Проектирование тары и упаковки из гофрированного картона

Е. Н. Мочалова, М. Ф. Галиханов




            ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТАРЫ И УПАКОВКИ ИЗ ГОФРИРОВАННОГО КАРТОНА



Учебное пособие


Издание 2-е, исправленное и дополненное
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК621.798.1:655.1
ББК30.61+37.8
    М86



Рецензенты:
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет» Вураско Алеся Валерьевна;
канд. техн. наук, доц., зам. ген. директора по научно-технологическим вопросам ООО «УК «Объединенные бумажные фабрики» Дернова Елена Валентиновна



     Мочалова, Е. Н.
М86 Проектирование тары и упаковки из гофрированного картона : учебное пособие / Е. Н. Мочалова, М. Ф. Галиханов. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. -176 с. : ил., табл.
       ISBN978-5-9729-1425-8

        Изложены методология проектирования производства гофрированного картона, методология проектирования упаковки из гофрированного картона. Рассмотрены вопросы классификации, контроля качества и утилизации бумажной и картонной упаковки. Указаны отличительные особенности производства тары и упаковки из гофрокартона. Приведены технические характеристики основного и вспомогательного оборудования для изготовления упаковки и упаковочных средств из гофрокартона.
        Для студентов направления 29.03.03 «Технология полиграфического и упаковочного производства» всех форм обучения при изучении дисциплин «Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производствах», «Технология получения тары из различных материалов», «Проектирование полиграфического и упаковочного производств» и выполняющих расчеты в курсовых и дипломных проектах по проектированию тары и упаковочных средств из картона и гофрокартона.

                                                 УДК621.798.1:655.1
                                                 ББК 30.61+37.8




ISBN 978-5-9729-1425-8

   © Мочалова Е. Н., Галиханов М. Ф., 2023
   © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

Содержание


Введение....................................................5

История создания гофрокартона и упаковки из него............5
Выбор типа и марки гофрокартона.............................7
Типы гофрированного картона.................................8
Физико-механические свойства гофрокартона и методы их определения.............................................13
Материалы для изготовления гофрированного картона..........22
Основные технические показатели картонных и бумажных материалов......................................30
Технология изготовления гофрокартона.......................48
Производство двухслойного гофрокартона.....................48
Производство трехслойного гофрокартона.....................53
Основные технологические параметры процесса изготовления гофрокартона..................................63
Причины появления дефектов в процессе изготовления трехслойного гофрокартона и методы их устранения...........70
Производство упаковки и упаковочных средств из гофрокартона.75
Классификация тары из гофрированного картона...............75
Технологические особенности производстваупаковки из гофрокартона............................................78
Особенности печати на гофрокартоне.........................84
Каширование................................................89
Поверхностная обработка и ламинирование....................90
Проектирование технологической схемы производства упаковки из гофрированного картона..................................96
Основное технологическое оборудование для изготовления тары и упаковочных изделий из гофрокартона.....................104
Линии по производству гофрированного картона..............105
Рилевочно-резательные машины..............................111
Просекательно-рилевочные машины...........................111
Высекательное оборудование................................116
Печатные машины...........................................119
Кашировальные линии.......................................119
Фальцевально-склеивающие машины...........................143
Автоматические линии для производства тары из гофрированного картона.................................144
Сшивные полуавтоматические машины.........................144


3

Упаковочные машины......................................145
Пакетировочные прессы...................................145
Расчет количества основного и вспомогательного оборудования для производства упаковки из гофрированного картона.....159
Утилизация картонной и бумажной тары....................161
Повторное использование картонной и бумажной тары для производства бумаги и картона.......................162
Изготовление упаковки из бумажно-волокнистой массы......167
Изготовление теплоизоляционных материалов...............169
Изготовление волокнистых и полимерно-бумажных плит......169
Уничтожение в составе твердых бытовых отходов...........170

