Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние упаковки в Южной Корее 8
1.1. Современное состояние рынка по производству и потреблению бумаги, картона и гофрокартона в Южной Корее 9
2. Состав и особенности производства картона. Ассортимент картона и его свойства 16
2.1. Основные компоненты, входящие в состав картона 16
2.2. Особенности производства картона 18
2.3. Ассортимент картона 20
2.4. Свойства картона 22
2.5. Основные виды дефектов, встречающиеся при работе с с упаковочным картоном . 25
3. Выбор объектов исследования и их характеристика 29
3.1. Оценка показателей, характеризующих структуру картона 32
3.2. Оценка показателей гладкости и белизны исследуемых образцов картона 34
3.3. Определение стойкости поверхности к выщипыванию 35
4. Изучение механических свойств образов картона и их влияние на поведение картона и качество печатной продукции 37
4.1. Прочностные и деформационные свойства картона при растяжении 37
4.2. Деформационные свойства картона при сжатии 42
4.2.1. Деформационные свойства образцов картона при возрастающей нагрузке 43
4.2.2. Деформационные свойства образцов картона при сжатии под действием под действием постоянной нагрузки 51
4.3. Сопротивление раздиранию исследуемых образцов картона 55
4.4. Выводы по разделу 56
5. Изучение печатно-технических свойства различных образцов картона 59
5.1. Изучение взаимодействия с жидкостями 59
5.2. Выбор условий получения пробных оттисков для оценки печатно-технических свойств образцов картона . 62
5.3. Оценка однородности печати 63
5.4. Изучение влияния свойств картона на цветовые характеристики 64
5.5. Сравнение образцов картона по показателю красковосприятия . . 70
5.6. Выводы по разделу 72
6. Разработка методики тестирования картона с учетом требований печатного процесса и качества печатной продукции 73
Выводы 83
Список использованной литературы
- Особенности производства картона
- Оценка показателей гладкости и белизны исследуемых образцов картона
- Деформационные свойства образцов картона при возрастающей нагрузке
- Изучение влияния свойств картона на цветовые характеристики
Введение к работе
Актуальность работы. По данным всемирной упаковочной организации (WPO) на долю упаковки из бумаги, картона и гофрокартона приходится примерно 37% от общего объёма упаковочных материалов. Широкое распространение картона для изготовления упаковки обусловлено соответствием этого материала основным тенденциям в развитии современного материаловедения: использование возобновляемого сырья (растительных волокон), простота утилизации, возможность довторной переработки и отсутствие вредных для окружающей среды компонентов [2]. Распространению упаковки из картона также способствует развитие производств на его основе новых комбинированных материалов с улучшенными барьерными свойствами. Следует отметить, что трудоёмкость и издержки при изготовлении упаковки из картона сравнительно невелики.
Немаловажное значение для упаковки имеет привлекательный внешний вид, т.к. кроме защитных функций упаковка выполняет функции рекламы и содержит определённую информацию об упаковываемом товаре. Относительная простота полиграфического оформления бумажной и картонной упаковки делают эти материалы привлекательными для изготовления множества видов потребительской упаковки и транспортной тары.
Требования к полиграфическому исполнению упаковки постоянно растут. Упаковка становится всё более красочной, и требования к воспроизведению цветных, многокрасочных изображений постоянно ужесточаются, что также связано с воспроизведением на упаковочных материалах фирменных, корпоративных цветов. От качественной эффектно выполненной упаковки во многом зависит продвижение товара на рынке.
Современный рынок материалов предлагает широкий ассортимент различных видов картона. Однако информационные материалы, спецификации, технические условия и стандарты, как правило, не содержат показателей, по которым можно прогнозировать качество получаемой
продукции и поведение картона в процессе печати. Изучение свойств этих материалов, разработка рекомендации по методике их тестирования с учётом требований технологических процессов печатания, позволяющей правильно и наиболее рационально выбрать вид упаковочного картона для реализации дизайнерских проектов.
Цель и направления исследования. Целью работы является разработка методики тестирования картона с целью предотвращения возникновения _ дефектов печатной продукции, обусловленных свойствами картона, в процессе печатания.
