Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Одним из существенных недостатков гофрированного картона является слабая влагопрочность. Это значительно сужает сферу его применения в тех случаях, когда требуется сохранение прочности упаковки в условиях повышенной влажности. Между тем опыт зарубежных стран показывает, что именно использование тары из влагопрочного гофрокартона и картона с защитными свойствами наиболее эффективно, поскольку при этом значительно расширяется область применения и обеспечивается экономное расходование ресурсов на тару [1, 4, 7].

Для достижения тех или иных необходимых свойств картона пользуются следующими методами: подбором исходных волокнистых полуфабрикатов, т.е. составлением композиции бумаги и картона по виду и происхождению волокон; изменением технологических режимов одного или нескольких основных процессов бумажного производства (массного размола, отлива, сушки); введением в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокулянтов, проклеивающих и других веществ); отделкой бумаги или картона, включая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия синтетическими пленками и др.; обработкой поверхности бумаги или картона химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами) [2, 3, 8].

Поведение бумаги и картона при переработке и применении зависит от их механических и влагопрочностных показателей, которые обусловлены, прежде всего, композиционной структурой целлюлозно-бумажных материалов, а также процентным составом и соотношением в бумаге наполнителей, проклеивающих и других вспомогательных веществ [5, 6].

Получение количественных зависимостей, между композицией исходной бумажной массы и её механическими показателями, а также между количеством вспомогательных веществ (наполнителей, проклеивающих и др.) и влагопрочностными свойствами бумаг и картонов является актуальной задачей, востребованной и исследователями, и производственниками. Это дает возможность прогнозировать свойства и качество бумажного сырья, что позволит получать готовую продукцию с улучшенными потребительскими свойствами.

Цель данной работы – разработка технических рекомендаций для исходного бумажного сырья, используемого в производстве гофрокартона, обеспечивающих получение готовой продукции с повышенными механическими и влагопрочностными показателями. Для достижения заданной цели были проведены исследования влияния композиции исходного бумажного сырья на механические свойства и количества наполнителя и степени проклейки на влагопрочностные показатели.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования данной работы являлись образцы бумаг для получения плоского и гофрированного слоев картона различных марок и производителей (табл. 1, 2).

В работе для анализа качества исходного сырья проведены исследования химических, физических, механических и влагопрочностных показателей исследуемых образцов картонов.

Экспериментальные исследования проводились по следующим методикам: определение массы картона площадью 1 м2 по ГОСТ 13199-884; определение толщины по ГОСТ 27015-86; определение композиции исследуемых образцов бумаги и картона по ГОСТУ 7500-85; определение зольности по ГОСТУ 7629-934; определение прочности на разрыв и удлинения при растяжении по ГОСТ 13525.1-79; определение сопротивления расслаиванию картона проводилось по ГОСТ 13648.6-86; определение влажности по ГОСТ 13525.19-91; определение поверхностной впитываемости воды при одностороннем смачивании по ГОСТ 12605-97; определение капиллярной впитываемости по ГОСТ 12602-67; определение степени проклейки по ГОСТ 13648.6 – 86.

Таблица 1

Образцы бумаг для гофрирования

Таблица 2

Образцы бумаг для плоских слоев картона

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты анализа композиционного состава по волокну исследуемых образцов показали, что содержание макулатурной массы в различных видах бумаг для гофрирования изменяется в пределах от 18 до 62 %, содержание древесной массы – от 22 до 63 % и содержание целлюлозы от 9 до 40 %. При этом минимальное количество макулатурной массы в бумаге Б-140 (Б-8), а максимальное – в бумаге Б-1-125 (Б-1) и в бумаге Б-3-112 (Б-6). У остальных производителей содержание макулатурной массы изменяется незначительно и в среднем варьируется в пределах от 40 до 50 %.

Анализ прочностных характеристик исследуемых образцов показал, что при увеличении содержания макулатурной массы в бумаге для гофрирования на 20 % разрушающее усилие уменьшается на 30–37 Н, разрывная длина уменьшается на 1,9–2,0 км и предел прочности на 7,0–7,2 МПа. При уменьшении содержания макулатурной массы на 25 % разрушающее усилие увеличивается на 45–50 Н, разрывная длина увеличивается на 1,0–1,1 км и предел прочности на 40–45 МПа.

