Технологическое оборудование для производства картонной и бумажной тары

1. Материалы для картонной и бумажной тары

Тара на основе бумаги и картона является наиболее экологически чи­стым современным видом упаковки и занимает во всем мире ведущее поло­жение (30-35 %) среди всех видов упаковки. В общемировом объеме произ­водства всех видов бумаги и картона на долю тароупаковочных приходится свыше 40 %.

Анализ рынка бумаги и картона показывает, что в последнее время наи­более массовыми видами продукции, производство которых непрерывно расширяется во всем мире, являются бумага для печати и тароупаковочные виды бумаги и картона. Особенно быстро растет потребление мелованной бумаги, картона и, в частности, гофрокартона. В последнее время в мире производится около 360 млн т. бумаги и картона. Из них 43 % - 155 млн т. приходится на тароупаковочные виды. В этом объеме производство гофро­картона составляет 71 %.

Для настоящего времени в технологии тароупаковочных видов бумаги и картона характерны следующие тенденции:

- использование большого количества вторичного волокна;

- использование механической (древесной) массы;

- производство бумаги и картона в нейтральной и щелочной среде;

- увеличение потребления карбоната кальция;

- высокие скорости производства (БДМ и КДМ);

- обеспечение высокого качества материала при низкой себестоимости.

Российский рынок бумаги и картона динамично развивается. Темпы ро­ста объемов потребления целлюлозно-бумажной продукции на российском рынке значительно превышают среднемировые и составляют около 6 % в год. Прогноз прироста емкости рынка в России показывает, что наиболее перспективными видами продукции являются легкая мелованная бумага (LWC) и мелованная бумага средней массы (MWC) для печати, а также ме­лованный коробочный картон и гофрокартон. Значительным спросом поль­зуются тароупаковочные виды бумаги и картона с барьерными полимерны­ми покрытиями и гофрокартон, изготовленный с использованием лайнера мелованного и с барьерными покрытиями.

1.1. Картон коробочный

Картон коробочный - это тарный картон, предназначенный для изготов­ления потребительской и транспортной тары. Вырабатывается коробочный картон пяти марок: А, Б, В, Г и Д. Марки А и Б, в основном, предназначены для производства потребительской тары. Более низкие марки этого картона (В, Г и Д) могут применяться для производства картонных барабанов, а так­же для изготовления прокладок и решеток в картонные ящики, особенно при упаковке мелких изделий. Толщина картона от 0,3 до 3,0 мм. Картон изготавливается из беленой или небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, иногда - с покровным слоем из беленой целлюлозы. Сплошной картон толщиной до 0,9 мм может поставляться в рулонах, бобинах и ли­стах; толщиной свыше 0,9 мм - в листах. Нормируются показатели жестко­сти картона при статическом изгибе, сопротивлению расслаиванию, влаж­ности.

Коробочный картон из беленой целлюлозы (картон хромовый) -

мелованный и немелованный, самый высококачественный и дорогой из всех видов картона для складных коробок.

Картон средней плотности с отличными печатными свойствами и в то же время соответствующий самым высоким требованиям как упаковочный ма­териал. Картон легко подвергается высечке, биговке, тиснению, что позво­ляет конструировать из него разнообразную упаковку. Имеет возможность подвергаться дальнейшей переработке - кашированию, дублированию, по­крытию различными барьерными материалами, что позволяет значительно расширить спектр его применения в качестве упаковочного материала. Благодаря чистоте и гигиеничности материалов, из которых он изготавли­вается, такой картон незаменим при производстве упаковки для продуктов, чувствительных к изменению запаха и вкуса.

Возможны варианты структуры чисто целлюлозного «хромого» картона. Так, картон для полиграфического использования имеет структуру:

Картон для изготовления упаковки парфюмерии, косметики, шоколада, лекарственных средств и т.п. изделий имеет структуру:

Мелованное покрытие верхней стороны Картон - основа Поверхностная проклейка нижней стороны

Коробочный картон из беленой целлюлозы и древесной массы (хром- эрзац), полученный в результате введения в композицию хромового картона древесной массы в целях снижения его себестоимости. Используется как упаковочный материал разнообразного применения. Содержание древес­ной массы может составлять от 30 до 80 %. Древесная масса придает карто­ну дополнительную пухлость, что, в свою очередь, обеспечивает высокий показатель жесткости - важнейший из показателей картона как упаковочно­го материала.

Картон имеет хорошую способность к высеканию и бигованию, легко подвергается тиснению и устойчив при различных процессах отделки - кашировании, дублировании, нанесении различных барьерных покрытий. Варианты структуры картона отличаются в зависимости от области при­менения.

Картон, мелованный с двух сторон, применяется для упаковки, которая требует нанесения печати с двух сторон (например, для блистерной упа­ковки), а также для полиграфических изделий. Он имеет структуру:

Мелованное покрытие верхней стороны

_________ Беленая целлюлоза________

_______ Белая древесная масса______

_________ Беленая целлюлоза________

Мелованное покрытие нижней стороны

Картон, мелованный с одной стороны, используется чаще всего как упа­ковочный материал для продуктов питания:

Коробочный картон из 100 %-ной небеленой целлюлозы первоначаль­но широко применялся для групповой упаковки различных напитков, благо­даря высокой прочности небеленого волокна и хорошим печатным свой­ствам. Кроме своего начального предназначения картон используется и как групповая упаковка для пищевых продуктов. Типичная структура такого картона:

Мелованное покрытие верхней стороны или беленая целл. ____________ Небеленая целлюлоза________

Иногда для верхнего слоя картона - основы используют беленую целлю­лозу.

Коробочный картон из беленой целлюлозы, древесной массы и маку­латуры при сравнимых основных потребительских свойствах более деше­вый, чем картон хром-эрзац - самый массовый вид коробочного картона. В последние двадцать лет коробочный картон из макулатуры с небольшой до­бавкой небеленой целлюлозы изменил ситуацию на рынке и вышел на пер­вое место по потреблению. В России этот вид картона также называется хром-эрзац.

Структура коробочного картона, производимого с применением макула­туры, может быть различной в зависимости от конструкции КДМ (числа применяемых формующих устройств, чаще всего вакуум-формующих ци­линдров) и доступных полуфабрикатов. Например:

_________ Мелованное покрытие верхней стороны

_____________ Чисто целлюлозная макулатура

________________ Картонная макулатура______

_________________ Бытовая макулатура_______

или:

Показатели качества макулатурного коробочного картона, как правило, ниже чем картона, изготовленного из целлюлозы и древесной массы. Одна­ко совершенствование технологии, применение для верхнего, определяюще­го печатные свойства картона слоя, свежих полуфабрикатов и многослойно­го мелования, позволило добиться значительного улучшения качества маку­латурного картона и расширения сферы его применения.

Многослойная структура коробочного картона часто приводит к тому, что листы картона загибаются (скручиваются) при хранении. Поэтому для листового коробочного картона большое значение имеет показатель скручи- ваемости.

В России картон хромовый, картон хром-эрзац и собственно коробочный картон изготавливается в соответствии с ГОСТ 7933-89 «Картон для потре­бительской тары. Общие технические условия».

1.2. Картон тарный сплошной склеенный

Данный вид картона представляет собой многослойный материал, состо­ящий из двух или более плоских слоев картона, склеенных между собой. В основном этот картон применяется для изготовления ящичной тары, реше­ток и перегородок. Ящики из него используют для упаковки продукции раз­личных отраслей промышленности: пищевой, электротехнической, меди­цинской и др. Картон тарный плоский склеенный по ГОСТ 9421-80 выраба­тывается семи марок: КС, КС-1, КС-2, КС-3, КСВ, КСВ-1, КСВ-2 и постав­ляется в виде листов.

Картон тарный сплошной склеенный вырабатывается путем склеивания слоев картона-основы на склеивающей машине, состоящей из размоточных устройств, клеенаносящих валов, склеивающих прессов, раскройного узла и сушильного устройства. В качестве склеивающего материала используют силикатный клей (жидкое стекло), крахмал, ПВА-дисперсию и др. Масса 1 м² клеевой пленки составляет от 30 до 80 г. Показатели качества некоторых марок склеенного картона приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Показатели качества склеенного картона

Для наружных слоев картона марок КС и КС-1 применяется картон-осно­ва с поверхностным слоем из небеленой сульфатной хвойной целлюлозы, проклеенной в массе. Картон для внутренних слоев получают из 100 %-ной макулатурной массы или с добавкой до 45 % либо химико-меха­нической древесной массы, либо целлюлозы высокого выхода. Влажность картона при склейке должна составлять 5-8 %. При более высокой влажно­сти процесс склейки замедляется, а при низкой или неравномерной влажно­сти по ширине происходит коробление склеенного картона.

Число слоев определяется требованиями к ящикам и качественными ха­рактеристиками картона-основы. Склеивание производится на клеильной машине водостойким клеем.

1.3. Бумага и картон с полимерным покрытием

Тароупаковочные виды бумаги и картона с полимерным покрытием представляют собой целлюлозные композиционные материалы (ЦКМ), со­стоящие из основы - бумаги или картона с покрытиями из синтетических полимеров. Эти ЦКМ применяют для упаковки и сохранения пищевых продуктов, технических изделий, различных химических, лекарственных и т.п. веществ.

1.3.1. Бумага и картон с покрытием на основе термопластичных

полимеров

ЦКМ с полиэтиленовым покрытием обладает водонепроницаемостью, морозостойкостью, химической стойкостью и поэтому широко применяется для упаковки жидких, пастообразных, сыпучих, замороженных и других продуктов. Обладает хорошими печатными свойствами и способностью к термосварке, что позволяет использовать его для автоматизированной упа­ковки.

ЦКМ с полипропиленовым покрытием обладает устойчивостью к жи­рам и маслам и поэтому применяется для изготовления упаковки жиросо- держащих пищевых продуктов. Высокая термостойкость полипропилена позволяет применять этот ЦКМ при изготовлении упаковки для медика­ментов, подвергающихся стерилизации, а также упаковки продуктов, под­вергающихся обработке в микроволновых печах.

ЦКМ с комбинированным полимерным покрытием используют для упаковки жиросодержащих пищевых концентратов, пряностей, кофе.

ЦКМ с покрытием на основе полиэфиров выдерживает высокотемпера­турный нагрев. Используют такие материалы, например, при производстве подносов для приготовления выпечки.

Картон с одно- или двусторонним покрытием на основе термопла­стичных полимеров используется для упаковки молока и других жидких продуктов. В качестве основы используется плоский одно- , двух- или трех­слойный склеенный картон на основе беленой или небеленой сульфатной целлюлозы массой 1 м² от 150 до 500 г, в зависимости от области примене­ния.

Бумага и картон с соэкструдированным покрытием из термопло- стичных полимеров представляет собой ЦКМ, состоящий из бумаги или картона и многослойного покрытия. Покрытия из различных термопластич­ных полимеров последовательно наносятся на основу экструдерно-ламина- торным методом. Получается ЦКМ с комплексом свойств.

Покрытия из термопластичных полимеров наносят экструзионным мето­дом на экструдерно-ламинаторной установке. На современных предприяти­ях на одной установке имеется несколько экструдеров для последовательно­го нанесения нескольких слоев полимеров.

1.3.2. Бумага и картон с покрытием на основе латексов и дисперсий

Бумага и картон с покрытием на основе латексов и дисперсий характери­зуется низкой проницаемостью водяных паров, газов, ароматических ве­ществ, высокой жиростойкостью, хорошими печатными свойствами. Такой материал предназначен для упаковки пищевых продуктов ( содержащих жиры, ароматические вещества), гигроскопических продуктов, медикамен­тов в ампулах, перевязочных средств. Использование в покровных компози­циях латексов на основе термопластичных полимеров с низкой температу­рой плавления позволяет получить термосвариваемый материал.

Наносят покрытие на специальных установках, где в качестве наносяще­го устройства чаще всего используют валиковые системы.

Бумага и картон с покрытием из латекса и дисперсий легко подвергают­ся вторичной переработке по обычной схеме для переработки макулатуры, а также могут быть утилизированы путем сжигания или компостирования.

1.3.3. Парафинированная бумага

Бумага, пропитанная или покрытая парафином, модифицированным па­рафином или их смесью, а также смесью парафинов с термопластичными полимерами, называется парафинированной. Основная цель парафинирова- ния - повышение барьерных свойств: паро-, водо-, газонепроницаемости бу­маги за счет заполнения капиллярно-пористой структуры бумаги. Более вы­сокие барьерные свойства и глянцевая поверхность обеспечиваются нанесе­нием покрытия на бумагу. Используется парафинированная бумага для упа­ковки продуктов, кондитерских изделий, парфюмерии, фармацевтических изделий.

При выборе бумаги-основы для парафинирования (ГОСТ 16711-84) осо­бое внимание уделяется прочностным свойствам, так как парафинированная бумага должна выдерживать значительные нагрузки при автоматизирован­ной упаковке. Оптимальная плотность бумаги-основы для парафинирования должна составлять 0,5-0,65 г/см³, а масса 1 м² 25-35 г. По виду наносимого покрытия парфинированная бумага подразделяется на три категории: со 100% -ным рафинированным парафином, с модифицированным парафином, с различными добавками на основе термопластичных полимеров. В послед­нем случае бумага приобретает способность свариваться при температуре 80 ⁰С и небольшом давлении.

Парафинирование бумаги в основном осуществляется из горячих рас­плавов, содержащих наряду с основными компонентами специальные тех­нологические добавки. Разработано два способа обработки бумаги горячими расплавами: в режиме пропитки и в режиме покрытия. Они различаются конструкцией устройств и температурой расплава.

В режиме пропитки температура расплава выше 150 ⁰С , парафин свобод­но впитывается в капиллярно-пористую структуру проходящей через ванну бумаги-основы и равномерно распределяется по толщине, не образуя защит­ную пленку.

В режиме покрытия на поверхности бумаги-основы образуется эластич­ная пленка. Температура расплава поддерживается в пределах от 125 до 150⁰С. Масса покрытия составляет 20-23 г/м².

Двустороннее покрытие получают пропусканием бумаги через пропиточ­ную ванну. Бумажное полотно с размоточного устройства поступает в ван­ну, где при помощи валиков его погружают в расплав. Затем полотно с на­несенным слоем парафина проходит между двумя отжимными валиками, снимающими излишки состава. Далее оно подается на выравнивающие ва­лики, которые делают покрытие более равномерным и гладким благодаря высокой скорости их вращения. Для того чтобы слой парафина хорошо за­стыл, бумагу пропускают через ванну с холодной водой и холодильные ци­линдры. После этого ее направляют на накат.

1.3.4. Силиконизированная бумага

Силиконизированная (антиадгезионная) бумага представляет собой ЦКМ с одно- или двусторонним покрытием на основе кремнийорганического по­лимера (силикона). Силиконизированная бумага используется в качестве за­щитной бумаги для липких этикеток, лейкопластыря, для упаковки липких материалов, таких как каучук, асфальт, битум. Она применяется в произ­водстве липких обоев, клеевых лент, а также для упаковки продуктов пита­ния. Масса силиконового покрытия составляет 3-8 г/м², включая грунтовоч­ный слой.

Эффективность силиконовой обработки бумаги повышается в процессе отлежки в течение трех дней после изготовления.

1.3.5. Многослойные упаковочные ЦКМ (ламинаты)

Ламинаты представляют собой многослойные материалы, состоящие из одного или нескольких слоев бумаги или картона, нескольких слоев синте­тических полимеров (полиэтилена, микровоска), фольги. Все эти слои со­единены в многослойный материал методом ламинирования (каширования).

В зависимости от назначения производятся комбинированные материа­лы, например:

- бумага-адгезив-фольга (паро-, водо-, ароматонепроницаемый мате­риал), используется для упаковки масла, пищевых жиров и чая;

- фольга-адгезив-бумага-полиэтилен (бумага с одной стороны склеен­ная с фольгой и ламинированная полиэтиленом) используется для ав­томатизированной упаковки, стерилизации и длительного хранения пищевых продуктов.

Широкое применение получили ламинаты на основе картона. Эти мате­риалы используются для производства упаковки (типа тетра-пак, пюр-пак, комби-блок, квадро-блок) жидких продуктов (например, соков, молока, су­пов и соусов), которые подлежат длительному хранению.

2.1.1. Резание

Известно два принципа осуществления этого способа в резательных ма­шинах:

- резание по принципу ножа;

- резание по принципу ножниц.

При резании по принципу ножа один нож (лезвие) работает против непо­движного основания. При резании по принципу ножниц два ножевых лезвия работают друг против друга. Ножевые лезвия имеют форму плоских пла­стин или окружностей (рис. 2.1).

На рисунке рассматриваются четыре вида ножевого резания:

- резание ножевое плоским лезвием (а);

- резание ножевое круглым лезвием (б);

- резание по принципу ножниц плоскими лезвиями (в);

- резание по принципу ножниц круглыми лезвиями (г).

Рассмотрим эти виды резания подробнее.

Резание ножевое плоским лезвием

Плоское лезвие, двигаясь вниз, разрезает бумагу или картон и в своем нижнем положении врезается в подложку (марзан), закрепленную в пазу основания (рис.2.2). Марзан изготавливается из твердых пород древесины, капрона или специальных материалов. Разрезаемый материал разделяется под действием клина ножа и усилия, создаваемого им в плоскости резания. Требуемое усилие резания зависит от высоты и ширины стопы (длины резания), сорта бумаги или картона и угла заточки ножа.

