ábra), ez a hullámközépréteg jellemzője N-ban. 12,7 mm széles papírmintát gyártási irányban meghullámosítanak, és egy papírcsíkhoz ragasztják, hogy a hullámok ne hajoljanak szét a vizsgálat során. A hullámközépréteg CMT értéke adja legnagyobb részben a hullámpapírlemez lapos nyomószilárdságát. Ezzel a teszttel az is kimutatható, hogy mennyire csökkenti a nyomóellenállást a hullámgépen végzett hullámosítás.
11. ábra Lapos nyomószilárdság vizsgálat Az alappapírok jellemzésénél ún. minősítő paramétereket adnak meg. A hullámosított papírnál ilyenek: a CMT, az SCT, a porozitás, légáteresztés vagy cseppfelszívás, a fedőrétegnél viszont a repesztő szilárdságnak, a Cobb-nak és egyéb enyvezettségi paramétereknek van szerepük. 4.2 A hullámpapírlemezek vizsgálatai A hullámpapírlemezek és dobozok mechanikai vizsgálatainál a próbatestek alakja és az erő iránya alapján az alábbi módszereket különíthetjük el.
(9)
Hajlító merevség: a hullámpapírlemez hajlító merevsége (12. ábra) teszi lehetővé a lemez hajlítását és belőle 3 dimenziós forma kialakítását. Ennek köszönhető az is, hogy az alak különböző nyomáshatások esetén is megmarad. A hullámpapírlemez merevsége növekszik a lemez vastagságának növelésekor és hosszának csökkentésekor.
12. ábra Hullámlemez hajlítási merevségének vizsgálat
FCT: Lapos nyomószilárdság, Flat Crush Test [kPa] (13. ábra) A vizsgálat a hullámlemez összeroppantásához szükséges - próbatest síkjára merőlegesen ható - erő mérését jelenti.
14
13. ábra FCT- Lapos nyomószilárdság vizsgálat A lemez lapos összenyomási ellenállását a hullámosítás elasztikussága határozza meg, ez adja a lemez ütéselnyelő képességét. Amikor a hullámpapírlemezre nyomást fejtenek ki, veszít mechanikai tulajdonságaiból. ECT: Élnyomó sziárdság, Edge Crush Test (14. ábra). A szabványos méretű mintacsík megroppantásához szükséges erőt mérik kN/m-ben. A hullámlemez élnyomó szilárdsága általában igen nagy. Fontos szerepet játszik a csomagolt áru halmazolhatóságában. A lemez vastagságának és szélességének növekedésekor nő az élnyomó szilárdsága.
(9)
14. ábra ECT - Élnyomó szilárdság vizsgálat Repesztő szilárdság, Bursting Test (15. ábra) A rögzítőgyűrűvel leszorított próbatest egyik oldalán gumimembránon keresztül, egyenletesen növekedő folyadéknyomás hat a hullámlemezre miközben mérik a próbatest kirepedéséhez szükséges nyomást kPa-ban. Ez a tulajdonság határozza meg, hogy mennyire képes elviselni a csomagolás a belső és külső nyomást. (9)
15. ábra Hullámlemez repesztési vizsgálata
4.3 Dobozok mechanikai vizsgálata A HPL dobozokat használatuk során egymásra helyezik, így az alsó rétege a rakatnak fokozott statikus igénybevételnek van kitéve. Ennek neve a halmazolási nyomás. Nagysága azonos csomagolások esetén és egyenletes, megoszló terhelést feltételezve:
15
N = Q⋅g⋅
H −h F ⋅h
[Pa]
(1. egyenlet)
ahol: N: Q: g: H: h: F:
a halmazolási nyomás [N/m2], a csomagolás tömege [kg], a nehézségi gyorsulás [9,81 m/s2], a halmazolási magasság [m], a csomagolás magassága [m], a csomagolás teherátadó felülete [m2].
(4)
BCT, Doboz nyomóellenállás, Box Crush Test (16. ábra) Az összenyomási ellenállás határozza meg a doboz halmazolhatóságát, ami a csomagolásoknál nagyon fontos. A doboz összenyomási vizsgálata (BCT) a legáltalánosabb és legfontosabb minőségi teszt a kész csomagolóeszközöknél. Általában üres dobozokkal végzik, de lehet megtöltve is. Ezzel határozzák meg a függőleges irányú nyomóerővel szembeni ellenállást N-ban, vagyis a doboz halmazolhatóságát.
