Fabricarea Cartonului Ondulat [PDF]

Zitiervorschau

Fabricarea cartonului ondulat Cuprins Introducere Fabricarea cartonului ondulat Consideraţii privind procesul de lipire Masina cartonului ondulat Consideratii privind fabricarea cartonului ondulat Bibliografie

Introducere Cartonul ondulat este un produs papetar complex ca structură şi compoziţie fibroasă, căruia i se solicită şi proprietăţi diferite de cele ale hȃrtiilor şi cartoanelor obişnuite. La analiza cartonului ondulat se pleacă de la faptul că aceste este semifabricatul din care se obţin ambalajele, care la rȃndul lor trebuie să ȋndeplinească cerinţe calitative specifice. Cartonul ondulat a apărut în Statele Unite în anul 1878 când Oliver Long a avut idea să adauge prin lipire un strat neted de hȃrtie peste ondule şi a brevetat metoda de obţinere şi termenul de carton ondulat.

Fabricarea cartonului ondulat Cartonul ondulat se obţine printr-o tehnologie special, care constă din mai multe faze: condiţionarea hârtiilor, ondularea hârtiei miez, aplicarea cleiului şi lpirea hârtiei capac, uscarea şi finisarea cartonului. Ȋn toate aceste etape se produc fenomene mecanice şi fizicochimice complexe: solicitări mecanice, transferuri termice,transformări de fază, procese de absorbţie şi difuzie. Ele se desfăsoară succesiv sau simultan, ȋntr-un ritm rapid, ceea ce complică ȋnţelegerea lor. Elucidarea acestor fenomene şi cunoaşterea factorilor de influenţă sunt importante, deoarece permit conducerea tehnologiei astfel ȋncât calitatea cartonului ondulat şi productivitatea să se situeze la nivelul cerinţelor.

Aspecte fizice ale proceselui de ondulare Mașinile modern de carton ondulat funcționeazǎ la viteze mari, 200-300 m/min și chiar mai mult, viteze la care solicitǎrile mecanice și termice la care este supusǎ h ârtia miez sunt deosebit de intense. Frecvența și amplitudinea pulsațiilor de presiune și temperaturǎ din zona de ondulare se amplificǎ, modificându-se condițiile de operare. În consecintǎ, odatǎ cu mǎrimea viteza de funcționare a mașinii crește importanța calitǎ ții h ârtiei miez, ai cǎrei parametric trebuie aduși la nivelul la care sǎ poatǎ parcurge grupul de ondulareȋn condiții satisfǎcǎtoare. Spre exemplu, la o mașinǎ de carton ondulat care func ționeǎzǎ cu viteza de 240m/min si produce carton ondulat tip B cu factorul de ondulare 1,32 viteza hârtiei miez se

2

apropie de 320 m/min, fiind uneori mai mare decât viteza mașinii pe care a fost produsǎ aceastǎ hârtie.

Figura 1.1. Reprezentarea schematic a etapelor parcurse de hârtie miez ȋn grupul de ondulare. Smnificația cifrelor este prezentatǎ ȋn tabelul de mai jos. În grupul de ondulare hârtia miez parcurge urmǎtoarele etape, localizate pe schema din figura 1.1: conditionarea hârtie, trecerea prin labirintul de ondulare, aplicarea cleiului, presarea hârtie capac. Datoritǎ vitezei ridicate a mașinilor modern de carton ondulat, aceste etape se succed foarte rapid, ȋntregul treseu fiind parcurs ȋn c âteva fractiuni de secundǎ. În tabelul 1.1. se prezintǎ durata fazelor de prelucrare a hârtie miez ȋn cazul grupului de ondulare care funcționeazǎ cu viteza de 240 m/min. Datele din tabelul 1.1. aratǎ cǎ dacǎ excludem faza de condiționare, durata ȋn care hârtia parcurge grupul de ondulare, ȋn ipoteza vitezei de lucru de 240 m/min este de numai 3

166ms, iar timpul de trecere printer valturile canelate, unde se formeazǎ nodule este de doar 7,5 ms. În acest interval extreme de scurt, asupra hârtie se exercitǎ forțe complexe de ȋntindere, frecare, comprimare ȋn planul foii și pe direcție vertical și este supusǎ efortului de ȋncovoiere, toate acestea având loc simultan cu o intensǎ solicitare termicǎ. În cazul ondulei tip B , ȋn numǎr de 164m, la viteza de 240 m/min se formeazǎ ȋn medie 656 ondule ȋn fiecare secundǎ, numǎr ridicar, care subliniazǎ necesitatea ca hârtia miez sǎ fie adusǎ ȋn stare care sǎ-i permitǎ parcurgerea grupului ȋn condiții satisfǎcǎtoare.

Tabelul 1.1. Etapele parcurse de hârtia miez ȋn grupul de ondulare și valoarea timpilor parțiali și duratei cumulate. Grupul produce nodule tip B, cu viteza de 240m/min. Etapa

Faza

(vezi fig. 1.1.) 1. 2. 3. 4.