Режущую часть ножа изготавливают из износостойкой хромованадиевой стали. Угол заточки ножа составляет обычно 19-22⁰ . Уменьшение угла за­точки позволяет снизить усилие резания, но кромка лезвия быстрее затупля­ется или выкрашивается. Увеличение угла заточки ведет к повышению уси­лия резания. Соответственно для резания мягких материалов применяют лезвия с меньшим углом заточки, а для резания твердых - с большим.

При оптимизации геометрии ножей и оценке характера резания рассмат­ривают следующие углы (рис. 2.3): а -передний угол; в - угол заточки; Y - угол резания;

5 - угол наклона между ножами или угол наклона между ножом и гори­зонталью.

При резании бумаги и картона плоский нож бумагорезательной машины может совершать либо вертикально - параллельное, либо сложное (сабель­ное) движение. Первый вид движения характеризуется тем, что режущий нож перемещается вертикально сверху вниз. При соприкосновении лезвия ножа с материалом происходит удар, в результате которого материал про­гибается, а усилие резания в начале и конце процесса будет максимальным. Указанные причины объясняют редкое применение этого вида движения ножа в современных бумагорезательных машинах. Его применяют при фа­сонном резании бумаги и картона в виде отдельных листов или для особо упругих или твердых материалов.

При сложном (сабельном) движении нож в начале процесса занимает на­клонное положение по отношению к горизонтальной плоскости основания. Затем при движении вниз нож, постепенно врезаясь в материал, уменьшает угол наклона и только в конце хода занимает горизонтальное положение. Угол наклона ножа в начале процесса составляет 1 - 4⁰. Преимущества тако­го движения ножа - плавное врезание в материал, меньшее усилие резания, точный и чистый рез.

Сабельное движение ножа повсеместно применяется при резке стоп бу­маги во всех современных конструкциях бумагорезательных машин. Для предохранения стопы бумаги от изгиба и смещения ее в момент резания ис­пользуют прижимную балку. Сила давления прижимной балки зависит от величины усилия резания, высоты стопы, её плотности и требований к резу.

Резание ножевое круглым лезвием

Данное резание осуществляют вращающимся клинообразно заточенным дисковым вращающимся ножом на специальном подкладочном валу (рис. 2.4.).

Дисковый нож приводится во вращение от нижнего подкладочного вала за счет трения между ножом и движущимся разрезаемым полотном. Радиус дискового ножа зависит от толщины разрезаемого материала и угла уста­новки ножа относительно плоскости материала. Этот угол не превышает 15⁰. Такое резание используют в основном для однослойного материала, а также в некоторых типах продольно-резательных станков.

Резание по принципу ножниц плоскими лезвиями.

Данный вид резания осуществляется двумя плоскими лезвиями, движу­щимися навстречу друг другу (ножницы), или путем взаимодействия по­движного и неподвижного ножа (рис. 2.5).

Прочность среза равна сопротивлению материала срезу. Оно определяет­ся из уравнения

т = Р/F, Па,

где т - сопротивление срезу; Р - сила резания, Н; F - площадь сечения ма-

₂

териала, м² .

Сопротивление срезу в реальных условиях является сложной функцией от прочности материала при растяжении, продавливании и изгибе. Поэтому для его оценки используют следующие эмпирические зависимости:

т = BCi/S или т = С2Н, где В - абсолютное сопротивление продавливанию, Н; Ci и С2 - коэффициен ты; S - толщина материала, м; Н - твердость материала, Па.

Значения коэффициентов, используемых при расчетах, зависят от вида и состояния разрезаемого материала и равны: Ci = 15-30; С2 = 1,0-1,5.

При резании пачки листов по принципу ножниц сопротивление срезу бу­дет изменяться соответственно числу одновременно разрезаемых листов и убывать приблизительно в отношении 1/n. Известное сопротивление для од­ного листа не может быть применено для определения усилия резания при одновременной резке нескольких листов (пачки).

Разрезаемый плоский материал под воздействием ножей подвергается смятию. Чем глубже внедрение ножей, тем больше будет площадь контакта между лезвиями и материалом. Это вызывает отклонение усилия резания от плоскости между воздействующими лезвиями, и, как следствие, появление вращающего момента, который ведет к опрокидыванию материала. В ре­зультате возникает сила P_S , отталкивающая нож.

Опрокидывание может быть уменьшено применением специальной при­жимной или прессовой балки. Другой путь - уменьшение угла заточки лез­вия ножей. При этом уменьшается площадь контакта между ножами и ма­териалом, в результате чего усилия резания от ножей сдвигаются к плоско­сти между воздействующими лезвиями. Однако износ лезвий ножей при этом увеличивается.

Если производится резание одновременно на всю ширину разрезаемого материала, то понадобится наибольшее усилие резания Р, которое вычисля­ется по формуле

Р = LST, Н.

Совершаемая при этом работа будет равна

А = PS, Дж,

где L - длина разрезаемого материала, м.

Так как количество работы, совершаемой при резании, неизменно, то, удлиняя путь резания, можно уменьшить необходимую силу резания. Удли­нить путь можно за счет установки ножей под углом к плоскости материала. Тогда работа будет равна

А = (L tg 5 + S),

где 5 - угол наклона между ножами.

Приравнивая выражения работы в предыдущих формулах, найдем урав­нение для соответствующей силы резания

Рр = LS²t / (L tg 5 + S).

Когда L >> S, можно в знаменателе пренебречь S, и уравнение примет вид

Рр = S²t / tg 5.

Этого уравнения достаточно для практических расчетов. Угол 5 нельзя вы­бирать любым, так как с ростом угла будет возрастать боковая сила, сдвига­ющая материал. Обычно его значение выбирают в пределах 10-20⁰.

Резание по принципу ножниц круглыми лезвиями

Вращательное движение дисков ножей обеспечивает одновременное раз­резание и перемещение разрезаемого материала (рис. 2.6). В связи с тем, что происходит непрерывная подача материала, сила трения между ножами и материалом будет больше, чем при резании плоскими лезвиями. С увели­чением силы трения лучшему протаскиванию полотна через ножевые диски способствует установка дополнительных транспортирующих валов, кото­рые одновременно сокращают опасность коробления полотна при резании и улучшают качество реза.

Угол наклона между режущими кромками ножей 5 должен предотвра­щать возможность бокового смещения полотна и обеспечить надежный за­хват его. Большое значение в процессе резания имеет размер перекрытия ножей h. Регулируя этот размер, можно создать наиболее благоприятные условия резания.

Для этого вида резания используют в основном чашечные (тарельчатые) ножи. Рабочие углы лезвий выбирают с учётом качества разрезаемого мате­риала и прочностных свойств лезвий. В зависимости от стойкости стали угол резания стараются выбрать возможно большим (близким к 87⁰). Для уменьшения силы трения передний угол лучше поддерживать около 5⁰ . При переднем угле свыше 5⁰ возникает повышенный износ лезвий или выкраши­вание их кромки.

Постоянное внимание следует уделять своевременной заточке, так как кроме вращательного движения ножи могут также соударяться боковыми поверхностями и затупляться раньше срока.

Вращающиеся круглые ножи, работающие по принципу ножниц, находят широкое применение в машинах для резания бумаги на продольно-реза­тельных станках.

Резание рубкой

Этот особый вид разделения осуществляется путем ударного воздействия ножа. Такой вид резания применяется при изготовлении мягкой упаковки из бумаги (бумажных мешков, пакетов, кульков и т.п.). Процесс рубки полотна бумаги проходит между зубчатым и гладким ножами, смещенными друг от­носительно друга на небольшое расстояние. В результате получается волни­стый или зубчатый обрез полотна.

2.1.2. Штанцевание (высекание)

Понятие «штанцевание, или высечка» определяется в различных отрас­лях промышленности по-разному. В машиностроении, например, под штан- цеванием (высечкой или штампованием) в широком смысле подразумевают формообразование с помощью штампующего оборудования.

В переработке бумаги и картона под штанцеванием прежде всего пони­мают процесс высечки с помощью инструмента плоского закроя (заготовки) определенной конфигурации. Кроме того, штанцевание может сопрово­ждаться подрезкой, рилеванием, перфорацией или тиснением с помощью особых инструментов (смотри след.разделы). Если в процессе резания по­лотна разделение материала происходит только прямолинейно (в случае продольного или поперечного резания), то при штанцевании мы получаем, как правило, ломаные криволинейные замкнутые контуры закроя.

Рабочий процесс штанцевания может быть периодическим, если высека­ние производится путем прямолинейного или поворотного движения и не­прерывного вращательного движения (ротационная высечка). Периодиче­ский процесс более распространен, так как подготовка и изготовление рабо­чего инструмента проще и экономичнее. Ротационная высечка, несмотря на высокую производительность, менее распространена из-за сложности изго­товления и эксплуатации рабочего инструмента.

По способу выполнения рабочего процесса штанцевания различают: вы­секание по принципу ножниц и высекание по принципу ножа. В первом слу­чае работают верхний и нижний инструменты, во втором - инструмент ра­ботает против подкладки.

Высекание по принципу ножниц

При самых неблагоприятных условиях необходимая сила резания при высекании будет равна, Н:

Р = LST ,

где L - рабочая длина режущей грани, м; S - толщина материала, м; т - прочность материала на срез, Па.

Улучшение условий резания возможно за счет повышения качества за­точки инструмента и правильной его установки. Это позволяет уменьшить режущую силу.

Р = QLST ,

где а - коэффициент, учитывающий благоприятные для высечки факторы: косая заточка режущей кромки, косая установка и качественная подготовка инструмента (а<1).

Тупая режущая кромка ножа требует, как минимум, троекратного уси­лия резания.

При определении величины работы высекания обычно учитывают не полную толщину материала S, так как при определенной глубине внедрения

инструмента в материал происходит самопроизвольное опережающее разде­ление его. Это учитывается коэффициентом (фактором) среза b - 0,75. Работа А, необходимая для высекания, вычисляется по формуле:

A = bPS, Дж.

При косой заточке режущего штампа вместо S в формулу подставляют W- путь движения инструмента и соответствующую силу резания Р_х . Так как работа резания величина постоянная, то при увеличении пути снижается сила резания.

Средняя скорость резания г вычисляется исходя из высоты подъема штампа h и числа его ходов n:

Г = 2hn, м/мин.

Фактически, скорость должна быть в пределах 1,2 - 4,0 м/мин в зависи­мости от твердости материала (чем выше твердость - тем меньше скорость). Потребная мощность высекательной машины определяется по формуле:

N = ЬРг /( 60ц), Вт,

где b = 0,6 - 0,8; ц - коэффициент полезного действия установки (ц = 0,6 - 0,8).

Режущий инструмент состоит из штампа (пуансона) и режущей плиты (матрицы), как это имеет место в конструкциях прессов для переработки ме­таллов. Конструкции штампов бывают ненаправляемые (свободное резание) для высечки круглых и простых геометрических контуров закроя, и направ­ляемые посредством каких-либо приспособлений, гарантирующих высокую точность высечки (рис. 2.7).

По способу выполнения рабочих операций штанцевание разделяют на:

- простое резание, когда за один ход машины одновременно осуществляется только один высекательный процесс;

- последовательное резание, при котором происходят две или более высека- тельные операции последовательно друг за другом. После каждого хода ма­шины полотно материала протаскивается и подвергается следующей высеч­ке. Обычно на транспортируемом полотне вначале просекаются пазы (от­верстия), а затем уже все контуры;

- комплексное резание, при котором производится одновременная высечка различных контуров закроя.

Высекание по принципу ножевого резания

При таком способе высекания инструмент проще в изготовлении, надеж­нее в работе и экономичнее, чем инструменты, работающие по принципу ножниц. Штанцевание по принципу ножевого резания описывается теми же закономерностями, что и при обычном резании.

На величину силы резания, возникающую при параллельном вертикаль­ном резании, влияют форма и размеры высекаемых закроек, а также число листов, расположенных друг над другом. От этих факторов зависит сила трения, которую нужно преодолеть при резании.

Процесс высекания закроя осуществляется с помощью высекального инструмента на специальной подкладке (рис. 2.8).

В качестве подкладки применяют высекальные торцевые доски из твердых пород древесины (кубики ясеня, белого или красного бука) , плиты из мягкого металла (свинец, медь, гарт или латунь), а также пластмассовые плиты. По мере износа торцевой доски ее можно восстанавливать строгани­ем. После восстановления необходимо проверить параллельность верхней и нижней поверхности.

Высекальные ножи (высекальные «формы» или «высечки») изготавлива­ются из закаленной или инструментальной стали. Контур высекального ножа может иметь различные формы от простейших круглых до весьма сложных конфигураций.

2.1.3. Пиление

Пиление как способ переработки разделением применяется реже других. Его используют, например, при резании гофрированного картона для изго­товления амортизаторов, ячеистого картона, заготовок гильз для намотки бумаги и картона, туалетной бумаги на рулончики и так далее.

Для пиления в качестве инструмента применяют дисковые или ленточ­ные пилы. Качество резания зависит от шага зубьев пилы, их размеров и остроты, а также скорости подачи пилы или материала. Обязательно следу­ет предусматривать устройство для непрерывного удаления картонно- бумажных опилок из зоны пиления.

2. Механические способы переработки бумаги и картона

На перерабатывающих предприятиях механическими и физико-механиче­скими способами производят широкий ассортимент продукции для упаков­ки различных материалов и изделий. К ним относятся пакеты, мешки, складные заготовки, коробки, ящики и другие виды упаковки из различных видов бумаги и картона. Кроме того, к механическим способам переработки следует отнести производство гофрированного картона и бумажного литья.

Под механическими способами подразумевают комплекс процессов, свя­занных с технологическим потоком изготовления упаковочных изделий. При этом элементарный (единичный) процесс является, как правило, ре­зультатом взаимодействия между рабочим органом (инструментом) и пере­рабатываемым материалом (бумагой или картоном). Благодаря этому взаи­модействию, достигается определенный результат, зависящий от различных технико-технологических параметров процесса, таких как последователь­ность отдельных операций, вид инструмента, скорость и условия воздей­ствия, свойства материала и другие.

В пособии рассматриваются следующие способы переработки бумаги и картона: разделение, формование, соединение и облагораживание. Первые три способа переработки относят к группе формообразующих, в то время как последние - включают группу физико-механических методов обра­ботки, изменяющих качественные характеристики поверхности плоских ма­териалов или изделий.

2.1. Разделение

К разделению относят способы переработки бумаги и картона, обеспечи­вающие придание листовому или рулонному материалу определенной фор­мы и размеров плоской конфигурации или закроя (выкройки будущего из­делия). К этим способам относят: - резание (в том числе резание рубкой);

- штанцевание (высечку);

- пиление.

2.2. Формование

Рабочие процессы этого способа служат для формообразования будущих изделий. Под формообразованием подразумевается изменение формы мате­риала. Рабочие способы формования можно подразделить на три группы: подготовительные, первичные формующие и вторичные формующие.

2.2.1. Подготовительные способы формования

Подготовительные способы формования в целом служат для подготовки мест сгиба, разделения или соединения и широко распространены для пере­работки бумаги и картона. Они оказывают существенное влияние на каче­ство результатов дальнейших способов переработки.

Подготовка мест сгиба включает рицовку (надрезание), шлицевание, перфорирование, рилевание. Подготовка мест разделения включает перфо­рирование. Подготовка мест соединения включает скашивание и перфори­рование.

Кроме подготовки указанных мест эта группа способов позволяет: сни­зить напряжение изгиба и растяжения при сгибании, уменьшить прочность на разрыв и прорыв в местах будущего разделения, снизить упругие силы материала в местах соединения, а также улучшить восприимчивость мате­риала к связующим веществам.

Рицовка (надрезание)

При рицовке материал надрезают с одной стороны таким образом, чтобы при складывании лист картона получал четкий и точно выраженный сгиб, но не терял достаточную прочность. Материал надрезают в месте будущего сгиба на 50-60 % его толщины. Размер припуска закроя для одного сгиба со­ставляет 0,25 толщины картона.

Рицовка может производиться плоским или круглым режущим инстру­ментом. Лезвие дискового ножа ротационной рицовки режет картон по пря­мой линии, причем глубина надреза зависит от расстояния между дисковым ножом и нижним («чертильным») валиком, которое регулируется с помо­щью специального установочного винта надрезного аппарата.

Шлицевание

Этот способ подготовки мест сгибов заключается в том, что на месте бу­дущего сгиба снимается слой материала и тем самым снижается максималь­ное изгибающее усилие в этом месте. Применяется такой способ достаточно редко и, в основном, для толстых картонов, так как в местах шлицев замет­но снижается прочность материала.

Для шлицевания применяют два способа: треугольное и прямоугольное. При треугольном способе - шлицевание производится дисковыми ножами, угол установки между которыми равен 90⁰, при прямоугольном - паз вы­резается с помощью двух параллельно установленных дисковых ножей и расположенного между ними ножа - стружкоснимателя.

Перфорирование

Этот способ подготовки мест сгиба или разделения путем высекания от­верстий или шлицев, расположенных в один ряд. Осуществляется на аппа­ратах периодического и непрерывного действия типа высекальных аппара­тов с помощью перфорирующих ножей.

Рилевание

Рилевание служит для подготовки мест сгиба и заключается в формова­нии канавки в картоне, облегчающей сгибание и складывание его по опреде­ленной прямой линии без разрушения целостности.

