Полиграфисту - о картоне [И. Г. Груздева] (doc) читать онлайн

Книга в формате doc! Изображения и текст могут не отображаться!


 [Настройки текста]  [Cбросить фильтры]

Полиграфисту – о картоне.

Введение

Упаковка из картона на сегодняшний день является одним из самых популярных и распространенных ее видов. С точки зрения потребителя, основные требования к упаковке – это:
• производить впечатление;
• сообщать информацию;
• защищать упакованный продукт;
• быть экологически безопасной.
Картон, как материал для изготовления упаковки, удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.
Упаковочный картон может быть однослойным, но чаще всего он состоит из нескольких волокнистых слоев, скрепленных во влажном состоянии. В отличие от бумаги, термин “картон” употребляется, когда масса 1 м2 материала превышает 200 г (в Германии – 150 г).

Сырье и полуфабрикаты

С середины 19-го века основным источником целлюлозного волокна для изготовления бумаги и картона является древесина таких пород деревьев как ель, сосна, береза, тополь, бук и др. От природного сырья волокно отделяется либо химическим, либо механическим способом. Волокна хвойных пород –длинные и плоские (длина 3,0-4,0 мм), березовые – короткие и цилиндрические (длина 1,0-1,1 мм).


Основные особенности волокон, используемые в производстве бумаги и картона, - следующие:
• способность волокон целлюлозы скрепляться между собой за счет сил физико-химического взаимодействия;
• удлиненная форма, прочность и гибкость, которые дают возможность волокнам переплетаться между собой;
• способность волокон видоизменяться (расщепляться, укорачиваться, набухать и т д.) по ходу переработки при приготовлении волокнистой массы (пульпы) для отлива картона.
Свойства волокон во многом зависят от способа их получения. В связи с этим различают три основных типа волокна.

Химический процесс

В результате высокотемпературной обработки древесины кислыми или щелочными реагентами получается почти чистая древесная целлюлоза, называемая иногда химической массой (chemical pulp). Этот процесс сохраняет длину волокна, что придает листу высокую прочность. Волокна гибкие и мягкие, поэтому материал хорошо поддается тиснению и вырубке, имеет низкую склонность к пылению. Беленая целлюлоза отличается высокой белизной и светостойкостью.

Механический процесс

Механическое измельчение древесины в водной среде дает очень высокий (до 98%) выход конечного продукта, называемого древесной массой (mechanical pulp). Присутствие в древесине инкрустирующего вещества (лигнина) обусловливает ряд особенностей: волокна жесткие, твердые, что ограничивает их переплетение и снижает прочность листа, но при этом придает пухлость (низкую плотность), упругость, стабильность размеров и жесткость на изгиб. Небеленая древесная масса сохраняет цвет натуральной древесины, ее природный состав и чистоту.

Процесс переработки вторичного сырья

Волокно восстанавливают путем механического роспуска в воде вторичного сырья (макулатуры). Каждый раз, когда волокно перерабатывают, оно загрязняется, укорачивается, и его способность к переплетению уменьшается. В среднем, волокно можно перерабатывать 2-5 раз, но следует добавлять первичные волокна для обеспечения качества картона. У такой массы менее предсказуемый состав и эксплуатационные свойства, чем у массы, основанной на первичных волокнах.


Изготовление картона

Картон изготавливают на сеточных картоноделательных машинах (КДМ). Процесс, в общем виде, состоит из нескольких технологических операций.

1. Приготовление волокнистой массы (пульпы)

До того, как волокна подаются в КДМ, они механически обрабатываются, разбавляются водой и к ним добавляются функциональные химикаты. Механическая обработка совершается для того, чтобы улучшить прочностные свойства. Высокая степень разбавления необходима для достижения равномерного распределения волокон. Функциональные добавки используются, например, для получения картона с необходимой водостойкостью (внутренняя проклейка).

2. Отлив (формирование многослойной структуры картона в сеточной части КДМ)
Первый слой волокна формируется в секции нижней сетки, где вода стекает через ее отверстия. В последующих слоях вода удаляется вакуумированием сверху. Процесс отлива обеспечивает равномерное распределение волокна, его прочное межслойное скрепление, плоскостность, гладкость и прочность листа.

3. Прессование
Сырое картонное полотно, располагающееся между фильтрами (так называемые мокрые сукна), проводится между стальными валами, которые механически отжимают воду.

4. Сушка
Далее картонное полотно огибает ряд обогреваемых паром горячих полированных стальных цилиндров (сушильные цилиндры), которые интенсивно удаляют влагу за счет нагревания. Операция сушки тщательно контролируется для обеспечения оптимальной влажности и равномерного распределения влаги в листе.

5. Поверхностная проклейка
Крахмальный раствор, иногда пигментированный, наносится либо на одну, либо на обе стороны картона на клеильном прессе (size-press). Поверхностная проклейка препятствует выщипыванию волокон с немелованной поверхности, повышает прочность, гладкость и улучшает печатные свойства.

6. Каландрирование
В ходе этого процесса картон пропускается между стальными валами, что придает полотну равномерную толщину и гладкость поверхности.

7. Мелование
Меловой слой наносится в виде жидкой массы, разглаживается лезвием и высушивается с одной или с обеих сторон, в зависимости от типа картона. Преимуществом мелованного картона является белизна, равномерное восприятие краски и лака, гладкость.

8. Обработка поверхности
Для улучшения печатных свойств и лакируемости картона его полируют щетками или обрабатывают в суперкаландре.
9. Намотка готовой продукции
Картонное полотно наматывается на большую стальную гильзу в количестве от 10 до 20 тонн, в зависимости от сорта. Каждая партия получает особый идентификационный код, по которому можно отследить место производства.
10. Контроль on-line
В процессе производства на КДМ осуществляется постоянный контроль массы 1 м2, толщины, влажности и веса покрытия для достижения постоянства свойств и качества картона.

11. Намотка и резка
Большие рулоны режут на рулоны меньшего диаметра и ширины. Листорезальная машина режет картон на листы стандартного формата или по специальным заказам покупателя. При резке учитывают направление преимущественной ориентации волокон в листе (продольное, иначе машинное, - MD), которое обычно совпадает с длинной стороной листа.


Общие требования к картону и свойства волокон

Для запечатывания и упаковки требуется картон, который сочетает в себе определенные свойства поверхности и эксплуатационные свойства. Чаще всего это:
• белизна;
• гладкость;
• глянец;
• химическая чистота;
• прочность;
• жесткость и др.
Многочисленные комбинации вида и количества волокна вместе с производственными факторами позволяют получать разнообразные сорта картона. Сложность состоит в том, что некоторые требования иногда противоречат одно другому. Приведем два простых примера. Пример 1: на схеме показаны свойства картона по волокнистому составу.


Свойства картона (по волокнистому составу)
100% древесная масса (волокна короткие и жесткие)
100% целлюлоза (волокна длинные и гибкие)
Высокая пухлость и жесткость ↔ Высокая плотность и прочность

Прочность, гибкость и способность к переплетению у целлюлозного волокна (химический способ) приводит к образованию хорошо сформированного плотного и прочного материала. Волокна, полученные механическим путем, т е. древесная масса, в этом отношении имеют противоположные характеристики, проявляющиеся в пористости, пухлости и малой прозрачности, но высокой жесткости картона. Поскольку важны и жесткость, и прочность, необходим компромисс! Он достигается путем различной обработки и комбинирования волокон, а также использованием принципа многослойности.
Пример 2: все типы картона требуют определенного сочетания прочности и белизны. В таблице приведены примерные показатели белизны и прочности для различных волокнистых полуфабрикатов.