Condiționarea Intrarea ȋn labirint Ieșirea din labirint Camera de presiune

Durata

Durata

de trecere,ms

cumulatǎ,

~300 6 1,5 94,5

ms 6 7,5 102

ȋnainte de aplicarea 5. 6.

cleiului Depunerea cleiului Camera de presiune dupǎ

3 60

105 165

7.

aplicarea cleiului Presarea hârtiei capac

1,15

166,15

Condiționarea hârtiei miez Hârtia de miez cu care se alimenteazǎ mașina de carton ondulat are umiditatea cuprinsǎ ȋntre 6-8% și temperature de 10-12°C, parametric care nu fac o posibilǎ trecerea ȋn bune condiții prin labirintul de ondulare. Ondularea la rece nu este realizabilǎ, deoarece hârtia este prea rigidǎ și prea puțin deformabilǎ pentru a putea lua forma ondulelor ȋn situația ȋn care operația dureazǎ numai 7-8 ms. Dacǎ rigiditatea hârtiei nu se reduce prin condiționare, iar capacitatea de deformare nu este mǎritǎ, eforturile care apar la vârful ondulei nu pot fi preluate ȋn structura hârtiei și apar microfisuri pe partea convexa și buclǎri pe fa ța concavǎ, dipǎ cum se observǎ din figura 1.2. În caz extreme, hârtiei se rupe ȋn grupul de ondulare. 4

Figura 1.2. Solicitǎrile care apar la ondularea hârtiei miez și defectele care pe care le pot produce

Intrarea ȋn labirintul de ondulare. Ondularea hârtiei Hârtiei miez intrǎ ȋn zona de ondulare condiționatǎ și tensionatǎ și capǎtǎ progresiv forma caracteristicǎ de ondulǎ mulându-se dupǎ profilul canelurilor, procesul fiind reprezentat ȋn figura 1.3.

Figura 1.3. Reprezentarea procesului de ondulare a hârtiei miez. Cu linie punctatǎ s-a reprezentat circulația aerului antrenat de hârtiei În timpul ondulǎrii, hârtia este supusǎ solicitǎrilor de ȋncovoiere și comprimare, dar și tensionǎrii suplementare ca urmare a schimbǎrii progressive a formei de la planǎ la ondulatǎ. Se produc simultan frecǎrii intense cu suprafețele metalice ale valțurilor, hârtia alungindu-se și micșorându-si grosimea. ǎceste solicittǎri complexe se intensificǎ odata cu creșterea vitezei grupului de ondulare și apare posibilitatea ruperii hârtiei miez ȋn timpul ondulǎrii dacǎ nivelul solicitǎrilor depǎșește rezistența acesteia.

5

Ieșirea din labirintul de ondulare Imediat dupǎ depǎșirea liniei centrelor, presiunea exercitatǎ asupra hârtiei scade brusc, dupǎ cum se observa din figura 1.3. iar ondulele rǎmân ȋn contact cu valțul canelat inferior. Fața inferioarǎ a hârtiei este deschisǎ la aer, produc ându-se autoevaporarea intensǎ a apei și reducerea temperaturii la circa 100°C. a urmare, intre cele doua fețe ale hârtiei apar diferen țe ȋnsemnate de temperaturǎ și umiditate: fața ȋn contact

cu valțul canelat ȋși menține

temperature loa 160-170°C și același nivel al umiditǎții, ȋn timp ce fața expusǎ la aer se rǎcește la circa 100°C și se usucǎ. Contracția feței libere a hârtiei, ȋnsoțitǎ de rigidizare este ȋn favoarea consolidǎrii ondulelor, dar uscǎciunea mai mare va influența nefavorabil recepția cleiului de amidon. Fenomenele de autoevaporare și expandare a aerului și vaporilor de apǎ ce se produc imediat dupǎ linia centrelor valțurilor canelate sunt deosebit de intense, fiind aproape explosive, creșterea de volum fiind de circa 1600 de ori in c âteva milisecunde. Din acest motiv, hârtia miez a carei grosime a fost redusa cu aproximativ 30% ca urmare a presǎrii pe linia centrelor, se afâneazǎ iar suprafața inferioarǎ devine rugoasǎ și cu porozitate crescutǎ. Deasemenea, umiditatea scade accentuat ajungand la 3-4%.

Figura 1.4. Variațiile temperaturii și umiditǎții pe grosimea hârtiei miez ȋnainte de aplicarea cleiului: 1-temperatura; 2-umiditate.

Aplicarea cleiului Aceastǎ fazǎ este deosebit de important fiindcǎ hotǎrǎște ȋn bunǎ mǎsurǎ calitatea cartonului ondulat și modul de funcționare a mașinii. 6

Procesul de aplicare a cleiului este influențat de mulți factori: proprietǎțile cleiului de amidon( conținutul de substanțǎ uscatǎ, raportul dintre amidonul fiert și cel crud, adaosul de alcalii și de aditivi, temperature și vâscozitatea cleiului), starea suprafeței și temperature hârtiei miez, viteza mașinii,etc. Caracteristic acestei faze este durata extreme de scurtǎ, câteva milisecunde, care include timpul scurs de la primul contact al vârfului ondulei cu filmul de clei de pe valțul aplicator, p âna la scindarea filmului de clei și desprinderea hârtiei ondulate de pe valț. Aplicarea cleiului are loc ȋn mai multe etape, care se deosebesc funcție de distanța dintre vârful ondulei și valțul de aplicare de clei. În prima etapǎ vârful ondulei se apropie de valțul de aplicare, figura 1.4.a dupǎ care pǎtrunde pe o anumitǎ adâncime ȋn filmul de clei,figura1.4b. Deoarece valțul nu este preset pe hârtie cleiul se transfer numai prin contactul cu hârtia , iar cantitatea transferatǎ de rugozitatea hârtiei, de capacitatea de udare a suprafeței hârtiei și de forțele capilare de suprafațǎ.

