Kartongin fysikaalisten ominaisuuksien vaikutus muovautuvuuteen

Työn tavoitteena oli kehittää menetelmä, jolla voitaisiin arvioida veto-ominaisuuksien avulla konvertointikoneen prässäysnopeuden ja muottien lämpötilan vaikutuksia kartongin muovautuvuuteen. Kirjallisuusosassa käsiteltiin kartongin muovautuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia sekä vetolujuuteen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi käsiteltiin kosteuden vaikutusta muovautuvuuteen sekä esiteltiin vuokakonvertointiprosessin periaate ja muovin sekä kartongin käyttäytymisen erot konvertointiprosessissa. Kokeellinen osa jakaantui kolmeen osaan. Esikokeissa tutkittiin laboratoriomittauksilla vetonopeuden ja kosteuden muutosten vaikutusta erilaisten kaupallisten kartonkimateriaalien vetolujuuteen ja murtovenymään. Tulosten perusteella valittiin prässäysnopeudet ja kosteustaso 2D- testauslaitteella suoritettuihin esi-pilot-mittakaavan kokeisiin sekä varsinaiseen pilot-koeajoon. Pilot-koeajossa pyrittiin arvioimaan prässäysnopeuden ja muottien lämpötilan vaikutuksia muovautuvuuteen vetolujuusarvojen avulla. Prässäysnopeudella ja vetolujuuslaitteen nopeudella ei havaittu yhteneväisyyksiä, jotta voitaisiin arvioida kartongin muovautuvuutta. Muovautuvuutta voidaan kuitenkin arvioida epäonnistuneisuusluvulla, jonka laskentapa kehitettiin työn aikana. Epäonnistuneisuusluku kuvaa hyvin kartongin muovautuvuutta ja on menetelmänä helppo, mutta sen heikkoutena on repeämien mittaamisen aiheuttama epätarkkuus. Esikokeissa havaittiin myös muovipäällysteiden veto-ominaisuuksien vastaavan kartongin ominaisuuksia 65 %:n suhteellisessa kosteudessa, jonka valittiin siten olevan optimaalinen olosuhde pilot-mittakaavan koeajoihin.

The aim of this thesis was to develop a method to evaluate the effect of pressing speed on formability of paperboard on adjustable packaging line. The properties influencing on formability of paperboard, factors influencing on tensile strength and the effect of moisture on formability of paperboard were discussed in the theoretical part of the thesis. Additionally, the principle of forming process and the difference in behavior between plastic and paperboard in forming process were presented. The experimental part was composed of three parts. By laboratory experiments, the effects of speed and different moisture levels to different paperboard tensile strength and breaking strain were studied. According to these results, the pressing speeds and moisture levels were chosen for both pre-pilot experiments driven by 2D formability tester and the actual pilot -test run. Based on the tensile strength values in the pilot test run, the effects of pressing speed on formability were studied. The pressing speed and the speed of the tensile tester did not have correlation to the formability of paperboard. Instead, the formability can be estimated with the unsuccessfulness number. The method to calculate such value was developed in the thesis. The unsuccessfulness number describes well the formability of the paperboard and is easy to use. However, extra carefulness should be practiced when measuring the length of fractures. In laboratory experiments, it was noted that the tensile properties of the plastic coating matched the paperboard ones in 65 % relative humidity, which was then chosen to be an optimal condition for the pilot test runs.