DK166572B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af boelgepap - Google Patents

Description

DK 166572 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en forbedret struktur af bølgepap, som tilvejebringer væsentligt større kompressionsstyrke, regnet fra toppen til bunden, i en kasse af bølgepap end det er tilfældet for 5 konventionelle bølgepap.

Kasser af bølgepap spiller en stor rolle i moderne fysiske distribueringssystemer, og kassens kompressionsstyrke, regnet fra toppen til bunden, under langvarige belastnin-10 ger, er et af de vigtigste funktionelle krav.

Konventionelt bølgepap består af alternerende lag af korrugeret medium (bølgebaner) og plane baner. Der skal henvises til følgende konstruktionstyper: 15

Enkeltsidigt: et lag bølgebane klæbet til en plan bane.

Enkelt væg: et lag bølgebane klæbet mellem to plane baner.

20

Dobbelt væg: to lag bølgebane klæbet mellem tre plane baner.

Nedenstående skema viser de sædvanlige betegnelser og 25 egenskaber af konventionelle typer af bølgepap.

Type af bølgepap Bølger/meter Bølgehøjde, mm 30 A 110-120 4,0-4,8 C 127-140 2,8-3,7 B 150-167 1,8-2,5 E 295-327 1,5-1,8 35 McKee's arbejde [McKee, R.C., Gander, J.W. og Wachuta, J.R., "Compressive strength formula for corrugated boxes", Paperboard Packing 48 (8) : 149 (1963)], som gør DK 166572 B1 2 brug af principperne for teknisk mekanik, førte til en simplificeret kompres s ions formel, der i høj grad har påvirket de sidste to årtiers udvikling af plane baner og bølgebaner i bølgepap. Denne formel er baseret på et em-5 pirisk afhængighedsforhold mellem kritiske bucklingsbe-lastninger og brudbelastninger.

Den vigtigste kombinerede egenskab ved bølgepap, som påvirkede kompressionsstyrke fra top til bund, viste sig at 10 være kant-kompressionsstyrke i retningen parallelt med bølgemedierne. Det viste sig også, at bøjningsstivheden i begge retninger var vigtig. Disse simple retningslinier i forbindelse med kasseegenskaber skal her understreges for at rette opmærksomheden på de vigtigste aspekter ved pap-15 kvaliteten med henblik på opnåelsen af maximal kompressionsstyrke, og disse retningslinier har været fordelagtige for industrien.

Det er imidlertid generelt accepteret, at de faktiske 20 kasseegenskaber kan afvige betydeligt fra hvad der er forudsagt ved hjælp af McKee-formlen, især når der er involveret ændringer hvad angår råmateriale til papirfabrikationen eller balancen mellem papegenskaberne, selvom de simple retningslinier opretholdes.

25

Denne opfindelse hviler på erkendelsen af, at modstanden mod lokal buckling af den plane bane på kassens inderside er et bedre mål for pappets kritiske brudegenskab end kant-kompressionsstyrken. Mere korrekt udtrykt er dette 30 den plane bane på den konkave side af den deformerede kasseplade (som endnu ikke udviser svigtende funktion).

Da kassens indhold forhindrer deformation i indadgående retning, er dette normalt den indre plane bane. Det betyder, at tykkere papmaterialer af ukonventionel konstruk-35 tion kunne have større forhold mellem kompressionsstyrke og papvægt end man ville forvente ud fra McKee-formlen.

DK 166572 B1 3

Ifølge den foreliggende opfindelse foreslås derfor en fremgangsmåde ved fremstilling af bølgepap med to indre bølgebaner, som er bundet sammen i bølgetoppene, som angivet i kravets indledning, hvilken fremgangsmåde er sær-5 egen ved det i kravets kendetegnende del angivne.

Denne konstruktion er baseret på erkendelsen af, at en forøgelse af pappets tykkelse og en koncentration af pappets styrke i de ydre plane baner frembringer den bedste 10 forbedring af forholdet mellem kompression og vægt. I konventionelt dobbeltvægget pap opnås denne ønskede forøgede tykkelse, men den plane bane i midten bidrager ikke til bøjningsstivhed og bucklingsstyrke af den indvendige plane bane. Følgeligt forbedrer elimineringen af den mid-15 terste plane bane yderligere forholdet mellem kompression og vægt.

To mulige konstruktionsmåder for bølgepap ifølge opfindelsen er vist i fig. 1 og 2.

20

Fig. 3, 4 og 5 illustrerer forsøgsresultater, der sammenligner bølgepappet ifølge opfindelsen med kendt teknik.

Fig. 6 illustrerer en skematisk anordning til fremstil-25 ling af bølgepappet ifølge opfindelsen.

To mulige konstruktioner ifølge opfindelsen er vist i fig. 1 og 2 og er blevet benævnt X-bølgebanestruktur.

30 Man anvendte en computer-model til at beregne den forventede kompressionsstyrke af en struktur, der består af fire plader af bølgepap, der er sammenføjet ved folder ved de lodrette kanter. En sådan struktur benævnes en krave og afviger fra en kasse derved, at de vandrette kanter af 35 de lodrette plader antages at være hårde og ubøjelige i modsætning til de relativt bløde, foldede vandrette kanter af kassens plader. Den krave, der var udtaget til DK 166572 B1 4 denne anvendelse, var 390 mm lang, 390 mm bred og 290 mm høj. De sammenlignede papkvaliteter var konventionelt en-keltvægget pap med to plane baner på 215 g/m2 og en bølgebane på 117 g/m2 og en X-bølgebanestruktur med to plane 5 baner på 130 g/m2 og to bølgebaner på 117 g/m2. Den totale fladevægt af begge papkvaliteter var den samme, nemlig 600 g/m2.

De forudsagte resultater er vist i tabel 1.

10 TABEL 1

Struktur Kompressionsstyrke, N

15

Standardpap 5290 X-bølgebanestruktur 8090 På basis af disse forudsagte resultater, der viser en ca.

20 50% forbedring hvad angår kompressionsstyrke for kon struktionen omfattende X-bølgebanestruktur, fremstillede man laboratorieprøver af pap med X-bølgebanestruktur i form af kraver med henblik på kompressionsprøvning og efterprøvning af de forudsagte resultater.

25

Pappets komponenter i forbindelse med X-bølgebane-kon-struktionen var to enkeltsidige pap, der gør brug af 140 g/m2 plane baner og 117 g/m2 konventionelle "C" bølgebaner. Disse blev omhyggeligt limet sammen, bølgetop til 30 bølgetop.

Man udvalgte to konventionelle kommercielle papkvaliteter med fladevægte, der lå tæt på den fremstillede eksperimentelle X-bølgebane-struktur. Den første af disse omfat-35 tede 2 x 240 g/m2 plane baner og en 117 g/m2 konventionel "A" bølgebane, og den anden omfattede 2 x 293 g/m2 plane baner og en 117 g/m2 konventionel "C" bølgebane. X-bølge- DK 166572 B1 5 banen og det konventionelle pap blev omdannet til kraver, som var 400 mm lange, 400 mm brede, 270 mm høje.

Forsøgsresultater er vist i tabel 2.

5 TABEL 2

Prøveegenskaber Eksperimentelt Konventionelle pap

Pap 10 - "X" bølge- "A" bølge- "C" bølgebane_ bane_ bane_ 15 Plane baner, g/m2 140 240 293 Bølgebaner, g/m2 2 x 117 117 117 20 Kombineret spe cifik pap-flade- vægt, g/m2 673 651 728

Kombineret pap- 25 tykkelse, urn 7550 4620 4340

Kant-knuseprøvning (ECT), kN/m 6,5 5,9 7,3 30 Paphårdhed, kPa1 91 47 113

Kravekompression, N 7870 4130 5340 35 Hårdhed er et mål for bølgestrukturens resistens over for knusning vinkelret på pladens plan.

DK 166572 B1 6

Kravekompressionsprøvningerne vist i denne tabel bekræfter den 50% forbedring hvad angår kompression fra top til bund af X-bølgebane-konstruktionen forudsagt af modellen.