Figura 1.5. Fazele aplicǎrii cleiului: a-contactul dintre vârful ondulei și filmul de clei; b-pǎtrunderea cleiului ȋn hârtie; c,d,e- formarea zonei de extindere a depozitului de clei; f-scindarea filmului de clei ȋntre vârful ondulei și valțul de aplicare.

Presarea hârtiei capac Hârtia miez adusǎ ȋn formǎ de nodule, pe v ârful cǎrora s-a aplicat cleiul de amidon, rǎmâne ȋn contact cu valțul canelat care are temperature de 180°C. În aceste condiții hârtia ȋși 7

menține temperatura iar cleiul pǎtruns ȋn hârtie, ca

și cel din depozitul de pe v ârful

ondulelorse ȋncǎlzește. Cleiul pǎtruns ȋn hârtia miez este format ȋn majoritate din amidonul fiert, ȋn timp ce amidonul crud, sub formǎ de granule, rǎm âne la suprafațǎ. Adâncimea de pǎtrundere prin curgere capilarǎ depinde de mǎrimea porilor de la suprafața hârtiei, de vâscozitatea și temperature cleiului. S-a demonstrate cǎ ȋn momentul aplicǎrii hârtiei capac, temperature cleiului de la vârful ondulelor rǎmâne cu circa 10°C sub temperature de gelifiere, adica este cuprinsǎ ȋntre 50-55°C. Hârtia capac este deasemenea preȋncǎlzitǎ anterior presǎrii, valțul de presare are temperature la suprafațǎ egalǎ cu valțurile canelate, adicǎ 180°C. C ând hârtia

capac

ȋnfǎșoarǎ valțul de presare, procesele de ȋncǎlzire, evaporare a umiditǎții, transportul vaporilor și cǎldurii spre fața liberǎ a hârtiei se desfǎșoarǎ similar ca la ondulare hârtia miez. Întrcât hârtia capac ȋnfǎșoarǎ valțul de presare pe unghiul la centru de 90° C, timpul de trecere a hârtiei este sufficient de ridicat pentru instalarea gradienților de temperaturǎ și umiditate pe grosimea hârtiei. ǎcest process este ilustrat ȋn figura 1.5, din care rezultǎ cǎ temperature feței libere a hârtiei capac ajunge la circa 50°C, aproximativ egalǎ cu a v miez acoperitǎ cu adeziv. Umiditatea pe grosimea hârtiei capac crește de la aproximativ 3% la contactul cu valțul de presare, la circa 7% pe fata liberǎ.

Figura 1.6. Variația temperaturii și umiditǎții pe grosimea hârtiilor miez și capac ȋn momentul realizǎrii lipirii: temperatura si umiditatea.

Consideraţii privind procesul de lipire Lipirea hârtiilor componente este operaţia cu importanţă majoră asupra calităţii cartonului ondulat,funcţionării maşinii şi costului de fabricaţie. Cel mai folosit adeyiv este 8

cleiul de amidon cu conţinut de amidon fiert şi amidon crud, al cărui mod de preparare şi de utilizare influenţează hotărâtor procesului de lipire şi rezistenţa lipirii. Amidonul nativ conţine granule cu dimensiunile cuprinse între 10-50 microni, insolubile în apa rece, care includ macromolecule liniare de amiloză şi ramnificate de amilopectină, ultima cu masă moleculară foarte mare. Pentru a deveni adeziv, amidonul trebuie gelifiat,fenomen care presupune umflarea, hidratarea. Astfel se trece de la faza de disperdie de granule de amidon în apă la faza de solutie de amidon dizolvat în apă, numai aceasta din urmă având capacitatea adezivă. Anterior s-a arătat modul de preparare a cleiului de amidon, faptul că temperatura de gelifiere este cuprinsă între 60-65 C, funcţie de compoziţia cleiului. Lipirea cartonului ondulat nu se produce dacă temperatura de gelifiere nu se atinge în zona lipiturii, adică dacă nu se formează soluţia de amidon, respectiv dacă nu creşte vîscozitatea filmului de clei. Lipirea cartonului ondulat cu clei de amidon se realizează prin două procese principale: -

prin adeziune fizico-chimică pe seama forţelor intermoleculare care se dezvoltă între macromoleculele de aceeaşi natură, celuloză şi amidon.