Для решения этой задачи необходимо провести исследования по следующим направления:
Оценить состояние упаковочной промышленности Южной Кореи.
Провести анализ основных дефектов, возникающих при печатании на упаковочном картоне.
Обосновать выбор объектов исследования и дать их краткую характеристику.
Исследовать свойства различных образцов картона и установить их влияние на качество печатной продукции.
Ю.Разработать методику тестирования картона, позволяющую прогнозировать его поведение в процессе печатания и влияние на качество печатной продукции.
Научная новизна
Разработана методика тестирования упаковочного картона, базирующаяся на оценке показателей, позволяющих прогнозировать появление наиболее часто встречающихся дефектов печатной продукции. Предложены показатели, рекомендуемые для входного контроля упаковочного картона.
Изучены структурные, механические, оптические и физико-технические свойства образцов мелованного картона и дана оценка их влияния на показатели качества печатной продукции.
Практическая ценность
^ Разработанная методика тестирования образцов мелованного картона
позволяет дать рекомендации по настройке печатного процесса.
Предложенная методика позволяет оценить возможности реализации дизайнерских проектов оформления упаковки с использованием различньгх видов мелованного картона.
На основании тестирования образцов мелованного картона можно сделать более рациональный выбор материала с учетом особенностей процесса печатания, что позволит сократить непроизводительные потери.
Апробация работы
Разработанная методика тестирования образцов картона была опробована
при проведении экспертиз образцов картона в Московском государственном
университете печати. Результаты работы были доложены на Юбилейной
конференции профессорско-преподавательского состава МГУП,
fa посвященной 75-летию университета.
Структура и объем работы. Представляемая диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из «аг наименований и приложений. Диссертационная работа изложена на -fSV страницах и содержите рисунков, /9таблиц.
Положения, выносимые на защиту
Методика тестирования образцов мелованного упаковочного картона.
Совокупность показателей для прогнозирования наиболее часто встречающихся дефектов печатной продукции.
Совокупность зависимостей свойств упаковочного картона от его строения и состава.
1+
1. СОСТОЯНИЕ УПАКОВКИ В ЮЖНОЙ КОРЕЕ
В древней Корее использовали для упаковки такие материалы, как соломенный мешок, соломенную верёвку или жгут, бумагу, изделия из бамбука, изделия из керамики и изделия из дерева. В период царствования Мун-зонга было организовано предприятие, которое занималось посадкой деревьев - дака, используемых для производства бумаги.
В период царствования Се-зон 11 в 1420 году была создана организация, которая занималась производством бумаги.
Слово «упаковка» появилось в Корее в 1941 году, после того как была организована фирма «Чу-сун» по производству упаковки.
После 2-ой мировой войны во всём мире упаковочная промышленность развивалась очень быстро, но в Корее, наоборот, упаковочная отрасль была очень слабой. В это самое время корейцы для упаковки использовали бумагу, изделия из керамики, дерево, изделия из бамбука, соломенный мешок и простой мешок, которые использовали ещё в древней Корее.
После освобождения от власти Японии и войны с Северной Кореей были разрушены все сооружения.
Промышленность упаковки в Корее начала работать в 1954-1960 годах. Объём производства упаковки был небольшой. Корейцы в это время находились под влиянием упаковки иностранных гуманитарных товаров, что послужило толчком для начала развития отечественной упаковки.
В 1960 году, после того, как были построены заводы по производству удобрений и нефтехимический завод потребовалось обеспечить эти производства упаковкой для выпускаемых ими материалов. Это способствовало появлению объёмного рынка корейской упаковки.
В 1970 году вместе с развитием производства пластмасс закладывались основы развития упаковочных материалов.
В 1980 году с появлением новых упаковочных материалов, улучшением методов упаковки ускорился рост упаковочной промышленности.
В 1990 году объём продажи упаковочной продукции, наконец, достиг 100
<* млн. долларов. Развитие технологии упаковки было связано с увеличением
распространения цветных телевизоров и доходов народа Кореи, но уровень технологии упаковки был ниже, чем в передовых странах.