Наряду с термином «рилёвка» иногда используют термин «биговка». В литературе эти термины не имеют строгого разграничения. Однако при фор­мовании тонких материалов чаще используют термин «биговка», а при об­работке толстых (в том числе гофрированного картона) - термин «рилевка». Кроме того, термин «биговка» имеет более широкий смысл, так как включа­ет группу некоторых первичных способов формования (см.п. 2.2.2).

В процессе рилевания на верхней поверхности заготовки образуется ка­навка (биг), а на обратной стороне - выпуклость. Выпуклость при образова­нии и сгибе вызывает растяжение слоёв материала, которые должны обла­дать соответствующей прочностью на разрыв. Со стороны канавки слои картона сжимаются, вызывая местное расслаивание. Расслаивание при скла­дывании заготовки приводит к образованию по линии сгиба валика (утолщения), который ведет себя подобно шарниру. Важно, чтобы образо­вавшееся утолщение не разрывалось и не деформировалось, в связи с чем эти слои картона также должны обладать повышенной прочностью.

Рилевочные инструменты, в отличие от режущих, наносят линии сгиба тупой кромкой. Канавки линий сгиба могут быть выполнены как непрерыв­но работающим инструментом, так и периодически. К периодическому способу относят рилевку ножом (рабочей линейкой) против подкладки с па­зом или без него (рис. 2.9). К непрерывному способу относят рилевку вра­щающимся роликом на вращающемся валу с пазом или без него (рис. 2.10).

Размеры рилевочных канавок (ширина и глубина) зависят от типа исполь­зуемого картона, его прочностных характеристик, размеров рилевочного инструмента и перепада высот между рилевочным инструментом и высту­пами матрицы (см. также п.3.3).

Скашивание (подрезка)

Подрезание кромки материала под определенным углом называется ска­шиванием. Оно применяется для подготовки мест соединения (склеивания), например при изготовлении круглых ёмкостей и гильз. Скашивание осуще­ствляют резанием плоским или вращающимся ножами, установленными под определённым углом к плоскости материала. Кроме того, при изготов­лении навивных гильз иногда используют инструменты для шлифования (шлифовальный круг).

2.2.2. Первичные способы формования

Первичными способами осуществляется создание пространственных форм, обычно после ранее выполненных операций переработки материала. К ним относят: вытяжку (высадку), тиснение, навивку и биговку.

Вытяжка (высадка)

Под вытяжкой понимают формование из плоского закроя объёмного тела. Изделия, полученные этим способом, могут быть круглой, овальной или гранёной формы со скруглёнными углами. Это коробки, тарелки и дру­гие ёмкости. Данный способ осуществляют воздействием на заготовку спе­циального штампа и матрицы. Картоны, используемые для вытяжки, долж­ны обладать способностью к уплотнению, изгибу и надёжному сохранению формы изделия при эксплуатации.

Тиснение

Тиснением называется такой способ обработки подготовленного мате­риала, при котором его поверхность становится рельефной или из плоского листа формуется объёмное тело. Тиснению подвергают обложки книг, обои, декоративные и другие изделия. В отличие от вытяжки при тиснении не об­разуется складок или изгибов, а происходит процесс охватывания формы инструмента материалом.

По способу реализации тиснение подразделяют на периодическое - сплошное, одностороннее, объёмное (рис. 2.11) и непрерывное - тиснение сплошного рисунка на тиснильном каландре (рис. 2.12).

Навивка

В процессе навивки плоский материал посредством склейки нескольких слоёв на специальной оправке (дорне) формируется в объёмный цилиндр или конус. Навивку применяют для изготовления текстильных гильз-тру­бок, гильз для намотки рулонов бумаги и картона, цилиндров и конусов ёмкостей, а также для других целей. В зависимости от расположения бу­
мажного листа относительно оси оправки различают параллельную, перпен­дикулярную и спиральную навивки. При спиральной навивке, в отличие от других видов навивок, возможно получение трубчатых заготовок любой длины.

Биговка

Под биговкой подразумевают формирование мест сгиба давлением или группу рабочих способов, при которых происходит остроугольное или дуго­образное изменение направления линии поперечного сечения листа бумаги или картона.

Эти способы формования (рис. 2.13) включают: складывание - сгибание материала в подготовленном или неподготовлен­ном месте сгиба под небольшим давлением;

фальцевание - сгибание материала под острым углом на неподготовленном месте под давлением, при котором упругое восстановление согнутого мате­риала практически не происходит;

плиссирование - это последовательный ряд сфальцованных остроугольных изгибов материала (ряд параллельных складок материала в виде гармошки); вальцевание - дугообразный изгиб материала между вальцующими валами; рифление - это последовательный ряд жёстких дугообразных мест изгибов материала в виде волны.

2.2.3. Вторичные способы формования

Вторичные способы формования служат для дополнительного или отде­лочного формования изделий в объёмное тело. Это в особенности касается тех изделий, которые уже прошли первичные способы формования: вытяж­ку, навивку, биговку.

К вторичным способам формования относят: отбортовку, закатку, под- прессовку, зиговку, опрессовку. Перечисленные способы относятся к отде­лочным операциям и выполняются специальными инструментами.

2.3. Соединение

Способы этой группы служат для соединения отдельных частей изделия, полученных рассмотренными выше способами, в целое изделие, обычно по соединительному шву. Соединительным швом называют элемент конструкции, служащий для скрепления её частей в целое изделие или заго­товку. К таким способам относятся: склеивание, сваривание, брошюрова­ние, склепывание и сшивание. Возможны сочетания этих способов: склеива­ние с последующей сшивкой или наоборот- сшивка с последующим при­менением склеивающей ленты.

Склеивание

Это соединение частей материала при помощи клеящего вещества. Пре­имущества этого способа заключаются в высокой производительности скле­ивающего оборудования и простоте клеенаносящего устройства.

Прочность клеевого шва зависит от адгезионных свойств клея, жесткости склеиваемых материалов и структуры поверхностного слоя склеиваемых материалов. При хорошей склейке разрушение клеевого шва чаще всего происходит за счет расслоения бумаги или картона. Как правило, склеива­ние по клапану производят с креплением его с внутренней стороны изде­лия, что обеспечивает более прочный шов.

Различают прямое и непрямое склеивание. При прямом склеивании кле­ящее вещество наносится на части материала и схватывается непосред­ственно при соединении этих частей. При непрямом - клеящее вещество предварительно наносится на материал в виде ленты, но делается пригод­ным для склеивания только после нагрева или смачивания. Если использу­ется нагрев, этот способ склеивания называют гуммированием.

Классическое клеенаносящее устройство (рис. 2.14) состоит из обогревае­мой ванны, наполненной клеем, в который частично погружен клеенанося- щий валик. Толщина наносимого слоя клея регулируется специальным ва­ликом, а избыток клея снимается с него шаберным валиком и возвращается в ванну. Нанесение клеящего вещества на материал в виде пятен различной конфигурации производят с помощью клеевого клише (рис.2.15). В отдель­ных случаях подачу клея на материал производят с помощью регулируе­мых форсунок.

Соединительный шов, образованный с помощью клеевой ленты, имеет то преимущество, что позволяет отказаться от соединительного клапана. Это дает значительную экономию материала, особенно при изготовлении тары малого размера. Кроме того, при использовании клеевой ленты практически не образуется уступов с внутренней или наружной стороны изделия. Проч­ность шва в этом случае определяется прочностными показателями ленты и её адгезией к поверхности изделия.

Для склеивания применяются различные виды клеевых лент: гуммиро­ванная бумажная лента; армированная лента; хлопчатобумажная липкая лента; липкая лента из полиэтиленлавсановой пленки и другие. Выбор клее­вой ленты определяется видом упаковки, её назначением и материалом. Для изделий, где требуется высокая механическая прочность, применяют в основном армированные клеевые ленты на бумажной или полимерной плён­ке.

Склеивание многослойного картона

Для получения многослойного тарного картона используют клеильные машины. Клеильные машины (рис. 2.16) рассчитаны на склеивание от двух до шести полотен картона. Рабочая ширина машины колеблется от 1,1 до 2,2 м. Скорость машины зависит от числа склеиваемых слоев, вида приме­няемого клея и составляет от 15 до 120 м/мин. Машины снабжены размо­точными устройствами (раскатами) 1 с откидными боковыми держателями и приспособлением для смены рулонов без останова машины (сплайдер). На раскатах рулоны картона устанавливают так, что после склейки покровные слои оказываются наружными слоями. Через систему валиков картон посту­пает в клеильные устройства 2, где на него наносится слой клея. Клеильные устройства снабжены индивидуальными приводами для возможности изме­нения числа оборотов клеенаносящего валика, т.е. регулировки количества наносимого клея.

При выработке двухслойного картона клей наносится на внутреннюю по­верхность верхнего слоя. При выработке трехслойного картона и более на­несение клея на слои производится так, чтобы после его высыхания короб­ление было минимальным.

Прессовая часть клеильной машины состоит из двух - четырех прессов 3, рассчитанных на постепенное увеличение линейного давления по ходу по­
лотна до 50 кН/м. Прессованием достигают пропитывание картона клеем и его равномерного распределения по ширине полотна.

2.4. Облагораживание

Облагораживание служит для повышения прочностных, барьерных, пе­чатных и других свойств бумаги и картона, а также для улучшения качества их поверхности. К облагораживанию относятся процессы: нанесение по­крытий, обтягивание, крепирование, ламирование, пропитка.

Наиболее распространенные типы устройств для нанесения покрытий на бумагу и картон приведены в табл. 2.1.

Обработка картона на клеильном прессе

Клеильный пресс используют для поверхностной проклейки, пигментиро­вания и легкого мелования бумаги. Клеильный пресс устанавливают в су­шильной части БДМ, где сухость бумажного полотна при поступлении на поверхностную обработку составляет не менее 70 %, а с учетом увлажнения полотна в прессе его сухость целесообразно поддерживать в пределах 88- 95 %. Это объясняется тем, что бумага сухостью ниже 70 % при дополни­тельном увлажнении может обрываться. Кроме того, полотно с высокой влажностью после обработки трудно досушивается.

В традиционных двухваликовых клеильных прессах нанесение проклеи­вающей или меловальной композиции на поверхность полотна-основы осу­ществляется при помощи спрысков или же снятием ее с поверхности валов, окунаемых в раствор с последующим отжимом избытка клея между валами пресса.

С ростом требований к проклейке и проблем с обезвоживанием обрабо­танного полотна возникает необходимость повышения содержания сухих веществ в меловальной композиции, что ограничивает возможности при­менения обычных прессов. Их заменяют пленочными клеевыми прессами. Нанесение покровной массы в таких прессах осуществляется путем фор­мирования на поверхности вала клеильного пресса жидкой пленки заданной толщины, которая затем переносится на бумагу, находящуюся в зазоре меж­ду валами. Толщина жидкой пленки определяется, например, дозирующим стержнем различного диаметра.

Валиковое нанесение покрытий

Валиковый способ нанесения покрытий основан на уносе слоя наносимо­го жидкого состава движущейся твердой поверхностью (валика или огибаю­щей его бумаги) с последующим переходом жидкости на другую твердую поверхность. Этот способ можно применять для растворов, дисперсий и даже расплавов полимеров. Основными элементами валиковых устройств (рис. 2.18) являются:

- купающий валик, поверхность которого огибается бумажным по­лотном, соприкасающимся с поверхностью жидкости;

- наносящий валик, с которого на поверхность бумаги переходит слой наносимой жидкости, ранее унесенной поверхностью валика из ванны или с другого (вспомогательного) валика;

- купающийся валик, частично погруженный в жидкость и уносящий при вращении на своей поверхности слой жидкости, переходящий затем (полностью или частично) на поверхность соприкасающейся с ним бумаги (наносящий валик) или промежуточного валика;

- дозирующий валик, снимающий с поверхности наносящего валика избыток жидкости перед его контактом с бумажным полотном за счет его вращения навстречу наносящему валику;

- прижимной валик, прижимающий огибающее его бумажное полот­но к поверхности наносящего валика;

- разравнивающий (шлифующий) валик, выравнивающий слой по­кровной массы за счет вращения навстречу движению бумажного полотна.

Рис. 2.18. Различные варианты нанесения покрытий валиками: а - купающим; б - наносящим (купающимся); в - купающимся и дозирующим; 1 - наносящий валик; 2 - купающийся валик; 3 - дозирующий валик; 4 - прижимной валик

Шаберное нанесение покрытий

Шаберный способ нанесения покрытий основан на удалении с поверхно­сти бумаги избытка покровной массы при помощи шабера. В месте контакта шабера с бумагой бумажное полотно обычно находится на опорной поверх­ности (опорном валу), что позволяет регулировать массу наносимого по­крытия, изменяя силу прижима шабера. При использовании шаберных си­стем осуществляются такие важные процессы, как разравнивание покрытия, частичное вдавливание покровной массы в структуру бумаги, удаление из­бытка покровной массы с поверхности бумаги.

Существуют следующие типы шаберов: ножевой - жесткий и гибкий, вращающийся, воздушный.

Жесткий ножевой шабер представляет собой пластину из твердого мате­риала (стекла, стали). Меняя положение пластины относительно полотна бумаги, можно регулировать толщину наносимого покрытия. Применение их целесообразно при небольшой ширине бумажного полотна.

Гибкий шабер (лезвие) представляет собой тонкую (0,2...0,3мм) гибкую стальную пластину. Он может сочетаться с различными видами устройств, подающих покровную массу, может являться одной из стенок ванны, в ко­торой находится покровная масса, и т.д. Недостатком систем с неподвиж­ным шабером является возможность образования полос на поверхности по­крытия. Этого недостатка лишены подвижные шаберы.

Вращающийся шабер (роль-ракель) представляет собой хромированный стержень диаметром около 10 мм, вращающийся навстречу движению бу­мажного полотна.

Воздушный шабер (рис.2.19) удаляет избыток покровной массы воздей­ствием струи воздуха, выходящей из щелевого сопла. Параметрами, опреде­ляющими работу воздушного шабера, являются: давление воздуха, ширина воздушной щели сопла, расстояние между воздушной щелью сопла и полот­ном бумаги, угол между направлением воздушной струи и полотном бума­ги.

Мелование

Покрытие поверхности бумаги (картона) специальным составом, прида­ющим ей особую гладкость и белизну, называется мелованием. В компози­цию меловального покрытия обычно входят пигмент и связующие веще­ства. В качестве пигмента применяют каолин, сернокислый барий, мел, диоксид титана и другие вещества. К числу наиболее часто используемых связующих веществ относятся крахмал, казеин, животный клей, латекс и не­которые синтетические смолы.

Мелование бумаги (картона) производят либо на меловальной установке в клеильном прессе, встроенном в сушильную часть БДМ (КДМ), либо на отдельно стоящих агрегатах. Они различаются способами нанесения по­крытия и его равномерного распределения.

Клеильный пресс состоит из двух обрезиненных валов - твердого и мяг­кого для нанесения меловальных составов на полотно бумаги (картона). Со­став вязкостью 0.01- 0,02 Па-с наносится на бумагу и разравнивается за одну операцию. Между валами клеильного пресса создается давление 1-3 Н/м. Меловальный состав подается на одну или обе стороны полотна бумаги при помощи спрысков. Твердый вал устанавливают, как правило, для верхней стороны полотна.

По взаимному расположению валов различают вертикальный, гори­зонтальный и наклонный клеильный пресс (рис. 2.20). Угол между осевой плоскостью валов и горизонтальной плоскостью составляет 45⁰ , благодаря чему операция заправки бумаги проще, чем у горизонтального пресса. При работе пресса бумага охватывает нижний вал, поэтому нагрузка от меловального состава на полотно и попадание воздуха в зазор уменьшаются, что снижает возможность обрыва полотна в прессе.

Наиболее распространенные типы меловальных устройств и их техниче­ские характеристики представлены на рис. 2.21 и в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Технические характеристики меловальных устройств

Рис. 2.21. Схемы меловальных устройств: а - с воздушным шабером:

1 - полусухой каландр; 2 - разгонный валик типа Маунт-Хоуп;

3 - наносящий валик; 4 - ванна; 5 - прижимной валик; 6 - сопло воздушного шабера; 7 - сушилка с инфракрасным излучением; 8 - сушильный цилиндр; 9 - полотно бумаги; б - с вращающимся стержнем: 1 - наносящий валик; 2 - вращающийся стержень (пруток); 3 - ванна; в - с роликовым шабером: 1 - наносящий валик;

2 - роликовый шабер; 3 - ванна

Нанесение покрытий на кашировальных машинах

Кашировальная машина (рис. 2.22) состоит из раскатных устройств, узла нанесения на бумагу клея или расплава полимера, сушильного или охлаждающего участка и наката. Такие же машины применяются для полу­чения многослойных упаковочных материалов (например, бумага-полиэти­лен-фольга-лак или фольга-бумага-полиэтилен и др.).

3. Технология и оборудование производства гофрированного картона

Особое место среди картонов и картонажных материалов для упаковки занимает картон с гофрированным профилем (гофрокартон).

Первый патент по гофрированию бумаги был зарегистрирован в Англии в 1856 году. Полученный материал использовали, в основном, при произ­водстве шляпок. Затем, гофрированная бумага нашла применение в качестве упаковочного материала, обеспечивающего защиту товара от механических повреждений. Важным моментом развития гофротары стало использование двухслойного гофрокартона для упаковки стеклянных бутылок. Немногим позже его стали использовать для защиты стекол керосиновых ламп при транспортировке. Первый патент на двухслойный картон в США был за­регистрирован в 1874 году. Владельцем патента стал американец Стив Лонг, предложивший приклеивать к гофрированному слою плоский слой бумаги. В 1895 году в США была выпущена первая машина с механическим приво­дом для изготовления двухслойного гофрокартона и сматывания его в руло­ны. Еще год спустя американец Роберт Томсон запатентовал трехслойный гофрокартон. В 1916 году появился пятислойный, а в 1953 году - семислойный гофрокартон. С течением времени изменялись виды и размеры гофров.