Примерные показатели белизны и прочности

Виды волокна
Белизна, %
Прочность, кН/м
Беленая и небеленая древесная масса
57-80
20-40
Беленая целлюлоза
80-92
55-110
Небеленая хвойная целлюлоза (крафт)
15-28
80-115
Вторичные волокна
15-75
25-70

С этих позиций наилучшим вариантом является беленая целлюлоза, но она не обеспечит необходимой жесткости и повысит стоимость материала. Поэтому в качестве компромисса используют добавки из древесной массы или вторичных волокон.
Для оптимизации жесткости, прочности, печатных свойств (белизны, гладкости, глянца), а также снижения стоимости материала (экономия дорогих волокон) используется принцип многослойности. В средние (внутренние) слои картона добавляется древесная масса высокой пухлости, а в поверхностные слои – прочная и гладкая целлюлоза. Нанесением пигментного покровного слоя достигается дальнейшее улучшение поверхностных свойств. Даже если во всех слоях используется 100%-ная целлюлоза, слои обрабатываются по-разному, тем самым реализуется принцип многослойности.

Њ
Следует помнить! Для заданных сочетаний волокон и структур слоев жесткость сильно зависит от толщины картона. Теоретически жесткость пропорциональна кубу толщины. Прочностные свойства обычно пропорциональны весу (grammage).

Классификация картонов и их характеристики

Различают три основных типа картона по составу волокна:
• чистоцеллюлозный;
• древесномассный;
• макулатурный.


Чистоцеллюлозный мелованный картон из беленой целлюлозы (SBB – Solid Bleached Board)
SBB производится исключительно из беленой целлюлозы, обычно имеет мелованную лицевую сторону. У некоторых сортов покрытие наносится также и с оборотной стороны. Для характеристики этого материала иногда используется термин SBS (Solid Bleached Sulphate) – картон из сульфатной целлюлозы – произошедший от названия метода получения волокнистой массы.


Это картон с плотностью (объемной массой) от средней до высокой, с прекрасными печатными свойствами поверхности. Он предоставляет широкие возможности для конструирования, может гофрироваться и хорошо поддается тиснению. Пригоден для упаковывания ароматических и чувствительных к запаху продуктов.

Чистоцеллюлозный мелованный картон из небеленой целлюлозы (SUB – Solid Unbleached Board)
SUB производится исключительно из небеленой целлюлозы. Это картон с коричневой оборотной стороной (с так называемым “крафт-оборотом”). Для достижения белой поверхности он может быть покрыт меловым слоем, иногда в сочетании со слоем отбеленных волокон под покрытием.


Картон используется там, где требуется высокая прочность, например, в упаковке для жидкостей и др.
Складной коробочный картон (FBB – Folding Box Board)
Внутренние слои FBB состоят из древесной массы, а внешние - целлюлозные. Верхний слой целлюлозы отбеливается, и на него наносится покрытие. Оборотная сторона кремового цвета (цвета манильской пеньки), потому что оборотный слой (беленая или небеленая целлюлоза) – полупрозрачный. Однако существуют сорта картона FBB с белым оборотом, когда оборотный слой имеет большую толщину или покрытие.


Это материал с низким удельным весом, высокой прочностью и жесткостью. Сорта с двухсторонним покрытием дают превосходное качество печати.
Картоны FBB и SBB часто называют “картонами из первичных волокон”.

Макулатурный картон (из вторичных волокон), (WLC – White Lined Chipboard)
WLC содержит средние слои из макулатурной массы. На верхний слой (лайнер) из беленой целлюлозы часто наносится пигментное покрытие. Второй слой также может включать в себя беленую целлюлозу или древесную массу (регенерированная масса). Оборотная сторона изготавливается из отборной макулатурной массы или может быть белой – из беленой целлюлозы. Существуют дополнительные сорта картона с окрашенными (цветными) лайнерами.


WLC - материал средней плотности (объемной массы), широко используемый в обычном упаковочном производстве. Из-за наличия большого разнообразия сортов все данные о WLC обобщить сложно. Иногда вместо WLC используется аббревиатура CB – Chip Board.
В таблице представлено описание наиболее часто употребляемых сортов упаковочного картона.

Сорта упаковочного картона

Аббревиатура
(немецкая терминология)
Расшифровка
GZ
Coated SBB (мелованный SBB)
GGZ
Cast Coated SBB (литого мелования SBB)
GG1
Cast Coated FBB white back (литого мелования FBB с белым оборотом)
GG2
Cast Coated FBB manilla back (литого мелования FBB с оборотом цвета манильской пеньки)
GC1
Coated FBB white back (мелованный FBB с белым оборотом)
GC2
Coated FBB manilla back (мелованный FBB с оборотом цвета манильской пеньки)
GT
Coated CB manilla or white back (мелованный CB с белым или цвета манильской пеньки оборотом)
GD1
Coated CB high bulk (min удельный объём 1.5 cm3/g), (мелованный CB высокой пухлости)
GD2
Coated CB (min удельный объём 1.4 cm3/g), (мелованный CB)
GD3
Coated CB low bulk (удельный объём 1.3 cm3/g), (мелованный CB низкой пухлости)
UZ
Uncoated SBB (немелованный SBB)
UC1
Uncoated FBB white back (немелованный FBB с белым оборотом)
UC2
Uncoated FBB manilla back (немелованный FBB с оборотом цвета манильской пеньки)
UT
Uncoated CB manilla or white back (немелованный CB с белым или цвета манильской пеньки оборотом)
UD1
Uncoated CB top liner woodfree (немелованный CB с чистоцеллюлозным верхним слоем)
UD2
Uncoated CB top liner near woodfree (немелованный CB с верхним слоем, близким к чистоцеллюлозному)
UD3
Uncoated CB top liner partly mechanical pulp (немелованный CB с частичным содержанием древесной массы в верхнем слое)

Некоторые другие обозначения, встречающиеся в немецком языке:
G – Gestrichen – мелованный (с покрытием)
U – Ungestrichen – немелованный (без покрытия)
GG – Gussgestrichen – литое мелование
Z – Zellulosekarton – чистоцеллюлозный (SBB)
C – Chromoersatzkarton – хром-эрзац (FBB)
D – Duplex – дуплекс-конструкция CB (т.е. WLC)
T – Triplex – триплекс-конструкция CB с белым или цвета манильской пеньки оборотом

Ниже приведены некоторые марки картонов различного типа из ассортимента фирмы “Берег”:

Марка картона
Тип
Основные характеристики
Жесткость, Taber мНм


Масса, г/м2
Толщина мкм
MD
CD
Multipack
FBB
200
305
7,6
3,8
Strompack
FBB
205
300
10,0
4,5
Multiboard Offset
WLC
300
405
15,8
6,3

Большинство различий в свойствах картона – эксплуатационных (упаковочных) и печатных (свойствах поверхности) является, как уже отмечалось выше, результатом многочисленных комбинаций вида и количества используемого волокна. Однако, можно выделить некоторые типичные различия для картонов SBB, FBB и WLC, которые проявляются наиболее часто. На рисунке показаны качественные соотношения между различными типами картона одинаковой массы 1 м2.





Печатные свойства

Печатные свойства картона – это, главным образом, свойства его поверхности. К ним относятся:
• белизна и яркость;
• структура поверхности и гладкость;
• глянец;
• впитывающая способность;
• стойкость к истиранию и выщипыванию.