Список литературы.......................................171

4

        Введение


       Одна из основных тенденций сегодняшнего рынка - любая продукция должна быть упакована. Значительную долю среди различных видов упаковки занимает гофрокартон, соответственно растет индустрия производства гофротары. Причин этому несколько: дешевизна, привлекательный внешний вид запечатанной гофротары, незначительный вес, достаточная прочность, удобство выполнения основных технологических операций (изготовления, сборки, доставки, заполнения продукцией и штабелирования). Полноцветное изображение, играющее огромную роль в распознавании продукта среди прочих на прилавках магазина, на гофрокартон может быть нанесено различными способами (офсет, флексо-, шелкография, струйная печать). Ящик из гофрокартона может быть как индивидуальной упаковкой (телевизора и т. д.), так и транспортной (в этом случае в тару из гофрокартона укладываются товары в индивидуальной упаковке).
       Производство достаточно дешевой, экологичной, плотной и одновременно мягкой упаковки из гофрокартона стремительно набирает темп, все более вытесняя как обычные картонные коробки, не обеспечивающие достаточной сохранности пакуемых материалов, так и упаковку из традиционных полимерных материалов, плохо поддающуюся утилизации; и деревянную тару, затраты труда на изготовление которой выше в 7 раз, а расход древесины в 3-4 раза, чем на производство такого же количества ящиков из гофрокартона.

        История создания гофрокартона и упаковки из него

       История создания и применения гофрокартона, как и история создания гофроагрегата насчитывает более сотни лет. Начало производства гофрокартона было обусловлено необходимостью создания не просто упаковочного материала, а материала, который обеспечивал бы защиту продукта от внешних механических воздействий. Первые патенты на выпуск гофрированной бумаги были оформлены в Англии в 1856 г. Хили и Ален запатентовали изобретенное ими устройство, которое теперь

5

считают праотцом всех гофроагрегатов. В США первые гофрированные слои бумаги для защиты стеклянных бутылок, ламп и других хрупких предметов изготовил и запатентовал Альберт Джоунс в 1871 г. Гофроагрегат Альберта Джоунса представлял собой переделанную плиссировочную машину. В 1874 г. другой американец Оливер Лонг запатентовал идею добавления к флю-тингу второго слоя плоского картона для получения двухслойного гофрокартона. Приклеивание дополнительного слоя к вершинам гофров придало материалу необходимую жесткость. В 1881 г. американская компания «The Thompson and Norris» приобрела патент Оливера Лонга и занялась разработкой оборудования для промышленного производства двухслойного гофрокартона. В 1882 г. Роберт Томсон, владелец компании «The Thompson and Norris», запатентовал процесс производства трехслойного гофрокартона. В том же году компания представила первый в мире механический гофроагрегат.
       В период с 1883 по 1888 годы первые гофроагрегаты Томсона были установлены на промышленных предприятиях в Великобритании, Германии и Франции.
       В 1895 г. Джеферсон Феррес (инженер американской компании «Sefton Manufacturing Company») представил первый гофроагрегат непрерывного действия.
       В истории развития бумажной тары 1879 г. был отмечен, как год рождения картонной коробки. В этом году Роберт Гейр попробовал использовать отточенные штампы для резания картона, а тупые - для ровного сгиба. При этом он попытался совместить печатный процесс с процессом изготовления коробок. Изобретение Гейра (1879 г.) по использованию штампов для высечки контура коробок открыло для гофрокартона новый рынок. Первые ящики из гофрокартона, обклеенного с двух сторон плоским картоном, использовало предприятие по производству круп, добившееся в 1903 г. включения этого типа транспортной тары в официальную классификацию грузов. К окончанию первой мировой войны около 20 % от общего числа ящиков и коробок составляли ящики из гофрированного или сплошного картона.
       В 1916 г. в американском городе Кокомо (штат Индиана) был впервые произведен пятислойный гофрокартон. Для его изготовления были использованы два гофроагрегата. Идея произ

6

водства пятислойного гофрокартона принадлежала все тому же Джеферсону Ферресу.
       В период с 1920 по 1930 г. изготовители гофрокартона по всему миру экспериментировали с различными типами гофров. В результате этих экспериментов к 1929 г. закрепилась четкая традиция - использовать при производстве пятислойного гофрокартона один слой из мелкого гофра, а другой - из крупного.
       В 1936 г. немецкий химик Джордан Бауер разработал формулу клея для гофрокартона на крахмальной основе, с этого времени процесс приготовления клея оставался практически неизменным.
       В России гофрированный картон стал известен с 1907 г. (на несколько лет раньше Италии, Финляндии и Дании). После 1917 г. производство гофрокартона в России было полностью приостановлено и вновь начато лишь в конце 30-х годов. В журнале «Тара и упаковка» за 1930 г. об этом упаковочном материале писали, как о «новом» изобретении американцев (тогда в СССР его называли гофренным картоном).

