Гофрокартон

Гофрированный картон (гофрокартон) представляет собой инженер­ную конструкцию, характеристики которой зависят от свойств входящих в нее материалов и от геометрического профиля составляющих элементов.

Гофрокартон является типичным представителем многослойных конструкций. Он состоит из чередующихся плоских слоев картона (в иностранной литературе их называют лайнерами) и волнистых гофри­рованных слоев картона (их называют флютингом) [78]. Эти слои со­единены между собой клеем (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Строение трехслойного (а) и иятислойного (б) гофрокартона

В зависимости от числа плоских и волнистых слоев гофрокартон подразделяют на виды (рис. 8.12) [18,20, 34]:

а) двухслойный гофрокартон, состоящий из плоского и волнистого
(гофрированного) слоев, условное обозначение 1-Д;

б) трехслойный гофрокартон, состоящий из двух плоских и одного
волнистого слоев (П-Т);

в) пятислойный гофрокартон, состоящий из трех плоских и двух
волнистых слоев (Ш-П);

г) семислойный гофрокартон, состоящий из четырех плоских и трех
волнистых слоев (1У-С).

В Германии гофрокартон принято обозначать количеством волнис­тых слоев [102,103]. Трехслойный гофрокартон (П-Т) обозначают как ет\уеШ§е \Уе11рарре — одноволновый гофрокартон, пятислойный (III-П) — как г^етеИще \Уе11рарре—двухволновый гофрокартон, семислой­ный (1У-С) — как с!ге1\уеШ§е \Уе11рарре — трехволновый гофрокартон.

Конструирование тары из картона и гофрокартона 287

\/\/\/\/\/\/\\ЛЛЛЛ/\Л7у

1тР, 4

Л.ЛАЛЛУ

Рис. 8.12. Виды гофрированного картона:

1 — двухслойный (1-Д); 2 — трехслойный (П-Т); 3 — пятислойный (Ш-П);

4 — семислойный (1У-С); Я— толщина гофрокартона; Н — высота гофра;

С — шаг гофра

Гофрированный картон относится к анизотропным конструкциям и обладает неодинаковыми свойствами в различных направлениях. При приложении сил в направлении, перпендикулярном гофрам, гофрокар­тон работает как амортизирующий материал за счет малой жесткости в этом направлении волнистого слоя. При приложении сил вдоль направ­ления гофров гофрокартон проявляет высокую плоскостную и торце­вую жесткость благодаря большой жесткости в этом направлении вол­нистого слоя. Плоские слои гофрированного картона фиксируют поло­жение волнистых слоев, поэтому воспринимают сжимающие, растяги­вающие и продавливающие нагрузки.

8.2.2.1. Картон для плоских слоев

В принципе для плоских слоев гофрокартона можно использовать лю­бой картон, пригодный к склеиванию с волнистыми гофрированными сло­ями. Однако для плоских слоев разработаны специальные сорта картона, обеспечивающие высокую прочность, стойкость к ударам и к другим ви­дам воздействий. Эти сорта называют крафт-картоном (или крафт-лайне­ром), что в переводе с немецкого означает прочный, или силовой, картон.

Крафт-картон обычно состоит из двух слоев, соединенных друг с другом бесклеевым способом на картоноделательной машине [78]. Вер­хний слой имеет повышенную прочность, гладкость и пористость. Проч­ность обеспечивает стойкость гофрокартона к истиранию и к образова­нию трещин в процессе биговки и фальцовки. Гладкость и пористость обес­печивают хороший внешний вид и высокие печатные свойства. Нижний слой придает крафт-картону требуемые жесткость и прочность, а также определяет его способность к склеиванию с гофрированным слоем.

Наиболее привлекательным внешним видом и высокими печатны­ми свойствами отличается крафт-картон с верхним слоем из сульфат­ной целлюлозы. Нижний слой состоит из переработанной вторичной массы. Некоторые марки плоских слоев изготавливают целиком из суль­фатной целлюлозы. Этот тип картонов называют белым картоном.