Белизна и яркость

Белизна (Whiteness) – это результат визуального восприятия поверхностей, близких к белой, в сравнении с эталоном. Поверхность часто выглядит совершенно по-разному при ярком солнечном свете и в слабом желтоватом свете лампы. Поэтому измерения белизны производятся при стандартном источнике света D65. Одним из широко используемых методов является белизна по CIE (Commission Internationale de l’Eclairage – Международная комиссия по освещению). Яркость (brightness) – колориметрическая величина - количество света, отраженного от поверхности картона, измеряемое при длине волны 457 нм. Традиционно термин “яркость” использовался применительно к пульпе, затем его использование распространилось на бумагу и картон. По-существу, измеренная яркость не представляет ценности для потребителя картона, поскольку картоны с одинаковым значением яркости могут различаться по визуальному восприятию. Современные приборы для измерения отраженного света соответствуют ISO 2469/2470. Измерение яркости по ISO достигается путем отфильтровывания УФ-составляющей (использование специальных фильтров), в то время как измерение белизны требует ее присутствия. При наличии в материале оптического отбеливателя (FWA - fluorescent whitening agent) измеренный показатель белизны может существенно превышать 100% (см. таблицу).

Показатели яркости и белизны некоторых картонов

Картон
Яркость, ISO, %
Белизна, ISO, %
Stromcard
86
105
Multiboard Kraft
-----
78
Multipack
-----
84

Њ
Для справки! Оптические отбеливающие вещества (русская аббревиатура ООВ, английская – FWA) – это вещества, которые способны поглощать энергию в невидимом УФ-диапазоне и выделять ее в виде флюоресценции в видимом диапазоне между 430-470 нм. Этот дополнительный свет в голубом диапазоне интерпретируется человеческим глазом как повышение белизны.

При выборе картона должно быть принято решение об уровне требуемой белизны: так ли необходима в данном случае очень высокая белизна? Например, упаковка для элитной продукции обычно имеет высокую белизну, а товары массового спроса упаковывают в картоны со средним (стандартным) уровнем белизны (см. таблицу). Требования к белизне картона также определяются конечными условиями эксплуатации, например, типом освещения, которое будет влиять на восприятие белизны. Взгляд на картон при обычном освещении дает верное впечатление о белизне.
Белизна картона существенно зависит от белизны волокон. Беленая целлюлоза имеет хорошую белизну и часто добавляется во внешние слои вместо других сортов пульпы. Основное влияние на белизну оказывает мелованное покрытие. Белизна покрытия может быть улучшена добавлением FWA или сине-фиолетовых красителей. Кроме белизны, важна также и светостойкость материала.

Светостойкость

Светостойкость картона во многом определяется количеством лигнина в бумажной массе. Лигнин – это вещество, содержащееся в древесине и придающее ей жесткость. Лигнин, в среднем, составляет ¼ часть всей древесины. Пульпа, изготовленная механическим путем (древесная масса), сохраняет большое количество лигнина. Когда она подвергается воздействию солнечного света, лигнин под влиянием УФ-излучения приобретает желтоватый оттенок. Кроме того, кислород воздуха инициирует процесс окисления смол, содержащихся в древесине, что тоже может привести к пожелтению волокна. Древесная целлюлоза, изготовленная химическим путем и полностью отбеленная, не содержит ни лигнина, ни смолы, и потому обладает большей светостойкостью.

Структура поверхности и гладкость

Структура поверхности и гладкость – характеристики, которые существенно влияют на:
• качество печати;
• визуальное восприятие изделия в целом;
• глянец запечатанной и лакированной поверхности;
• качество ламинирования и т.д.
Поверхность картона, на первый взгляд, - ровная и гладкая и, если провести по ней рукой, не обнаруживается никаких неровностей. Однако, если посмотреть внимательнее, при скользящем освещении, то глазу становится виден трехмерный рельеф. Эта топографическая модель картона, более или менее регулярная, называется структурой поверхности.
Структура поверхности может быть специально видоизменена путем тиснения, например: лен, яичная скорлупа и т.д. Собственная же структура поверхности формируется в процессе производства картона и может создать нежелательную топографическую нерегулярность. Эта нерегулярность часто не обнаруживается до того момента, пока картон не подвергается запечатыванию, лакированию или ламинированию. Проявившаяся нерегулярность обычно рассматривается как дефект, хотя в некоторых случаях может наоборот повысить эстетические свойства продукции.
Структура поверхности тесно связана с гладкостью. Можно сказать, что структура поверхности – это визуальное восприятие гладкости картона. Однако два вида картона с одинаковыми показателями гладкости поверхности все же могут иметь различную структуру, что отразится на результате печати или отделки. Высокая гладкость необходима для высокой графической и градационной точности воспроизведения оригинала. Способ печати также предъявляет свои требования: обычно для глубокой печати требуется более гладкая поверхность, чем для офсетной.
Гладкость поверхности должна быть высокой и в тех случаях, когда предполагается горячее тиснение фольгой или ламинирование продукции.
На гладкость поверхности существенно влияет тип сырья, состав покрытия и технология его нанесения. Беленая целлюлоза дает самую гладкую поверхность и используется во внешних слоях картона. Гладкость также можно повысить путем каландрирования или полирования специальными щетками. При каландрировании картон “утюжится” между стальными валами, и неровности картона сглаживаются. Однако сильное каландрирование может привести к потере толщины и жесткости. Полировка щетками не изменяет форму поверхности, но положительно влияет на глянец. Гладкая поверхность оценивается понятием “шероховатость” (roughness). Чем ниже шероховатость, тем, соответственно, выше гладкость.
Для картонов наиболее часто используются два метода.
Метод Бендтсена
Принцип измерения основывается на регистрации количества воздуха, который просачивается между поверхностью картона и поверхностью измерительной головки прибора. Этот метод особенно подходит для шероховатых немелованных поверхностей. Результат выражается в мл/мин. При более гладкой поверхности показания более низкие. Например, величина 100 мл/мин соответствует более гладкому (менее шероховатому) картону, чем величина 200 мл/мин.
Метод Паркера (Parker Print-Surf (pps-тестер))
Метод широко используется для определения шероховатости поверхности мелованных картонов. Результат измерения выражается как среднее значение профиля поверхности в микрометрах (μм), где наименьший результат означает более гладкую поверхность.

Глянец

Глянец, или лоск, описывает способность любой поверхности отражать свет зеркально и определяется измерением количества света (в процентах), отраженного под углом, равным углу падения. Глянец придает блеск запечатанной поверхности и делает цветное изображение визуально более ярким и насыщенным. Однако, в большинстве случаев, на более глянцевой поверхности становятся заметнее все ее внутренние дефекты.
Восприятие глянца зависит от угла падения света: при малых значениях угла падения глянец кажется ниже, а при высоких – выше. Хорошо известно что глянцевую поверхность удобнее оценивать при скользящем по поверхности освещении. Поэтому поверхности с низким глянцем измеряют при высоких значениях угла падения, а глянцевые – при низких. Соответственно, незапечатанные картоны измеряют под углом 75°, а запечатанные и лакированные – под углом 60° (см. рисунок).


Основные дефекты поверхности

Дефекты структуры поверхности, как уже отмечалось выше, могут оставаться невидимыми до тех пор, пока картон не подвергается запечатыванию, лакированию, ламинированию или транспортировке. Дефекты зависят и от пространственной (трехмерной) нерегулярности структуры картона. Эта совокупная нерегулярность (и структуры, и поверхности) влияет на многие печатные свойства материала, в частности, на восприятие краски и впитывающую способность. В таблице представлены некоторые, наиболее часто встречающиеся, дефекты поверхности.