        Выбор типа и марки гофрокартона

       Гофрированный картон (гофрокартон) представляет собой инженерную конструкцию, характеристики которой зависят от свойств входящих в нее материалов и от геометрического профиля составляющих элементов.
       Гофрокартон является типичным представителем многослойных конструкций (рисунок 1). Он состоит из чередующихся плоских слоев картона (1) (в иностранной литературе их называют лайнерами) и волнистых гофрированных слоев бумаги (2) (их называют флютингом), соединенных между собой клеевым слоем.
       Гофрированный картон относится к анизотропным конструкциям и обладает неодинаковыми свойствами в различных направлениях. При приложении сил в направлении, перпендикулярном гофрам, гофрокартон работает как амортизирующий материал за счет малой жесткости в этом направлении волнистого слоя. При приложении сил вдоль направления гофров гофрокартон проявляет высокую плоскостную и торцевую жесткость бла

7

годаря большой жесткости волнистого слоя в этом направлении. Плоские слои гофрированного картона фиксируют положение волнистых слоев, поэтому воспринимают сжимающие, растягивающие и продавливающие нагрузки.
       Выбор типа и марки гофрокартона производят, исходя из эксплуатационного назначения тары и требований к ее прочностным показателям.


        Типы гофрированного картона


       Конструкцию гофрированного картона определяют количеством слоев, а также качественными характеристиками каждого слоя: типом и маркой, массой 1 м² и (или) толщиной плоских слоев, а также маркой, массой 1 м² и (или) толщиной бумаги для гофрирования, а также геометрическими параметрами гофрированных слоев.


б>

Рисунок 1. Строение гофрированного картона: а - трехслойного; б - пятислойного: 1 - плоский слой картона, 2 - гофрированный слой бумаги

       В зависимости от числа плоских и волнистых слоев гофрированный картон подразделяют на типы (рисунок 2):


8

       а)       Д - двухслойный, состоящий из одного плоского и одного гофрированного (волнистого) слоев. Этот тип гофрокартона гибкий, сматывается в рулон, хотя может быть изготовлен и в листах с обрезной и необрезной шириной. Двухслойный гофрокартон используется чаще всего, как прокладочный и оберточный материал, а также для изготовления вспомогательных упаковочных средств;
       б)       Т - трехслойный, состоящий из двух плоских и одного гофрированного слоев. Этот и последующие типы картона жесткие и изготавливаются в листах с необрезной шириной или в виде рулонного полотна, сфальцованного в стопу. Трехслойный гофрокартон применяется преимущественно для изготовления тары и вкладышей;


Рисунок 2. Типы гофрированного картона: а - двухслойный; б - трехслойный; в - пятислойный; г - семислойный;
Н- толщина гофрокартона; h - высота гофра; t - шаг гофра

      в)       П - пятислойный, состоящий из трех плоских (двух наружных и одного внутреннего) и двух гофрированных слоев. Основное назначение пятислойного гофрокартона изготовление крупной тары;
      г)       С - семислойный, состоящий из четырех плоских (двух наружных и двух внутренних) и трех гофрированных слоев. Применяется для изготовления особо прочных ящиков.


9

       Существует пять основных профилей гофра из волнистых слоев: А - крупный; С - средний; В - мелкий; Е - микро; F - супермикро.
       Профиль гофра определяется размерами шага tI₍,₍|ᵢₚ. между соседними вершинами волны и высотой гофра ЬГОфр. (рисунок 3).
       Основные характеристики и требования к выпускаемому в России гофрированному картону приведены в ГОСТ Р 529012007 «Картон гофрированный для упаковки. Технические условия». В таблицах 1 и 2 приведены характеристики типов и классификация гофрированного картона.