Глава 8

В последнее время шире начинают использовать для производства плоских слоев переработанную вторичную массу. Показатели прочнос­ти и жесткости таких материалов ниже, чем у крафт-картона. Но возмож­ность использования отходов целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности делают такие материалы весьма перспективными для применения в качестве внутренних плоских слоев гофрокартона.

Для придания гофрокартону и таре из него специальных свойств выпускают следующие типы плоских слоев для внешней отделки:

- разноцветные однотонные, а также с переливами типа мрамора или облачности;

- ламинированные или с различными другими покрытиями, повы­шающими влагостойкость, стойкость к истиранию, проколам и т.д.

Наибольшее распространение получил картон для плоских слоев с массой квадратного метра 125, 150,175 и 225 г/м². Для наиболее проч­ных и жестких сортов гофрокартона применяют плоские слои с массой квадратного метра от 200 до 450 г/м². Основные типы применяемых в США плоских слоев приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.6

Основные типы плоских слоев, применяемых в производстве

гофрокартона в США [105]

Тип плоского слоя	Масса 1 м2, г/м2	Сопротивление продавливанию, МПа	Толщина, мм
Крафт-картон		0,48	0,20
	0,59	0,25
	0,63	0,28
	0,69	0,32
	0,72
	0,93	0,51
	1,10	0,58
Белый картом		0,58	0,25
	0,64	0,28
	0,88	0,46
	1,03	0,56
Из переработанной вторичной массы		0,45
	0,69	0,33
	0,93	0,53
	1,20	0,71

Конструирование тары из картона и гофрокартона __________ ____________________________________________________ 289

В России картон для плоских слоев гофрокартона выпускается пяти марок по ГОСТ 7420-89Е [17]. Основные показатели этих марок при­ведены в табл. 8.7. Картон марок К-0 и К-1 производят из 100%-ной сульфатной целлюлозы. Для картона марок К-2 сульфатную целлюло­зу применяют только для верхнего покровного слоя. Марки картона К-3 и К-4 по составу волокна не нормируют.

Таблица 8.7

Основные показатели картона для плоских слоев, применяемого в производстве гофрокартона в России [17,20]

Марка картона	|------------------------------ Масса 1 м2, г/м2	Толщина, мм	Сопротив­ление про да вли­ванию, МПа	Число двойных перегибов до излома	Жесткость ПО разруше­нию кольца, Н/см	Влажность, %
К-0		0,20	0,50 | 250
	0,25	0,55
	0,28	0,65
	0,33	0,70
	0,40	0,80
	0,45	0,90
К-1		0,35	0,55
	0,40	0,60
	0,45	0,70
	0,50	0,80
К-2		0,43	0,50
	0,43	0,50
	0,50	0,60
	0,55	0,70
К-3		0,50	0,45
	0,50	0,45
_________________	0,60	0,50
К-4			0,25
	0,50	0,35
	0,60	0,40

290______________________________________________ Г.тан а 8

8.2.2.2. Картон для гофрированных слоев

От картона для гофрированных слоев требуется сохранение полу­ченного в процессе гофрирования профиля и размеров как при сжима­нии слоев гофрокартона, так и при изготовлении и эксплуатации тары.

В Европе картон для гофрированных слоев чаще всего выпускают с массой 1м²112,127 и 150 г/м², а для тяжелых условий эксплуатации и ответственных конструкций тары применяют картон с большей массой 1м²:175, 200 и 250 г/м² [78].

В России картон для гофрированных слоев принято называть бума­гой для гофрирования. Ее выпускают по ГОСТ 7376-89 трех марок Б-1, Б-2 и Б-3. Марка Б-1 состоит из 25% сульфатной небеленой целлюлозы и 75% полуцеллюлозы. Марка Б-2 имеет в своем составе 25% сульфатной целлюлозы и 75% полуфабрикатов высокого выхода (полуцеллюлозы высокого выхода). Марка Б-3 состоит на 35% из сульфатной целлюло­зы, остальной состав волокна не нормируется. Основные показатели бумаги для гофрирования приведены в табл. 8.8.