Наиболее распространенные дефекты поверхности

Дефекты запечатанного образца
Местонахождение дефекта и возможные причины его возникновения при печати
Возможные причины возникновения дефекта в процессе производства картона
“Провал” точек при печати (непропечатки)
Основной лист картона
Недостаточная глад-кость поверхности, или низкая сжимаемость при печати, или и то, и дру-гое.
Осыпание, “сползание” краски или лака
Неправильное сочетание картона, краски и лака. Низкая смачивае-мость поверхности
• Неправильный выбор компонентов покрытия.
• Для покрытых полимерной пленкой (ламинированных) поверхностей причиной может являться недостаточная коронная обработка или неправильное обращение с картоном
“Кратеры” в полимерном покрытии (после ламинирования)
Поверхность картона, или полимерное покры-тие, или и то, и другое
• Чрезмерно шероховатая поверхность картона.
• Слишком малая толщина полимерной пленки
Липкие оттиски, отмарывание
Плохо сохнет краска
Состав покрытия
Моттлинг (неоднородность печати), неоднородность глянца
Неравномерное впитывание
Неравномерная плот-ность слоев картона и/или неравномерность покрытия
“Апельсиновая корка” (пористые неровные образцы, из-за которых поверхность выглядит шероховатой)
Покрытие
Технология нанесения и сушки покрытия
Зернистость (трехмерная)
Основной лист картона
• Выбор пульпы и ее обработка.
• Технология отлива
Тонкие линии при печати
Прямые линии в машинном направлении (MD) на мелованной поверхности от мело-вального ножа (лезвия) (мелование металличес-ким шабером (лезвием))
• Частицы под меловальным ножом, которые нарушают гладкость покрытия.
• Реология покрытия (вязкость, текучесть и пр.).


Њ
Следует помнить! Дефекты поверхности более заметны, когда освещение направлено вдоль машинного направления (вдоль волокон). В поперечном направлении структура обычно менее выражена.

Впитывающая способность картона и высыхание краски

Под впитывающей способностью обычно понимают способность поверхности картона впитывать краску или лак в ходе печатного процесса. Если впитывание происходит слишком медленно, появляется риск плохого закрепления (высыхания). Поскольку запечатанная или лакированная поверхность должна быть сухой во избежание появления отмарывания, истирания, остаточного запаха и т.д., существует важная взаимосвязь между впитывающей способностью картона и процессом высыхания краски или лака.
Впитывающая способность зависит от волокна, структуры листа, обработки картона, от состава пигментного покрытия, метода его нанесения, однородности, гладкости и т д. Для достижения хорошего результата печати (без появления моттлинга) и основа картона, и покрытие должны иметь постоянные (равномерные) характеристики впитывания. Оценивается впитывающая способность либо по скорости впитывания эталонных жидкостей, либо по их количеству, впитавшемуся за определенное время.
Высыхание (закрепление) краски или лака достигается одним из нескольких возможных способов, в зависимости от вида краски (лака) и метода их нанесения. Жидкий компонент (растворитель) должен быть либо удален путем впитывания и/или испарения, либо переведен в твердое состояние. В случае летучих растворителей (алифатические спирты, эфиры, кетоны, вода) используется сушка горячим воздухом. Удаление растворителя происходит очень быстро, за исключением небольшого количества, успевшего впитаться в картон. Для масляных красок (нелетучие растворители), использующихся в листовом офсете и газетной печати, впитывающая способность картона обеспечивает первую стадию высыхания краски – “схватывание”. Когда высоковязкая краска переносится на поверхность картона, происходит быстрая фильтрация и впитывание компонентов с малой вязкостью. Подсыхание верхнего слоя краски предотвращает смазывание и перетискивание листов в стопе. Быстрое схватывание – ключ к быстрой печати с высоким качеством.
“Схватывание” гарантируется производителем картона посредством:
• формирования и обработки верхнего слоя волокон до нанесения покрытия;
• регулирования формы и размеров частиц минерального пигмента (каолин, карбонат кальция);
• подбора состава покрытия.
Эти характеристики обеспечивают избирательное впитывание капиллярами картона низковязких компонентов масляных красок. Излишне глубокое проникновение краски или лака внутрь структуры приводит к плохому качеству печати (низкий глянец и прочность к истиранию) и потере насыщенности изображения. Напротив, недостаточно высокую проницаемость можно повысить, снизив вязкость краски или лака путем использования высоких температур.
Окончательное закрепление (сушка) краски продолжается в стопе путем окислительной полимеризации высыхающих масел. Льняное масло сохнет самостоятельно очень медленно, поэтому современные масляные краски основаны на синтетических высыхающих маслах, дополненных сиккативами, которые ускоряют процесс высыхания. Время высыхания масляных красок составляет обычно от одного до нескольких часов.
В последние годы в полиграфии широко используются и другие типы лаков и красок, у которых отсутствуют растворители, например, так называемые УФ-краски и УФ-лаки. Процесс высыхания представляет собой почти мгновенную трехмерную полимеризацию смоляных систем. Реакция инициируется с помощью соединений (фотоинициаторов), которые поглощают УФ-излучение и активируют поперечную сшивку остальных мономеров. После запечатывания и лакирования лист необходимо подвергнуть воздействию УФ-излучения так быстро, как только возможно. Это служит гарантией того, что впитывание картоном краски или лака не будет влиять на полноту протекания реакции. В противном случае остаточный запах свидетельствует о наличии глубоко проникших в структуру картона и потому не отвержденных мономеров.
Важной характеристикой для закрепления масляных красок является показатель pH поверхности картона. Он определяется концентрацией ионов водорода в водной вытяжке. Правильный уровень pH необходим, например, для красок, содержащих металлические пигменты, особенно “бронзу”: слишком низкий уровень pH вызывает изменение цвета и потерю блеска из-за окисления. Для картонов обычно требуемый уровень pH составляет приблизительно 6-8, показатель pH < 5 является слишком кислым и может ингибировать (замедлять) процесс сушки. Определяется показатель pH с помощью специальных приборов. На поверхность картона помещается капля дистиллированной воды, в центр капли – чувствительный к pH электрод. Через две минуты регистрируется величина pH. Испытанию подвергаются обе стороны картона – и лицевая, и оборотная.

Њ
Следует помнить! Невзирая на то, какая из двух систем используется для внутренней проклейки картона (кислая или нейтральная), основную роль в обеспечении требуемого уровня показателя pH играет тип пигмента в составе покрытия.



Стойкость к истиранию

Под стойкостью к истиранию понимают способность запечатанного картона противостоять появлению пятен, царапин и пр. Красочные и лаковые пленки должны сохранять свой внешний вид при движимом контакте с другими поверхностями (обычно это металл или пластик) на конвейерах, при склейке, упаковке, транспортировке и т.д. В некоторых случаях важна влажностная стойкость к истиранию, например, при упаковке замороженных или охлажденных продуктов.
Стойкость к истиранию зависит от гладкости картона, его впитывающей способности, от скорости высыхания краски. Разработаны многочисленные сорта красок, стойких к истиранию.

Њ
Следует помнить! Чрезмерное употребление противоотмарывающего порошка может увеличить опасность абразивного истирания.

В особо жестких условиях эксплуатации готовой продукции стойкость к истиранию повышают путем нанесения на поверхность картона экструзионного полимерного покрытия или каширования алюминиевой фольгой.
Лабораторные испытания на истирание проводятся при оптимальном числе циклов и давлении. Истирающий блок движется “вперед-назад” или вращается по окружности, в зависимости от используемого оборудования. Результатом является число циклов истирания, например, 50 или 100, и вес груза – 1 или 2 кг. Степень истирания оценивается визуально путем сравнения со стандартным образцом.