-

prin coeziunea mecanică prin intermediul filmului de clei dintre cele două hârtii, film format din amidon gelifiat şi uscat. Lipirea comportă mai multe faze: aplicarea cleiului, pătrunderea în structura hârtiei,

formarea şi consolidarea lipiturii. Ea este influenţaţă de mulţi factori, care ţin de calitatea cleiului, de proprietăţile hârtiilor miez şi capac si de condiţiile de lucru de la grupurile de ondulare şi de lipire. Cleiul de amidon influenţează lipirea prin raportul amidon fiert/amidon crud şi prin raportul apă/amidon total, consideraţi ca factori primordiali. Dacă cleiul ar conţine, numai amidon crud, vîscozitatea să fi foarte scăzută,apa ar migra în hârtie, iar granulele de amidon ar rămâne la suprafaţa acesteia fără apa necesară pentru gelifiere. Amidonul fiert este necesar în compoziţie cleiului pentru că îi măreşte vîscozitatea,îi limitează viteza de pătrundere în hârtie şi întăreşte lipitura prin adeziune fizico-chimică. În prima fază a lipirii,când se suprapune hârtia capac peste ondulele cu clei, rezistenţa lipiturii crude este dată exclusiv de amidonul fiert. Granulele de amidon crud,care au dimensiuni comparabile cu porii hârtiei, sunt reţinute în majoritatea la suprafaţă,rămând în filmul de clei dintre cele două hârtii, miez şi capac. La atingerea temperaturii de gelifiere, granulele se desfac, vîscozitatea filmului de clei se măreşte accentuat, macromoleculele amidonului reticulează şi formează o reţea rigidă care 9

include straturile superficiale ale hârtiilor. Consolidarea lipiturii prin gelifiere amidonului crud începe la grupul de ondulare şi se termină în faza de uscare a cartonului ondulat. Procesul de gelifiere a cleiului de amidon debutează la suprafaţa hârtiei miez şi avansează spre hârtia capac, urmărind creşterea temperaturii în filmul de clei, după cum se observă din figura de mai jos.

Figura 1.7. Secțiune prin zona de lipire cu vizualizarea straturilor de amidon gelifiat, adiacent hȃrtiei miez și crud, adiacent hȃrtiei capac.

Uscarea cartonului ondulat Uscarea cartonului ondulat are rolul sǎ elimine surplusul de umiditate introdus ȋn partea umedǎ a mașinii și sǎ consolideze lipiturile ȋncepute la grupurile de ondulare și de lipire. Surplusul de umiditate ȋși are originea ȋn apa conținutǎ de cleiul de amidon, precum și ȋn apa condensatǎ ȋn hȃrtie ȋn faza de condiționare și poate fi ȋndepǎrtat numai prin evaporare. Cantitatea de apǎ introdusǎ cu cleiul depinde de conținutul de substanțǎ uscatǎ al cleiului și de consumul specific de clei, care la rȃndul lui este determinat de tipul de ondulǎ. Este important de menționat cǎ nu toatǎ apa introdusǎ cu cleiul se poate ȋndepǎrta prin evaporare, deoarece cleiul conține atȃt apǎ liberǎ cȃt și apǎ legatǎ cu amidonul. Apa liberǎ din clei și apa din umiditatea hȃrtiei pot fi ȋndepǎrtate prin evaporare la uscarea cartonului ondulat, dar cantitatea evaporatǎ trebuie sǎ fie mai micǎ decȃt apa liberǎ totalǎ. Este necesar ca ȋn filmul de clei sǎ rǎmȃnǎ o anumitǎ cantitate de apǎ liberǎ pentru a nu se produce suprauscarea cleiului și cristalizarea amidonului, procese dǎunǎtoare rezistenței lipiturilor. Cantitatea de apǎ ce trebuie ȋndepǎrtatǎ din carton este puternic influen țatǎ de concentrația cleiului și ȋn tabelul 1.2 se prezintǎ distribuția apei din cleiul de amidon func ție de concentrația acestuia ȋn substanțǎ uscatǎ.

10

Tabelul 1.2. Influența concentrației cleiului de amidon asupra cantitǎții de apǎ ce trebuie evaporatǎ la uscarea cartonului ondulat (ondulǎ de tip B). Concentrația cleiului de amidon, % s.u. 20 25 5 5

Indici Consum de clei, g/m2, s.u. Apǎ totalǎ ȋn clei, g/m2 Apǎ legatǎ ȋn filmul de clei, g/m2 Apǎ liberǎ ȋn filmul de clei, g/m Apǎ liberǎ evaporatǎ, g/m