3.1 Структура и виды гофрированного картона

Гофрированный картон - это материал, используемый как для транс­портной, так и для потребительской тары. Он изготавливается согласно ГОСТ Р 52901- 2007 «Картон гофрированный для упаковки продукции». К наиболее типичным видам этого материала относятся: двух- трех- и пяти­слойный гофрокартон (рис. 3.1).

Двухслойный гофрокартон типа «Д» состоит из одного слоя гофрирован­ной бумаги (флютинга), склеенного с одним плоским слоем картона (лайнером). Поставляется в рулонах. Материал сочетает в себе амортизаци­онные свойства, гибкость в продольном направлении и жесткость в по­перечном. Его используют как защитную упаковку для бьющихся изделий,

51

для упаковки книг, пересылаемых почтой, мебели и других изделий. Долгое время применялся для упаковки для электрических лампочек.

Трёхслойный гофрокартон типа «Т» состоит из двух плоских слоев - лайнеров, приклеенных к третьему гофрированному слою - флютингу. По­ставляется в листах. Тара из него имеет хорошие амортизационные свойства и показатели на пробой; обладает способностью к штабелированию и при­годную для нанесения печати поверхность. Используют для изготовления транспортной и потребительской тары. В зависимости от места применения используют различные профили гофры и сорта бумаги.

Пятислойный гофрокартон типа «П» состоит из трех слоев лайнеров и двух слоев флютинга. Обладает комплексом защитных свойств, имеет вы­сокую прочность тары из него при штабелировании и пригодную для нане­сения печати поверхность.

Семислойный - три слоя флютинга и четыре - лайнера. Это картон повы­шенной прочности используют вместо древесины, если нужен аналогичный уровень прочности и значительное снижение веса. Большую часть его от­правляют на специализированные перерабатывающие заводы в листах.

Пяти- и семислойный гофрокартон используется, в основном, при изго­товлении поддонов и контейнеров, предназначенных для тяжелых и объем­ных товаров, таких как бытовая техника или мебель. Во Франции работает компания, которая выпускает девятислойный гофрированный картон.

Роль лайнера заключается в придании прочности и сохранении гофриро­ванного картона как единого целого. Именно от качества лайнера во многом зависят свойства гофрированного картона как при нагрузках в практическом использовании, так и в отношении внешнего вида изготовленной из него упаковки. В качестве лайнера может быть использован практически любой, в том числе и макулатурный, картон, который пригоден к склейке. Наилуч­шие виды упаковки из гофрированного картона получаются при примене­нии прочных сортов картона (крафтлайнера), который изготавливается из первичных волокон сульфатной небеленой целлюлозы. Картон, изготовлен­ный из вторичного волокна (тестлайнер), имеет, как правило, более низкие показатели качества, но за счет своей сравнительной дешевизны, получил весьма широкое распространение. В качестве лайнера используется картон с массой, в зависимости от марки, от 125 до 350 грамм на кв. метр.

Задача флютинга состоит в придании гофрированному картону высокой жесткости и амортизационных свойств. Основными исходными материала­ми для производства флютинга являются полухимическая древесная масса и макулатура. Для повышения показателя жесткости производится проклей­ка бумаги в массе и на поверхности. В качестве флютинга используется бу­мага массой, в зависимости от марки, от 80 до 160 грамм на кв. метр.

При использовании беленого волокна в наружном слое гофрокартона по­лучают чисто белую поверхность, пригодную к многокрасочному полигра­фическому оформлению. Плотная белая крафт-бумага может использовать­ся в качестве лайнера в тех случаях, когда для оформления изделий требу­ется графика высокого качества. Такая бумага перед тем как она станет ча­стью гофрированного картона предварительно запечатывается. Таким об­разом удается избежать неровностей печати, возникающих при запечатыва­нии поверхности готового гофрокартона.

Отдельные слои гофрированного картона склеиваются при помощи крах­мального клея (15-20 г на кв. метр). Клей из обычного крахмала не выдер­живает высокой влажности воздуха, в результате чего теряется прочность склейки. Поэтому чаще используют клеи из модифицированного крахмала и другие водостойкие клеи. Более устойчивый к погодным условиям клей будет дольше и лучше сохранять качество тары.

Различные марки гофрокартона в основном используются следующим образом:

- картон марки Д предназначен для изготовления вспомогательных упако­вочных средств;

- картоны марок Т11-Т15 (класс 1) предназначены для изготовления тары и вспомогательных упаковочных средств для продукции и изделий, способ­ных воспринимать нагрузки штабеля и динамические нагрузки;

- картоны марок Т21-Т27 (класс 2) предназначены для изготовления тары и вспомогательных упаковочных средств для продукции и изделий, не способных воспринимать нагрузки штабеля;

- картоны марок П31-П37 предназначены для изготовления крупногабарит­ной высокопрочной и жесткой тары и контейнеров;

- картоны марок С41-С45 предназначены для изготовления крупногабарит­ной тары.

Стандартные размеры гофров обозначаются как А, С, В, Е и F по мере уменьшения шага и высоты гофров. Стандартные конфигурации гофров приведены в табл. 3.1.

Готовый (товарный) гофрокартон характеризуется массой одного квад­ратного метра, которая практически равна сумме масс составляющих его слоев.

Кроме указанных выше марок, встречаются и другие виды гофрокартона. Это тяжелый гофрированный картон, микрогофрокартон, легкий и мелован­ный картон.

Тяжелый гофрокартон имеет массу более 1200 г/м². Его используют в основном, для производства комбинированной упаковки в сочетании с дру­гими материалами, обычно с древесиной. Картон выпускают в виде листов и используют в качестве плоских панелей. Помимо особых условий изготов­ления тяжелых гофрокартонов, повышенного внимания требуют процессы продольно-поперечной резки и рилевки его. Продольная резка и рилевка всегда были слабым местом переработки толстого картона. Для продольной резки рекомендуется одиночный тонкий высокоскоростной дисковый нож. Ротационная поперечная резка должна иметь жесткую конструкцию и быть оснащена хорошо подогнанными ножами. Предпочтительно использование двойного ротационного ножа, режущего по принципу ножниц, который га­рантирует четкий срез и качественный край.

Микрогофрокартон и легкий гофрокартон тоньше и менее жесткий по сравнению с обычным картоном. В нем больше гофров на единицу длины. Масса лайнера и флютинга составляют менее 53 и 44 г/м² (упаковка для гамбургеров). Основное требование - безупречная поверхность для нанесе­ния печати. В связи с этим были разработаны более тонкие профили гофр (например, G2, N, O), которые позволяют использовать более легкий лайнер для запечатываемой поверхности. Микрогофрокартон представляет собой альтернативу обычному сплошному картону, как материал, позволяющий экономить 30-40 % волокнистого сырья.

Мелованный гофрокартон имеет наружный слой лайнера, покрытый меловальным составом. Наличие мелованного слоя создает затруднения при

обработке лайнера на гофроагрегате из-за того, что он плохо пропускает влагу. Мелованные или с «покрытием» лайнеры пользуются большим спро­сом. Коробление, волнистость и качество профиля - потенциальные дефек­ты, с которыми сталкиваются при печати и переработке мелованного гофро­картона.

Гофрированный картон с гофром А (крупный) обладает большой упру­гостью и применяется для упаковки продукции из стекла, керамики и дру­гих изделий, требующих повышенной защиты от ударов толчков, т.е. дина­мических нагрузок. Большая высота и шаг гофров при сравнительно не­большом количестве их на 1 погонный метр полотна картона придают ему амортизирующую способность. Этот тип картона рекомендуется использо­вать для различного вида прокладок, вкладышей и амортизаторов. При по­вышенной массе 1 м² флютинга, гофр А позволяет создать жесткий прочный ящик.

Гофрированный картон с гофром В (мелкий гофр) применяется для изготовления тары, от которой не требуется высоких амортизационных по­казателей, в частности, предназначенной для упаковки твердых грузов, та­ких как консервы в металлических банках, изделий бытовой химии в потре­бительской таре, при транспортировке мебели и др. Обычно используется в тех случаях, когда не требуется высокая прочность при штабелировании ящиков.

Гофрированный картон с гофром С (средний гофр) является наиболее распространенным видом гофрокартона. Он сочетает в себе свойства гофро­картона с гофром А и с гофром В, обладая одновременно достаточной жест­костью и амортизирующей способностью, используется для упаковки раз­личной продукции.

Гофрированный картон с гофром Е (микрогофр) благодаря большому количеству гофров на 1 погонный метр полотна картона, имеет более ров­ную поверхность и высокую жесткость в обоих направлениях. Это обеспе­чивает возможность нанесения на его поверхность высококачественной тек­стовой и иллюстративной печати. Благодаря этому он находит применение для изготовления разного рода потребительской тары или используется в качестве наружного слоя многослойного комбинированного гофрокартона. Картон с гофром Е имеет вдвое больший показатель торцевой жесткости, чем сплошной склеенный картон такой же массы. Комбинация гофра Е с другими типами гофр (например: А-Е, В-Е, С-Е, Е-А-В) позволяет получить гофрированный картон с высокой прочностью.

Семислойный картон используется для изготовления поддонов и контейнеров. Сочетание различных типов гофр может придать ему следую­щие достоинства:

- наружный слой с гофром Е придает хорошую жесткость картона в обоих направлениях, амортизирует удары, снижает коробление поверхности и сохраняет достаточную прочность при повышении относительной влажно­сти окружающей среды;

- внутренний слой с гофром В обладая определенной жесткостью и сопро­тивлением плоскостному сжатию, способен выдерживать давление с вну­тренней стороны коробки, оказываемое упакованным продуктом;

- средний слой с гофром А придает картону хорошую упругость (эластич­ность) и способность амортизировать ударные нагрузки.

3.2. Свойства и методы испытаний гофрированного картона

Физические свойства гофрированного картона, как и любой бумаги, зави­сят от его влажности и от скорости приложения нагрузки. Содержание вла­ги влияет на все механические свойства. Так, с увеличением процента влаж­ности снижаются сопротивление сжатию, продавливанию и разрыву. Чем быстрее возрастает нагрузка, тем выше показатели прочности. К традиционным методам испытаний гофрокартона относятся:

- испытание на продавливание, при котором резиновая мембрана вдавлива­ется во внешний слой картона (лайнера) до тех пор, пока он не прорвется. Сопротивление продавливанию трехслойного картона должно составлять от 1,1 до 1,7 МПа;

- испытание на сопротивление торцовому сжатию вдоль гофров, когда на торец образца картона, закрученного в кольцо, воздействует нарастающая вертикальная нагрузка до тех пор, пока образец не будет поврежден. Сопро­тивление торцевому сжатию трехслойного картон должно составлять от 3,0 до 7,0 кН/м и зависит от жесткости, придаваемой картону лайнерами и флютингом;

- испытание на сопротивление плоскостному сжатию, когда нарастающая нагрузка воздействует на плоско расположенный образец гофрокартона. Это испытание выявляет, прежде всего, жесткость флютинга, которая долж­на составлять от 0,23 до 0,61 МПа;

- испытание на сопротивление пробиванию, при проведении которого опре­деляется степень противодействия гофрокартона ударным нагрузкам, мДж/м;

- испытание на сопротивление излому, при котором фиксируется число двойных перегибов на 180⁰ по линии рилевки. Это число не должно быть менее 10;

- испытание на расслоение, с помощью которого оценивают сопротивление гофрокартона разделению слоев. Данное испытание характеризует качество используемого клея и технологию склейки при соединении слоев гофро­картона. Для трехслойного гофрокартона оно должно составлять не менее 0,2 кН/м;

- величина коробления листа картона по ширине, мм/м.

Существенным показателем качества поверхности гофрокартона являет­ся коэффициент трения, который влияет на допустимую скорость подачи картона и качество обработки его на высекальных автоматах. Величина ко­эффициента трения должна составлять не менее 0,4.

3.3. Изготовление гофрированного картона на гофроагрегате

Для изготовления гофрированного картона и плоских заготовок для тары применяются гофроделательные агрегаты. На них осуществляется не только процесс производства гофрированного картона, но и отдельные операции по его переработке (рис. 3.2). В конечном счете, с агрегата могут сходить ли­стовые заготовки картонных ящиков.

Рис. 3.2. Схема гофрировального агрегата: 1 - раскаты картона;

2 - раскат бумаги; 3 - подогреватели; 4 - увлажнители;

5 - клеенаносящее устройство; 6 - узел гофрирования; 7 - конвейер;

8 - мост-накопитель; 9 - прижимной конвейер; 10 - сушильные плиты;

11 - узел продольной резки; 12 - узел продольной рилевки; 13 - узел

поперечной резки; 14 - приемный транспортер; 15 - стопоукладчик

Процессы, выполняемые гофроделательным агрегатом, заключаются в следующем.

Рулоны бумаги и картона устанавливаются на раскаты 1 и 2. Современ­ные бесштанговые конструкции раскатов имеют рулонодержатели с гидрав­лическим или механическим приводом перемещения по высоте и по ширине закрепляемого рулона. Для обеспечения и контроля натяжения полотна при подаче его в машину используют пневматические, дисковые и электриче­ские тормоза. Склейка концов рулонов производится в специальном узле (сплайдере). Его функция заключается в стыковке концов старого и нового рулонов вместе в процессе работы машины. Современные сплайдеры осна­щены системами автоматического управления величиной натяжения с мгно­венным реагированием.

Разматываемое из рулона полотно бумаги через подогреватель 3 и увлаж­нитель 4 подается к нагреваемым паром рифленым валам узла гофрирова­ния 6. Как показала практика, увлажнение паром для большинства видов бу­маги для гофрирования не требуется. Исключение составляют бумаги из по­лухимической древесной или сильно клееной макулатурной массы, а также лайнер, полученный из крафт-целлюлозы. Увлажнение такой бумаги с од­новременным ее нагревом несколько размягчает содержащиеся в ней проклеивающие вещества и способствует улучшению проникновения клея внутрь бумаги при склеивании. Кроме того, бумага становится более эла­стичной, увеличивается ее способность к удлинению в процессе гофрирова­ния и, следовательно, устраняется основная причина образования трещин. При переувлажнении бумага плохо воспринимает клей, становится рыхлой и не обеспечивает требуемую жесткость гофров. Оптимальной считается влажность бумаги перед гофрированием 7-8 %. Иногда допускается увели­чение влажности до 9 %. Влажность картона для плоских слоев перед склей­кой должна быть несколько ниже влажности бумаги и не превышать 7 %.

Подогреватели для бумаги и картона представляют собой стальные бара­баны диаметром 900-930 мм и длиной, превышающей рабочую ширину агрегата. Барабан-подогреватель рассчитан на нагрев поверхности паром до температуры 180-200 ⁰С. Для регулирования степени охвата барабана полот­ном и в целях регулирования влажности картона, поступающего на склейку, имеются два металлических вала. Минимальный охват окружности бараба­на - 90⁰, максимальный - 270⁰. Для увлажнения картона и бумаги перед гофрированием применяются паровые увлажнители трубчатого или камер­ного типа.

Бумага (флютинг), проходя между зубчатыми валами гофрировальной машины (гофропресса), приобретает волнообразный профиль. Клей при по­мощи клеевых валиков 5 наносится на гребни волн флютинга. Сразу после гофропресса и нанесения клея флютинг объединяется с предварительно под­готовленным картоном (лайнером), образуя после склеивания двуслойный гофрокартон. Полученный двуслойный гофрокартон через накопительный мост 8 подается к клеильному устройству 5, где клей наносится на вершины гофров с другой стороны флютинга.

С отдельного раската соответственно подготовленный второй слой лайнера подается и склеивается с двухслойным гофрокартоном. Так как гофрокартон из трех и более слоев не сгибается без деформации, термоскле­ивание и сушка его производится под нажимом роликов между плоской конвейерной лентой 9 и сушильными плитами 10. Далее на соответствую­щих устройствах обрезаются кромки, осуществляется продольная резка 11, рилевка 12 и поперечная резка 13, где готовый гофрированный картон на­резается на отдельные листы требуемой длины. Двухслойный картон мож­но наматывать в рулон. Листы гофрокартона с помощью приемного конвей­ера 14 и стопоукладчика 15 штабелируются и транспортируются на отлежку для охлаждения и окончательного схватывания клея.

Производительность гофроагрегата зависит от многих факторов. В их числе: качество исходного сырья, вид применяемого клея, температурный режим, тип вырабатываемого картона, частота переналадок, количество заправок рулонов, рабочая ширина и скорость агрегата. В связи с непосто­янством фактической скорости работы агрегата при расчете производитель­ности применяют значения усредненной скорости. Расчетная производи­тельность гофроделательного агрегата определяется по следующей форму­ле:

Q = 60BvKaKM, м²/ч,

где В - рабочая ширина агрегата, м; v - усредненная скорость агрегата, м/мин; Ка - коэффициент выхода картона (с учетом потерь); Км - коэффици­ент использования машинного времени.

В табл. 3.2 приведены характеристики некоторых современных гофроагрегатов.