Результаты анализа композиционного состава по волокну образцов плоского картона, показали, что содержание макулатурной массы варьируется в пределах от 26 до 53 %, содержание древесной массы – от 24 до 46 % и содержание целлюлозы от 8 до 37 %. При этом минимальным количеством макулатурной массы характеризуются картоны КТУ-125 (К-1) и КТУ-135 (К-9) и картон КS-150 (К-4). Максимальное количество макулатурной массы содержится в картоне К-150 (К-5) и в картоне К-3-150 (К-6). В остальных видах картона среднее содержание макулатуры варьируется от 40 до 50 %.

Анализ исследуемых прочностных характеристик плоского картона показал, что при увеличении содержания макулатурной массы в образце в среднем на 20 % разрушающее усилие уменьшается на 80–90 Н, разрывная длина уменьшается на 3,5–4,0 км, удельное сопротивление разрыву на 1,2–1,5 кН/м и предел прочности на 20–22 МПа. При уменьшении содержания макулатурной массы в среднем на 25 % разрушающее усилие увеличивается на 70–80 Н, разрывная длина увеличивается на 3,0–3,4 км, удельное сопротивление разрыву на 1,5–1,8 кН/м и предел прочности на 30–35 МПа.

Таким образом, по результатам экспериментальных исследований можно сделать вывод, что для получения гофрокартона с повышенными механическими свойствами содержание макулатурной массы в бумагах, используемых для гофрирования, не должно превышать пределов 25 %, в бумагах, используемых для получения плоского слоя гофрокартона, не должно превышать пределов 30 %.

Результаты исследования влияния количества наполнителя и степени проклейки на влагопрочность и впитываемость бумаг, используемых для производства гофрокартона, приведены в табл. 3 и 4.

По результатам полученных данных установлено, что содержание наполнителя в бумаге для гофрирования изменяется в пределах от 2 до 6 %. Максимальное количество наполнителя наблюдается в бумагах Б-5, Б-6, а минимальное – в бумагах Б-1, Б-8. Степень проклейки изменяется в пределах от 0,17 до 1,30 мм. Максимальное значение характерно для бумаг Б-1, Б-7 и Б-8, а минимальное – для бумаг Б-4 и Б-6.

Таблица 3

Показатели зольности, степени проклейки и впитываемости при одностороннем смачивании бумаг для гофрирования

Таблица 4

Влагопрочностные свойства бумаги для гофрирования

Результаты химических и влагопрочностных характеристик образцов лайнера представлены в табл. 5 и 6.

Анализ результатов, представленных в табл. 5 и 6, показал, что содержание наполнителя в картонах для плоских слоев изменяется в пределах от 1,7 до 7,1 %. Максимальное количество наполнителя характерно для картонов К-5, К-6, а минимальное – для К-4, К-9. Степень проклейки в исследуемых образцах варьируется в пределах от 0,52 до 1,30 мм.

Таблица 5

Значения зольности, степени проклейки и впитываемости при одностороннем смачивании картона для плоских слоев

Таблица 6

Влагопрочностные свойства картона для плоских слоев

Сравнительный анализ результатов, представленных в табл. 3, 4, 5, 6, показал что с увеличением содержания наполнителя в бумажной массе наблюдается заметное снижение механической прочности бумаги как в машинном направлении, так и в поперечном. При этом прослеживается прямолинейная зависимость между показателями степени проклейки бумаги и ее впитывающей способностью.

В работе были проведены испытания образцов гофрокартона по показателям влагопрочности по ГОСТ 13.525.19-91 (Бумага и картон). Влагопрочность определялась как отношение прочности гофрированного картона во влажном состоянии (при относительной влажности воздуха 99 %) к прочности в сухом состоянии, выраженное в процентах.

В нашем случае прочность определялась при помощи прибора сопротивления продавливанию (ПР-1). Методика проведения эксперимента указана в ГОСТ 13525.8-86.

Анализируемые марки гофрокартонов были получены из исследуемого ранее исходного сырья. Полученные результаты эксперимента показали, что максимальными влагопрочностными свойствами характеризуются образцы гофрокартонов с использованием бумаги для гофрирования Б-1, Б-8 и бумаг для плоских слоев К-4, К-9.

Заключение

Полученные результаты экспериментальных исследований позволили разработать технические рекомендации для исходного бумажного сырья (бумаг для гофрирования и бумаг для плоских слоев), которые позволят получать гофрированный картон с повышенными прочностными и влагопрочностными свойствами.

Разработанные технические рекомендации представлены в табл. 7.

Таблица 7

Технические рекомендации к качеству исходного сырья, используемого для производства гофрокартона

Рецензенты:

Бигеев В.А., д.т.н., профессор, директор института металлургии, машиностроения и металлообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск;

Стеблянко В.Л., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск.