Czym jest sztywność kartonu i w jakich produktach jest potrzebna?

19 lipca 2021
Udostępnij

Czym jest rozciągliwość tektury i  od czego zależy?

Jakie są skutki wydłużenia materiału?

Co to sztywność tektury i kiedy jest pożądana?

To najczęściej spotykane przez nas pytania dotyczące produktów tekturowych. Postanowiliśmy odpowiedzieć na nie i na wiele innych, także tych mniej oczywistych, artykułem, z którym powinien być zapoznany każdy kto ma styczność z tym materiałem.

Zacznijmy jednak od podstaw dla osób, które po raz pierwszy spotykają się z tematem. Karton to nie tektura 🙂

Karton w najprostszych słowach to jedna warstwa materiału, po prostu grubsza kartka papieru. Tektura z kolei składa się z kilku warstw papieru, przez co ma też inne właściwości, a co za tym idzie, posiada całkowicie inne zastosowanie.

Sztywność wyraża odporność tektury wielowarstwowej (lub innego produktu papierowego) na wygięcie pod wpływem sił działających prostopadle do jej powierzchni. Sztywność wzrasta proporcjonalnie do trzeciej potęgi grubości wyrobu papierowego, a przy stałej grubości – proporcjonalnie do gęstości pozornej wyrobu, maleje natomiast przy zwiększeniu wilgotności oraz pod wpływem dodatku plastyfikatora. Wskaźnik ten jest około dwukrotnie większy w kierunku podłużnym niż poprzecznym. Pożądana jest sztywność tektur wielowarstwowych przeznaczonych do produkcji pudełek składanych, kart do gry, brystolów, papierów listowych, dokumentowych itp., niepożądane jest m.in. do papierów drukowych.

Wpływ zginania na siły działające na powierzchnię i spód tektury wielowarstwowej

Papier i tektura podlegają w procesach technologicznych zadrukowywania i obróbki wykończeniowej różnym odkształceniom. Dlatego też, chcąc zapewnić prawidłowy przebieg produkcji, należy znać właściwości wytrzymałościowe tych materiałów. Jedną z ważnych roboczych właściwości produktów papierowych jest ich sztywność, czyli opór, jaki stawiają one przy odkształceniach spowodowanych działaniem zewnętrznych sił zginających. Sztywność częstokroć warunkuje zachowanie się tektur wielowarstwowych w procesie technologicznym i decyduje o rezultatach końcowych produkcji. Dlatego ważna jest możliwość wcześniejszego oznaczenia sztywności i odpowiedniego ustawienia maszyny przetwarzającej dany materiał lub też wyeliminowania materiału o niewłaściwej dla określonego procesu sztywności. W przypadku produkcji pudełek składanych sztywność tektur wielowarstwowych jest podstawowym parametrem, który decyduje o sztywności całej konstrukcji opakowania, a tym samym o jego wielkości i możliwości pakowania konkretnego towaru. Na temat sztywności produktów papierowych mówi się bardzo często, natomiast dane liczbowe dotyczące sztywności nie są przeważnie znane. Spowodowane to jest głównie nieznajomością metod badania sztywności.

Sztywność przy zginaniu S, bo tak poprawnie z fizycznego punktu widzenia nazywa się interesujący nas parametr, jest iloczynem współczynnika sprężystości (modułu Younga) E (N/m2) oraz geometrycznego momentu bezwładności I (m4), odniesionego do jednostkowej szerokości b (m) badanego układu:

S= EI/b [N*m]

Sztywność zginania wyraża się w niutonometrach [N·m]. Liczbowo sztywność zginania w niutonometrach jest równa wielkości momentu zginającego potrzebnego do zmiany o jednostkę krzywizny równą 1 stereoradianowi próbki o szerokości 1 metra. Aby zdać sobie sprawę z ważności parametru zwanego sztywnością zginania, trzeba rozpatrzyć jego wpływ na poszczególne procesy technologiczne.

Od sztywności arkuszy zależy między innymi jakość wyrównywania ich w stosie: im większa sztywność, tym łatwiejsze jest wyrównywanie. Częste utrudnienia występują w pracy samonakładaków maszyn arkuszowych. Parametrem podawanym w instrukcjach obsługi samonakładaków odnośnie do stosowania różnych produktów papierowych jest zakres gramatur. Jak wykazuje doświadczenie, tektury (także inne produkty papierowe) o tej samej gramaturze różnią się sztywnością, będącą złożonym wynikiem modułu sprężystości i grubości, i w związku z tym będą wymagały różnego ustawienia mechanizmów samonakładaka.

