CORELATII ÎNTRE PROPRIETATILE HÂRTIILOR COMPONENTE SI CALITATEA CARTONULUI ONDULAT. II

CORELATII ÎNTRE PROPRIETATILE HÂRTIILOR COMPONENTE SI CALITATEA CARTONULUI ONDULAT. II. INFLUENTA CALITATII CARTONULUI ONDULAT ASUPRA UNOR CARACTERISTICI ALE CUTIILOR CORRELATIONS BETWEEN PAPERS CHARACTERISTICS AND CORRUGATED BOARD QUALITY II. THE INFLUENCE OF THE CORRUGATED BOARD QUALITY ON THE SOME BOXES PROPERTIES Olimpia Ghermec S.C. CELROM S.A. Drobeta-Turnu Severin P.Obrocea, D.Gavrilescu, Th. Malutan Universitatea Tehnica Gh.Asachi Iasi În prima parte, lucrarea se ocupa cu studiul corelatiilor dintre unele caracteristici ale hîrtiei miez si proprietatile cartonului ondulat. În partea a doua se discuta si factorii care influenteaza caracteristicile de rezistenta ale cutiilor, în principal rezistenta la compresie (Box Compression Test BCT). Valorile BCT depind substantial de perimetrul cutiilor, iar la acelasi perimetru forma cutiei nu influenteaza semnificativ aceasta importanta caracteristica. Masa cartonului ondulat determina nivelul rezistentei la strivire pe cant, dar influenta asupra rezistentei la compresie este mai mica si depinde de marimea cutiilor. In the first part this paper deals with the correlations between some characteristics of the corrugated medium and the corrugated board properties. In the second part, the factors affecting the boxes strenghts, mainly BCT are also discussed. The BCT-values strongly depends on the boxes periphery, but at the same periphery, the boxes shape has no significant influence of this important test. The grammage of the corrugated board decisive determines the edgewise compression test values, but the influence on the BCT-values is smaller and depends on the boxes size. INTRODUCERE Prezenta lucrare continua studiile efectuate în anii anteriori cu privire la influenta compozitiei fibroase, a modului de preparare a pastei de hârtie asupra caracteristicilor hârtiei miez fabricate la S.C. CELROM S.A. Drobeta Turnu Severin. Printre cele mai importante concluzii a fost aceea ca parametrii cu cea mai mare influenta asupra calitatii hârtiei miez sunt compozitia fibroasa (proportia dintre semiceluloza si celuloza sulfat) si gradul de macinare al semicelulozei. S-a elaborat un model matematic cu doua variabile independente (procentul de semiceluloza si gradul de macinare al acesteia), care permite evidentierea influentelor simultane asupra caracteristicilor hârtiei / 1 /. Actualul studiu are ca scop indentificarea corelatiilor dintre diferitele caracteristtici ale hârtiei miez si ale cartonului ondulat fabricat din aceasta cu caracteristicile de rezistenta ale

cutiilor. El se bazeaza pe interpretarea statistica a unui numar apreciabil de date si este organizat pe trei nivele de complexitate, / 2 /: - dependentele dintre principalele caracteristici ale hârtiei miez : masa, sarcina de rupere, rezistenta la plesnire, rezistenta la aplatizare; - corelatiile între principalele caracteristici ale cartonului ondulat: masa, rezistenta la compresiune, rezistenta la strivire pe cant; - corelatiile între caracteristicile cartonului ondulat si rezistenta la compresiune a cutiilor. PARTEA EXPERIMENTALA Experimentele s-au efectuat folosind hârtie miez fabricata la S.C. CELROM S.A,. Drobeta-Turnu Severin din semiceluloza de fag si celuloza sulfat de rasinoase cu patru gramaje, 112, 120, 127 si 150 g/m 2. Într-o prima serie de experimentari s-au testat caracteristicile de rezistenta ale hârtiilor, determinându-se sarcina de rupere, rezistenta la plesnire, rezistenta la aplatizare, precum si corelatiile dintre aceste marimi. A doua serie de determinari se refera la cartonul ondulat cel mai reprezentativ, tip 3 KIF, la care s-a studiat influenta masei asupra rezistentei la plesnire, rezistentei la compresie si rezistentei la strivire pe cant. În toate cazurile s-au obtinut si dependentele cantitative dintre ele. Cel de-al treilea nivel de corelatie cercetat statistic include proprietatile cartonului ondulat si cele ale cutiilor. S-a studiat influenta formei geometrice, masei cartonului ondulat si rezistentei la strivire pe cant asupra rezistentei la compresie a cutiilor, ca test principal al rezistentei mecanice a acestora. Determinarile au fost realizate conform standardelor în vigoare la S.C. CELROM S.A. Drobeta-Turnu Severin, societate care detine certificarea de calitate ISO 9002. REZULTATE SI DISCUTII Un prim aspect analizat a constat în identificarea dependentelor dintre caracteristicile de rezistenta ale hârtiei miez si masa acesteia. Dupa cum rezulta din figura 1 indicii de rezistenta ai hârtiei miez depind liniar de masa. 2