Рисунок 3. Основные параметры профиля гофра

       Трехслойный гофрокартон различают по маркам Т11, Т12, Т13...Т15, Т21, Т23, Т24...Т27 (буква «Т» означает трехслойный; цифры 11, 12-15, 21, 22-27 - марки). Чем выше цифра после буквы Т, тем выше качество картона.
       Примеры условного обозначения на чертежах тары картона гофрированного двухслойного с гофром А:
       Картон ДА ГОСТ Р 52901-2007.
       То же, трехслойного 1-го класса марки Т11с гофром С:
       Картон Т11 С ГОСТ Р 52901-2007.
       Трехслойный гофрированный картон является наиболее широко применяемым, изготавливается с различными типами гофра в зависимости от требований упаковки.
       Гофрированный картон с гофром А (крупный) характеризуется высокой упругостью и применяется в конструкциях ящиков для упаковки продукции из стекла, керамики и других изделий, требующих повышенной защиты от ударов, т. е. динамических нагрузок. Большая высота и шаг гофров при сравни

10

тельно небольшом количестве их на 1 погонный метр полотна картона придают ему амортизационную способность. В случаях, когда важно обеспечить прочность на сжатие в вертикальном направлении (например, при упаковке товаров, не имеющих устойчивости внутри упаковки) наиболее подходит гофрокартон с профилем А. Гофрокартон данного типа подходит для изготовления различного рода вкладышей в ящики, прокладок и амортизаторов.
       Гофрированный картон с гофром В (мелкий гофр) отличается более высокой жесткостью по сравнению с гофром А, на этом картоне получается более качественная печать. Гофрокартон с гофром В целесообразно применять в тех случаях, когда требуется большая прочность к раздавливанию. Кроме того, такой гофрокартон более прочен в области рилевочных линий. Гофрокартон с профилем В легче складывается, благодаря чему коробки маленького размера имеют более аккуратный вид. Этот гофрокартон целесообразно применять в конструкциях ящиков для упаковывания продукции достаточно прочной, жесткой, не требующей амортизационной защиты. К такой продукции относятся консервные банки, продукция бытовой химии, пищевые и другие продукты в потребительской таре, мелкие бытовые приборы, мебель и др.


Таблица 1

Классификация и назначение марок гофрированного картона

Тип Класс  Марка             Назначение           
 1    2      3                    4               
                   Изготовление вспомогательных   
 д   ---     д     упаковочных средств (прокладки,
                   решетки и др.)                 
                   Изготовление тары и вспомога-  
          Т11,Т12, тельных упаковочных средств    
 Т    1   Т13,Т14, для упаковывания продукции и   
            Т15    изделий, способных восприни-   
                   мать статические (нагрузки шта-
                   беля) и динамические нагрузки  

11

Окончание таблицы 1

1  2      3                   4              
      Т21,Т22,                               
      Т23, Т24, Изготовление тары и вспомога-
Т  2  Т25 Т26   тельных упаковочных средств  
         Т27    для упаковывания продукции и 
п     П31,П32,  изделий, не способных воспри-
  --- П33, П34  нимать статические нагрузки  
                (нагрузки штабеля)           
п     П35, П36, Изготовление крупногабаритной
      П37       тары                         
      С41, С42,                              
с --- С43, С44, Изготовление крупногабаритной
      С45       тары                         

       Гофрированный картон с гофром С (средний гофр) сочетает свойства гофрокартонов с гофрами А и В: обладает одновременно достаточной жесткостью и хорошими амортизационными свойствами. Данный тип гофрокартона является наиболее распространенным материалом конструкций ящиков для упаковывания хрупких изделий, мягкой и жесткой продукции, требующей защиты поверхности.
       Гофрированный картон с гофром Е (микрогофр) за счет большого числа гофров на погонный метр полотна имеет ровную поверхность плоского лицевого слоя и высокую плоскостную жесткость в обоих направлениях. Это позволяет осуществлять высококачественную печать, что особенно важно для потребительской тары. Такой картон и тара из него занимают значительно меньше места при транспортировании и хранении. Этот тип гофрокартона находит все более широкое применение в конструкциях тары и используется для упаковывания товаров народного потребления, пищевых продуктов, бытовых приборов, посуды или используется в качестве наружного слоя многослойного комбинированного гофрокартона. В настоящее время гофрокартон с профилем Е также иногда используется для изготовления внутренних перегородок и фиксации товаров внутри упаковки. Такие перегородки занимают меньший объем и при


12