Таблица 3.2

Технические характеристики отечественных и зарубежных гофроагрегатов

3.3.1. Гофрировальная машина

Гофрировальная машина (рис. 3.3) - это сердце гофроделательного агрегата и технологические процессы, происходящие здесь, определяют ко­нечное качество выпускаемого картона. Она выполняет гофрирование под­готовленного полотна бумаги и склеивание его с плоским слоем картона.

Гофрирование происходит при определенной влажности бумажного по­лотна и воздействии тепла от нагретых рифленых валов, благодаря чему гофры получаются жесткими, способными воспринимать большие нагрузки без разрушения.

4. Картонная и бумажная тара

При выборе вида и материала картонно-бумажной тары для упаковки продукции необходимо руководствоваться следующими основными требованиями:

1. Тара должна быть прочной, чтобы гарантировать сохранность упакованной продукции.

2. Стоимость тары должна составлять небольшую долю по отношению к стоимости упаковываемой продукции (за исключением пода­рочной).

3. Конструкция тары должна быть удобной в использовании.

4. Расход материала на тару должен быть минимальным.

5. Тара должна быть унифицированной и отвечать требованиям уста­новленных стандартов.

6. Производство тары должно осуществляться на современном меха­низированном и автоматизированном оборудовании.

7. Конструкция тары должна, при необходимости, позволять произво­дить упаковку продукции механизированным способом.

Картонная и бумажная тара по конструктивным признакам и виду мате­риала разделяется на: ящики из гофрированного картона, ящики из сплошного клееного картона, лотки картонные, картонные барабаны и обе­чайки, картонные вкладыши, мешки бумажные, тара из бумажного литья, поддоны картонные, контейнеры картонные, прокладки, амортизаторы, перегородки и др.

4.1. Упаковочные изделия из гофрированного картона

Ящики картонные. По виду применяемого материала разделяются на ящики из гофрированного и сплошного склеенного картона (см. п.4.2). Пер­вые наиболее распространены и перспективны.

Внутренние размеры ящиков должны соответствовать требованиям Меж­государственного стандарта 9142-90 с учетом габаритных размеров и массы упаковываемой продукции. Отношение длины к ширине ящика рекоменду­ется принимать не более 2,5 к 1, отношение высоты к ширине - не более 2 к 1 и не менее 0,5 к 1. Допустимую высоту штабеля из ящиков устанавливают по нормативно-технической документации на ящики из гофрированного картона для конкретной продукции с учетом ее свойств, полной вместимо­сти или грузоподъемности транспортных средств. Направление гофров должно быть параллельно высоте ящика или вкладыша. Для ящиков с про­дукцией, не воспринимающей нагрузку штабеля, допускается другое направление гофров. Продольные и поперечные сгибы развертки ящика должны быть взаимно перпендикулярны.

Ящики по соединительному шву должны быть сшиты или склеены. Вид скрепления установлен в нормативно-технической документации на ящики для конкретных видов продукции с учетом требований к ней. Скобы для скрепления делают из проволоки или стальной ленты.

На поверхности ящика допускаются местные вмятины, образующиеся при сшивке, склейке или упаковывания ящиков в кипы. Клапаны ящиков должны выдерживать 10 двойных перегибов на 180⁰ по линии сгиба без об­разования трещин.

Для транспортирования и хранения ящики одного размера укладываются в кипы массой не более 20 кг. Кипы обвязывают полипропиленовым шну­ром или лентой. В местах возможного повреждения кипы ящиков применя­ют картонные прокладки. Ящики и вспомогательные упаковочные средства хранят в крытых помещениях.

Ящики из гофрированного картона можно разделить по конструкции на следующие основные группы: ящики с четырехклапанным дном и крыш­кой; ящики с четырехклапанным дном и съемной клапанной крышкой (теле­скопического типа); ящики нескладные со сплошным дном и съемной крышкой; ящики оберточного типа; комбинированные ящики и др. В меж­дународной практике принята специальная кодификация типов подукции из гофрокартона (см. Приложение).

Рулоны и листы на продажу. Представляют собой исходный материал для дальнейшей переработки. Им присвоен код 01.

Ящики с прорезями четырехклапанные и трехклапанные являются самой популярной и массовой конструкцией картонной тары благодаря простоте конструкции, технологичности в изготовлении, удобстве при упа­ковке продукции. Им присвоен код 02. Состоят из одной части с проклеен­ными клеем, прошитыми или проклеенными клейкой лентой швами и верх­ними и нижними клапанами. Закрывание их производится посредством клапанов, составляющих единое целое с боковыми сторонами (обечайкой). Такие ящики поставляют в сложенном виде, готовыми к использованию.

Основные элементы ящика, изготовленного из одной заготовки и его раз­вертка приведены на рис.4.1. Все элементы развертки (и складного ящика) условно разделяют на главные и вспомогательные. К главным элементам складного ящика относят лицевую 1, заднюю 3, боковые 2 и 4 стороны (панели), а также верхнюю 8 и нижнюю 18 и 20 стороны (панели). На них наносят текстовую и изобразительную информацию. Вспомогательные эле­менты служат для крепления и фиксации основных элементов. К ним отно­сят склеиваемый клапан 5, верхние клапаны 9 и 10, верхний лицевой клапан 11 и нижние боковые клапаны 19 и 21.

Система нижних боковых клапанов и нижних сторон образует дно ящика. Нижние стороны могут быть приклеены друг к другу или скрепляться раз­личными замковыми устройствами. Например, на нижней стороне 20 вы­полнены прорези 23 специального профиля, в которые вставляются язычки 22 нижней стороны 18.

Верхние боковые клапаны 9 и 10 совместно с верхней стороной 8 и верх­ним лицевым клапаном 11 образуют крышку ящика. Крышка может быть приклеенной или многократно открывающейся с фиксацией разнообразны­ми замковыми устройствами. Замки выполняются преимущественно на верхнем лицевом клапане 11 в виде вырезов 12 или прорезей 13. В них вхо­дят и выполняют роль затворов либо верхние боковые клапаны 9 и 10, либо язычки 17 на задней стороне 3. Повышают прочность и надежность замков плечи 15 верхнего лицевого клапана. Для удобства сборки крышки верхний лицевой клапан 11 имеет конусную заводную часть 14, а в основа­нии верхних боковых клапанов 9 и 10 вырезаны специальные компенсаторы 16. Если изготовление складного ящика завершается процессом склеивания продольного шва по склеиваемому клапану 5, то складывание (фальцовку) ящика осуществляют по двум линиям биговки 7.

и собранный ящик

Обозначение основных габаритных размеров складных ящиков (коробок) приводят в последовательности: А х В х Н (длина х ширина х высота), где А, В и Н - внешние размеры сторон (в мм). Раскрой развертки производится с учетом толщины картона, так как при сгибе по биговочным канавкам ре­альные внутренние размеры ящика получаются меньше на величину 2S - двойную толщину картона.

Ящики телескопические состоят из нескольких частей и характерны тем, что у них есть крышка и (или) нижняя выдвижная часть. Им присвоен код 03.

Фальцованные ящики и лотки обычно состоят из одного листа картона. Эта разновидность ящиков (код 04) применяется для упаковки плоских предметов или изделий, формируемых в плоский пакет. Эта тара находит применение для упаковки консервных банок на упаковочных машинах типа «Пак-мастер». Конструкция этих ящиков не требует дополнительных мате­риалов (клей, скобы и др.) для их сборки перед употреблением.

Ящики раздвижные состоят из внутренних и внешних частей, скользя­щих друг относительно друга. Им присвоен код 05.

Ящики жесткие состоят из двух отдельных боковых частей и корпуса. Ящик должен быть прошит или склеен перед употреблением для соедине­ния торцевых частей с обечайкой. Ящики имеют код 06.

Ящики лоткового типа. Такие ящики не имеют крышки и применяются для упаковки различной плодоовощной и кондитерской продукции. Эти ящики образуются из высеченных заготовок сложной конфигурации и соби­раются без применения клея, путем закрепления стенок при помощи фикси­рующих элементов. Они могут иметь вентиляционные отверстия или отвер­стия для ручек. Ящикам присвоен код 07. По конструкциям такие ящики разделяют на: складные из одной заготовки и комбинированные. В них отдельные элементы (например, стойки) выполняются из пластмассы или древесины. Сборка комбинированных ящиков производится путем пришив­ки стенок к стойкам.

Барабаны из гофрированного картона. Предназначены для перевозки предметов цилиндрической формы (рулоны пленки, индикаторной бумаги и др.) и имеют обечайку в виде многогранника. По конструкции барабаны картонные разделяются на три группы: из одной заготовки с клапанным

71

дном и крышкой; из многогранной обечайки и торцевыми крышками из картона; комбинированные.

Поддоны картонные. Предназначены для пакетирования тарно-штучных грузов, формирования грузового пакета (паллета), перемещения, транс­портирования и хранения грузов. Поддоны разделяются на две группы: картонные и комбинированные.

Контейнеры картонные. Предназначены для перевозки различных из­делий, имеющих первичную упаковку, и позволяют создать укрупненную грузовую единицу. Основными показателями контейнеров являются грузо­подъемность и собственная масса контейнера. Масса тары картонных контейнеров по отношению к массе груза составляет 5-8 %. Размеры осно­вания таких контейнеров определяются основным модулем стандартного поддона и составляют чаще всего 800х1200 мм или 800х600 мм. По конструкции контейнеры картонные бывают: состоящие из картонного ящи­ка и обычного деревянного поддона; сборные, состоящие из отдельных картонных заготовок, собираемых на поддоне; контейнеры со съемной стен­кой или крышкой; складные с собираемыми опорами.

Картонные прокладки, решетки, амортизаторы, вкладыши, перего­родки являются вспомогательными материалами и служат для разделения упаковываемых изделий, повышения прочности дна или стенок ящика, за­щиты изделий от ударных и вибрационных нагрузок, создания удобств упа­ковки. Этим материалам присвоен код 09. Наряду с амортизаторами, кото­рые изготовляются из гофрированного картона, применяются и комбини­рованные, в которых картон сочетается с синтетическими амортизационны­ми материалами, такими как пенополистирол, пенополиуретан и др.

Традиционная технология изготовления ящиков из гофрокартона состоит обычно из следующих двух основных групп операций: высечка и рилевка закроя и, если ящик не сборный (из одной детали) - фальцевания и соедине­ния (склейка, сшивка) бокового шва. Изготовление закроя ящиков, когда высечка и рилевка осуществляются по прямым линиям в продольном и по­перечном направлениях, не требует сложной инструментальной оснастки. В этом случае используются биговально-высекальные станки упрощенного типа. Штамповка может осуществляться из листов на машинах плоской вы­сечки (более точная штамповка) или на ротационных прессах (более высо­копроизводительная штамповка).

5. Технология и оборудование производства картонной тары

На крупных предприятиях переработка картона в тарные изделия осу­ществляется, как правило, с использованием автоматизированных поточных линий, оснащенных устройствами для подачи заготовок, печатными секци­ями, резательно-биговальными узлами, фальцевально-склеивающими сек­циями, узлами упаковки заготовок в пачки и транспортные пакеты. На не­больших перерабатывающих предприятиях чаще устанавливают отдельные агрегаты для выполнения отдельных операций.

Наиболее распространенные складные с четырехклапанным дном ящики квадратного или прямоугольного сечения могут быть сформированы за один проход на автоматизированной поточной линии. Такие ящики изготав­ливаются обычно в следующей последовательности:

- печатание рисунков и надписей на наружной поверхности будущего ящика;

- высекание прорезей (шлицев) между верхними и нижними клапанами и соединительного клапана в случае клапанного соединения;

- рилевка поперечных линий сгиба (продольные линии могут быть вы­полнены на гофроделательном агрегате);

- фальцевание заготовок для подготовки их к сшиванию или склеиванию;

-сшивание (или склеивание) заготовок по соединительному клапану или заклеивание липкой лентой линии стыковки боковых сторон ящика;

- отсчет и обвязка сложенных ящиков в пачки (шт.) или в тюки с опреде­ленной массой (кг);

- отправка на склад готовой продукции.

Более экономичным способом использования картона по сравнению с изготовлением обычного четырехклапанного ящика, является применение оберточного ящика. Принцип обертывания состоит в том, что на разверну­тую заготовку, имеющую рилеванные линии сгиба и высеченные прорези, укладывается в виде параллелепипеда товар, после чего заготовка оборачи­вается по линиям сгиба вокруг него, образуя ящик прямоугольной формы. Места стыковки заклеиваются липкой лентой. Процесс упаковки по способу оборачивания заготовки показан на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Упаковка консервных банок по способу оборачивания заготовки ящика вокруг пакета изделия

Различные автоматы для создания кроев и операций обертывания выпускает ряд зарубежных фирм. Использование оберточного спосо­ба упаковки приводит к экономии до 30 % гофрированного картона по срав­нению с обычным ящиком. Кроме того, отпадает необходимость в таких операциях, как сшивание или оклеивание, формирование и стыковка клапа­нов. Автомат обслуживает один оператор.

5.3. Печатно-высекальные машины (печатные слоттеры)

Наиболее распространенный вид машин по производству картонной ящичной тары. При всем разнообразии исполнений они могут включать сле­дующие основные элементы: секцию подачи заготовок, печатные секции, высекальную секцию и секцию поперечной рилевки, секции приема и шта­белирования заготовок. В отдельных типах машин между высекальной сек­цией и секцией приема заготовок включаются ротационные вырубные сек­ции для выпуска заготовок усложненных конфигураций.

Печатно-высекальные машины выпускаются в продольно-раздвижном исполнении для возможности подхода персонала при обслуживании печат­ных секций. Новейшие типы современных машин выпускаются с самостоя­тельными печатными, высекальными и ротационно-вырубными секциями, которые могут быть выдвинуты в стороны для замены их другой секцией. В конструкции таких машин предусмотрено модульное исполнение отдель­ных секций, обеспечивающее быструю замену их при наладке или смене инструмента без продолжительного останова всей машины. Типы машин имеют различные размеры в зависимости от величины форматов перераба­тываемых заготовок для картонных ящиков, находящихся в пределах от 180х240 до 1810х4910 мм.

Печатно-высекальные машины (печатно-высекальные автоматы) предна­значены для изготовления закроев пачек, коробок, ящиков и других изделий из бумаги и картона. Печатно-высекальные автоматы - это комплексно ме­ханизированные поточные линии, где за один проход можно отпечатать ри­сунок в несколько (от 1 до 8) красок и текст, биговать (рилевать) все линии сгибов, высечь все шлицевые и угловые прорези и обрезать края закроя из­делия.

Различие в конструкциях этих машин связано в первую очередь с видом исходного материала, подаваемого на обработку. Это может быть материал в виде рулонов бумаги и картона или в виде листовых, чаще всего картон­ных, заготовок различного формата.

5.3.1. Слоттеры для рулонных исходных материалов

Из рулонных материалов обычно изготавливают закрой пакетов, кон­вертов, пачек, коробок, мешков и т. п. изделий.

Принцип действия печатно-высекальных агрегатов для рулонных исход­ных материалов заключается в следующем. Полотно бумаги или картона разматывается с рулона и поступает на устройство, которое выравнивает его перед подачей на последующие операции. Затем с помощью тяговых вали­ков полотно поступает в печатную секцию, где на него наносится много­цветный рисунок и надписи. После печати полотно подается на узел высеч­ки закроя, а также бигования, который может быть размещен в штамповоч­ном аппарате. Готовые выкройки укладываются в стопу на стапеле, где чис­ло их контролируется счетчиком.

Последовательность операций в печатно-высекальных агрегатах для ли­стовых исходных материалов обычно следующая. С помощью механизма подачи листы картона вводят в приемные валы машины; производится пе­чатание рисунков на наружной поверхности; высекаются прорези (шлицы) между клапанами; рилюются поперечные линии сгиба (продольные линии сгиба выполняются заранее). Готовые выкройки укладываются в стопу, причем число их контролируется.

Простейший печатно-высекальный агрегат (рис. 5.3) состоит из следую­щих основных секций: зарядной, четырех печатных, высекальной и стапель­ной. Бумага или картон подается в рулонах. Рулон прочно устанавливается в зарядную секцию с помощью втулок и шпинделя. На шпинделе укреплено тормозное устройство, сдерживающее маховую массу вращающегося руло­на во избежание опережения подачи полотна, сходящего с рулона.

Приводной форматный валик 1 имеет длину окружности, равную одной или кратной длине будущей заготовки (длине подачи). Прижимные цилин­дры 2 и 3 обеспечивают прижим полотна к форматному валику 1, сматыва­ющему полотно с рулона в виде петли через направляющий цилиндр 4 , на котором слева и справа установлены регулируемые направляющие планки для полотна 7. Направляющий цилиндр имеет возможность перемещения влево или вправо для выправления полотна по центральной оси агрегата. Вращающаяся щетка 6 служит для удаления пыли с полотна. Правильные валики 8 выравнивают полотно во избежание образования продольных складок. Наличие петли полотна позволяет менять рулон, не останавливая агрегата и, одновременно, обеспечивает равномерное натяжение полотна перед входом в печатную секцию.