Sarcina de rupere (Sr), N 90 80 70 60 50 40 30 20 10 a Sr = 0.4254 x + 17.124 R 2 = 0.9822 b R pl = 0.5513 x + 171.53 R 2 = 0.7067 260 255 250 245 240 235 230 Rezistenta la plesnire (R pl), kpa 0 225 100 110 120 130 140 150 160 Masa hartiei miez(x), g/m 2 35 Rezistenta la aplatizare (R ap), dan 30 25 20 15 10 5 c R ap = 0.2692 x - 8.9846 R 2 = 0.9433 0 100 110 120 130 140 150 160 Masa hartiei miez (x), g/m 2 Figura 1. Influenta masei hârtiei miez asupra caracteristicilor de rezistenta : a sarcina de rupere; b rezistenta la plesnire; c rezistenta la aplatizare Cresterea caracteristicilor de rezistenta cu masa hârtiei este normala si se întâlneste la toate tipurile de hârtii : se evidentiaza însa ca si între rezistenta la aplatizare si masa hârtiei se mentine aceeasi dependenta liniara exprimata prin ecuatia din figura 1c. Valoarea ridicata a coeficientului de determinare R 2 =0,94 indica o legatura strânsa între cei doi parametri. 3

În continuare s-a testat statistic si daca proprietatile hârtiei miez enumerate mai sus se coreleaza între ele si masura în care se produce acest lucru. Pentru a elucida acest aspect s-au determinat dependentele rezistenta la aplatizare-sarcina de rupere, respectiv rezistenta la aplatizare-rezistenta la plesnire, cautându-se forma ecuatiei care sa exprime aceste corelatii cu încrederea cea mai mare. În figura 2 se prezinta rezultatele obtinute luând ca exemplu hârtia miez cu 112 g/m 2, constatându-se ca între perechile de valori prelucrate nu exista dependenta statistica. Rezulta ca între rezistenta la aplatizare si sarcina de rupere, respectiv rezistenta la plesnire nu sunt corelatii evidente, adica la hârtia cu masa constanta (în cazul nostru 112 g/m 2 ) o sarcina de rupere buna nu presupune ca si rezistenta la aplatizare va avea valori ridicate. Matematic acest lucru este probat prin valorile foarte scazute ale coeficientilor de determinare: R 2 =0,11 pentru dependenta rezistentei la aplatizare si R 2 =0,089 pentru corelatia rezistenta la aplatizare-rezistenta la plesnire. Rezistenta la aplatizare (R ap), dan 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Rezistenta la plesnire (R pl), kpa (g=112g/m 2 ) 190 200 210 220 230 240 250 R ap = 0.0979 R pl + 1.103 R2 = 0.3411 R ap = 0.1164 Sr + 14.636 R 2 = 0.1025 50 55 60 65 70 75 80 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Rezistenta la aplatizare (R ap), dan Sarcina de rupere (Sr), N Figura 2. Dependenta rezistentei la aplatizare-sarcina de rupere, respectiv rezistenta la plesnire la hârtia miez cu 112 g/m 2 Pentru celelalte mase ale hârtiei situatia de mai sus este similara, dar se observa o oarecare crestere a nivelului de dependenta. În figura 3 se prezinta cazul hârtiei cu 150 g/m 2 la care se observa tendinta de ordonare a valorilor parametrilor de rezistenta, respectiv posibilitatea ca între rezistenta la aplatizare si celelalte proprietati mecanice sa se contureze o 4