Особенности производства картона
Для производства картона используется тот же принцип, что и при изготовлении бумаги. Однако картон характерен большим количеством массы на единицу площади, поэтому такие материалы целесообразнее изготавливать многослойными. Это можно делать на обычных бумагоделательных машинах. Полученные таким образом элементарные слои спрессовываются во влажном состоянии или в сухом состоянии склеиваются. Соответственно полученные картоны обозначаются как многослойные прессованные или многослойные склеенные [7].
По условиям формования полотна существуют два вида картона: листовой и ролевый. Первый вырабатывают соединением отдельных слоев на формующем цилиндре папочной машины с последующим срезом и съёмом картона вручную или автоматически в виде отдельных листов. Ролевый (рулонный) картон изготавливают на картоноделательных машинах непрерывного действия путём наслоения бесконечных полотен. Папочные машины в отличие от картоноделательных не имеют прессовой и сушильной части.
Однослойный картон вырабатывается на обычных плоско сеточных машинах работающих с меньшей скоростью в тех случаях, когда для его изготовления используется трудно обезвоживаемая масса очень жирного помола. Прессование картона из такой массы связано с большими затруднениями. К таким полуфабрикатам относится бурая древесная масса, соломенная масса. Таким способом изготавливают также однослойный картон из волокон тощего помола, т.к. из-за недостаточных сил сцепления, полученные на много цилиндровых кругло сеточных цилиндрах, полотна после прессования легко расслаиваются, что недопустимо для упаковочного картона. Плоско сеточные машины для производства однослойного картона отличаются от ооычных бумагоделательных машин наличием предварительной отжимной части. Такие машины могут вырабатывать картон массой 1 кв. метра от 400 до 1200 г. Процесс производства однослойного картона складывается из процессов отлива, отпрессовки и сушки бумажной массы. При этом внутренние слои могут отливаться из дешёвой древесной массы или макулатуры, а наружные из белёной или небелёной сульфатной целлюлозы. Однослойный картон применяется, в основном, для потребительской тары (пачек и коробок различной конструкции), а также прокладок и решёток.
Для производства многослойного листового картона (прессованного) используется обычная круглосеточная машина, основными узлами которой являются кругло сеточный цилиндр с ванной, гауч-вал и форматные валы, а также ведущие валики обезвоживающего сукна. Элементарный слой волокна, образованный на кругло сеточном цилиндре, уплотняется гауч-валом, затем снимается сукном и транспортируется к форматному валу. На форматном валу происходит наслаивание элементарных слоев весом от 20 до 80 г/м3 до необходимой толщины картона. Такая машина называется папочной. Полученный картон разрезают на отдельные листы и передают на гидравлические пресса, где производится дальнейшее обезвоживание влажного полотна путём прессования между двумя стальными плитами с прокладочными суконными салфетками, а затем сушат в вертикальном положении.
Многоцилиндровая машина позволяет изготавливать картон из семи — восьми элементарных слоев, а папочная - из большего числа слоев. При одном и том же виде исходного сырья картон, полученный на папочной машине более прочный. Прочность листового картона повышается за счёт большего числа элементарных слоев.
Клеёные виды картона изготавливаются путём склеивания готовых листов на специальных машинах, в которых клей наносится на листы специальными шаберами, а для соединения отдельных листов картона используют гидравлические пресса. Клей наносится на одну или обе стороны разматываемых полотен, которые затем направляются в пресс, где под давлением происходит их соединение. Для склеивания используют либо крахмальный клей, либо клей на основе жидкого стекла. Сушку следует проводить очень осторожно, чтобы предотвратить сползание слоев под действием испаряющейся влаги. Сушка происходит в канальных сушилках под действием нагретого воздуха. При склейке важно, чтобы слои картона были смещены по направлению волокон на 180 относительно друг друга,. если это допускается форматом.