Рис. 5.3. Картонопроводящая схема печатно-высекательного автомата марки СДА-111: 1 - форматный валик; 2,3 - прижимные цилиндры; 4 - направляющий цилиндр; 5 - войлочный тормоз; 6 - щетка; 7 - направляющий упор; 8 - правильные валики; 9 - обрезиненные офсетные валики; 10 - клишейные валики; 11 - печатные цилиндры; 12 - промежуточный механизм натяжения; 13 - валики периодической подачи; 14 - штанцевальный аппарат

В печатной секции полотно прижимается пружинящими стальными печатными цилиндрами 11 к обрезиненным оф­сетным валикам 9. После печати, перенесенной с клишейных валиков 10, полотно проходит через промежуточный механизм натяжения 12, предот­вращающий его провисание на печатных секциях из-за периодичности рабо­ты механизма подачи полотна 13 в высекальный аппарат 14. При периоди­ческой работе пуансона высекального аппарата происходит останов валиков подачи 13. Между ними и промежуточным механизмом натяжения 12 на каждую высечку периодически образуется петля. Готовые высечки поступа­ют на стапельную приемку.

Схема печатно-высекальной машины с тремя печатными секциями обес­печивающей многокрасочную печать офсетным способом, высечку и бигование приведена на рис. 5.4. Высечка и бигование производится с помощью штанцевального аппарата с нижней неподвижной матрицей и верхним по­движным пуансоном, снабженными стальными износоустойчивыми ножа­ми. Полотно картона или бумаги разматывается с рулона и поступает на специальное устройство, которое тормозит и выравнивает полотно, регули­руя его равномерное поступление на тяговые валики, печатную секцию, вы- секальный пресс и стапельную приемку, где отпечатанные, разрезанные и бигованные заготовки укладываются в стопу; число заготовок контролиру­ется счетчиком.

Отличительной особенностью машины ВДО-76 (Германия) от других пе- чатно-высекальных агрегатов является размещение высекального аппарата перед печатными секциями. На этом аппарате картон из рулона разрезается на листы, просекаемые затем на отдельные заготовки (закрои), которые свя­заны между собой узкими перемычками. Высекальный инструмент (рис.5.5) представляет собой набор стальных плоских ножей 1 разного профиля и различной высоты. Ножи вмонтированы в толстый лист фанеры 5, а вокруг них укреплены резиновые обкладки 2. Фанерный лист с ножами вставляется в специальную раму на стальной высекальной плите 3. В печат­ные секции картон поступает в виде отдельных листов. Передачу листов между печатными секциями осуществляют промежуточные валики. На при­емном столе листы с закроем легко разделяют на отдельные заготовки.

5.4. Складывающие и соединяющие машины

5.4.1. Сшивающие машины

Применяются для сшивания элементов конструкций небольших партий ящиков. Сшивающие машины выпускаются в большом разнообразии конструкций. Сшивание на них производится плоской круглой и плоской проволокой. Подача заранее сложенных заготовок ящиков производится вручную, шаг между скобами регулируется скоростью продвижения заго­товки через сшивную головку. Управление машиной может осуществляться с помощью ножной педали.

На сшивающих машинах производят сборку конструкций ящика с при­шитыми торцевыми стенками и других сложных конструкций. Для этого иногда применяют скобосшивные станки, которые производят сшивание элементов конструкций картонной тары при помощи «гигантских» скоб. Та­кие станки способны сшивать гофрокартон большой толщины - пяти- и се­мислойный. Станки могут иметь горизонтальную и вертикальную конструк­цию. Наряду со стационарными станками применяется и ручной пневмати­ческий инструмент (степлер). Его используют при сборке крупногабаритной картонной тары, пришивке торцевых стенок к ящикам, пришивке дна и гор­ловины картонных барабанов и других операций.

90

5.4.2. Складывающе-склеивающие машины

Машина предназначена для фальцевания и склеивания по соединитель­ному клапану заготовок картонных ящиков. Главное преимущество такого вида склеивания заключается в высокой производительности и простоте клеильного устройства. Прочность клеевого шва зависит от адгезионных свойств клея, жесткости склеиваемых элементов и структуры поверхност­ных слоев склеиваемых материалов. Склеивание обычно производят с вну­тренним креплением соединительного клапана.

Складывающе-склеивающая машина состоит из питающего устройства (часто с вакуумной подачей заготовок), складывающе-склеивающего устройства, сушильной части, счетного устройства и сборочного конвейера. Заготовки, поштучно пройдя через секцию выравнивания и подрезки клапана, попадают на клеенаносящее устройство, перегибаются на 180⁰ , проходят под прижимными роликами и выходят на сборочный конвейер, расположенный перпендикулярно оси машины. Производительность таких машин составляет, в зависимости от модификации, от 100 до 600 ящиков в минуту.

Образование соединительного шва с помощью клеевой ленты дает воз­можность отказаться от соединительного клапана, что дает экономию мате­риала при изготовлении ящиков. Для упаковок, где требуется высокая прочность, применяют армированные клеевые ленты на бумажной или по­лимерной основе. Соответствующая машина состоит из подъемного ролико­вого стола, на котором укладывается штабель заготовок, подающего устройства, прижимного роликового конвейера и устройства для размотки и подачи клеевой ленты. Заготовки снимаются со штабеля, проходят через фальцующее устройство, где они сгибаются на 180⁰ и укладываются на по­дающие ролики. Клеевая лента, разматываясь с бобины и пройдя подающие ролики, наклеиваются на стык соединительного шва и прикатываются при­жимным роликом. После этого заготовки роликовым транспортером переда­ются на укладку в пачки. Производительность таких машин составляет 20­60 ящиков в минуту.

5.4.3. Складывающе-сшивающие машины

Предназначены для фальцевания и сшивки заготовок ящиков, посту­пающих от печатно-высекальных машин. Машина состоит из двух основ­ных агрегатов: складывающе-сшивающей части и штабелера-укладчика го­товых ящиков. Заготовки ящиков укладываются пачками на приемный стол машины и поштучно подаются в складывающее устройство, где они фальцуются и затем проходят через сшивную головку, где производится сшивка их по клапану металлическими скобами. После сшивки ящики пере­даются на промежуточный транспортер и в определенном количестве штук укладываются в пачки, а затем выводным конвейером передаются на маши­ны для обвязки.

Секция сшивки служит для сшивания элементов заготовки скобами из плоской или круглой проволоки, подаваемой с бобин. Секция сшивки со­стоит из следующих частей: главного привода, расположенного в верхней части станины; сшивной головки, смонтированной на корпусе вместе с ме­ханизмом подачи металлической ленты или проволоки; механизма рубки; механизма формирования и выталкивания скоб; выводных роликов, предна­значенных для подачи заготовки на величину шага сшивки и вывода её на конвейер; механизма прижима роликов, срабатывающего в момент передви­жения заготовок на шаг сшивки; станины секции. Производительность та­ких машин составляет 60-80 ящиков в минуту.

5.5. Печатно-высекальные и складывающе-склеивающие агрегаты

Технический прогресс в области производства картонных ящиков пред­полагает полную автоматизацию производственного процесса посредством создания автоматизированных линий от рулона или плоской заготовки до упакованных в кипы складских ящиков с контролем качества и управлением с использованием компьютерных технологий. Агрегирование выше рассмотренных отдельных машин и станков в единую поточную линию дает возможность за один проход картона производить печатание, просечку, рилевание, складывание, склеивание, отсчет и укладку ящиков в пачки.

Для примера рассмотрим флексофальцесклеивающую (ФФС) машину производства «Бобст Груп ЛТД» для производства ящиков из листовых гофрокартонных заготовок. ФФС - модульная построенная в линию маши­на, где представлено несколько секций, на которых можно выполнять сле­дующие операции: флексографическая печать в несколько цветов, продоль­ная высечка, биговка (рилевка), ротационная высечка, склейка и пакетиро­вание. Для определенного заказа используют отдельные или все секции. ФФС выпускают шириной от 1,6 до 5,0 м. Остановимся на отдельных секци­ях ФФС.

Самонаклад. Это секция, на которой листы гофрированного картона за­гружают на приемный стол перед подачей в машину. Качественная подача очень важна для аккуратной транспортировки листа в машине. Некоторые машины оснащены автопитателями, заменяющими ручную подачу в зоне загрузки машины и обеспечивающими постоянный поток картона в самона­кладе. Вид укладки стопы зависит от того, с какой стороны наносится пе­чать - сверху или снизу. Используют две системы подачи. При загрузке по переднему краю листа его используют как точку отсчета; картон подают в машину с помощью ремней, роликов или челночного механизма. При за­грузке ударного типа, картон подают в машину при помощи планки-толка­теля, которая ударяет по задней кромке листа. Обе системы оснащены ваку­умными устройствами, которые обеспечивают прижим картона, правиль­ную транспортировку и точность направления при вводе картона в машину.

Некоторые ФФС оснащены вакуумными устройствами удаления пыли с ли­ста для улучшения качества печати.

Секция флексографической печати. На печатных секциях ФФС исполь­зуют флексографический способ печати с быстрой сушкой, которая состоит из растрового вала, формного и печатного цилиндров. Краску дозируют, ис­пользуя резиновый шаберный валик или ракельную систему. Точность на­стройки печати зависит от используемого метода перемещения листа в ма­шине: тянущие ролики, вакуумные ролики или вакуумные ремни. Вакуум­ную систему рекомендуется использовать там, где на задней панели ящика нет обрезной кромки. Ее используют для ФФС с верхним способом нанесе­ния печати. Систему с тянущими роликами используют в машинах с ниж­ним способом нанесения печати. Печатные секции имеют различные конфи­гурации. Одни можно настраивать в процессе работы, другие можно выво­дить из основной линии на машине, третьи - это встроенные в линию базо­вые печатные машины.

Биговально-высекальная секция. Предназначена для нанесения на лист вертикальные биговки и высечки прорезей в соответствии с заданной фор­мой ящика. На одних секциях устанавливают два вала с биговальными но­жами, а на других - один. Аналогично на одних секциях установлено два вала с ножами для продольной резки, а на других - один. На машинах, где установлено два вала с биговальными ножами наносят, сначала, первичную, а затем вторичную биговку. Чтобы качественно выполнить биговку, нужно учитывать, что чем больше масса кв. метра картона, тем выше должен быть профиль биговального ножа. Ножи для продольной резки монтируют на но­жевые головки, которые либо закреплены на валу неподвижно, либо их можно перемещать на валу в соответствии с заданными параметрами пане­ли. Кромки ножей могут быть с зубчиками, что делает их более острыми. Ножи с зубчиками применяют, в основном, для печатных машин с верхней печатью, для прорезей изнутри ящика.

Ротационный высекальный пресс. Имеет большие преимущества при производстве типичных работ, где используют простые вырубные штампы. Важно тщательно удалять отходы, получаемые в процессе высечки, чтобы мелкие куски их не попадали в швы при склейке ящиков.

Фальцевально-склеивающая секция. Состоит из двух пар верхних и ниж­них реек. Лист пропускают через фальцовочное устройство используя за­хваты, установленные на ремнях, которые проталкивают заготовку по ма­шине, либо поддерживая на движущемся ремне при помощи вакуумной си­стемы, либо используя трение между двумя движущимися ремнями. Когда заготовка проходит через машину, захваты, ремни или рейки поднимают па­нели таким образом, что они контактируют с профильными рейками, кото­рые формируют сгиб по вертикальным биговкам на заготовке. Перед фаль­цовкой на клапан или заднюю панель в зависимости от типа машин наносят клей при помощи колесика или экструзии. Так получают готовый ящик.

Счетно-выводное устройство. Функция устройства заключается в подсчете заданного количества ящиков в пачке и выводе пачки для укладки

93

в стопу, обвязки и укладки на поддон. Ящики считают при помощи специ­ального фотоэлемента.

В качестве дополнительного примера рассмотрим работу агрегата фир­мы «Мартин» (рис.5.9).

Заготовки ящиков после отлежки на поддоне подают на печатно-высекальную машину. При этом поддон ставится так, чтобы направление гофров картона после переработки было параллельно высоте ящика. Пачки загото­вок с поддона поступают на узел подачи (секция А), откуда при помощи ме­ханических или вакуумных захватов картон отдельными листами подается в машину.

В машине производится нанесение печати на верхней стороне картона с последующей рилевкой заготовки вдоль гофров и просечкой клапанов ящи­ка. Нанесение печати происходит на специальных печатных секциях (сек­ции В), число которых соответствует числу красок рисунка и текста. Про­сечка и рилевка производится на ротационном высекальном прессе (секция С) специальными штанцевальными инструментами, закрепленным на мас­сивном барабане. Заготовки, проходя между вращающимся верхним бараба­ном со штанцевальным инструментом и нижним упорным барабаном, про­резаются и рилюются.

Современные печатно-высекальные машины комплектуются штампую­щей секцией (секция D), которая дает возможность проведения дополни­тельных операций - просечку отверстий, высечку ручек, высечку самозапи­рающегося дна ящика и др. Пройдя узел отбора, где производится визуаль­ное сортирование по внешним дефектам, заготовки могут поступать в про­межуточный штабелеукладчик. Следующими технологическими операция­ми обычно являются фальцевание, сшивка или склейка по соединительному шву (секция Е). Готовые ящики поступают на штабелеукладчик (секция G), являющийся отдельным устройством, обычно не связанным с печатно-высекальной машиной. Управление и настройка работы машины производится с помощью дисплейной секции F.

Подобные печатно-высекальные и складывающе-склеивающие агрегаты выпускаются фирмами «Лангстон» (США), «Мартин» (Франция), «Эмба» (Швеция), «Куриони» (Италия) и другие. Производительность таких агрега­тов составляет 50-250 штук в минуту.

5.6. Упаковочные машины

Готовые ящики, заготовки и другие изделия укладываются в пачки и об­вязываются. Существуют различные виды обвязки кип ящиков: металличе­ской, полимерной или бумажной лентой; плоской или круглой металличе­ской проволокой. Обвязка пачек ящиков производится механизированным способом на специальных обвязочных станках или с помощью ручного об­вязочного инструмента. При обвязке пачек проволокой, для того чтобы про­волока не подрезала картон на углах пачки, под нее подкладывают угловые прокладки из картона. Применение бумажной ленты предотвращает порчу ящиков на углах пачки, но снижает прочность обвязки.

Обвязочная машина работает следующим образом: скомплектованная пачка ящиков укладывается на приемный стол и толкателями подается под обвязочное устройство. Сверху пачка подпрессовывается прижимной плитой. Подача бумажной или полимерной ленты осуществляется с рулона. Материал бумажной ленты - бумага из сульфатной небеленой целлюлозы массой 125-150 г/м² . Склейка ленты производится термоплавким клеем. Для удобства транспортирования и ведения погрузочно-разгрузочных работ отдельные пачки объединяют в крупные транспортные пакеты (паллеты).

6. Производство многослойных бумажных мешков

Многослойные бумажные мешки - это концентрические трубки из 2-6 слоев бумаги, закрытые с одной стороны. Главное конструктивное отличие бумажных мешков заключается в способе заполнения - через открытую гор­ловину мешка или горловину, закрывающуюся клапаном, что связано с ти­пом расфасовываемого материала. Мешки с клапаном могут закрываться автоматически, а мешки с открытой горловиной - прошивкой или завязыва­нием.

Важными характеристиками таких мешков являются количество слоев и вид бумаги, а также свойства материалов, используемых для нанесения по­крытий и пропитки бумаги. Эти характеристики обусловливаются требова­ниями защиты расфасованного материала и функциональными требования­ми к таре.

Преимуществами бумажных мешков являются простота размещения их на поддонах, штабелирования и транспортирования, а также проницаемость для воздуха (например, мешков с цементом), что позволяет расфасованным изделиям «дышать». Дополнительным преимуществом бумажных мешков является возможность утилизации использованных изделий в качестве ма­кулатурного сырья (марка МС-4А) для производства бумаги и картона.

Бумажные мешки используют для упаковки изделий массой до 50 кг, но для облегчения работы и удовлетворения требований техники безопасности массу мешков стараются снижать. Кроме того, бумажные мешки широко применяют в розничной торговле, где с учетом удобства для покупателей масса груза в мешках может составлять от 5-10 до 25 кг. Розничная торговля требует более высокого качества печати на упаковке и, по возможности, на­личия у мешков ручек.

6.1. Материалы для изготовления бумажных мешков

Для изготовления многослойных мешков используют специальную ме­шочную крафт-бумагу - прочный и долговечный материал с особыми свойствами. Она представляет собой один из наиболее прочных типов выпускае­мой бумаги. Её производят из сульфатной целлюлозы, получаемой, преиму­щественно из хвойных длинноволокнистых пород древесины. Для повыше­ния влагопрочности бумага в процессе изготовления подвергается проклей­ке специальными составами. Естественный цвет мешочной крафт-бумаги - коричневатый, от темно- до светло-коричневого, что для многих областей применения вполне приемлемо. Отбеливая волокна целлюлозы при изго­товлении, можно получать белую мешочную бумагу. При её использовании для наружной стороны бумажного мешка белая бумага способствует повы­шению привлекательности и обеспечивает получение пригодной для нане­сения печати поверхности.

Важным показателем мешочной бумаги является её растяжимость - способность к удлинению без разрушения при нагрузках в машинном направлении. Это свойство придаётся бумаге в процессе изготовления и при последующей обработке путем крепирования.

Слаборастяжимая крепированная мешочная бумага получается в про­цессе мокрого крепирования (обычно на БДМ), обеспечивающего растяжи­мость её (см. п. 2.4). В результате крепирования бумага приобретает посто­янные поперечные складки, становится более грубой на вид, более пористой и эластичной, чем обычная крафт-бумага.