oarecare dependenta. Totusi, valorile coeficientilor de determinare sunt scazute (R 2 =0,60 pentru corelatia rezistenta la aplatizare-rezistenta la plesnire si R 2 =0,55 pentru sarcina de rupere), la limita nivelului acceptabil din punct de vedere statistic. În concluzie, se poate afirma ca, la aceeasi masa a hârtiei miez, între rezistenta la aplatizare si sarcina de rupere, respectiv rezistenta la plesnire nu exista dependente statistic valabile. Rezistenta la aplatizare (R ap), dan Rezistenta la plesnire (R pl), kpa (g=150 g/m 2 ) 200 225 250 275 300 325 40 40 37.5 R ap = 0.1064 Rpl + 5.2667 R 2 = 0.6002 37.5 35 35 32.5 32.5 30 30 27.5 R ap = 0.2144 Sr + 14.879 R 2 = 0.5568 27.5 25 25 50 60 70 80 90 100 110 Rezistenta la aplatizare (R ap), dan Sarcina de rupere (Sr), N Figura 3. Dependenta rezistentei la aplatizare-sarcina de rupere, respectiv rezistenta la plesnirela hârtia miez cu 150 g/m 2 Al doilea nivel al corelatiilor se refera la caracteristicile cartonului ondulat: rezistenta la plesnire, rezistenta la compresiune (Flat Crush Test - FCT) si rezistenta la strivire pe cant (Edgewise Compression Test - ECT). Dupa cum se cunoaste aceste marimi sunt influentate de proprietatile hârtiilor miez si capac, de marimea ondulei, de masa si grosimea cartonului ondulat. Din acest motiv, studiile se refera la cartonul 3 KIF, analizându-se influenta masei asupra caracteristicilor mentionate, cu scopul stabirii formei de dependenta si nivelului de încredere. În figura 4 se prezinta influenta masei asupra caracteristicilor de rezistenta ale cartonului ondulat si se constata ca prin cresterea acesteia se obtine îmbunatatirea celor trei proprietati mentionate, dependenta dintre marimi fiind reprezentata cel mai bine de forma liniara. Se remarca existenta unor diferente importante privind nivelul de încredere, exprimat 5

prin coeficientul de determinare, R 2, si masura în care variatiile de gramaj influenteaza caracteristicile cartonului ondulat. Rezistenta la plesnire (R pl), kpa 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 R pl = 2.2546x - 191.42 R 2 = 0.8661 400 450 500 550 Masa (x), g/m2 a) FCT, kpa 300 250 200 150 100 50 FCT = 0.819x - 212.8 R 2 = 0.7137 400 450 500 550 Masa (x), g/m2 b) 6000 ECT, kn/m 5000 4000 3000 2000 ECT = 13.937x - 2155.6 R 2 = 0.5214 Figura 4. Influeta masei cartonului ondulat asupra rezistetei la plesnire (a), rezistentei la compresie FCT (b) si rezistetei la strivire pe 1000 400 450 500 550 Masa (x), g/m2 cant ECT (c) c) Cea mai strânsa dependenta exista între rezistenta la plesnire si masa cartonului (R 2 =0,86) iar cea mai scazuta între rezistenta la strivire pe cant (ECT) si masa cartonului, (R 2 =0,52). Aceste constatari sunt importante deoarece arata ca marind gramajul cartonului ondulat obtinem cresterea rezistentei la plesnire si numai în mica masura cresterea rezistentei la strivire pe cant. Altfel spus, nu este indicat sa se apeleze la masa cartonului ondulat ca factor principal de crestere a rezistentei de strivire pe cant. Totusi, rezistenta la compresiune (FCT) este influentata favorabil de masa cartonului ondulat, cu un nivel de încredere suficient de ridicat (R 2 =0,71). Prin urmare proprietatile de rezistenta depind de masa cartonului ondulat în ordinea crescatoare: Rezistenta la strivire pe cant (ECT)? Rezistenta la compresiune (FCT)? Rezistenta la plesnire 6