Способом склейки вырабатываются такие сорта картона, как термоустойчивый или высококачественные сорта из массы жирного помола с отливом полотна на плоско сеточной машине. К ним относятся картоны, используемые для художественных работ, например бристольский картон, картон «слоновая кость» и т.д.
Клеёные виды картона в сравнении с прессованными меньше подвержены деформации. Клеёный картон легко отличить от прессованного методом пламенной пробы, т.к. он трескается при обжиге вследствие сгорания клея.
После изготовления картон может подвергаться различным видам отделки. Для устранения излишней жёсткости и хрупкости, а также волнистости, причинами которых может быть неравномерная усадка, картон равномерно увлажняют и выдерживают длительное время перед каландрированием.
К методам облагораживания поверхности картона относятся процессы пропитки, нанесения покрытий из тонких плёнок и кэширование.
Оценка показателей гладкости и белизны исследуемых образцов картона
Стойкость к выщипыванию является важной характеристикой, оценивающей возможность использования того или иного материала в процессе печати. Стойкость к выщипыванию зависит от прочности поверхности бумаги. Для повышения прочности поверхности необходимо проводить поверхностную проклейку бумаги или картона. Этот показатель также связан с общей прочностью структуры бумаги, зависящей от волокнистого состава, качества подготовки волокон, содержания наполнителей. Определение стойкости к выщипыванию позволяет правильно подбирать краски для печати. Результаты определения стойкости к выщипыванию приведены в табл. 9.
Как показывают результаты испытаний, выщипывание наблюдается только у образцов картона «Астроколор» и «Duprint». При печатании на этих образцах картона следует более тщательно подбирать краску, обращая внимание на показатель липкости или снижать скорость печатания. Следует отметить, что показатель стойкости к выщипыванию у картона «Астроколор» выходит за пределы, устанавливаемые стандартом, а для картона «Duprint» этот показатель находится на границе допустимых значений.
Стойкость картона к выщипыванию
В процессах полиграфического и упаковочного производства механические и деформационные свойства материалов имеют большое значение, как для нормального протекания различных технологических процессов, так и для эксплуатационных характеристик готовых изделий. К механическим свойствам относятся прочностные и . деформационные свойства материалов. Для технологических процессов более важны деформационные свойства. В процессе печатания и послепечатной обработки оттисков картон испытывает различные растягивающие и сжимающие воздействия. При этом требования к свойствам материала достаточно различаются в зависимости от направления, величины и времени действия нагрузки.
Механические свойства картона зависят от его волокнистого состава, количества наполнителей и проклейки, а также от условий формирования в картоноделательных машинах. Особые свойства придаёт картону и то, что современные упаковочные картоны, как правило, это многослойные материалы и их свойства зависят от взаимодействия различных по составу слоев. Особенностью механических свойств картона является их зависимость от направления отлива.
Для упаковочного картона стандарты устанавливают требования только по таким прочностным характеристикам, как сопротивление расслаиванию, предел прочности при расслаивании, сопротивление при продавливании и сопротивление торцевому сжатию. Однако эти показатели никак не отражают поведение картона при печатании и отделке. В различных технологических операциях картон подвергается растягивающим усилиям. При этом происходит деформация картона, обусловленная растяжением волокон между связями, Если приложенная нагрузка меньше энергии связей, то после снятия нагрузки картон возвращается в первоначальное состояние. Если же нагрузка превышает прочность межволоконных связей, то происходит разрыв. Наибольшей прочностью межволоконных связей обладают чистоцеллюлозные материалы, изготовленные из небелёной и белёной древесной целлюлозы. Введение в состав материала древесной массы снижает его прочность Особенно заметно влияние на прочность введения наполнителей, т.к. они мешают образованию водородных связей между волокнами.
Деформационные свойства образцов картона при возрастающей нагрузке
В процессах печати и послепечатной отделки материал подвергается сжатию. При сжатии структура картона уплотняется и под действием давления поверхность картона сглаживается, что обеспечивает лучший контакт с печатной формой. На свойства картона при сжатии оказывает влияние состав картона, его плотность и равномерность картона по толщине. После снятия нагрузки в процессе печатания картон должен восстанавливать свои первоначальные размеры. Однако при сжатии за счёт появления остаточных деформаций полностью размеры картона не восстанавливаются, что связано с возникающими между волокнами силами трения, которые удерживают частицы, а со временем происходит перегруппировка связей. Волокна при сближении способны устанавливать между собой связи.