Прочность поверхности к выщипыванию

В процессе многокрасочной офсетной печати высокие скорости печати в сочетании с повышенной липкостью красок требуют высокой прочности поверхности картона. Прочность поверхности означает способность картона сопротивляться расслоению или выщипыванию отдельных волокон. Общепринятым методом оценки прочности поверхности является использование пробопечатного устройства IGT. Устройство имитирует процесс офсетной печати с помощью краски (масла) стандартной вязкости. Определяется скорость, при которой начинается повреждение поверхности. Итог обычно записывается в метрах в секунду (м/с). Большая цифра соответствует большей прочности.


Прочность поверхности картонов к выщипыванию

Картон
Масса, г/м2
Толщина, мкм
Прочность поверхности, IGT, м/с
Graphiart Card
300
450
0,8
Stromcard Lino
290
450
1,0
Multiboard Offset
300
405
1,5

Для быстрой оценки прочности поверхности используют воски Деннисона. Ряд восковых палочек с разной степенью липкости (липкость тем выше, чем больше номер палочки, указанный на ее торце) расплавляют, прижимают к поверхности картона и оставляют для остывания. Затем палочку отрывают от поверхности картона и фиксируют любое видимое нарушение поверхности. Прочность к выщипыванию – максимальный номер воска, который еще не разрушает поверхность. Чаще всего используются палочки с номерами от 6 до 11. Однако, следует помнить, что результаты лабораторных испытаний могут не совпадать с поведением материала в условиях реальной печати из-за влияния различных факторов (скорость печати, подача увлажняющего раствора, вязкость краски, состояние офсетного полотна и др.).

Эксплуатационные (упаковочные) свойства

Эксплуатационные свойства относятся к физическим характеристикам картона. Эти свойства определяют способность картона противостоять внешним воздействиям и влиянию окружающей среды. К ним относятся:
• прочность (на разрыв, сжатие, расслаивание и др.);
• жесткость;
• способность к биговке, фальцеванию, высечке;
• плоскостность и стабильность размеров;
• способность к склеиванию;
• барьерные свойства и др.
Физические свойства картона могут быть разделены на две группы:
• характеристики, определяемые обычными методами, известными из физики, (например, прочность на разрыв);
• комплексные свойства, когда используются методы, имитирующие какую-либо жизненную ситуацию, например, тест на сминаемость (коробок при сжатии) или сопротивление раздиранию.

Прочностные свойства

Для упаковочного картона одной из важнейших функций является защита продукта. Это достигается за счет прочности и упругости материала. Прочность картона описывается несколькими способами: прочность на разрыв, сопротивление раздиранию, прочность к расслаиванию и др. Из совокупности этих характеристик складывается общее впечатление о картоне.
У полиграфистов существуют определенные требования к прочности кар-тона, чтобы выполнять различные технологические операции (запечатывание, высечку, биговку и др.) без значительных производственных задержек. Иногда эти требования являются противоречивыми. Можно привести нес-колько простых примеров.
Пример 1. Если для вскрытия упаковки используется тянущее “ушко”, необходимо низкое сопротивление картона раздиранию. А в случаях, когда упаковка будет открываться и закрываться многократно, требуется высокий показатель.
Пример 2. Картон – пластичный материал и по ходу бигования и тиснения проявляет необратимые (остаточные) деформации. Причем, чем больше степень их необратимости, тем выше качество. Однако при печати никакие остаточные деформации недопустимы.
Пример 3. Прочность к расслаиванию должна быть сбалансирована таким образом, чтобы позволить картону расслаиваться при биговке по внутренним слоям упаковки, сохраняя при этом неповрежденным верхний слой, выдерживающий многократные сгибания без трещин и потери внешнего вида, и в то же время выдерживать без расслаивания другие технологические операции и условия эксплуатации.

Первым шагом при выборе картона является определение тех воздействий, которым картон будет подвергаться в ходе процессов запечатывания, отделки, склейки, транспортировки и др. Следует помнить, что любое воздействие крайних температур или изменение влажности повлечет за собой существенную потерю прочности. На выбор картона влияют и характеристики упакованного продукта: его вес, форма, наличие острых краев, консистенция (гранулы, порошок, жидкость).
Часто картонная упаковка выполняет и рекламную функцию. Здесь играет роль оригинальный дизайн поверхности, сложная конструкция коробки, креативная и функциональная форма и пр.
Для любого типа картона прочностные свойства различаются в зависимости от массы 1 м2 и толщины. С увеличением массы 1 м2 прочность увеличивается. Длина используемого волокна также влияет на прочность: чем длиннее волокно, тем больше прочность. К примеру, у картонов SBB – высокие прочностные свойства по сравнению с FBB, но у последних выше жесткость. Как известно, прочностные свойства различны в зависимости от направления: в машинном (MD) они обычно больше, чем в поперечном (CD). Соотношение прочности MD/CD зависит от процесса отлива в мокрой части картоноделательной машины (КДМ).


Прочность на разрыв

Прочность на разрыв – это сила, необходимая для того, чтобы порвать полоску картона шириной в 15 мм. Испытание проводят на разрывной машине, где тестируемая полоска растягивается при постоянной скорости. Максимальное усилие делят на ширину образца, и результат выражают в кН/м. Картоны, содержащие 100% целлюлозы, в среднем, в 3 раза прочнее картонов, содержащих 100% древесной массы, а удлинение перед разрывом у них примерно на 50% выше.

Сопротивление раздиранию

Сопротивление раздиранию – это усилие, требующееся для того, чтобы разорвать картон при первоначальном надрыве. Для этого используется специальный тестер. Тест проводится в обоих направлениях, значение выражается в мН. На рисунке показано примерное соотношение величин этого показателя для картонов различных типов.



Высокое сопротивление раздиранию требуется в большинстве случаев применения упаковочного и полиграфического картона: блистерные упаковки, книжные обложки, брошюры, папки и пр.

Прочность к расслаиванию

Поскольку упаковочный картон – многослойный материал, важно, чтобы все слои были хорошо скреплены между собой. Оценить эту характеристику можно различными способами, но наиболее часто используется тестер Скотта (Scott Bond tester). При этом измеряется энергия, необходимая для расслоения образца картона путем приложения силы, перпендикулярной к его поверхности. Результат выражается в Дж/м2. Длинноволокнистая целлюлоза из древесины хвойных пород (сосна, ель) имеет больший потенциал для повышения прочности к расслаиванию.
Как уже отмечалось выше, этот показатель должен быть достаточно высоким, чтобы сделать края, углы и клапаны упаковки устойчивыми при использовании, но достаточно низким для того, чтобы обеспечить хорошее расслаивание в процессе бигования и фальцовки. Обычно достаточной считается прочность более 80 Дж/м2 (см. рисунок).




В таблице приведены значения этого показателя для некоторых картонов различных типов из ассортимента фирмы “Берег”.

Сопротивление расслаиванию по Скотту

Картон
Тип
Сопротивление расслаиванию, Дж/м2
Graphiart Duo
FBB
115
Stromcard Eggshell
FBB
120
Multiboard Offset
WLC
200

Прочность к сжатию

Картон является пористым материалом, состоящим из большого числа разнообразных волокон в общей структуре, поэтому его физическое поведение при растяжении и сжатии принципиально различается. При растяжении волокнистая структура натягивается, чтобы сдерживать растущую нагрузку до тех пор, пока тестируемая полоска не разорвется и волокна не будут отделены друг от друга (разрыв отдельных волокон возможен, но, в основном, разрушаются связи между волокнами, являющиеся наиболее слабыми элементами структуры). При сжатии первоначальная структура картона нарушается за счет сближения и переплетения волокон в их новых положениях. После сжатия прочность самих волокон, по существу, не изменяется, что означает сохранение прочности на разрыв. Различие механизмов сжатия и растяжения обусловливает тот факт, что прочность к сжатию у картона в 2-3 раза ниже, чем к растяжению. Это – уникальное свойство бумаги и картона и основное объяснение того, почему картон можно биговать и фальцевать. С другой стороны, прочность к сжатию должна быть достаточно высока, если принимать во внимание сминаемость коробок при хранении и транспортировке, когда они сложены штабелями. Прочность к сжатию находится в тех же качественных соотношениях с плотностью и содержанием целлюлозы, что и прочность на растяжение: чем выше плотность и больше количество целлюлозы в картоне, тем выше его сопротивление сжатию. Конечно, размер коробки, ее дизайн, климатические условия и прочие факторы существенно влияют на практические результаты. Но, поскольку простых, точных и надежных методов оценки сминаемости коробок не разработано, выбор картона можно осуществлять, руководствуясь такими характеристиками картона как прочность к сжатию и жесткость.
Прочность к сжатию определяется как максимальная сила на единицу ширины полоски картона, которую эта полоска может выдержать без повреждения. Единицы измерения кН/м. Полоска картона шириной 15 мм зажимается между двумя скобами. Свободная длина образца составляет 0,7 мм (меньше средней толщины картона). Образец сжимают до его разрушения.


Жесткость

После массы 1м2 и толщины, жесткость – следующее важнейшее свойство, которое обычно учитывается при выборе картона. Без жесткости картон не смог бы выполнять свои основные функции – физической защиты содержимого упаковки при транспортировке и хранении. Жесткость также влияет на эффективность полиграфических операций (печать, тиснение и пр.) и упаковочных линий. Максимальная жесткость должна достигаться при самой низкой (из всех возможных) массе 1м2, что на практике удается далеко не всегда. Чистоцеллюлозный мелованный картон (SBB) демонстрирует достаточно высокие характеристики жесткости и прочности на единицу массы материала. Складной коробочный картон (FBB), благодаря высокой пухлости, проявляет значительную жесткость. Они обладают явными преимуществами перед картонами из вторичных волокон (WLC).
Для оценки жесткости картона наиболее часто используются следующие три метода:
- жесткость на изгиб ISO 5628 мНм
(L&W 5°) (DIN 53121)

- сопротивление изгибанию ISO 2493 мН
(L&W 15°)

- изгибающий момент ISO 2493 мНм
(Taber 15°)

Жесткость определяют как силу, которую нужно приложить, чтобы отклонить определенный образец материала на определенное расстояние или угол. Измерения обычно выполняют с помощью тестера Лоренцена и Веттре. Полоска картона шириной 38мм закрепляется одним концом в зажиме, а свободный конец контактирует с нагружающим элементом. Жесткость на изгиб пропорциональна силе сгибания картонной полоски на угол 5°. Сопротивление изгибанию регистрируется как сила под углом 15°.
Изгибающий момент является производным от сопротивления изгибанию и длины образца, к которому была приложена сила для того, чтобы отогнуть его на угол 15°. Измерения проводят с помощью тестера жесткости Табера. Две последние характеристики находятся между собой в следующей зависимости:
сопротивление изгибанию = изгибающий момент 20,7
(L&W 15°) (Taber 15°)
мН мНм

Поскольку картон является анизотропным материалом, измерения проводятся на полосках, вырезанных в машинном (MD) и поперечном (CD) направлениях, причем жесткость MD всегда выше жесткости CD. Соотношение жесткости MD/CD представляет собой степень анизотропности материала. Можно легко высчитать среднее геометрическое значение жесткости (GM):


Жесткость GM используется редко, но является полезной при сравнении картонов различных типов (см. рисунок).



Она особенно важна там, где дизайн упаковки не имеет какого-либо преобладающего направления. Основное правило: чем сложнее дизайн, тем больше он нуждается в MD-жесткости, а простой дизайн требует пристального внимания к CD-жесткости.
На величину жесткости существенно влияет содержание влаги в картоне. Сухой картон имеет большую жесткость, чем влажный.

Њ
Следует помнить! Жесткость уменьшается примерно на 10% на каждый процент увеличения влажности.

Размерные характеристики (масса 1м2 и толщина) и плотность (объемная масса) тоже оказывают влияние на жесткость картона. Плотность высчитывается как отношение массы 1м2 к толщине и выражается в г/см3 или в кг/м3:
плотность = масса 1м2 (г)/толщина (мкм)

Возрастающая толщина в сочетании с неизменной массой 1м2 приводит к снижению плотности и повышению пухлости картона (пухлость – bulk – противоположна плотности и выражается в см3/г). А это, в свою очередь, ведет к повышению жесткости. Гладкость поверхности находится в конфликте с пухлостью (и, следовательно, с жесткостью), поскольку усиленное каландрирование, улучшая гладкость, снижает толщину и повышает плотность, тем самым уменьшая жесткость.
Для однородных материалов жесткость обычно пропорциональна кубу толщины. Для картонов из первичных волокон (SBB и FBB) этот показатель несколько меньше и составляет примерно 2,5-2,6. Таким образом, если толщина картона удваивается, жесткость возрастает в 5,5 раз.


Способность к бигованию и фальцеванию

Две эти характеристики тесно связаны между собой и важны для получения необходимой формы коробки, для креативного дизайна, для достижения высокой прочности к сжатию при складировании и пр. Рекламные каталоги и брошюры по картону часто отражают субъективное мнение изготовителя о бигуемости и фальцуемости картона (например, “хорошие” или “очень хорошие”). Количественно оценить это довольно сложно. На бигуемость и фальцуемость картона существенно влияют вид волокна, плотность, многослойная структура и другие показатели.
Процесс биговки – это достижение необратимой (остаточной) деформации сжатия в узкой зоне. Под действием сил сжатия внутренняя структура картона расслаивается, а поверхностные слои остаются неповрежденными и сохраняют свою прочность к растяжению. Такой ход событий является желательным, но, к сожалению, не единственным. Поверхностные слои картона, включая пигментное покрытие, должны быть достаточно прочными, чтобы не растрескиваться при повышении глубины бига либо в ходе фальцовки.
В общем случае “хорошая бигуемость” картона означает:
• способность к образованию глубоких и узких бигов, при этом облегчается процесс фальцовки и образуются четко очерченные углы и края;
• способность адаптироваться к форме бигов и способность сохранять их геометрию, предусмотренную дизайном;
• способность “прощать” обработку, т.е. быть менее чувствительным к изменениям условий бигования (например, при затупливании биговальных инструментов и др.).
Картон со слабой способностью к бигованию обычно растрескивается по одному из двух поверхностных слоев с увеличением глубины бига. Поэтому предпочтительнее тот картон, который позволяет достигнуть максимально возможной глубины бига без растрескивания.

Њ
Следует помнить! Различные сорта картона требуют различного времени для получения необходимых бигов.
Замечено, что целлюлоза более точно приспосабливается к геометрии биговального инструмента и имеет большую стабильность формы бига во времени.
Фальцуемость – это способность бигованной заготовки формировать упаковочную или графическую продукцию желаемой конфигурации и размеров. Картон, допускающий формирование глубоких бигов без растрескивания поверхностных слоев, обеспечивает хорошую фальцуемость. Признаком плохой фальцуемости могут служить, например, вздувшиеся края коробки.
Ориентация волокон в машинном направлении усложняет бигуемость и фальцуемость картона. Иногда используют термины “короткое зерно” (биги, параллельные CD) и “длинное зерно” (биги, параллельные MD). Сложнее делать биги, параллельные направлению ориентации волокон.

Высечка и тиснение

В процессе обработки картона операции биговки и высечки обычно выполняются одновременно в секции высечки, которая может быть off-line или on-line с печатной машиной. Обработка в линию применяется для сигаретных пачек, обработка большинства других картонов производится off-line. Высечку и биговку часто объединяют с тиснением. Все сорта картона могут подвергаться высечке, но конечный результат будет различным в зависимости от направления волокна, содержания влаги, толщины и характеристик покрытия (пигментное, полимерное или фольгированное).
Хорошо высеченный край должен быть чистым, без “бахромы”. Картон, изготовленный из 100% целлюлозы, плотный и прочный, прекрасно высекается, но для него необходимы острые, правильно отрегулированные ножи и точная настройка оборудования. Уровень содержания влаги оказывает существенное влияние на качество высечки. Слишком высокая влажность делает картон более сложным для высечки. Низкая влажность ведет к хрупкости и ломкости картона.
Особую привлекательность картонной продукции придает качественно выполненное конгревное тиснение и/или тиснение фольгой. Рельеф образца может достигать в высоту (или в глубину) 0,15-2,5 мм, а при одновременном горячем тиснении фольгой – 0,25-0,6 мм. Картон при этом должен быть прочным, плотным (важно, чтобы плотность разных слоев картона была одинаковой), эластичным (допускать высокую растяжимость без растрескивания покровного слоя). Картоны SBB способны воспроизводить выпуклые изображения с рельефом, превосходящим толщину самого картона. Картоны FBB также демонстрируют результаты тиснения, отвечающие потребностям дизайна.
Результаты тиснения обычно оцениваются субъективно (см. таблицу).

Оценка результатов тиснения

Проблема
Причина
Разрыв (продавливание) картонных заготовок по ходу тиснения
• картон слишком сухой;
• неверное соотношение между прочностью и эластичностью картона и высотой тиснения.
Растрескивание и осыпание пигментного покрытия по ходу тиснения
• недостаточная адгезия покрытия;
• слишком сухое покрытие;
• слишком шероховатая поверхность.

Для улучшения эстетического восприятия изделий из картона используют горячее тиснение фольгой. Фольга может быть металлизированной, пигментной (цветной), голографической и др. В случае выпуклых образцов, горячее тиснение фольгой выполняется одновременно с конгревным тиснением, для того чтобы снизить до минимума риск несовпадения между рельефом и фольгой.
При горячем тиснении фольгой важнейшими характеристиками картона являются:
• гладкость;
• структура поверхности;
• адгезия;
• прочность поверхности;
• плоскостность и стабильность размеров при указанном содержании влаги.


Отношение картона к влаге. Изменение формы и размеров

Картон – гигроскопичный материал: он постоянно обменивается влагой с окружающим воздухом, при этом его форма и размеры могут изменяться в широких пределах. Поэтому все измерения свойств картона проводят в контролируемых условиях: при температуре 23°С и ОВВ 50%.
Целлюлозные волокна, поглощая влагу, разбухают, а при ее потере, соответственно, дают усадку. Относительное изменение размеров всегда больше в поперечном направлении, и это делает CD-направление более критичным с точки зрения изменения формы. Если влажность обеих поверхностей листа картона (и лицевой, и оборотной) одинакова, то изменение влажности воздуха будет влиять только на их размеры, т.е. на боковое расширение (разбухание) или усадку. Это характерно, например, для двустороннемелованных картонов или немелованных картонов симметричной конструкции. Такие картоны имеют стабильно плоскую форму листа (см. рисунок).


Однако, на практике большинство разновидностей картонной продукции относятся к несимметричному типу: картоны одностороннего мелования, двустороннемелованные и немелованные картоны с асимметричной внутренней структурой или обработкой основного слоя. Такие системы, где у поверхностей различное относительное расширение (или усадка), будут изгибаться при изменении влажности. Печать, вырубка и другие технологические операции требуют идеально плоской формы картонной заготовки. Поэтому необходимо контролировать ОВВ в помещении, чтобы обеспечить равновесное содержание влаги в картоне и отсутствие влагообмена с окружающей средой.
Равновесное содержание влаги в картоне зависит от его плотности (волокнистого состава). В таблице показано содержание влаги для картонов SBB, FBB и WLC при различной ОВВ.
Вид картона

Содержание влаги
Высокая плотность (SBB), %
Средняя плотность (WLC), %
Низкая плотность (FBB), %
Содержание влаги в картоне при ОВВ 15%
 3,2
 3,6
 3,9
Содержание влаги в картоне при ОВВ 50%
 6,0
 6,7
 7,2
Содержание влаги в картоне при ОВВ 90%
 11,5
 12,0
 13,5

Для процесса влагообмена между картоном и окружающим воздухом характерен так называемый гистерезис. Гистерезис - это эффект запаздывания, когда сохраняется “память” предыдущего состояния.


Гистерезис заключается в том, что процесс влагообмена имеет различные скорости в зависимости от своего направления: при одной и той же ОВВ поглощение влаги (сорбция) всегда идет быстрее, чем ее отдача (десорбция). Поэтому даже при стандартной ОВВ (50%) содержание влаги, достигнутое за определенное время картоном, будет различным в зависимости от того, из какого климата он доставлен – из сухого или из влажного. Причем эта разница в скоростях зависит от типа картона. Поэтому перед любым измерением картон обязательно подвергается кондиционированию в стандартных условиях (t = 23°C, ОВВ = 50%). Картон обычно изготавливают с немного большим, чем равновесное, содержанием влаги с расчетом на небольшое высыхание, которое является нормальным. От слишком большого высыхания картон защищен влагонепроницаемой упаковкой. Очень важно соблюдать правильные условия хранения картона. При несоблюдении условий его форма становится непредсказуемой.


Њ
Следует помнить! Коэффициент разбухания при увлажнении для картонов SBB по длине примерно в 3 раза, а по толщине – в 10 раз больше в поперечном направлении, чем в машинном.

Стабильность формы картона при изменении климатических условий определяется склонностью к скручиванию и закручиванию (твист-эффект). Оценивается плоскостность одиночного листа (но не паллеты!).
На склонность картона к скручиванию, главным образом, влияет:
• тип волокна и структура слоев;
• степень рафинирования волокна и внутренняя проклейка;
• ориентация волокон (анизотропия);
• тип и состав покрытия;
• равномерность распределения влаги.
Простейшим способом оценки склонности картона к скручиванию является измерение и сравнение радиусов кривизны образцов, помещенных в различные климатические условия (ОВВ = 35%, 50% и 65%). Скручивание называется позитивным (скручивание вниз), если у запечатанной стороны картона выпуклая форма, и негативным, если – вогнутая (см. рисунок).


Скручивание – величина, обратная радиусу кривизны, единицы измерения м-1.

S = , где
S – скручивание, м-1
r – радиус кривизны листа, м.
Угол закручивания – это угол в MD-направлении относительно той части листа, где закручивания нет. Его значения могут составлять от 0° до +/- 45°C. Другой распространенный случай картонного скручивания – рулонное скручивание. Этот тип скручивания ориентирован всегда в машинном направлении и возникает, когда картон в течение длительного времени хранится в рулоне, плотно намотанным вокруг сердечника с небольшим диаметром. Это скручивание может быть ориентировано вниз или вверх относительно запечатанной стороны, в зависимости от того, какой стороной картон был намотан.
Плоскостность – одно из ключевых свойств картона, определяющее возможность его обработки на высокоскоростном оборудовании.

Њ
Следует помнить! Чем выше скорость любой технологической операции, тем менее толерантна эта операция к любому скручиванию или закручиванию картона.