S-a constatat ca la masa constanta a cartonului ondulat, valorile rezistentei la compresiune (FCT) si cele ale rezistentei la strivire pe cant (ECT) înregistreaza variatii mari uneori cu pâna la 15-20 % fata de valorile medii. Sunt cazuri în care valoarea FCT creste iar aceea a ECT scade (sau invers) ceea ce e foarte dificil de interpretat. Întrucât parametrii mentionati depind si de alti factori în afara de masa cartonului ondulat, care determina fluctuatiile observate, s-a încercat sa se gaseasca eventuale corelatii între cele doua caracteristici. Pentru aceasta, s-au prelucrat statistic valorile ECT si FCT la masa constanta a cartonului ondulat, rezultatele obtinute convergând spre concluzia ca între cele doua marimi nu exista o corelatie cu nivel de încredere acceptabil. Spre exemplu, pentru cartonul ondulat tip 3 KIF de 455 g/m 2 între valorile ECT si FCT, cel mai ridicat coeficient de determinare se obtine pentru dependenta de tip liniar, dar valoarea R 2 =0,40 arata ca nivelul de încredere este nesatisfacator. Cu alte cuvinte între ECT si FCT nu exista aceeasi directie de evolutie, la gramaj constant al cartonului ondulat. Cel de-al treilea nivel de corelatie cercetat statistic include proprietatile cartonului ondulat si cele ale cutiilor. S-au studiat influenta formei geometrice a cutiilor, masei cartonului ondulat si rezistentei la strivire pe cant asupra rezistentei la compresiune a cutiilor ca parametru principal al rezistentei mecanice. Geometria cutiei este data de cele trei dimensiuni si ea influenteaza prin perimetru, forma sectiunii (dreptunghiulara sau patrata) si prin înaltime. Influenta perimetrului asupra rezistentei la compresiune a cutiilor, fabricate din acelasi tip de carton ondulat (3 KIF de 460 g/m 2 ) este prezentata în figura 5. BCT, N 3000 2500 2000 1500 BCT = 1.0117x + 457.79 R 2 = 0.8506 1000 600 1100 1600 2100 Perimetrul (x), mm Figura 5. Influenta perimetrului cutiilor asupra rezistentei la compresiune a cutiilor, BCT (Carton tip 3 KIF de 460 g/m 2 ) Pentru cazul mentionat, valoarea BCT se determina cu relatia: BCT =1.01P? 458, N în care P este perimetrul cutiei în mm. Nivelul de încredere al acestei ecuatii este ridicat, valoarea coeficientului de determinare fiind R 2 =0,85. Cu alte cuvinte, din 100 de masuratori, 85 se 7

înscriu pe dreapta de regresie, ceea ce din puncte de vedere statistic exprima o strânsa dependenta între parametrii utilizati. La perimetrul constant al cutiilor, forma sectiunii, care depinde de lungimea si latimea lor, nu influenteaza semnificativ valoarea BCT. La cutii patrate si dreptunghiulare, cu acelasi perimetru, valorile BCT sunt foarte apropiate, aspect extrem de important din punctul de vedere al proiectarii acestor tipuri de ambalaje. La cutiile cu acelasi perimetru, dar cu înaltime variabila, s-a constatat o oarecare reducere a valorilor BCT cu cresterea înaltimii. Spre exemplu, dublarea înaltimii reduce BCT în medie cu 8%. Dimensiunile cutiilor sunt impuse de cele ale produsului ambalat, iar la îndemâna tehnologului ramâne masa cartonului ondulat, ca parametru principal pentru obtinerea rezistentei necesare. La acelasi perimetru, valoarea BCT depinde de masa cartonului ondulat, aspect evidentiat în figura 6, unde se observa ca indiferent de perimetru, cresterea masei influenteaza favorabil rezistenta cutiilor. BCT, N 2500 2300 2100 1900 1700 1500 1300 1100 900 700 500 y = 6.3762x - 1036.5 R 2 = 0.5663 L3 y = 3.0137x + 43.205 R 2 = 0.9472 y = 6.8839x - 1905.9 R 2 = 0.997 400 420 440 460 480 500 520 Masa c.o., g/m 2 L2 L1 BCT, N 3000 BCT = 3.105x + 819.81 2500 R 2 = 0.8863 L4 2000 BCT = 13.579x - 4530.4 1500 R 2 = 0.9521 L5 1000 425 475 525 Masa c.o. (x), g/m 2 Figura 6. Influeta masei cartonului ondulat asupra rezistentei la compresiune a cutiilor la diferite perimetre (L) : L1=600 mm; L2=880 mm; L3=1100 mm; L4=1350 mm; L5=1780 mm Masura în care masa cartonului ondulat influenteaza valoarea BCT depinde de perimetru: la cutii mici (perimetru 880 mm), cresterea masei cartonului ondulat cu 50 g/m 2 determina îmbunatatirea BCT cu cca 8 %, pe când la cutiile mari (perimetru 1780 mm), aceeasi crestere a masei, mareste valoarea BCT cu aproximativ 15 %. De aici rezulta necesitatea corelarii perimerului cutiilor cu masa cartonului ondulat, mai ales la cutiile cu dimensiuni mari. O caracteristica importanta a cartonului ondulat de care depinde rezistenta cutiilor este rezistenta la strivire pe cant-ect. În figura 7 se prezinta influenta acestui parametru asupra valorii BCT, cea mai buna dependenta fiind liniara. De remarcat coeficientul de determinare 8