В процессах тиснение необходимо добиться возникновения устойчивых остаточных деформаций для сохранения рельефа тиснения, что особенно важно при конгревном тиснении.
В процессе работы изучались деформационные свойства картонов при действии переменной и возрастающей нагрузки. 4.2.1. Деформационные свойства картона при возрастающей нагрузке
В процессе печатания в зоне печатного контакта картон подвергается сжатию под действием давления. Устанавливаемое давление зависит от свойств используемых материалов. Под действием нагрузки материал выравнивается, компенсируя неравномерность толщины картона. Затем из пор бумаги вытисняется воздух, и волокна сближаются. Однако при увеличении давления возрастает вероятность растаскивания краски, что вызывает искажения градационных и цветовых характеристик оттисков. Поэтому при печатании устанавливают, возможно, меньшее давление. Чем больше деформация материала под действием приложенного давления, тем лучшие условия контакта при печати соответствуют образцу картона. В приложении 7 приведены графики зависимости величины относительной деформации от приложенной нагрузки.
Поскольку деформация образцов связана с плотностью целесообразно было сравнить зависимости величины относительной деформации плотности образцов. На графике рис. 7 приведены зависимости величины относительной деформации от приложенной нагрузки для образцов с различной плотностью: с наибольшей, наименьшей и средней.
Как видно из приведённого графика не прослеживается прямой зависимости между плотностью образцов картона и величиной относительной деформации, что, по-видимому, связано не только с составом картона, но и с особенностями строения.
Для многослойных образцов картона плотность является достаточно условной величиной, т.к. сами по себе различные слои картона имеют разную плотность. Кроме того, на этот показатель может оказывать влияние взаимодействие волокон между слоями. Образец № 5 представляет собой двухслойный картон, а образец № 6 - трёхслойный с внутренним слоем из древесной массы. Для образцов макулатурного картона также может иметь значение марка макулатуры, используемой при изготовлении картона.
На графике рис. 8 представлены зависимости величины относительной деформации от нагрузки для различных образцов макулатурного картона. По полученным данным можно видеть, что для однотипных образцов макулатурного картона прослеживается зависимость относительной деформации при разных нагрузках от плотности. Следует также отметить, что эта зависимость взаимосвязана с неравномерностью картона по толщине. Этот вывод следует из того факта, что графики для образцов картонов № 4 «Астроколор» и № 5 «Хромэрзац», имеющие практически одинаковую плотность, соответственно 0,78 и 0,77 г/см3, несколько различаются. При этом неравномерность образцов этих картонов по толщине соответственно составляет для образца № 4 - 5,2 % и для образца № 5 - 2,1 %. Таким образом, более неравномерный по толщине картон может давать большую деформацию, т.к. при воздействии нагрузки вначале происходит выравнивание картона.
Изучение влияния свойств картона на цветовые характеристики
Метод определения деформации сжатия при постоянной нагрузке такой же, как и в п .2.11. Разница заключается в том, что груз - постоянный, равный 2 кг на плече 4.
Рассчитывается деформация (є ) . Затем стоят график зависимости деформации от времени действия нагрузки и разгрузки ((s=f(t)). 3.14. Определение белизны (яркости) картона на измерителе ИКРЯФ5-45/0
Измеритель белизны фотоэлектрический - ИКРЯФ5-45/0 (ГОСТ Р 5125б-99,ИС07724, ИСО 11958) предназначен для измерения белизны при угле освещения 45 и угле наблюдения 0 направленного светового полока поверхности картона в видимой области спектра с целью количественной оценки зрительного восприятия человеческим глазом степени яркости картона. При измерении должны учитываться следующие условия: - тепература окружающей среды - 15 - 35; - относительная влажность- 30 - 80%; - атмосферное давление- 84-106.7кПа
Измеритель белизны выполненв виде моноблока ; в корпусе которого расположены источник света белом светодиоде с оптическим коллиматором, дающий параллньный пучок света , узел фотоприемника , аналога. -цифровой преобразователь, схемы стаблизации питания и усиления фототока приемника излучения с органами регулировки, аккумуляторная батарея.