Способность к склеиванию

Это свойство картона становится особенно важным, если упаковочная линия автоматизирована и скорости операций высоки. Идеальным вариантом является прочный картон с хорошими свойствами поверхности (прочность поверхности) и впитывающей способностью, соответствующей типу применяемого клея. Предсказуемая и надежная способность к склеиванию создается с помощью тщательного подбора проклейки поверхности, межслойных связей и пигментного покрытия. Для картонопроизводящих предприятий контроль за способностью к склеиванию – стандартная процедура.
Критерием оценки способности к склеиванию является поведение картона при раздирании клеевого шва между лицевой поверхностью, покрытой пигментным слоем, и оборотной стороной картонной заготовки. На рисунке показаны возможные варианты оценки прочности склейки.



Понятно, что оптимальным вариантом является разрыв по волокну, но не следует забывать о том, что сам картон при этом должен быть прочным. Если картон непрочный, быстро произойдет раздирание по волокну и результат может ошибочно трактоваться как “хороший”. Поэтому при выборе картона предпочтительнее ориентироваться на высокие значения прочности поверхности и прочности на разрыв.


Барьерные свойства (водостойкость)

Одним из наиболее востребованных барьерных свойств упаковочных картонов является высокий уровень водостойкости, например, для упаковывания продуктов глубокой заморозки. Даже если внутренняя сторона упаковки покрыта полимером, края обычно остаются незащищенными. Для оценки впитывания воды через края картона используют Wick-тест. Механизм процесса основан на капиллярном впитывании, которое понижается, если картон проклеен. Поэтому чрезвычайно важны внутренняя проклейка и тип используемого волокна. Тестируемый образец с обеих сторон покрывается водостойкой лентой и разрезается до необходимых размеров. После взвешивания образец помещается в воду при 80°С на 20 минут. По истечении времени образец снова взвешивается, и прибавка в весе в кг/м2 регистрируется как результат определения (Wick, кг/м2). Этот тест применяется для картонов типа SBB.
Оценку поверхностного впитывания проводят с помощью Cobb-теста. Взвешенный картонный образец испытуемой стороной контактирует с водой в течение заданного времени. Общая площадь контакта составляет 1 дм2. По окончании испытания излишек воды с поверхности удаляется фильтровальной бумагой, образец взвешивается. За результат испытания принимается прибавка в весе в г/м2. Время испытания может варьироваться от 30 до 300 секунд и указывается с помощью цифрового индекса: Cobb60 – время испытания составляет 60 секунд.
Тест можно использовать не только для наружных, но и для внутренних слоев картона. Центральные слои подвергаются тестированию после расслоения наружных. Сильно клееные картоны FBB, где средние слои дополнительно обрабатываются, обычно тестируются в течение 3 минут – Cobb180. Для мелованных картонов, кроме, проклейки, также важен и состав покрытия.



Технологичность

Бесперебойное прохождение картона по всей цепочке технологических процессов (печать, лакирование, вырубка, биговка, тиснение, склейка и пр.) принято называть технологичностью. В английском языке это понятие обозначается термином “runnability” и переводится как “проходимость”. Существует крайне мало технической информации, по которой специалист легко оценил бы степень проходимости картона в печатной машине или при послепечатной обработке. Ниже дан перечень свойств, которые могут оказаться решающими для проходимости:
• жесткость и соотношение жесткости (MD и CD);
• плоскостность и стабильность размеров;
• способность к бигованию;
• способность к фальцеванию;
• прочность на раздирание и на разрыв;
• влажность;
• впитывание и высыхание краски;
• прочность поверхности по IGT;
• прочность к расслаиванию;
• способность к склеиванию и тиснению;
• отсутствие пылимости при резке;
• дизайн коробки.
Плоскостность и стабильность размеров, пожалуй, самые критичные свойства по отношению к печатной машине и упаковочным линиям. Но не стоит также забывать о прочности на истирание, правильной резке, особенностях дизайна картонной заготовки и пр. Например, дизайн коробки, сам по себе, играет важную роль во всех аспектах проходимости, начиная с печатной машины и заканчивая сборкой готового изделия. Все вышеперечисленные свойства картона, так или иначе, обсуждались на этих страницах. В заключение необходимо уделить внимание еще одному важному аспекту – чистоте краев и поверхностей картона.

Чистота краев и поверхностей картона

Для эффективности печатных и послепечатных технологических процессов очень важна способность картона обеспечивать чистоту края и поверхностей при резке на листы, стапеллировании и т.д. Любые отделившиеся частицы в виде твердых пылинок или волокнистого материала, попадая в краску, могут явиться причиной дефектов печати, а более крупные – даже повредить офсетное полотно. Все эти посторонние частицы подлежат классификации и различаются по категориям, например:
• частицы, отделившиеся с краев картона (волокна, сгустки и обрывки волокон, кусочки древесной массы, наполнитель);
• частицы, отделившиеся с поверхности (“осколки” покрытия, пыль и др.).
На практике все эти явления полиграфисты называют “пылением” и стараются не использовать сильно “пылящие” материалы. Однако даже высококачественный картон при неправильной резке может вызвать пыление. Очень важно обращать пристальное внимание на профиль и качество ножей, на выравнивание и регулирование поперечной резки.
Картоны SBB и FBB способны обеспечить высокое качество продукции при выполнении этой операции, картоны WLC – менее предсказуемы. Считается, что чем больше процентное содержание целлюлозы в картоне, тем меньше вероятность потерь волокна и т.п. Из этого положения ясно, что у картонов SBB есть преимущество. Оно заключается в минимальной склонности к пылению в результате использования длинных прочных целлюлозных волокон и поверхностной обработки. Картоны FBB, содержащие короткие и жесткие волокна древесной массы, более критичны в этом отношении и требуют пристального внимания к качеству резки. Для прочных картонов с высокой плотностью (SBB) требуются острые, хорошо заточенные ножи для того, чтобы разрезать их насквозь. Такие сорта демонстрируют очень чистые края с четкими границами и низкой вероятностью возникновения пыли. Жесткие сорта картона с меньшей плотностью (FBB) менее чувствительны к остроте заточки ножа, но поскольку волокна слабее связаны между собой, выше риск “осыпания” края, поэтому острота ножа все равно остается критичной. Многие сорта картонов из вторичного волокна (WLC) имеют высокое содержание наполнителя, что делает их более трудными для резки при сохранении высокого качества краев.
Для измерения чистоты края и поверхности не существует официально признанного метода, но даже визуальная оценка качества продольного и поперечного срезов может обеспечить раннюю диагностику потенциальной проблемы. Конечно, следует отметить, что видимые “осколки” краев не обязательно оторвутся, хотя риск существует.
Количественная оценка отделившихся частиц с краев картона может быть получена вакуумированием паллет с помощью специальных приспособлений и сравнением с образцами по шкале оценки. Частицы на поверхности картона легче всего регистрируются прокатыванием мягкого полиуретанового валика и физическим подсчетом количества частиц, снятых в определенной области. Снятый материал классифицируется и количественно оценивается с помощью микроскопа. Все эти операции осуществляются в строго контролируемых условиях и многократно повторяются для получения статистических данных. Следующая таблица описывает наиболее часто встречающиеся типы отделившихся частиц.

Описание и происхождение отделившихся частиц

Тип отделившихся частиц
Происхождение
“Рубленый” край
Частицы с одним прямым и одним порванным краем. Обычно это результат рубки в поперечном направлении.
Хрупкие “осколки”
Жесткая связка из неразделенных волокон древесной массы с характерной поперечно-зерненой структурой.
“Резаный” край
Волокнистый волнистый материал, полученный в результате резки в машинном направлении.
Частицы покрытия
Плоские куски покрытия, обычно очень маленькие, которые отдели-лись, например, на валах в процессе мелования в КДМ.
Разные
Это частицы пыли и различных материалов, использующихся в процессе изготовления картона, например, частицы синтетического покрытия каландра и пр.