16. ábra Hullámlemez dobozok BCT vizsgálata 5. Az alappapírok SCT értékeinek hatása a lemez ECT értékére A HPL csomagolóeszközök tervezésnek fontos mozzanata a várható igénybevételek felmérése, mivel az igénybevételtől függően kell megállapítani a hullámtermék minőségét. Mint azt már láttuk, az egyik meghatározó igénybevétel a halmazolási nyomás, melyet az ECT vizsgálatnál tudunk a leginkább figyelembe venni. Mivel a HPL különböző alappapírokból áll, a lemez ellenállását a lemez alkotó papírjainak nyomással szembeni ellenállása adja. Ha valamely hullámlemezből kivágott próbatestet az élére állítjuk és megmérjük, hogy a minta mekkora nyomást bír el a lemez megroppanásáig, akkor ez az első olyan felhasználható információ, ami e lemezből készült doboz nyomással szembeni ellenállására utal. A három rétegű HPL ellenállása a lemezt alkotó papírok nyomással szembeni ellenállásától függ, melyet a Billerud összefüggés szerint számítanak:
16
kN m
ECT = 0,45 ⋅ (2 ⋅ SCTF + α ⋅ SCTH ) + κ
(2. egyenlet)
ahol: ECT : SCTF : SCTH : α: κ:
HPL nyomószilárdság [kN/m], a fedő réteg élnyomószilárdság [kN/m], a hullám réteg élnyomószilárdság [kN/m], hullámosítási tényező, empirikus állandó ,
Minél nagyobb az ECT értéke, annál ellenállóbb a lemez. Az ECT nagysága a lemez fedőrétegeinek (SCTF) és a hullámosított réteg (SCTH) keresztirányú összenyomhatósággal szembeni ellenállásától, valamint az α- hullámosítási tényező és κ- állandó nagyságától függ. Az egyenlet kezelhetőbbé válik, ha egy iránytényezős, elsőfokú függvényként kezeljük. Ekkor látható, hogy az iránytangens értéke 0,45, vagyis a HPL papíralkotóinak összegzett SCT értéke nem teljes mértékben határozza meg a lemez ECT értékét. A Billerud-egyenlet ellenőrzése lehetséges, hiszen az ECT érték közvetlenül mérhető. A képlettel meghatározott, számított ECTSZ és mért ECTM értékek összehasonlításakor megállapítható, hogy a két érték közel azonos a különféle HPL típusoknál (17. ábra). A kérdés tehát az, hogy vajon mi okozza az empirikusan is igazolható 0,45-ös iránytangenst, vagyis
mért
kisebb
a
lemez
élnyomó
szilárdsága
az
őt
alkotó
rétegek
összesített
élnyomószilárdságánál? Logikusnak tűnik, hogy a lemez alappapírjainak szilárdsága összeadódik (a képlet is ezt igazolja), és ez adja a HPL nyomással szembeni ellenállását.
17. ábra. ECT mért és számított értékeinek egyezősége A kérdés megválaszolásához háromféle HPL választék (A, B, C) esetében mérték a lemezt alkotó papírok mért SCT értékeinek összegét és az ECTM közötti eltérést. Az eredmények szerint az ECTM értékek 18-24%-kal kisebbek az összesített SCT -értéknél (18. ábra).
17
18. ábra. HPL lemezek ECTM és összegzett SCT értékeinek összehasonlítása Megállapítható tehát, hogy az alappapírok SCT értéke a HPL szerkezetben csak az összegük 45%+ κ mértékben vehető figyelembe, és több mint 20%-a nem hasznosul, függetlenül a lemezt alkotó alappapír minőségétől. Vagyis az alappapírok kompressziós szilárdságának összege gyakorlatilag a lemez ECT értékének a 70-80%-át adja. Ennek a nem hasznosítható, kompressziós ellenállásnak a mértéke miatt – a gyakorlatban – két kategóriával (választékkal) erősebb lemezt kell a csomagolóeszköz tervezésénél választani, hogy a veszteség kompenzálható legyen.
(10,11)
Érdemes ennek a jelenségnek a gyakorlati előnyeit és hátrányait is elemezni. Egyrészt a kisebb meredekség miatt az alappapírok tulajdonságainak nagyobb tűrésére van lehetőség az ECT lényeges módosulása nélkül, vagyis az alappapír szilárdságának módosulása kevésbé tükröződik az ECT érték változásában. Hátrányt jelent azonban a kisebb érzékenység abban a tekintetben, hogy a lemezt alkotó papírnak jelentősen nagyobb SCT értékkel kell rendelkeznie ahhoz, hogy szignifikáns ECT változás legyen elérhető. 5.1 A SCT értékek veszteségének okai Gazdaságilag és technológiailag is kedvezőbb lenne, ha az SCT veszteséget minimálisra lehetne csökkenteni, azaz az iránytanges értékét növelni lehetne (19. ábra). A második kérdés az, hogy mi okozza az eltérést? Az alappapírok SCT értéke, a hullám épsége, de a rétegek közötti ragasztó erő nagysága is befolyásolhatja a lemez élnyomószilárdságát. Az egyik ok ezek közül, hogy a hullámosított réteg szilárdsági értékei kisebbek, vagyis csak közelítik a fedőréteg értékeit. Ez azért van, mert a hullámosított réteg mindig magasabb lignintartalmú, vagy enyvezett alapanyagból készül, a plasztikálhatóság miatt. A hullámréteg kompressziós szilárdsága csökken a HPL gyártásakor a hullámosítás művelete alatt, ami mind a gyártásnál, mind a laboratóriumi próbatest előkészítésnél elkerülhetetlen. Vizsgálattal igazolt, hogy a hullámcsúcsokon a legkisebb az SCT érték. A csökkenés mértéke kb.
18
40%. Ezt a jelentős kompresszibilitás-csökkenést a rost-rostkötések károsodása okozza, amely a papír hullámosításakor fellépő nagy feszítő erőből származó feszültségnek a következménye.
19. ábra. ECT–SCT összefüggés m=1 és m=0,45 esetén A hullámlemezgyártó gépen a papír hullámosításánál minél nagyobb a hengert papírral burkoló szög, annál jobban csökken az SCT. A papír nagyobb mértékű feszítése és a kisebb sugár menti hajlítás az SCT csökkenését fokozza, vagyis megállapítható, hogy a kompresszibilitási veszteség szempontjából a hullámosított rétegnek kiemelkedő szerepe van. Így felmerül a harmadik kérdés: hogyan növelhető a hullámréteg SCT értéke úgy, hogy a hullámosítás hatásfoka ne romoljon? 5.2 A hullámosított réteg négyzetmétertömegének hatása az SCT értékre A gyakorlatban az alappapírgyártók az SCT növelését a papír g/m2 növelésével is elérhetik, vagyis nem a papír belső, strukturális, rostszerkezetén változtatnak. Kimutatható, hogy a nagyobb g/m2 érték, nagyobb SCT-t eredményez (20. ábra). Látható az SCT értékek szoros korrelációja az alappapír g/m2 tömegével.
20. ábra Az SCT és a négyzetmétertömeg összefüggése Ha azonban a papír belső szerkezetétől függő kompresszibilitását akarjuk megtudni, akkor az SCT indexszel kell számolni, ami a papír összenyomási (kompresszibilitási) indexe, amely relatív módon veszi figyelembe a négyzetmétertömeget.
19
SCTi =
SCTM M A ⋅ 1000
kNm kg
(3. egyenlet)
ahol: SCTi : kompresszibilitási index [kNm/kg], SCTM : mért élnyomószilárdság [kN/m], MA : négyzetmétertömeg [g/m2], Egy nagyobb g/m2 tömegű papír nagyobb SCT értéket eredményez ugyan, de a kompresszibilitási indexe a kétféle alappapírnak azonos lehet. A papírgyártók és feldolgozók közös érdeke, hogy egy adott g/m2 tömegű papír SCT indexe minél nagyobb legyen.
(10,11)
5.3 Az alappapír térfogattömegének hatása az SCT értékre Mivel a papír többé-kevésbé laza szerkezetű, a rostok között jelentős mennyiségű levegő van. Ennek a rost-levegő viszonynak a jellemzésére használja a papíripar a térfogattömeget.
Tt =
MA s ⋅ 1000
g cm 3
(4. egyenlet)
ahol: Tt : MA : s:
térfogattömeg [g/cm3], négyzetmétertömeg [g/m2], papírvastagság [mm],
Mivel tapasztalatok szerint a lemez rétegeit összetartó erő nagy hatással van az ECT és SCT értékekre, fontos ennek mechanizmusát is ismerni. Ha az alappapír térfogattömege nagy, a ragasztó könnyen behatol a pórusokba, így annak felületi mennyisége nem lesz elegendő a megfelelő kötőszilárdság kialakulásához. A nagyobb térfogattömeg a papír több minőségi jellemzőjét javítja, beleértve az SCT értéket is. Ha növelik a papír térfogattömegét, akkor a papír merevsége javulni fog, mivel a rostok közötti kötések száma megnő. Az irodalom szerint, a térfogattömeg növelésével az SCT lineárisan nő, pontosabb mérések ezzel szemben kismértékű exponenciális viszonyt mutattak ki.
(10,11,12)
5.4 Az alappapírok porozitásának hatása az ECT értékre A HPL gyártásakor, a lemezt alkotó papírrétegeket ragasztják egymáshoz. A ragasztókötés kialakulása viszont függ a papír porozitásától, ami a papírgyártás során befolyásolható. A porozitás azért fontos, mert a ragasztófolyadék behatolási mélysége négyzetesen arányos a pórussugárral és a nedvesedést jellemző peremszög (cosθ) értékkel. A tömör lapszerkezet miatt a folyadék hosszú penetrációs ideje a lemez gyártásakor gondot okozhat, de a nagy porozitás miatt a ragasztó a papír
20
belső rétegeibe penetrál, és a felületén maradt mennyiség nem mindig elegendő a két papírréteg kötéséhez. A HPL rétegei ragasztásának minősége 40%-ban is befolyásolhatja az ECT nagyságát, ezért ennek a HPL minősége szempontjából igen nagy jelentősége van. Ezt igazolják a Papíripari Kutatóintézetben végzett korábbi vizsgálataink, amelyek szerint a csepeli különböző választékú hullámpapírlemez ragasztási szilárdsága r=0,71 korrelációt mutat az ECT-vel.
(13)
6. Dobozok nyomóerővel szembeni ellenállása az ECT függvényében A HPL dobozok nyomóerővel szembeni ellenállását a BCT értékkel jellemzik. Egy doboz tervezésénél fontos feladat, az alapanyag kiválasztása. Egy adott HPL ECT értéke, és az elkészült doboz halmazolhatóságát kifejező BCT érték között függvénykapcsolat van. A BCT- értéket méréssel, vagy becsléssel határozzák meg. A mérés során 24 órán át klimatizálják 23 oC-on és 50% relatív légnedvességen a dobozt, majd a torlóprés lapjai közé helyezik és mérik a maximális erőt Nban, ami a doboz megroppanásához szükséges (21. ábra)
21. ábra HPL doboz deformációja a torlóprésben - BCT vizsgálat Gyakran határozzák meg becsléssel a doboz teherviselését. Ha ekkor, számítással meghatározott BCTSZ érték azonos a doboz ténylegesen mért ellenállásával, a BCTM –el, akkor a becslés megfelelő. A becslés lehetséges, mivel a tetőfenéklapolt dobozok BCT értékben kifejezett, nyomással szembeni ellenállása a McKee egyenlettel kiszámolható: BCT = k1 ⋅ ECT b ⋅ Sb1−b ⋅ Z 2b −1
[kN ]
(5. egyenlet)
ahol: BCT : k: ECT : Sb : Z: b:
HPL doboz nyomószilárdsága [kN], anyagi minőségtől függő konstans, HPL élnyomószilárdsága [kN/m], hajlítómerevség ( a gyártás- és keresztirányú merevség mértani átlaga) [Nm], a HPL doboz kerülete [m], empirikus koefficiens,
A McKee egyenlet HPL-re vonatkozó speciális változata ennél konkrétabb összefüggést ad:
21
(3)
BCT = k1 ⋅ ECT 0, 75 ⋅ Sb 0, 25 ⋅ Z 0,5
[kN ]
(6. egyenlet)
ahol: BCT : HPL doboz nyomószilárdsága [kN], k1: anyagi minőségtől függő konstans, ECTF : HPL élnyomószilárdsága [kN/m], Sb : hajlítómerevség [Nm], Z: a HPL doboz kerülete [m], A McKee egyenletben, a hajító merevség a hossz- és keresztirányban mért merevségértékek mértani átlaga. Értéke arányos az alappapírok és a HPL mechanikai jellemzőivel. 0,5