2

2

20

15

5.5

5.5

1.25

1.25

13.25

8.25

Conținutul de apǎ liberǎ scade cu creșterea concentrației cleiului de amidon și din exemplul prezentat ȋn tabelul 1.2 se observǎ cǎ la 25% s.u. trebuie evaporatǎ cu 38% mai puținǎ apǎ liberǎ decȃt ȋn cazul cleiului cu 20% s.u. Acesta este unul dintre principalele motive pentru care se folosesc din ce ȋn ce mai mult cleiuri cu conținut ridicat de substanțǎ uscatǎ. La același conținut de substanțǎ uscatǎ ȋn cleiul de amidon, trecerea de la ondule normale la microondule mǎrește considerabil cantitatea de apǎ care trebuie evaporatǎ, din cauza creșterii consumului specific de clei. Spre exemplu, trecerea de la ondula B la ondula E mǎrește cantitatea de apǎ care trebuie evaporatǎ cu aproximativ 60%. Pe lȃngǎ cǎldura necesarǎ evaporǎrii apei, se consumǎ cǎldurǎ și pentru gelifierea amidonului, așa cum s-a menționat anterior, dar consumul de cǎldurǎ pentru gelifiere este redus, reprezentȃnd 3-4% din cǎldura totalǎ necesarǎ consolidǎrii lipiturilor. Apa introdusǎ ȋn hȃrtie prin condensare ȋn faza de condiționare este diferitǎ cantitativ, depinzȃnd de umiditatea și temperatura inițiale ale hȃrtiei. Deoarece la condi ționare scopul principal este creșterea temperaturii hȃrtiei, este dificil de estimat nivelul umiditǎții, dar tratarea cu abur determinǎ inevitabil și creșterea umiditǎții acesteia ȋnainte de ondulare. La stabilirea umiditǎții cartonului ȋnainte de uscare, trebuie sǎ se ținǎ seama și de evaporarea apeila ieșirea din zona de ondulare, a cǎrei intensitate depinde de temperatura și umiditatea hȃrtiei ondulate, de parametrii și nivelul circulației aerului din zona valțurilor canelate, de viteza mașinii, etc. Este posibil chiar ca hȃrtia sǎ-și mǎreascǎ umiditatea dupǎ ondulare, prin absorbție de vapori de apǎ, ȋn condițiile ȋn care umiditatea relativǎ a aerului din zona valțurilor canelate este de multe ori 100%. Ȋn podul mașinii umiditatea cartonului scade, deoarece acesta se rǎcește, ȋn principal prin autoevaporarea apei. 11

Temperatura cartounului la intrarea ȋn grupul de lipire depinde de temperatura de ieșire din grupul de ondulare, de parametrii și de viteza de circulație a aerului ȋn podul mașinii și de timpul ȋn care cartonul parcurge podul mașinii. Ȋn aceste condiții, temperatura și umiditatea cartonului la intrarea ȋn grupul de lipire au valori foarte diferite ȋn timp, chiar la aceeași mașinǎ. Literatura de specialitate indicǎ temperaturi cuprinse ȋntre 40- 60 oC și umiditǎți de 15-22%. Dupǎ grupul de lipire umiditatea cartonului crește, prin aportul apei din cleiul de amidon, la valori care depind de consumul specific de clei și de tipul de ondulǎ. La cartonul tip III, lipirea celui de-al doilea capac aduce suplimentar circa 15 g apǎ/m2 la ondula B și 2830g/m2 ȋn cazul ondulei tip E. Ȋn consecințǎ, umiditatea cartonului se mǎrește cu circa 5 unitǎți procentuale ȋn primul caz și cu aproximativ 8 unitǎți ȋn cel de-al doilea. Ȋn aceste condiții, umiditatea cartonului ajunge chiar la 20-28%, valoarea cu care intrǎ la uscare. Umiditatea finalǎ a cartonului ondulat este cuprinsǎ ȋntre 7-10% și depinde de tipul cartonului, compoziția fibroasǎ a hȃrtiilor componente și condițiile de uscare. La analiza procesului de uscare trebuie sǎ se ținǎ seama de faptul cǎ temperatura cartonului la intrare pe masa uscǎtoare nu este uniformǎ pe grosime, fiind mai mare la h ȃrtia capac și mai micǎ la hȃrtia miez și filmul de clei. Aceastǎ diferențǎ de temperaturǎ se menține și pe timpul uscǎrii cartonului, astfel ȋncȃt fața cartonului ȋn contact cu masa uscǎtoare rezultǎ mai uscatǎ decȃt fața opusǎ. Uscǎciunea diferitǎ poate determina curbarea cartonului pe lǎțime ȋnspre fața cu umiditate mai micǎ. Se impune, de aceea condiționarea cartonului imediat dupǎ uscare pentru egalarea temperaturii și umiditǎții hȃrtiilor de la cele douǎ fețe. Uscarea cartonului ondulat se desfǎșoarǎ cu vitezǎ variabilǎ de-a lungul mesei uscǎtoare, procesul decurgȃnd ȋn trei etape, prezentate grafic ȋn Fig. 1.8. Ȋn faza de ȋncǎlzire, temperatura cartonului crește ȋncepȃnd de la contactul cu masa uscǎtoare spre fa țǎ ȋn conmtact cu postavul purtǎtor. Ȋn aceastǎ etapǎ, vitza de uscare deși se mǎrește progresiv, rǎmȃne la nivel scǎzut. Ȋn a doua perioadǎ, faza de evaporare a umiditǎții, se produce eveporarea apei libere, viteza de uscare atinge valoarea maximǎ și este aproximativ constantǎ de-a lungul ȋntregii perioade. Ȋn aceastǎ etapǎ se instaleazǎ echilibrul dintre cantitatea de cǎldurǎ primitǎ de carton și cǎldura de apǎ. Ȋn faza finalǎ a uscǎrii, viteza deuscare scade progresiv la zero, pe mǎsurǎ ce rǎmȃne tot mai puținǎ apǎ liberǎ ȋn hȃrtie și ȋn filmul de clei. Primele douǎ faze se desfǎșoarǎ pe 30-40% din lungimea masei uscǎtoare, iar masa finalǎ necesitǎ 60-70% din masa uscǎtoare.