Микрокрепированная мешочная бумага получается в результате меха­нического воздействия на бумагу (крепирования), образующего на ней едва видимые поперечные складки. Она сильнее растягивается в машинном (продольном) направлении. У такой крафт-бумаги растяжимость в продоль­ном направлении составляет более 10 % .

Влагопрочная мешочная бумага предназначена для изготовления меш­ков, которые используются для транспортирования и хранения сыпучих продуктов, овощей, минеральных удобрений в условиях повышенной влаж­ности воздуха. Особенность её состоит в одновременном сочетании свойств водонепроницаемости и воздухопроницаемости. Влагопрочность достигает­ся введением в бумажную массу химических добавок - синтетических смол, латексов, полиэтиленамина и других полимерных добавок. Вырабатывается массой 65-110 г/м².

Битумированная мешочная бумага предназначена для изготовления мешков под минеральные удобрения и цемент. Широкое применение биту­ма для придания бумаге водоотталкивающих свойств, паро- и водонепрони­цаемости обусловлено его хорошей клеящей способностью и пленкообразу­ющими свойствами, а также низкой стоимостью и доступностью. Применя­ется битумно-масляная смесь, состоящая из 55-65 % легкоплавкого битума и 35-45 % индустриального масла. Масло выполняет функцию регулятора вязкости и клеящей способности смеси.

Мешочная бумага обрабатывается битумом двумя способами: пропиткой и дублированием (склеиванием слоев). Более распространенным и эффек­тивным способом является дублирование.

Смесь для пропитки бумаги обогревается паром, электричеством или на­гретым маслом. Температура смеси должна поддерживаться на требуемом уровне (обычно 100-110 ⁰С), так как колебания температуры приводят к не­равномерности пропитки. При перегревах (более 210 ⁰С) возможно самовоз­горание битума. Слишком низкая температура повышает вязкость битума и может явиться причиной появления дефектов в бумаге.

Пропитка бумаги битумно-масляной смесью осуществляется на специ­альных машинах (рис. 6.1). Смесь из бачка, установленного над машиной, самотеком поступает в ванну 2 и наносится погруженным в нее валиком 4 на одну сторону бумаги. Избыток смеси снимается ножевым шабером 3. Кромки бумаги шириной до 30 мм битумом не покрываются для возможно­сти склеивания полотна в трубку. Расход смеси составляет от 15 до 25 г/м². Покрытая битумом бумага поступает в горячий пресс 5, где происходит ча­стичная диффузия покровной смеси, и после этого наматывается в рулоны на накате 7. Битумированная бумага перед намоткой в рулон обязательно должна охлаждаться воздухом на холодильном цилиндре 6 во избежание слипания ее слоев в рулоне.

Дублированную мешочную бумагу получают на машинах, оснащенных устройствами для одновременной подачи и пропитки двух полотен бумаги массой 45-50 г/м². Привес бумаги в этом случае составляет 30-35 г/м². Скле­ивание пропитанных сторон полотен осуществляется в двухвальном горя­чем прессе 5 с последующим охлаждением на холодильном цилиндре 6 (рис.6.1).

В мировой практике область применения битумированной мешочной бу­маги постепенно сужается в связи с внедрением полимерных пропиточных составов. Однако на отечественном рынке спрос на нее пока сохраняется стабильно высоким.

7        -21

Рис. 6.1. Схема машины для битумной пропитки и дублирования мешочной бумаги: 1 - раскаты; 2 - ванны с битумом; 3 - шаберы; 4 - наносной валик; 5 - горячий пресс; 6 - холодильный цилиндр; 7 - накат (штриховой линией показано движение полотна в режиме пропитки, сплошной линией - в режиме дублирования)

Антиадгезионная (силиконизированная) мешочная бумага представ­ляет собой бумагу с односторонним покрытием на основе кремнийорганических соединений (силиконов). Бумага применяется в качестве внутренних слоев бумажных мешков для упаковки брикетов синтетического каучука, битума, канифоли и других материалов, прилипающих к обычной бумаге. Кроме антиадгезионных свойств, эта бумага отличается низкими показате­лями воздухо- и паропроницаемости.

Мешочная бумага, ламинированная полиэтиленом, предназначена для изготовления мешков под минеральные удобрения, ядохимикаты, гигроско­пические сыпучие материалы и пищевые продукты, за исключением жиров, при контакте с которыми полиэтилен набухает. Ламинированная бумага об­ладает химической устойчивостью, влагопрочностью, низкой паропроницаемостью, имеет высокие значения показателей механической прочности. Нанесение полиэтилена на поверхность мешочной бумаги осуществляется следующими способами: экструзией, кашированием, склеиванием, нанесе­нием из растворов и дисперсий.

Парафинированная мешочная бумага применяется в качестве среднего и внутреннего слоев в мешках, предназначенных для транспортирования ги­гроскопичной продукции, в том числе сыпучих химикатов, продуктов пита­ния и других. Отличительными потребительскими свойствами этой бумаги являются паро- и водонепроницаемость.

6.1.1. Микрокрепирование мешочной бумаги

Микрокрепирование - придание бумаге фактуры мелкого крепа с целью увеличения растяжимости, повышения сопротивления динамическим на­грузкам и излому. Процесс осуществляется на сушильной части БДМ при влажности полотна 30-40 % .

Наибольшее распространение в мировой практике получил способ микрокрепирования мешочной бумаги на установке Clupak (рис.6.2). Установ­ка представляет собой бесконечное армированное резиновое полотно 11, охватывающее часть поверхности сушильного цилиндра 12. Прижим рези­нового полотна к сушильному цилиндру осуществляется с помощью сталь­ного валика 3 с гидравлическим устройством, обеспечивающим возмож­ность регулирования линейного давления в зависимости от требований к растяжимости вырабатываемой бумаги в пределах от 250 до 400 Н/см. Рези­новое полотно движется по четырем вращающимся валикам: по двум направляющим 7, одному правильному 8 и одному натяжному 2. Установка располагается обычно между второй и третьей группами сушильных цилин­дров.

Под действием прижимного валика резиновое полотно, охватывающее часть сушильного цилиндра 12 с бумагой 17, деформируется. Его наружная поверхность удлиняется и, пройдя с бумагой зону контакта за счет упругих свойств резины, будет стремиться принять первоначальное недеформиро- ванное положение, т.е. его наружная поверхность будет укорачиваться и воздействовать на бумажное полотно, прижатое к сушильному цилиндру. Вследствие этого на бумаге образуется микрокреп.

Резиновое полотно изготавливается из теплостойкой износоустойчивой твердой резины толщиной 25 мм с армированным средним слоем. Для предотвращения перегрева и преждевременного износа резины в случае её прямого контакта с нагретым цилиндром (например, при обрыве бумажного полотна) установка имеет систему автоматической подачи холодной воды 9. В целях увеличения срока службы и восстановления качества поверхности резины регулярно (через 100-120 часов работы) производится перешлифов­ка полотна ленточным шлифовальным устройством 6.

Состояние поверхности сушильного цилиндра - один из существенных факторов качественного микрокрепирования. Поверхность его обязательно должна быть хромированной и тщательно отполированной. С помощью спрысков 15 на поверхность цилиндра наносится силиконовая эмульсия для предотвращения прилипания бумаги к нему. Очистка поверхности цилиндра осуществляется подвижным шабером 16, оснащенным тефлоновым лезви­ем.

Увеличению показателя удлинения мешочной бумаги способствуют:

- повышение давления прижима резинового полотна к цилиндру;

- увеличение угла обхвата цилиндра резиновым полотном;

- повышение температуры цилиндра.

Микрокрепирование мешочной бумаги на установке Expanda (рис 6.3) отличается тем, что процесс осуществляется между валами с различной твёрдостью. Установка напоминает обычный мокрый пресс. Нижний метал­лический вал 11 имеет гладкую полированную поверхность, которая посто­янно очищается шабером 8. Верхний вал 5 обтянутый толстым слоем изно­соустойчивой термостойкой резины, прижимается к нижнему валу с помо­
щью пневматического устройства. Для удаления образующейся пыли и, со­ответственно, продления срока службы верхний вал оснащен специальной щеткой 4. Установка располагается на БДМ между сушильными цилин­драми, где влажность бумажного полотна составляет 30-35 %.

6.2. Классификация и испытание на прочность бумажных мешков

Бумажные мешки, предназначенные для сыпучих продуктов и штучных товаров, изготавливают в соответствии с ГОСТ Р-53361-2009. По способу изготовления они подразделяются на три типа: склеенные, сшитые и комби­нированные. Каждый из этих типов может вырабатываться с открытой гор­ловиной и закрытой (с клапаном); кроме того, склеенные мешки могут иметь подвернутое, прямоугольное или шестиугольное дно и боковые складки. Всего предусмотрено 6 типов склеенных и 5 типов сшитых меш­ков. Примеры разновидностей мешков представлены на рис. 6.4.

6.4. Технология и оборудование производства многослойных бумажных мешков

Современное оборудование для производства мешков - это механизиро­ванные поточные линии, включающие раскаты для рулонов мешочной бу­маги, трубочную машину, швейные агрегаты (для сшитых мешков), устрой­ства для накопления и пакетирования готовых мешков. Для отдельных ти­пов мешков поточные линии могут включать печатные секции и дноклеильные агрегаты (для склеенных мешков с широкими днищами). На рис. 6.5 представлены схемы технологических линий изготовления бумажных меш­ков (а,б - для изготовления склеенных мешков с шириной дна 8-15 см; в - для изготовления сшитых мешков с шириной дна 20-30 см). Производитель­ность линий - до 150 млн шт./год.

Рулоны бумаги поступают в мешочный цех со склада 1 в грузовых лиф­тах или по элеваторам с подвесными люльками 2 и распределяются между поточными линиями при помощи ленточных транспортеров или тележек, передвигающихся по рельсу, утопленному в полу.

Бумага в рулонах подбирается по видам и форматам и подается на тру­бочную машину 4 со встроенным в нее при необходимости узлом печати. На трубочной машине формуется и отрубается заготовка будущего мешка - трубка. Каждый слой бумаги непрерывно склеивается клеем вдоль продоль­ной кромки мешка, а соседние слои бумаги соединяются между собой по­перечной точечной склейкой на концах трубок. Поперечная склейка приме­няется не для всех видов мешков. Клей приготавливается централизованно и поступает в резервуары около трубочной машины по трубопроводам 12, 13 для продольной и поперечной склейки трубок. При необходимости на каждый мешок наносят печать в одну - четыре краски. С этой целью бума­гу с рулона, предназначенную для наружного слоя мешка, пропускают через пе­чатный станок, установленный в размоточной части трубочной машины. Готовые трубки для схватывания клея выдерживают на уплотнительных пластинчатых транспортерах 5, ленточных транспортерах или поддонах.

Рис. 6.5. Схемы технологических линий изготовления мешков: а,б - склеенных; в - сшитых; 1 - склад; 2 - подвесная люлька; 3 - рулоны бумаги; 4 - трубочная машина; 5 - пластинчатые транспортеры; 6 - дноклеильные агрегаты; 7 - ленточные уплотнительные транспортеры; 8 - пластинчатый конвейер; 9 - пластинчатые транспортеры; 10 - упаковочные прессы; 11 - транспортер; 12 - 14 - подача клея по трубопроводам; 15 - пакетирующий элеватор; 16 - устройство для обвязки шпагатом;

17 - слип (наклонная плоскость); 18 - столы; 19 - устройство для укладки клапана; 20 - швейные машины; 21 - ленточный конвейер; 22 - швейные нити; 23 - креповая бумага

Рядом с трубочной машиной обычно устанавливают два дноклеильных агрегата 6, оборудованных поворотным устройством, направляющим труб­ки поперек оси машины. Агрегаты могут состоять из двух одинаковых ча­стей для сгибания и склеивания дна на одном или двух концах трубки, что позволяет производить либо открытые, либо закрытые мешки. Клей к дноклеильному агрегату подается по трубопроводу 14.

Склеенные мешки для ускорения схватывания клея направляются на уплотнительный ленточный транспортер 7, огибают подсушивающий бара­бан и собираются в пачки по 20-30 штук на контрольном пункте, откуда передаются на пластинчатый транспортер 8, направляющий мешки к упако­вочным прессам 10. Мешки укладываются в кипы по 500-1000 штук пооче­редно на одном из пластинчатых транспортеров 9 и поступают под пресс, где стягиваются стальной или синтетической лентой в кипы. Кипы мешков транспортером 11 направляются на склад. При поступлении на склад кипы снимаются с транспортера-накопителя с помощью электропогрузчиков, ко­торые укладывают их в штабеля, а также подают в вагоны.

Схема б отличается от схемы а более высоким уровнем механизации про­цессов и иным расположением оборудования. По схеме б после трубочной машины мешки по уплотнительному ленточному конвейеру 5 поступают в пакетирующий элеватор 15, откуда пачками по 20-30 штук поочередно по­даются к дноклеильным агрегатам 6, состоящим из двух одинаковых частей для биговки и склеивания дна по торцам трубок. После них мешки проходят через уплотнительный ленточный транспортер 7 и по пластинчатому кон­вейеру 8 направляются на упаковку или в машину 16 для обвязки шпагатом пакетов из 25 мешков и далее по наклонному слипу (люк, снабженный на­клонной плоскостью) на склад или к упаковочным прессам (как в схеме а) для упаковки в кипы по 500-1000 штук.

Сшитые мешки вырабатываются по схеме в. Линии для сшитых мешков имеют более простую конструкцию, чем для склеенных, но, в случае выпус­ка закрытых мешков, должны иметь другое отрубающее устройство. Трубки после трубочной машины поступают на ленточный транспортер и распреде­ляются равномерно между 6-10 швейными машинами. Съем трубок с транс­портера возможен вручную или автоматически. Трубки накапливаются на столах 18, выдерживаются для схватывания клея и направляются на устрой­ство для укладки клапана 19, после чего прошиваются нитями 22 по крепи­рованной бумаге 23 на швейных машинах 20. При необходимости во время прошивки производится герметизация швов.

Готовые мешки сортируют и укладывают пачками по 20-30 штук на лен­точный конвейер 21, подающий мешки на упаковочные прессы 10. Сшитые мешки упаковываются в пачки по 100 штук или кипы по 500-1000 штук. Пачки по 100 штук спускают на склад по слипу. Кипы транспортируются так же, как указано выше. Кипы сшитых и склеенных мешков обычно мар­кируются на упаковочных прессах.

6.4.1. Трубочные машины

Многослойные бумажные мешки производятся из заготовок, называе­мых трубками, которые выпускаются на трубочных машинах. Трубки фор­мируются с различными конструктивными особенностями в зависимости от типа мешков: склеенных или сшитых, с закрытой или открытой горловиной.

В поточной линии производства мешков мешочная бумага с размоточной секции (раскатов) поступает к трубочным машинам (рис. 6.6). Число разма­тываемых рулонов соответствует количеству слоев мешка. Рулоны 2 уста­новлены в опорных стойках. В размоточной части машины может быть установлен печатный станок 1 для нанесения маркировки на наружный слой мешков. Если печать не требуется, то его выключают. При размотке слои бумаги поступают в узел регулирования бокового смещения 6. Здесь слои смещаются относительно друг друга поперек машины в приводную сторону на 20-30 мм для образования продольного канта, по которому в дальнейшем производится продольная склейка отдельных полотен. Смещение произво­дится специальным механизмом 6 автоматически с пульта управления или вручную.

Замена рулонов производится на ходу машины (при скорости до 10 м/мин). Старый рулон, размотанный до диаметра около 300 мм, отводят на дополнительный раскат 3, а новый диаметром до 1300 мм ставят на его ме­сто. Кососрезанную часть полотна в начале нового рулона смазывают бы­стросохнущим клеем и перед окончанием размотки рулона приклеивают к движущемуся полотну старого рулона. Оба склеенные полотна прижимают­ся друг к другу в одной из пар валиков и окончательно соединяются. Старое полотно после этого отсекается специальным ножом или вручную и работа машины продолжается.

После узла бокового смещения бумага поступает в узел регулирования степени натяжения 7. Здесь с помощью бумагонатяжного устройства, авто­матически изменяющего угол обхвата рабочих валиков, полотно равномер­но растягивается и нежелательные деформации и складки, возникающие в процессе размотки, снимаются.

Следующий узел - это узел перфорации бумаги в поперечном ходу ее по­лотна направлении. Перфорация производится специальным зубчатым но­жом, укрепленным на вращающемся валике 8.

7.1. Оборудование для литья бумажных изделий

Устройство оборудования для литья бумажных изделий подразделяют по способам формования:

- формование с применением вакуума;

- формование с применением гидравлического давления;

- формование с применением сжатого воздуха.

Основными элементами устройств для изготовления изделий являются формы:

- для формования отливок - отливные сетчатые формы, покрытые дыро­пробивной, чаще латунной сеткой;

- для уплотнения влажных отливок - прессовые формы, покрытые той же сеткой (иногда отливки уплотняют непосредственно в отливных формах). Уплотнение достигается с помощью резиновых чехлов;

- для калибровки изделий - стальные перфорированные пресс-формы с обо­гревом.

Конфигурация и размеры сетчатых форм в точности соответствуют раз­мерам и форме отливаемых изделий. Диаметр отверстий сетки 0,5-0,8 мм, толщина 1 мм. Иногда рабочая поверхность отливных форм выполняется из пластин, соединенных между собой боковыми поверхностями с промежут­ками 0,5 мм. Пластинчатые формы в собранном виде имеют поверхность, соответствующую форме отливаемых изделий.