Sb = (SbG ⋅ SbK )
= 0,5 ⋅ E ⋅ s ⋅ T 2
[N ⋅ m]
(7. egyenlet)
ahol: Sb : E: s: T:
hajlító merevség (SbG- gyártás irány, SbK - kereszt irány) [Nm], Young modulus [Pa], az alappapír vastagság [m], a HPL vastagsága [m],
Ezt az értéket gyakran az alappapírok szakító szilárdságából határozzák meg, mivel ennek mérése a gyakorlat szempontjából jóval egyszerűbb. Értékét pl. az Alwetron típusú gépekkel lehet meghatározni, és ebből tervezni a HPL-re vonatkozó adatokat. Sb = 0,5 ⋅ S t ⋅ T 2
[mN ⋅ m]
(8. egyenlet)
ahol: Sb : St : T:
hajlító merevség [Nm], a fedőréteg szakítószilárdsága [N/m], a HPL vastagsága [m],
Az ipari gyakorlatban igyekeznek elkerülni a hajlítómerevség figyelembevételét, így a matematikai formulát egy félempirikus képletté egyszerűsítik azzal, hogy a HPL vastagságának négyzetgyökét szerepeltetik jellemzőként. BCT = k 2 ⋅ ECT ⋅ T 0,5 ⋅ Z 0,5
[kN ]
(9. egyenlet)
ahol: BCT : k2: ECT : T: Z:
HPL doboz nyomószilárdsága [kN], anyagi minőségtől függő konstans, HPL élnyomószilárdsága [kN/m], HPL vastagsága [m], a HPL doboz kerülete [m],
Az egyenletek gyakorlati használatához a hullámalappapír gyártók eltérő érdekei fűződnek. Az egyszerűsített egyenletet a testliner gyártók részesítik előnyben. Ennek oka, hogy az egyszerűsített egyenlet nem veszi figyelembe a lemez hajlító merevségét (Sb), amely a lemezalkotó alappapírok
22
keresztirányú szakítási erejétől függ. Mivel a testliner ezen érték jelentősen kisebb a krafténál, ez a hátrány az Sb elhagyása miatt ebből az egyenletből nem derül ki. A McKee egyenlet változatainak megértéséhez fontos tudni, hogy megalkotása idején (1963) még nem volt a HPL hajlító merevségének mérésére jól reprodukálható mérési módszer. Ma, azonban ennek mérésére az ún. 4-pontú hajlítómerevség mérővel megoldható. A mérés elvét a 22. ábra szemlélteti.
(13,14)
22. ábra HPL hajlítási merevségének vizsgálata 6.1 A lemez ECT értékének tervezése a BCT értéknek megfelelően Fontos különbséget tenni a számított ECTSZ és a mért ECTM értékek között. A különbség a mérések szerint közel 10 % is lehet. Ennek okai az 5.-ban részletesen ismertetésre kerültek. Fontos szerepe van a becslés szempontjából az alkalmazott hatványkitevő értéknek, hisz nyilvánvalóan nő a BCT, ha nő az ECT de ennek mértéke a kitevőtől függ (23. ábra). A különbségeket a korábbi mérési módok átszámítása okozza. A tapasztalatok szerint legkedvezőbb, a 0,75-ös konstans.
23. ábra A BCT és a SCT kapcsolata különböző becslési módok szerint
23
Az ECT értékét torzítja a k tényező, melyet az egyes termékekre a gyártók meghatároznak főleg geometriai adatok alapján. Ennek pontos kimérése segíti a becslés eltérését a tényleges értéktől mindössze ±3%-on belül tartani. A HPL doboz tervezésekor fontos megállapítani BCT tervezett értékét. Erre az ipari gyakorlatban az alábbi összefüggést használják:
BCTterv = m ⋅ (n − 1) ⋅ g
[N ]
(10. egyenlet)
ahol: BCTterv : tervezett nyomószilárdság [N], m: egy doboz bruttó tömege, [kg], n: egymásra helyezett dobozok száma g: gravitációs állandó, 9,81[m/s2], A BCT tervezett értéke segítségével, a McKee egyenletet az ECT-re kifejtve és némileg módosítva, meghatározható annak értéke. ECT =
BCTterv 5,3 ⋅ T ⋅ K 0,5
kN m
(11. egyenlet)
ahol: ECT : HPL élnyomószilárdsága [kN/m], BCTterv : tervezett nyomószilárdság [kN], T: HPL vastagsága [m], K: biztonsági tényező, =2-6, Az így számított ECT értéket összevetik a specifikációkban szereplő ECT értékekkel és ezek alapján választják a HPL fajtát.