12

Figura 1.8. Fazele uscǎrii cartonului ondulat: 0-1 faza de ȋncǎlzire; 1-2 faza de evaporare; 2-3 faza finalǎ a uscǎrii. Viteza de uscare depinde de temperatura suprafeței masei uscǎtoare (factorul principal de influențǎ), nivelul presǎrii și permeabilitatea postavului, viteza de circulație și parametrii aerului. Ȋn Fig. 1.9 se prezintǎ variația temperaturilor suprafeței masei uscǎtoare, hȃrtie capac ȋn contact cu masa uscǎtoare, precum și filmul de clei, ȋn cele trei faze ale uscǎrii. Se observǎ cǎ temperatura suprafeței mesei ȋnregistreazǎ un minim ȋn faza de evaporare ȋn care fluxul termic este maxim, dupǎ care crește ȋn faza finalǎ a uscǎrii. Temperatura hȃrtiei se mǎre ște accentuat ȋn primele douǎ faze și mai lent ȋn etapa finalǎ, dar nu depǎșește 120 oC, valoarea pest care se produce degradarea termicǎ.

13

Figura 1.9. Variația temperaturii masei uscǎtoare (a), hȃrtiei capac (b) și filmul de clei (c) la uscarea cartonului ondulat.

Mașina de carton ondulat Pǎrți componente Mașina de carton ondulat este un utilaj de mare complexitate, cu un grad ridicat de specificitate, datorat particularitǎților produsului fabricat. Orice mașinǎ de carton ondulat are ȋn componențǎ urmǎtoarele pǎrți principale: derulatorul, preȋncǎlzitorul, grupurile de ondulare și lipire, care formeazǎ partea umedǎ a mașinii și partea uscǎtoare, alcǎtuitǎ din masa uscǎtoare, cuțitele de tǎiere și dispozitivele de preluare a formatelor. De asemenea, mașina este deservitǎ de sistemul de alimentare cu energie electricǎ și de sincronizare, instalația de ungere, de vacuum, de ventilație. Mașinile de carton ondulat se diferențiazǎ prin lǎțimea și viteza de lucru, prin structura grupurilor de ondulare (cu segmenți, cu presiune sau cu vacuum), prin particularitǎțile sistemelor de alimentare cu hȃrtie miez și capac și ale mesei uscǎtoare, prin gradul de automatizare și computerizare, etc. Mașinile moderne de carton ondulat prelucreazǎ hȃrtie cu lǎțimea maximǎ de 2800 mm și au viteze proiectate de pȃnǎ la 400 m/min.

14

Ȋn continuare se trec ȋn revistǎ principalele aspecte privind structura și func ționarea secțiunilor mașinii de carton ondulat. Se evidențiazǎ și cȃteva probleme care apar ȋn funcționare și care afecteazǎ calitatea cartonului și productivitatea, cauzele lor, precum și posibilitǎțile de soluționare.

Derulatorul Alimentarea cu hȃrtie a mașinii se realizeazǎ cu ajutorul derulatorului. Fiecare grup de ondulare este prevǎzut cu patru derulatoare, cȃte douǎ pentru hȃrtia miez, respectiv pentru hȃrtia capac, pentru a nu se ȋntrerupe funcționarea mașinii la terminarea bobinelor. Ȋn total, o mașinǎ cu douǎ grupuri de ondulare poate avea pȃnǎ la zece derulatoare. Ele pot fi fixe sau mobile, funcție de modul de preluare a bobinelor. Derulatoarele mobile se scot ȋn afara mașinii unde se ȋncarcǎ cu bobinele aduse cu ajutorul podului rulant al halei sau cu cǎrucioare speciale. Mașinile moderne de carton ondulat sunt echipate cu derulatoare cu sisteme automate de lipire a capetelor bobinelor, astfel ȋncȃt sǎ nu se reducǎ viteza ma șinii la terminarea unei bobine. Derulatorul constǎ din douǎ batiuri pe care ruleazǎ brațele de fixare a bobinelor, care sunt ridicate cu ajutorul unor cricuri hidraulice, montate la extremitǎ țile batiurilor. Bobinele sunt fixate și centrate cu ajutorul conusurilor care sunt prevǎzute cu frȃne cu disc acționate pneumatic ȋn vederea reglǎrii tensionǎrii hȃrtiei. Derulatoarele pot recepta bobine cu diametrul de 1500 mm și lǎțimea funcție de caracteristicile mașinii de carton ondulat. Ȋn figura 2.1 se prezintǎ imaginea de ansamblu a derulatoruluui.