Таблица 8.8

Основные показатели выпускаемой в России бумаги

для гофрирования [18,20]

Марка бумаги	Масса 1 м2, г/м2	Толщина, мм	Сопротив­ление иродавли­ванию, МПа	Сопротив­ление плоскост­ному сжатию, МПа	Проклейка но метолу сухого индикато­ра, с/мм	Влажность, %
Б-1		0,21 020	0,15
	025 0,33	0,20
	0.29	0,40	025
Б-2		0,25	0,28	0.17
	029	0,35	ОД)
Б-3		023	0,12	0,05
	025	0,18	0,11
	0,30	0,22	0,14

8.2.2.3. Виды гофрированного картона

Конструкцию гофрированного картона определяют количеством слоев, а также качественными характеристиками каждого слоя: маркой, массой 1м² и (или) толщиной плоских слоев, а также маркой, массой 1м² и (или) толщиной и видом профиля гофрированных слоев.

Конструирование тары из картона и гофрокартона

Существует пять основных профилей гофра из волнистых слоев: А — крупный; В — мелкий; С — средний; Е — микрогофр;

К — большой.

Профиль гофра определяют размера­ми шага I между соседними вершинами волны и высоты гофра Л (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Профиль гофра: А — высота; Г —шаг

По шагу и высоте пять основных про­филей гофра, применяемых в США, Ев­ропе и России, несколько различны (табл. 8.9).

Таблица 8.9

Основные параметры волнистых слоев для производства гофрокартона в США, Европе и России [18,20,34,102,104,105]

Тим профиля гофра	Наиме­нование гофра	США	Европа	ИКСИЯ
1*	А, дюйм	л, мм	1, ММ	А, мм	1, мм	2*
А	крупный	33±3	4/76	4,0-4,8	8,0-9,5	4,5-5,5	8,0-9,5	105-125
В	мелкий	47±3	2/38	2,2-3,0	5,5-8,5	2,2-3,2	4,5-6.4	160-222
С	средний	39±3	2/57	3,2-3.9	7,9-8.8	3,2-4,5	6,5-8,0	125-155
Е	микрогофр	90±3	1/19	1,0-1,8	3,0-3,5	1,1-1,6	| 3,2-3.6	295-315
К	большой	—	—	—	—	6,7-7,0 | 11.0-12,0	75-85

1* — количество волн (гофров) на линейный фут. 2* — количество волн (гофров) на 1 погонный метр.

Двухслойный гофрированный картон 1-Д изготавливают с гофрами В и Е. Он не обладает необходимой для ящиков жесткостью, поэтому используется в качестве прокладочного и оберточного материала. По­ставляется в рулонах.

Трехслойный гофрированный картон Н-Т наиболее широко приме­няют в производстве тары.

Гофрокартон Н-Т с гофром А обладает высокой упругостью. Боль­шая высота и шаг гофров придают ему амортизационную способность. Этот тип гофрокартона рекомендуется применять в конструкциях ящи­ков для упаковки изделий, требующих повышенной защиты от ударов, толчков и других динамических нагрузок. Из него можно изготавли­вать различного рода вкладыши в ящики, прокладки и амортизаторы.

Гофрокартон II-Тс гофром В отличается более высокой жесткостью по сравнению с гофром А, на этом картоне получается более качествен­ная печать. Этот гофрокартон целесообразно применять в конструкциях

292__________________________________________ __________________________________________ Глава 8

ящиков для упаковывания продукции достаточно прочной, жесткой, не требующей амортизационной защиты. К такой продукции относятся кон­сервные банки, продукция бытовой химии, пищевые и другие продукты в потребительской таре, мелкие бытовые приборы, мебель и др.

Гофрокартон II- Тс гофром Ссочетает свойства гофрокартонов с гоф­рами Л и В: он обладает одновременно достаточной жесткостью и хоро­шими амортизационными свойствами. Он является наиболее распрост­раненным материалом конструкций ящиков для упаковывания хрупких изделий, мягкой и жесткой продукции, требующей защиты поверхности.

