Pressforming of a tray from a pulp sheet

The aim of this thesis work was to verify the possibility to produce tray packages directly from pulp sheets using press forming techniques. The different existing raw materials of pulp, various sources of molded pulp and different methods of production of molded pulp were studied. Nine different raw materials which were used for experimental work were provided by Stora Enso mills, and Stora Enso Research Centre, Imatra, Finland. The laboratory tests were carried out using LUT Adjustable packaging line at Lappeenranta University of Technology. The results prove that long virgin fibres of pine pulp seems to have better formability with high moisture content compared to others. No significant improvements were noticed with conditioned samples, never the less far studies has to be done to find optimal conditions for production. The results indicated the possibility for making pressformed tray from two different pulp qualities (Sunila pulp and Enopine). The method could prove to be beneficiary as the production line could be shortened and investment in board machines could be avoided if the trays were pressed directly from pulp sheets. Also the labour costs would be reduced. However, there is much work to be done before the quality of a tray produced out of a pulp sheet is comparable to a tray produced out of tray board.

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.

Press forming of paperboard – advancement of converting tools and process control

Press forming is nowadays one of the most common industrial methods in use for producing deeper trays from paperboard. Demands for material properties like recyclability and sustainability have increased also in the packaging industry, but there are still limitations related to the formability of paperboard. A majority of recent studies have focused on material development, but the potential of the package manufacturing process can also be improved by the development of tooling and process control. In this study, advanced converting tools (die cutting tools and the press forming mould) are created for production scale paperboard tray manufacturing. Also monitoring methods that enable the production of paperboard trays with enhanced quality, and can be utilized in process control are developed. The principles for tray blank preparation, including creasing pattern and die cutting tool design are introduced. The mould heating arrangement and determination of mould clearance are investigated to improve the quality of the press formed trays. The effect of the spring back of the tray walls on the tray dimensions can be managed by adjusting the heat-related process parameters and estimating it at the mould design stage. This enables production speed optimization as the process parameters can be adjusted more freely. Real-time monitoring of pressing force by using multiple force sensors embedded in the mould structure can be utilized in the evaluation of material characteristics on a modified production machinery. Comprehensive process control can be achieved with a combination of measurement of the outer dimensions of the trays and pressing force monitoring. The control method enables detection of defects and tracking changes in the material properties. The optimized converting tools provide a basis for effective operation of the control system.

Hitsatun alumiinirakenteen suunnittelu

Alumiiniseosten käyttö konstruktiomateriaalina lisääntyy johtuen sen lukuisista variaatioista lujuuden ja muovattavuuden suhteen. Alumiinin keveys on merkittävä kilpailuetu teräkseen nähden. Alumiiniseosten hitsattavuus on parantunut hitsausmenetelmien kehittyessä. Uusilla menetelmillä lämmöntuontia hallitaan paremmin, kuten myös alumiinin huokoisuutta sekä lujuuden laskua hitsauksen yhteydessä. Tässä diplomityössä tutkitaan alumiinin metallurgiaa, hitsausmenetelmiä, sekä alumiinin ja teräksen sekaliitoksen toteutusta. Tutkimuksella pyritään tekemään hitsatun alumiinirakenteen suunnittelua ymmärrettävämmäksi. SFS-EN standardit antavat perustuksen alumiinirakenteen suunnittelulle. Tässä diplomityössä tehdään suunnitteluesimerkki hitsatun alumiinirakenteen hitsien suunnittelusta. Suunnitteluesimerkissä tutkitaan alumiiniseoksen lujuuden laskua hitsattaessa, ja etsitään standardien antamia ratkaisuja toimivan hitsatun rakenteen toteuttamiseksi.

Factors Affecting Runnability of Press Forming Equipment

The growth of the food packaging industry has raised more interest in bio-based fibre packing. The use of petroleum based packages is unfriendly to the environment while bio-based is a sustainable option for food packing. In this Master Thesis the aim was to discover how the press forming machineries runnability is affected by parameters of the press and how it also affects formability of paperboard trays. Familiarisation of the working operation parameters was done with the KAMA ST 75 flat-bed die cutting machine and the VP3-70 mould press. Some small test runs of moulding trays where done to get acquainted to the adjustment parameters of the machines. Literature study was done on how paperboards physical properties react to the forces applied during press forming. The study of what kind of defects to the paperboard tray might occur during forming process and the causes for these defects. Also how the parameters of the press forming machine affects formability of the tray. Maintenance procedures was done to the press forming machine to enhance the reliably of production process. Tool alignment measurement was done to determine proper alignment. Laboratory test of the physical properties of the test material was done to find any connection to how the test material performs in press forming. An evaluation criterion was made to evaluate the dimensions and defects of the tray. From the test result a conclusion can be drawn on how the parameters of the press forming process affect the paperboard material. Based on the results the adjustment the parameters of moulding machines to the mechanical properties of paperboard it is possible to produce high quality fibre passed trays for the food packaging industry.