Figura 2.1. Derulatorul mașinii de carton ondulat. 15

Preȋncǎlzitorul Rolul preȋncǎlzitorului este de a condiționa hȃrtiile miez și capac prin creșterea temperaturii pentru ca acestea sǎ se comporte corespunzǎtor ȋn procesele de ondulare și lipire. Transferul de cǎldurǎ se realizeazǎ prin contactul direct al hȃrtiei cu suprafața valțurilor metalice, ȋncǎlzite cu abur de 12-16 at. Temperatura hȃrtiei se regleazǎ prin modificarea valorii unghiului de ȋnfǎșurare cu suprafața valțurilor, funcție de caracteristicile hȃrtiei și viteza mașinii de carton ondulat. Valțurile de ȋncǎlzire pot fi cu bombament pentru tensionarea și netezirea hȃrtiei ȋnainte de prelucrare. Ele fac parte integrantǎ din grupul de ondulare, dar existǎ și preȋncǎlzitoare separate la mașinile de mare vitezǎ. Temperatura hȃrtiei miez trebuie mǎritǎ la 80-85oC, iar la mașinile moderne la 90-95oC. De asemenea, hȃrtiei miez i se mǎrește umiditatea cu cȃteva procente (0.5-2%) pentru creșterea flexibilitǎții și plasticitǎții imediat ȋnainte de intrarea ȋntre valțurile de ondulare. Pentru aceasta, grupul conține unul sau mai multe umidificatoare prevǎzute cu camere de vaporizare de tip alveolar, ȋn care hȃrtia miez vine ȋn contact direct cu aburul cȃnd, ȋn afarǎ de umidificare, se produce și creșterea temperaturii. Ȋn figura 2.2 se prezintǎ schema preȋncǎlzitorului cu cilindru și valțuri mobile pentru reglarea unghiului de ȋnfǎșurare a hȃrtiei.

Figura 2.2. Preȋncǎlzitorul. Hȃrtia capac se ȋncǎlzește ȋn trei etape: cu ajutorul unui preȋncǎlzitor separat cu diametru ridicat (900 mm); cu douǎ preȋncǎlzitoare cu diametrul valțurilor de 200-300 mm și cu valțul de presare. Temperatura hȃrtiei capac trebuie crescutǎ la aproximativ aceeași valoare

16

ca a hȃrtiei miez. Preȋncǎlzitoarele pentru hȃrtia capac au viteza liniarǎ egalǎ cu a grupului de ondulare sau cu pȃnǎ la 5% mai mare.

Grupul de ondulare Grupul de ondulare reprezintǎ cea mai importantǎ secțiune a mașinii de carton ondulat, datoritǎ complexitǎții sale și deoarece de modul sǎu de funcționare depind hotǎrȃtor calitatea cartonului și productivitatea mașinii. Funcție de sistemul adoptat pentru men ținerea ondulelor pe suprafața valțului canelat, grupurile (sistemele) de ondulare se clasificǎ ȋn: -

grupuri de ondulare cu segmenți, primele apǎrute și care ȋn prezent sunt depǎșite din punctul de vedere al performanțelor;

-

gruprui de ondulare cu presiune, la care ȋntre linia centrelor valțurilor canelate și valțul sau banda de presare a hȃrtiei capac se creeazǎ presiune de aer;

-

grupuri de ondulare cu vacuum, la care ȋn zona valțului canelat inferior se creeazǎ vacuum, cu ajutorul unui ditribuitor. Ultimele douǎ sisteme de ondulare se gǎsesc ȋn structura mașinilor moderne de carton

ondulat. Funcție de modul cum se realizeazǎ presarea hȃrtiei capac pe ondulele cu clei, grupurile de ondulare pot fi cu valț de presare sau cu bandǎ de presare, ultimul sistem fiind preferat la mașinile actuale de carton ondulat. Funcție de numǎrul de perechi de valțuri de ondulare se deosebesc grupuri cu o singurǎ pereche de valțuri și grupuri care conțin douǎ sau trei perechi de valțuri cu profilul ondulei diferit. Grupurile de ondulare au lǎțimi de 1800, 2200, 2500 și 2800 mm. Lǎțimea minimǎ de lucru este cu 1200 mm mai micǎ decȃt lǎțimea nominalǎ de lucru. Grupul de ondulare cu segmenți ale cǎrui pǎrți componente sunt prezentate ȋn figura 2.3, conține ca elemente principale valțurile canelate (superior și inferior), dispuse sub un unghi de cca. 45o fațǎ de orizontalǎ, invers fațǎ de sensul de mers al mașinii. Ele continuǎ pe aceeași axǎ a centrelor cu valțul de presare al cǎrui rol este de a aduce ȋn contrast h ȃrtia capac cu vȃrfurile ondulelor, pe care anterior s-a depus filmul de clei. Sub val țurile canelate se aflǎ bacul sau masa de ȋncleiere, formatǎ din bacul de clei și douǎ valțuri, unul de preluare a cleiului și celǎlalt de depunere pe ondule.