Zależność sztywności i odporności na rozciąganie od składu włóknistego tektur

W procesie drukowania z form zaokrąglonych tektura zostaje wygięta na powierzchni cylindra. Aby zapewnić dobry kontakt tektury z formą lub obciągiem offsetowym, musi ona mieć odpowiednią sztywność. Przy zbyt dużej sztywności tektura nie będzie dostatecznie przylegała do obciągu lub formy, pogarszając jakość drukowania. Bardzo często występują zakłócenia przy drukowaniu płaszczyzn techniką offsetową na tekturze o niskich gramaturach, zwykle 160–180 g/m2 (tj. o małej sztywności). Mechaniczne naprężenia arkusza w czasie drukowania oraz siły adhezyjne występujące między cylindrem gumowym a zadrukowaną tekturą powodują zwijanie się arkuszy, szczególnie na ich końcach i nieco mniej – na początku arkuszy. Utrudnia to lub wręcz uniemożliwia odbiór arkuszy w zespole wykładania maszyny, a ponowne ich zadrukowanie stwarza duże trudności. Z odkształceniami papieru związane są również procesy wykończeniowe. Z tymi procesami mamy także do czynienia w zwojowych maszynach rotacyjnych.

Stosowanych metod pomiaru sztywności jest kilkanaście. Różnią się one nie tylko zakresem pomiarów, ale również bardzo często zasadą pomiaru i sposobem podejścia do tego, co to jest sztywność. Najczęściej stosowane są jednak trzy metody pomiarowe: Tabera określająca moment zginania o kąt 15°, L & W 5° (Lorentzen & Wettre 5°) określająca sztywność zginania o kąt 5° i L & W 15° określająca wytrzymałość na zginanie (opór zginania) dla zginania o kąt 15°. Ostatnio coraz szerszy zakres stosowania uzyskuje ultradźwiękowa metoda oznaczania sztywności. Zginane są oczywiście odpowiednie próbki w formie pasków. Największe zainteresowanie sztywnością dotyczy tektur wielowarstwowych na pudełka składane i tektur przeznaczonych do produkcji okładek. Konstrukcja pudełek składanych oraz ich maszynowe napełnianie wymagają tektur o odpowiedniej gramaturze, grubości i sztywności. Zwykle sztywność jest tym parametrem, który decyduje o możliwości zastosowania danej tektury na pudełka do automatycznego pakowania.

Zależność sztywności wg Tabera niepowlekanej tektury FBB od gramatury
Zależność sztywności wg Tabera powlekane] tektury FBB od gramatur

Sztywność papierów jednowarstwowych powlekanych jest niższa od sztywności tektur wielowarstwowych powlekanych o tych samych gramaturach.

Oznaczenie sztywności tektur wielowarstwowych jest obarczone zwykle dużym błędem ±15%, rzadziej ±10%. Ze względu na wymogi maszyn pakujących najczęściej podawane są dwie sztywności z wymienionych powyżej. Zwykle oznacza się sztywność zginania i moment zginania lub opór zginania i przelicza wyniki jednej metody na drugą. Sztywność zginania jest w tym przypadku nieprzeliczalna.

Należy pamiętać, że sztywność ma charakter wybitnie anizotropowy i jest zwykle dwa razy większa dla kierunku podłużnego wyrobu papierowego niż dla poprzecznego, dlatego należy znać sztywność danej tektury wielowarstwowej w obu jej kierunkach.

W związku z tym posługujemy się współczynnikiem sztywności .

Sw = SMD/SCD

gdzie:

Wielkość współczynnika świadczy o wielkości anizotropii tektury.

Zależność sztywności wg Tabera tektur graficznych różnych producentów dla kierunku CD w zależności od gramatury
Zależność sztywności wg Tabera tektur opakowaniowych różnych producentów dla kierunku CD w zależności od gramatury
Zależność sztywności wg Tabera tektur wielowarstwowych FBB jednostronnie powlekanych dla kierunku MD i CD oraz ich średniej geometryczne] od gramatury.

Najlepiej jednak tekturę wielowarstwową jako materiał konstrukcyjny charakteryzuje średnia geometryczna sztywność wyliczona z wartości obu kierunków.

SGM = √ SMD*SCD

gdzie:

Zależność sztywności od gęstości pozornej

W przypadku tektur wielowarstwowych ich sztywność jest tym większa, im niższą mają gęstość. W związku z tym dla tych samych gramatur największą sztywność ma tektura typu FBB, zaś najmniejszą tektura wielowarstwowa typu SBB.

Dwuteownik jako model zastępczy dla tektury FBB

Ponadto tektura FBB ma zoptymalizowana budowę i jej wysoka sztywność jest wynikiem jej pracy mechanicznej jako dwuteownika.

Biorąc pod uwagę wszystkie opisane wyżej właściwości tektury, materiał ten idealnie sprawdza się w przemyśle opakowaniowym. Wykorzystuje się go do tworzenia zarówno klasycznych kartoników bez zdobień jak i do ekskluzywnych pudełek stanowiących wysokowartościowy produkt sam w sobie.

Źródło: Stefan Jakucewicz, „Tektury graficzne i opakowaniowe”, Wydawnictwo Ecco-Papier, Wyd. II r. 2005; s. 50-57;

Jeśli artykuł był niewystarczający do zaspokojenia waszej wiedzy – dajcie nam znać!

Odpowiemy na wszystkie nurtujące Was pytania, nie tylko w kwestii tektur, ale też innych materiałów i procesów poligraficznych .

Projekt i wykonanie:Agencja interaktywna webjaksklep.eu