redus, R 2 =0,55, ceea ce arata un nivel de încredere la limita inferioara din punct de vedere statistic. Nivelul redus al corelatiei BCT-ECT se poate explica prin numerosii factori care influenteaza rezistenta la strivire pe cant: masa cartonului ondulat, caracteristicile hârtiilor miez si capac etc. 3000 2500 BCT, N 2000 1500 1000 BCT = 0.4352 ECT - 271.41 R 2 = 0.5576 500 2500 3500 4500 5500 6500 7500 ECT, kn/m Figura 7. Influenta rezistentei la strivire pe cant a cartonului ondulat (ECT) asupra rezistentei la compresiune a cutiilor (BCT) Valorile BCT depind în primul rând de perimetrul cutiei si apoi de rezistenta la strivire pe cant a cartonului ondulat. CONCLUZII Pe baza studiilor corelatiilor dintre calitatea hârtiei miez si caracteisticile cartonului ondulat si a cutiilor se desprind urmatoarele concluzii: 1. Între principalele caracteristici de rezistenta:-sarcina de rupere, rezistenta la plesnire si rezistenta la aplatizare- si masa hârtiei miez exista corelatii strânse, direct proportionale. În domeniul 112-150 g/m 2, cresterea cu fiecare 10 g/m 2 a masei determina marirea în medie cu 9 % a rezistentei la aplatizare. 9

2. Rezistenta la aplatizare nu se coreleaza cu celelalte proprietati de rezistenta; cresterea sarcinii de rupere si rezistentei la plesnire nu implica întotdeauna si marirea rezistentei la aplatizare. 3. Masa cartonului ondulat influenteaza hotarâtor caracteristicile de rezistenta ale acestuia, dar în masura diferita, ordinea fiind: Rezistenta la strivire pe cant (ECT)? Rezistenta la compresiune (FCT)? Rezistenta la plesnire La masa constanta a cartonului ondulat, valorile FCT si ECT înregistreaza variatii mari de pâna la 15-20 %. Cele doua caracteristici nu au acelasi sens de evolutie. 4. Principalul parametru care influenteaza rezistenta cutiei (valoarea BCT) este perimetrul acesteia. La perimetru constant, forma sectiunii cutiei nu influenteaza semnificativ valoarea BCT. Dublarea înaltimii cutiei reduce rezistenta la compresiune cu cca 8 %. 5. Masa cartonului ondulat influenteaza valoarea BCT diferit în functie de perimetru; la cutiile mici (perimetru 880 mm) cresterea masei cu 50 g/m 2 mareste BCT cu cca 8 % iar la cutiile mari (perimetru 1780 mm), cu cca 15 %. Între rezistenta la strivire pe cant a cartonului ondulat (ECT) si rezistenta la compresie a cutiilor (BCT) nivelul de dependenta este relativ scazut. Valorile BCT depind în primul rând de perimetrul cutiei si apoi de rezistenta la strivire pe cant a cartonului ondulat. Bibliografie 1. D. Gavrilescu, P. Obrocea, Th. Malutan, Olimpia Ghermec, Celuloza si Hârtie, 1999, 48(3), 29-40 2. D. Gavrilescu, P. Obrocea, Olimpia Ghermec, Celuloza si Hârtie, 1999, 48(1), 33-39 10