Ha a csomagolásnak a normál klímától eltérő klimatikus
feltételeknek kell megfelelnie, vagy a termék nem önhordó, akkor ezt a BCT számításánál a K biztonsági tényezővel veszik figyelembe. Így a csomagolóeszköz felhasználó könnyen kiszámíthatja, hogy milyen szilárdságú lemezből készült dobozra van szüksége.
24
7. Összefoglalás Az ipari gyakorlatban egy doboz tervezésekor az alapanyagok kiválasztásánál eltérő minősítő paramétereket használnak. Fontos, hogy az alapanyagok tulajdonságainak ismeretében tervezhetőek legyenek a hullámtermékek, és a belőlük készült dobozok szilárdsági értékei. A megbecsülendő paraméterek közötti összefüggéseket, a gyakorlati tapasztalatok alapján kifejlesztett, empirikus és félempirikus képleteket segítik. Ezért részletesen ismertettem az alappapírok jellemzésére használt SCT értéket és annak kapcsolatát a hullámpapírok ECT értékével, valamint ezek viszonyát a hullámpapírlemezből készülő dobozok BCT értékéhez. A szakterület, és az egész iparág szempontjából fontos szakcikkek és közlemények, érdekes részleteket tárnak fel a hullámtermékek mechanikai tulajdonságairól, de a fellelhető publikációkat érdemes kritikai szempontból is vizsgálni. A szakirodalom gyakran közli, de nem indokolja az alkalmazott becslési módokat. Komoly eltérés van a képletekben található hatványkitevők és egyéb empirikus adatok között is attól függően, hogy a gyártó milyen eredményt tart kedvezőbbnek. Meg kell említeni, hogy az ipari gyakorlatban használt mennyiségek és az elméleti szakirodalom, a paraméterek jelölésében és elnevezésében gyakran eltér egymástól. Nem segíti a téma feldolgozását az sem, hogy az angol nyelvű irodalom tapasztalati képletei több tényezőben eltérnek a magyartól.
25
8. Irodalomjegyzék 1. Koltai L: A papír szerepe a csomagolásban – Csomagolópapírok, Transpack 7(6): pp.14-15 2. Rockstroh O.: Csomagolástechnikai kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó 1979. pp. 198-199 3. Zsoldos B.: A hullámpapír dobozok nyomóerővel szembeni ellenállása A+CS 48(5):pp.3-6 4. Kerekes T.: Bevezetés a csomagolástechnikába I. Papír-Press Egyesülés, 2000, pp.123-125 5. How much new paper can the market absorb?, International Paperworld, 2003(4):pp.18-22 6. Polyánszky É.: Minden idők legsikeresebb hónapja a Dunapack Zrt. Életében, Papíripar 52(1) pp.5-6 7. Papíripari szaklexikon, Papír-Press Egyesülés, 2003. p.319 8. Papíripari kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, 9. Twede D. and Selke S.E.M.: Cartons,Crates and Corrugated Board – Handbook of Paper and Wood Packaging Technology, DEStech Publication Inc. 2005, pp.471-480 10. Zsoldos B.: A hullámpapírlemez papírkomponensei tulajdonságának hatása a lemez Élszilárdságára, I. rész, Papíripar 48(4):pp.156-159 11. Zsoldos B.: A hullámpapírlemez papírkomponensei tulajdonságának hatása a lemez Élszilárdságára, II- rész, Papíripar 48(6):pp.239-241 12. Hernádi S.: Papíripari anyagvizsgálat, Műszaki Könyvkiadó, 1980, pp.230-268 13. Zsoldos B.: Hullámpapírlemez (hpl) alappapírok minőségi átadás/átvételének csapdái, I- rész, Papíripar 49(2):pp.69-71 14. Zsoldos B.: Hasznos ismeretek a hullámpapírlemez (hpl) doboz felhasználók számára 2. rész, Transpack 4(2): pp.17-20
26