Принцип работы измерителя основан на фотоэлектрическом методе измерения величины яркости. Световой поток из источника света выходит параплленым пучком под углом 45 и напраляется на контролируемый образец. При определении белизны параллельный пучок света, отразившись от поверхности контролируемого образца и пройдя через коллиматор фотоприемника, фокусируется на фотоприемнике, расположенном на нормали к контролируемой поверхности. Цифровая величина фототока, вызванного отраженным световым потоком, служит показателем коэффициента яркости образца. Для контроля и прибора применяется рабочий стандартный образец, аттестованный в установленном порядке. Рабочий стандартный образец представляет собой пластину из молочного стекла МС -20, белого цвета с коэффициентом яркости 90+10 при геометрии освещения 45 и наблюдения при угле 0 . Вязкость краски - это внутреннее трение , возникающее между слоями краски при их перемещении в результате действия механического напряжения. Вязкость можно рассматривать как отношение напражения (силы) сдвига, которому подвергается жидкая система, к градиенту скорости сдвига.
Сущность метода заключается в определении зависимости времени опускания стержня под действием различных грузов через калиброванный зазор, заполненный испытуемой краской. Образец краски объемом примерно 2см2 с помощью шпателя или стеклянной палочки наносят на нижнюю часть металлического стержня, предварительно вынув его из прибора. Затем стержень вставляют в калиброванное отверстие кольца и плавно, прокручивая, опускают вниз так, чтобы испытуеммая краска равномерно покрывала весь стержень и внутреннюю поверхность кольца. Стержень поднимают и фиксируют в верхнем положении с помощью упора, укрепленного на одной из вертикальных стоек. На стержень устанавливают груз, равный 500 г. Затем отводят упор и стержень под действием груза начинает опускаться. Когда конец стержня будет на уровне первой контрольной метки, нанесенной на вертикальных стойках, включают секундомер и определяют время прохождения стержня до второй контрольной метки, установленной на расстоянии 10 см от первой. После испытания стержень поднимают, краску равномерно распределяют по всей его длине, следя за тем, чтобы зазор в колце был полностью заполнен краской. Затем испытания повторяют с грузами массой 400, 300, 200, 100г.
На специалная бланк (номограмму) наносят получение точки, откладывая по верхней оси массу груза, а по оси ординат, которая дана в логарифмическом маштабе, время падения стерженя.Через точки проводят прямую и продолжают её до пересечения с осью напряжения сдвига. Значение предельного напряжения сдвига ( дин/см2) соответствует точки пересечения прямой с осью. Для определения вязкости проводят прямую параллеьную экспериметальной и проходящей через начало координат. Значению вязкости соответствует точка пересечения прямой со шкалой вязкостью. 3.16. Определение печатно -технических свойств картона
Для определения печатно - технических свойств необходимо напечатать оттиски. На лабораторном пробопечатном устройстве ЛПУ получают серию оттисков испытуемой краской в интервале толщин слоя от 0,8 до 3,5 мкн (не менее 6 оттисков). Для этого вырезают образцы картона размером 45 270 мм. Перед получением оттиска образцы картона выдерживают не менее 2 ч при температуре 20 - 25 С и относительной влажности воздуха 50 + 2 % . Образец картона закрепляют в печатной секции пробопечатного устрйства на резиновом декеле.
Навеску краски, обеспечивающую необходимую толщину слоя краски на оттиске, наносят на валика. Краску раскатывают в течение 3 минут. Форму взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г, устанавливают в раскатную секцию и закркпляют. Затем опускают на раскатной валик закрепленную форму и накатывают на нее краску в течение 45-60 с. После этого форму опять взвештвают. Толщину слоя краски на определяют по формуле (3.14)