Гофрокартон Н-Тс гофром Еза счет большого количества гофров на погонный метр полотна имеет ровную поверхность плоского лицевого слоя и высокую плоскостную жесткость. Это позволяет осуществлять высококачественную печать, что особенно важно для потребительской тары. Такой картон и тара из него занимают значительно меньше места при транспортировании и хранении. Этот вид гофрокартона находит все более широкое применение в конструкциях тары.

Следует отметить, что для изготовления трехслойного картона с гоф­ром Е, как и для получения из него ящиков, необходимо специализирован­ное оборудование. Гофрирующие валы должны изготавливаться с высо­кой точностью, а при работе гофрирующей машины необходимо вести тщательный контроль за нанесением клея и температурным режимом,

Сопротивление плоскостному сжатию рассмотренных видов гофро­картонов Н-Т с различным профилем гофров приведено ниже.

Тип профиля гофра Сопротивление плоскостному сжатию, МПа
А 0.227-0,248

С 0,248-0,310

В 0,352-0,374

Е 0,61

Пятислойный гофрированный картон (Ш-П) применяют в конст­рукциях крупногабаритной тары с большими прочностью и сопротив­лением сжатию. Такую тару используют для упаковывания крупнога­баритной и тяжелой продукции. Производят гофрокартон Ш-П толь­ко в листах.

Разнообразие марок гофрокартона Ш-П связано с возможной комби­нацией входящих в его состав марок трех плоских и двух гофрированных слоев. При условном обозначении взаимного расположения гофрирован­ных слоев первой буквой указывают тип профиля гофра наружного слоя ящика, а второй буквой — тип профиля внутреннего слоя.

Наибольшее распространение получил гофрокартон Ш-П с наруж­ным гофрированным слоем типа В и внутренним — типа А (В-А). В тех­нически обоснованных случаях применяют и другие варианты распо­ложения гофрированных слоев: А-В; В-С; С-В; С-С.

Конструирование тары из к артона и гофрокартона ____________________________________________________ 293

В последнее время для повышения прочности применяют различ­ные комбинации с микрогофром: А-Е; В-Е; С-Е.

Семислойный гофрированный картон (1У-С) используют в конструк­циях особо прочных ящиков и ящиков-контейнеров грузоподъемнос­тью до 200 кг с очередностью гофров С-А-К.

Наибольшее распространение получил гофрокартон с очередностью гофров Е-А-В. Наружный слой с гофром Е обеспечивает высокую жес­ткость в обоих направлениях, амортизирует сильный удар, снижает ко­робление поверхности. Средний слой с гофром А позволяет повысить упругость (эластичность) и способность амортизировать возникающие ударные нагрузки. Внутренний слой с гофром В обладает достаточной жесткостью и сопротивлением плоскостному сжатию, чтобы выдержать давление упакованного изделия с внутренней стороны ящика.

8.2.2.4. Физико-механические свойства гофрокартона

Гофрокартон представляет собой конструкцию с сечением сложной геометрической формы. Он имеет ярко выраженную анизотропию свойств по длине, ширине и толщине. Поэтому определение его физи­ко-механических свойств, а следовательно, и проведение прочностных расчетов изготовленных из него конструкций тары связаны с вполне объяснимыми спецификой и трудностями.

Для оценки физико-механических свойств гофрированного карто­на для производства тары служат показатели: масса квадратного метра, толщина, плотность, сопротивление излому, разрыву, продавливанию, плоскостному сжатию, кольцевая и торцевая жесткость, влажность, ка­чество склеивания и рилевания.

Масса 1м² зависит от массы 1 м² входящих в состав гофрокартона плоских и гофрированных слоев картона, типа гофров и количества клея. Определяют ее отношением веса к площади образца.