7.1.1. Вакуумный способ формования изделий

Небольшие партии литых изделий можно изготавливать на устройствах путем залива сильно разбавленной водой волокнистой массы на сетчатую форму (рис. 7.4). Вода проходит через сетку и отсасывается, а волокно рав­номерно оседает на поверхность формы. После удаления воды съёмную часть формы вместе с изделием снимают, уплотняют и сушат.

Для получения толстостенных (толщиной более 3 мм) изделий и ускоре­ния процесса наслаивания волокна применяется вакуумирование. Принцип действия такого устройства показан на рис. 7.5. В форме, помещенной в раз­бавленную волокнистую массу, создается вакуум. Волокнистая масса насла­ивается на наружной поверхности формы. При достижении требуемой тол­щины изделия форму вынимают из массы и уплотняют. После этого изделие просушивают и передают на дальнейшую обработку.

Для литых изделий с более тонкими стенками и неглубокой формы (прокладок для яиц, фруктов и т.п.) вакуумным способом наибольшее рас­пространение получили барабанные машины непрерывного действия (рис. 7.6).

Машины состоят из вращающихся формующего, пересъемного и верхне­го сушильного барабанов. На цилиндрической поверхности формующего барабана 2 расположено несколько рядов сетчатых форм 5, которые через штуцера и распределительное устройство, расположенное в торце барабана, поочередно соединяются с вакуумом или атмосферой. При вращении бара­бана сетчатые формы погружаются в ванну с жидкой волокнистой массой 1, уровень которой поддерживается постоянным. Под действием вакуума происходит формование отливок. По выходе сетчатой формы из ванны ва­куум отключается и с помощью пересъёмного барабана 8, отливка, захва­ченная сетчатой контрформой 7, передается на сетчатую форму верхнего су­шильного барабана 10. Верхний барабан находится в закрытом кожухе 9, образующем сушильную камеру, куда подается горячий воздух, температу­рой 90 - 130⁰С. В этой камере и производится сушка изделия. С сетчатых форм верхнего барабана высушенные отливки с помощью сжатого воздуха сдуваются на конвейер.

7. Бумажное литье (упаковка из сформованной бумажной массы)

Достаточно распространенным видом упаковки являются изделия из бу­мажного литья (сформованной бумажной массы). Как следует из названия, этот вид упаковки представляет собой формуемую из бумажной массы конструкцию, предназначенную для удерживания и защиты упакованного изделия. Основная задача такой упаковки - обеспечить защиту изделий от повреждений и разрушения при соударениях. Это достигается ее конструкцией, фиксирующей изделие в стабильном положении, и опреде­ленной степенью упругости стенок, снижающих разрушительное воздей­ствие ударов.

Изделия из бумажного литья производят из жидкой волокнистой массы. Форму изделия приобретают в специальных сетчатых матрицах соответ­ствующих конфигураций. Это позволяет получать изделия с высокой ста­бильностью заданной формы. Способом бумажного литья можно получить тару любой конфигурации, однако, чтобы придать ей дополнительную прочность, требуется дальнейшее уплотнение изделия методом прессова­ния. Необходимость использования сложных прессовых устройств приво­дит к росту трудозатрат и снижению производительности при изготовлении литой тары. Поэтому производство её развивается, в основном, по пути изготовления изделий, не требующих большого уплотнения.

К таким изделиям из формованной бумажной массы относятся: - различного рода лотки, используемые для фиксации фруктов, яиц, ампул и других изделий (рис. 7.1);

- контейнеры типа «ракушки», в которых продукт закрыт полностью, ис­пользуемые для упаковки яиц и бутылок (рис. 7.2);

- амортизирующие прокладки для защиты углов и кромок, применяемые в упаковке керамики, мебели и других изделий (рис. 7.3).

Шире всего подобная тара используется в пищевой и химической про­мышленности, при упаковке электроники, мебели, керамических изделий и других товаров. Упаковку из сформованной бумажной массы широко при­меняют в розничной и оптовой торговле, в торговле по почте, а также в ка­честве одноразовой упаковки в лечебных учреждениях.

Преимуществ упаковки из сформованной бумажной массы много. Тот факт, что для производства такой упаковки используется растительное во­локно, создает возможность безотходного производства. Использованные изделия можно утилизировать в качестве макулатуры. Сформованная из бу­мажной массы упаковка - «живая», она обеспечивает гигроскопичность и воздухопроницаемость. Такая упаковка адаптирована к работе на сортирую­щих и упаковочных линиях, она может обеспечить безопасность при транс­портировке и хранении продукта.

Для изготовления литых изделий используются древесная масса, отходы целлюлозно-бумажного производства и, чаще всего, бумажная макулатура. Поступающая макулатура (отходы производства гофрированного картона, газетная и книжно-журнальная бумага, картонная тара) подлежит разволокнению, тщательной очистке и сортировке для отделения посторонних включений и загрязнений. Это производится в гидроразбивателях, в очист­ных аппаратах и сортирующих машинах. Очищенная таким образом маку­латурная масса подвергается размолу для превращения ее в однородную во­локнистую суспензию. Размол макулатурной массы осуществляется на ма­шинах непрерывного действия (конических или дисковых мельницах, гидрофайнерах и др.) Перед размолом в массу могут добавляться другие виды волокна - древесная масса или целлюлоза.

Основными требованиями, предъявляемыми к волокнистой массе для бумажного литья, являются: быстрое и равномерное оседание волокна на сет­чатых формах; малая усадка и незначительное коробление отливок в про­цессе сушки; степень помола для целлюлозных волокон 17-26 ⁰ШР, для во­локон древесной массы 30-50 ⁰ШР.

После формования отливок производят их снятие с форм, сушку и, при необходимости, калибровку. Снятие отливок с отливных и прессовых форм производится обычно сжатым воздухом. Для этого пресс-формы имеют множество равномерно расположенных отверстий, через которые подается сжатый воздух, создавая избыточное давление между поверхностью пресс- формы и самим изделием. В зависимости от конфигурации изделия и конструкции пресс-форм давление сжатого воздуха составляет от 50 до 400 Па. Пересъем изделий с одной формы на другую производится при помощи сжатого воздуха и вакуума, создаваемого в приемной пресс-форме.

Сушат отливки в камерных сушилках периодического и непрерывного принципа действия. При свободном размещении изделий на загрузочных этажерках или сетчатых транспортерах происходит значительная усадка и коробление изделий, что необходимо учитывать при сушке. Усадка изделий при сушке составляет по толщине от 15 до 55 %, а по длине изделий от 2,5
до 14 %. Чтобы избежать коробления и получать изделия более стабильные по размерам, сушку производят в контрформах.

Для получения изделий заданных размеров и придания им необходимой прочности производится их калибровка. После калибровки размеры и форма изделий остаются неизменными. Литые изделия калибруются в обогревае­мых пресс-формах при температуре 200 ⁰С. Давление прессования, в зависи­мости от вида изделий и требований к его прочности, составляет от 2 до 5 МПа. Калибровке подвергаются отливки, предварительно высушенные до постоянной массы.

Для улучшения физико-механических свойств литых изделий произво­дится их проклейка. Так, для придания водостойкости литые изделия проклеивают канифолью и парафином. Их вводят в жидкую волокнистую массу в виде канифольно - парафинового клея в количестве до 4 % к массе абсолютно сухого волокна. Повышение жесткости стенок изделий и получе­ние гладкой поверхности их при калибровке обеспечивается введением в во­локнистую массу крахмального клейстера.

Биостойкость придается изделиям добавлением в волокнистую массу не­большого количества антисептиков (кремнефтористого натрия, анилидасалициловой кислоты и др.). Иногда вместо добавления в волокнистую массу проводят пропитку указанными веществами готовых изделий после сушки и калибровки.

Чтобы придать литым изделиям желательный цвет, в волокнистую массу в процессе размола добавляют анилиновые красители в количестве до 1 % к абсолютно сухому волокну. Для улучшения внешнего вида и для придания изделиям газо- и водонепроницаемости производится дополнительная окраска или лакировка изделий. Литые изделия хорошо поддаются внешней отделке. При лакировке обеспечивается надежное сцепление лаковых по­крытий с поверхностью изделий.

Упаковка, сформованная из бумажной массы, обеспечивает возможность нанесения на нее многоцветной печати или этикетки, что дает дополнитель­ные маркетинговые преимущества для заказчика.

Затраты на изготовление оснастки для бумажного литья довольно вели­ки. Для снижения себестоимости упаковки заказы на нее должны быть большими. Многие изделия, упаковываемые в такую упаковку, сами по себе достаточно дорогие. В случае дешевых изделий в частности, пищевых про­дуктов, например, яиц и фруктов, затраты на оснастку распределяются на огромное число упаковок, в связи с чем расходы на оснастку окупаются и большой роли не играют.

Приложение - Кодификация типов продукции из гофрокартона

Технологическое оборудование для производства картонной и бумажной тары

Содержание:

1. Материалы для картонной и бумажной тары

1.1. Картон       коробочный

1.2. Картон тарный сплошной склеенный

1.3. Бумага и картон с полимерным покрытием

1.3.1. Бумага и картон с покрытием на основе термопластичных          полимеров

1.3.2. Бумага и картон с покрытием на основе латексов и дис­персий

1.3.3. Парафинированная бумага

1.3.4. Силиконизированная бумага

1.3.5. Многослойные упаковочные ЦКМ (ламинаты)

2. Механические  способы переработки бумаги и картона

2.1.Разделение

2.1.1. Резание

2.1.2. Штанцевание (высекание)

2.1.3. Пиление

2.2.Формование

2.2.1. Подготовительные способы формования

2.2.2. Первичные способы формирования

2.2.3. Вторичные способы формирования

2.3. Соединение

2.4. Облагораживание

3. Технология и оборудование производства гофрированного картона

3.1. Структура  и виды гофрированного картона

3.2. Свойства и методы испытаний гофрированного картона

3.3. Изготовление гофрированного картона на гофроагрегате

3.3.1. Гофрировальная машина

3.3.2. Накопительный мост

3.3.3. Узел предварительного нагрева и    склейки

3.3.4. Сушильная часть

3.3.5. Продольно-резательная рилевочная машина

3.3.6. Поперечно-резательная машина

3.3.7. Стопоукладчик

4. Картонная и бумажная тара

4.1. Упаковочные изделия из гофрированного картона

4.2. Упаковочные изделия из тарного плоского картона

4.3. Упаковочные изделия из бумаги

4.4. Определение нормы расхода материала в производстве картонных ящиков

4.5. Методы испытаний готовой картонно-бумажной тары материалов и пути ее утилизации

5. Технология и оборудование производства картонной тары

5.1. Рилевочно-резательные машины

5.2.          Высекательные машины

5.2.1. Плоские высекательные машины

5.2.2. Ротационные высекательные машины

5.3.Печатно-высекательные машины (печатные слоттеры)

5.3.1. Слоттеры для рулонных исходных материалов

5.3.2. Слоттеры для листовых исходных материалов

5.4.Складывающие и соединяющие машины

5.4.1. Сшивающие машины

5.4.2. Складывающе-склеивающие машины

5.4.3. Складывающе-сшивающие машины

5.5.Печатно-высекательные и складывающе-склеивающие агрегаты

5.6. Упаковочные машины

6. Производство многослойных бумажных мешков

6.1.Материалы для изготовления бумажных мешков

6.1.1. Микрокрепирование мешочной бумаги

6.2. Классификация и испытание на прочность бумажных мешков

6.3. Определение расхода бумаги на изготовление бумажного мешка

6.4. Технология и оборудование производства многослойных бу­мажных мешков

6.4.1. Трубчатые  машины

6.4.2. Швейные    агрегаты

6.4.3. Дноклеильные агрегаты

7. Бумажное литье (упаковка из сформованной бумажной массы)

7.1. Оборудование для литья бумажных изделий

7.1.1. Вакуумный способ формования изделий

7.1.2. Гидравлический способ формования изделий

7.1.3. Способ изготовления полых литых изделий с примене­нием сжатого воздуха

Приложение «Кодификация типов продукции из гофрокартона»

Введение

Товары народного потребления, продукция различных предприятий в большинстве случаев перемещаются от изготовителя к потребителю в упа­кованном виде. В соответствии с действующими стандартами термин упа­ковка определяется как средство или комплекс средств, обеспечивающих защиту продукции от повреждений и потерь, окружающую среду от за­грязнений, а также облегчающих процессы доставки, транспортирования, распределения, информирования, реализации и потребления продукции. Основным, а иногда и единственным элементом упаковки является тара, представляющая собой изделие для размещения продукции в виде замкну­того или открытого корпуса. Некоторые виды тары участвуют в процессе обращения между производителем и потребителем не только вместе с то­варом, но и без него (оборотная тара). Элементы упаковки, которые в комплексе с тарой или без нее выполняют функции защиты товара и окру­жающей среды, называются вспомогательными упаковочными средства­ми.

Тара, применяемая в торговле, должна отвечать экономическим, техни­ческим, санитарно-гигиеническим, эстетическим и другим требованиям. Она должна быть сравнительно недорогой в изготовлении (исключение мо­жет составлять подарочная тара). Тара, используемая при перевозках това­ра, должна обладать низким коэффициентом собственной массы (отношени­ем ее массы к объему).

По выполняемым в процессе товарного обращения функциям тару подразделяют на транспортную, потребительскую и тару-оборудование.

Транспортная тара применяется для транспортирования и хранения то­варов. Она образует самостоятельную транспортную единицу (коробку, ящик, контейнер, поддон и т.п.).

Потребительская тара поступает к потребителю вместе с товаром. Ее стоимость включается в цену товара и оплачивается конечным покупателем. К потребительской таре предъявляются повышенные эстетические требова­ния. Она должна привлекать внимание покупателя, содержать информацию об изготовителе, количестве, потребительских свойствах и правилах исполь­зования товара, создавать рекламу продукции.

Тара-оборудование представляет собой изделие, предназначенное для укладывания, транспортирования временного хранения и продажи из него товаров (например, лоток для ягод, порционная отделяемая тара и т.п.).

До конца XVI века бумажные материалы для упаковки применялись крайне редко, поскольку изготавливались вручную и были предметом рос­коши. Однако по мере разработки технологий глубокой переработки древе­сины и развития индустриального производства в конце XVIII - начале XIX века появляются новые виды упаковки из картона, производство которых в Европе и США становится отдельным ремеслом. Использование деревянной тары постепенно отходит на задний план. Начинает проявляться интерес к использованию картона в качестве материала для производства декоратив­ной тары.

Технический прогресс в тароупаковочном деле неразрывно связан со все более широким применением тары из картона и бумаги, так как такая тара по сравнению с аналогичной, изготовленной из других материалов, имеет существенные преимущества. Она гораздо дешевле, для ее изготовле­ния требуются относительно меньшие затраты исходного сырья и материа­лов. Картонная и бумажная тара отличается легкостью, гигиеничностью, удобствами в обращении, эстетичностью. Существенным преимуществом картонной и бумажной тары является то, что значительная часть уже ис­пользованной тары может служить в качестве макулатурного сырья для производства картонно-бумажных материалов.

Наиболее распространенным видом транспортной картонной тары яв­ляются ящики. Их изготавливают из цельного листа плоского или гофриро­ванного картона, сшитого проволочными скобами. Дно и крышка ящика об­разуются четырьмя клапанами, стыки которых заклеиваются скотчем. Картонные ящики делают складными, что упрощает их хранение и транс­портирование в порожнем виде.

Потребительская картонная тара - это коробки и пачки. Коробки имеют разнообразную форму, плоское дно, а закрываются они клапанами или крышкой (съемной или на шарнире). Пачка закрывается клапанами, а ее корпус имеет форму параллелепипеда.

Бумажная тара применяется для затаривания сыпучих и штучных това­ров. К ней относятся мешки и пакеты.

Российский рынок тары и упаковки - один из наиболее динамично раз­вивающихся и стабильных на сегодняшний день. Динамика рынка зависит от ситуации в потребляющих отраслях - пищевой промышленности, фар­мацевтической, бытовой техники, мебельной промышленности и других. В среднем, с 2000 года рынок рос на 11 % в год. Основной вклад в развитие рынка тары и упаковки принадлежит пищевой промышленности, доля кото­рой составляет около 50 % рынка.

Самым крупным сегментом рынка тары и упаковки являются изделия из гофрированного картона, на которые приходится около 75 % всего произ­водства картона в России. Даже в условиях глобального падения спроса на продукцию целлюлозно-бумажной промышленности рынок гофрокартона в 2008 году показал рост на 8 %. Рынок гофрокартона и компонентов его раз­вивался быстрее, чем рынок картона в целом, в среднем на 10-12 % в год. Основные потребители гофрокартона - пищевая промышленность - 75 % рынка потребления, предприятия, производящие товары бытовой химии и фармацевтику - около 15 %.

Анализ развития тары и тарных материалов показывает, что структурные сдвиги в их производстве и потреблении происходят за счет резкого возрастания использования картонной и бумажной тары. Так, в странах с высоко­развитой тарной промышленностью применение бумаги, картона и комби­нированных материалов на их основе для упаковки продукции составляет 70-90 % от общего потребления всех видов тары.

Широкое применение картонной и бумажной тары в большинстве от­раслей промышленности, сельском хозяйстве, сферах обслуживания позво­ляет обеспечить значительное снижение затрат труда на стадиях обращения с продукцией при упаковке, ее хранении, погрузочно-разгрузочных опера­циях и доставке ее потребителям.