17

Figura 2.3. Pǎrțile componente ale grupului de ondulare cu segmenți: 1,2-valțuri canelate; 3-valțul de presare; 4-preȋncǎlzitori pentru hȃrtia capac; 5-ecran anticaloric; 6-segmenți; 7-valț depunere clei; 8-valț preluare clei; 9-linii mobile; 10-barǎ suport; 11-pȃrghie; 12-suport curbat; 13-rolǎ de antrenare; 14-umidificator hȃrtie miez; 15-umidificator secundar.

Considerații privind fabricare cartonului ondulat Mașinile de carton ondulat sunt prevǎzute cu douǎ sau, mai rar, cu trei grupuri de ondulare, ȋntre care diferǎ numai tipul valțurilor canelate, respectiv mǎrimea ondulei, cel mai adesea C, B și E. Pe mașinǎ cu douǎ grupuri de ondulare, care reprezintǎ tipul cel mai rǎspȃndit, se pot fabrica urmǎtoarele sorturi de carton ondulat: -

cartonul ondulat tip II, care se livreazǎ ȋn suluri cu masa de 40-50 kg; ȋn acest caz mașina are prevǎzut și un bobinator pentru ȋnfǎșurarea cartonului;

-

cartonul ondulat tip III, cu ondule C, B, E, etc., caz ȋn care cartonul tip II se trece pe podul mașinii spre grupul de lipire;

18

-

cartonul ondulat tip V, adesea cu ondule mixte, C/B, cȃnd se lucreazǎ cu ambele grupuri de ondulare și cu grupul de lipire; Pe mașina cu trei grupuri de ondulare se poate obține orice tip de carton ondulat,

inclusiv cartonul tip VII, cȃnd funcționeazǎ cu toate grupurile de ondulare și cu cel de lipire. Mașinile moderne de carton ondulat au lǎțimi de pȃnǎ la 2800 mm și viteze proiectate de peste 400m/min. Ȋn aceste condiții, capacitate de producție poate ajunge la 100000-120000 tone/an sau mai mult. Capacitatea de producție depinde de tipul cartonului, durata de funcționare a mașinii, viteza de lucru și numeroși alți factori, dintre care calitatea hȃrtiilor prelucrate are un rol foarte important. Stabilirea grosimii filmului de clei necesitǎ reglarea distanței dintre cilindrul de prelucrare și cel de predare, la valori care se ȋncadreazǎ ȋntre 0.15-0.25 mm. Formarea cartonului tip II are loc prin lipirea hȃrtiei capac, prin presare pe vȃrful ondulelor de h ȃrtie miez care ȋncǎ nu au pǎrǎsit valțul canelat. Cartonul ondulat este uscat prin parcurgerea masei uscǎtoare unde vine ȋn contact direct cu suprafața metalicǎ a cǎrei temperaturǎ este ridicatǎ la 160-200 oC sau chiar mai mult. Ȋn aceastǎ etapǎ se consolideazǎ și lipirea ȋnceputǎ ȋn grupurile de ondulare și lipire. Dupǎ uscare cartonul este preluat de postavurile mici și trecut pe masa de condi ționare unde se rǎcește, dupǎ care urmeazǎ operațiile de tǎiere. Tǎierea cartonului ondulat la formate urmǎrește obținerea plǎcilor cu dimensiunile cerute de tipul de confecții care se vor fabrica. Lǎțimea viitoarelor plǎci se debiteazǎ pe cuțitul de tǎiere ȋn lungime care ȋnlǎturǎ și refilatura. Debitarea ȋn lungime se executǎ cu ajutorul cuțitului transversal, iar plǎcile rezultate sunt evacuate lateral pe masa cu role de unde sunt depozitate pe palete și dirijate la utilizare. Deșeurile care se obțin inevitabil la mașina de carton ondulat constau din filaturi și din plǎci rebutate rezultate la schimbarea bobinelor sau din alte motive. Ele se prelucreazǎ diferențiat: refilatura este aspiratǎ și transportatǎ pneumatic la presa de balotat, iar plǎcile cu defecte și cartonul rebutat sunt tocate și aduse la aceeași presǎ de brac. Uneori, bracul de la mașinǎ este destrǎmat ȋntr-un destrǎmǎtor amplasat ȋn zona adiacentǎ mașinii de carton ondulat și sǎlii de confecții și dirijat la secția hȃrtiei. Cantitatea de brac ce rezultǎ la ma șinǎ este variabilǎ și cuprinsǎ ȋntre 0.5 și 5-6%.

19

Bibliografie

1. The Origin of Corrugated, FEFCO Notes, 2001. 2. What is Corrugated, FEFCO Notes, 2000 3. Black E. L. Salmen L. Paper Tehnology, nr.10,1989 4. Bradatsch E. Tappi J. nr.1, 1990 5. Horn R.A. Bormett D. W. Tappi J. nr.10, 1985 6. Eugenia Hanu, Florin Vasiliu: Tehnologia cartonului ondulat. Ambalaje, Ed. Tehnicǎ, 1977 7. Poirer C. C. Tappi nr.10,1890 8. P. Lepoutre, M. Inoue, Tappi J. nr. 11,1989 9. W. McGrattan, Tappi J. nr.11 ,1990 10. W. McGrattan, Tappi J. nr.12 ,1990

20