Толщина гофрокартона фактически является суммой толщин состав­ляющих его слоев и клеевых прослоек. Определяют толщину по ГОСТ 12432-67 путем замера в разных точках образцов при помощи микро­метра или толщинометра. Выражают в миллиметрах.

Плотность (объемную массу) гофрокартона определяют отно­шением массы 1 м² к толщине материала. Она в несколько раз меньше плотности входящих в него материалов за счет воздушной прослойки между гофрами.

Сопротивление излому характеризует способность гофрокартона со­противляться разрушению в местах линий изгиба (рилевания). Опре­деляют числом двойных перегибов до разрушения по ГОСТ 1420-78.

294_____________________________________________________ Глава 8

Сопротивление разрыву определяют при растяжении на разрыв­ных машинах по ГОСТ 13525.1 -68. Сопротивление разрыву выражают величиной разрывного груза. В зависимости от продолжительности при­ложения нагрузки сопротивление разрыву может быть различным. При медленном приложении нагрузки показатель сопротивления разрыву будет меньше, чем при быстром. Предел прочности при растяжении определяют отношением

Р

<*р=У> (8.1)

где Р— средний разрывной груз, Н; Р — площадь поперечного сечения образца, мм².

Одновременно определяют относительное удлинение при разрыве, характеризующее растяжимость материала.

Сопротивление продавливанию определяют по ГОСТ 13525.8-68. Это важный показатель при выборе гофрокартона в процессе констру­ирования тары. Под закрепленный по контуру образец материала через резиновую диафрагму подают избыточное давление до момента разры­ва материала. Показатель продавливания определяют по значению из­быточного давления на манометре.

Сопротивление плоскостному сжатию — усилие, которое может выдержать гофрокартон в условиях равномерно распределенной по плоскости нагрузки до разрушения гофров (потери устойчивости гоф­ров). Показатель сопротивления плоскостному сжатию (Па) определя­ют по формуле

а_сж=-^, (8.2)

где Р — среднее значение критической нагрузки на образец, Н; 5 —

площадь образца, м².

Испытания обычно проводят на круглых образцах диаметром 90±0,5 мм.

Плоскостная жесткость волнистого слоя (Н), характеризующая его упругость, оказывает влияние на свойства гофрированного картона при его переработке (рилевании, разрезании, нанесении печати, просечки и т.п.), а также определяет жесткость гофрированного картона в изделии.

Кольцевую жесткость определяют по ГОСТ 10711-63 торцевым нагружением до разрушения свернутого в кольцо образца материала. Характеризует жесткость изготовленных из гофрокартона ящиков.

Торцевая жесткость или сопротивление торцевому сжатию оп­ределяется по прочности ящика на сжатие. Зависит от кольцевой жест­кости плоских и волнистых слоев в поперечном направлении полотна.

Конструирование тары из картона и гофрокартона 295

Испытания проводят по ГОСТ 20683-75 торцевым нагружением об­разцов размером 100x500 мм. Показатель сопротивления торцевому сжатию рассчитывают по формуле

^сж = у> (8.3)

где (2 "" разрушающая нагрузка, Н; / — длина образца, см.

Прочность склеивания слоев гофрированного картона — показа­тель качества его склеивания. Метод испытаний основан на установле­нии усилия отрыва плоского слоя от волнистого слоя. Величина проч­ности склеивания зависит от свойств клея, влажности и пористости скле­иваемых материалов, прочности их поверхности. Непрочное склеива­ние гофрокартона снижает его торцевую жесткость и сопротивление сжатию изготовленной из него тары.

Качество рилевания гофрированного картона зависит от техноло­гических факторов: влажности и температуры гофрокартона, вида и про­филя рилевочных муфт, степени их прижима и др. Для установления влияния этих факторов определяют прочность картона по линии риле­вания. Для этого на образцы картона наносят рилевку, после чего их испытывают на разрыв. Результаты сравнивают с показателями нери-леванного картона и устанавливают относительную потерю прочности от нанесенной рилевки. Рилевку осуществляют специальным лабора­торным прибором.