Dette resultat ville ikke kunne forudsiges ved hjælp af 5 McKee-formlen.

Ved en yderligere række forsøg fremstilledes laboratorieprøver af X-bølgebane- og konventionelle enkeltvæggede og dobbeltvæggede papkvaliteter på basis af forskellige kom-10 binationer af komponenter. Nogle kombinationer blev om dannet til kraver, nogle til kasser, og nogle til både kraver og kasser.

Udvalgte forsøgsresultater med disse materialer er vist i 15 tabellerne 3 og 4 og i fig. 3, 4 og 5. Bøjningsstivheden og målinger af bucklingsbelastning blev udført på skinner, der havde en bredde af 75 mm, og som var belastet ved centret af en spændvidde på 230 mm.

20 De tal, der er anført i parentes i tabellerne 3 og 4, er den procentiske fordel af X-bølgebane pr. vægtenhed af bølgepap, sammenlignet med det konventionelle materiale.

25 30 35 DK 166572 B1 7 TABEL 3 X-bølgebane versus konventionelt enkeltvægget bølgepap 5 C bølgebane og 117 g/m2 bølgebane anvendt overalt.

Enkelt væg X-bølge- X-bølge- _ bane 1 bane 2 10 Plane baner, g/m2 210 117 140

Totale papkomponenter , g/m2 590 573 * 620 15

Kravekompres- foreligger 7254 sionsstyrke, N 4812 ikke (43%)

Kassekompres- 4744 forelig- 20 sionsstyrke, N 3999 (22%) ger ikke Bøjningsstiv-hed, Nm 25 Maskinretning 9,1 9,7 (10%) 12,5 (31%)

Tværretning 4,6 7,4 (66%) 8,6 (78%) 30 35 DK 166572 B1 8 TABEL 4 X-bølgebane versus konventionelt dobbeltvægget bølgepap 5 C-bølgebane og 117 g/m2 bølgebane overalt.

Dobbelt væg X-Bølgebane

Udvendige plane 10 baner, g/m2 155 210

Indvendige plane baner, gm2 117 ikke målt 15 Totale papkomponenter, g/m2 766 759

Kravekompressionsstyrke, N 9392 10190 (10%) 20

Kassekompressionsstyrke, N 6589 7425 (14%) Bøjningsstivhed, Nm 25

Maskinretning 13,4 24,7 (86%)

Tværretning 11,4 15,9 (41%)

Bucklingsbe-30 lastning, N

Maskinretning 11,1 24,1 (H9%)@il

For disse materialer var fordelen ved X-bølgebane i sam-35 menligning med konventionelt enkeltvægget pap m.h.t. kra vekompressionsstyrke og papvægt mellem 40 og 50%. Fordelen ved X-bølgebanen i sammenligning med enkeltvægget pap DK 166572 B1 9 m.h.t. kassekompression var, selv om den er mindre end m.h.t. kravekompression, over 20 %.

I sammenligning med konventionelle dobbeltvæggede papma-5 terialer havde X-bølgebanen 10 til 15% højere forhold mellem krave- og kasse-kompressionsstyrke og papvægt.

En ulempe ved konventionelt dobbeltvægget pap med lave papvægte er, at behovet for at tilvejebringe en central 10 plan bane betyder, at de ydre plane baner skal have en lille vægt, og pappet har derfor en tilbøjgelighed til at svigte ved buckling af,disse plane baner mellem bølgebanens toppe. Forsøgsresultaterne for MD bucklingsbelast-ning vist i tabel 4 og fig. 5 viser den store fordel ved 15 X-bølgebane i denne henseende. X-bølgebanen udviser derfor en lavere kombineret grænse for specifik papvægt, før de plane baner bliver tilbøjelige til at svigte ved buckling mellem bølgetoppene.

20 Yderligere fordele ved X-bølgebane i sammenligning med dobbeltvægget pap er, at det kræver en komponent mindre og en limlinie mindre.

Opfindelsen er ikke begrænset til kombinationen af enhver 25 af de konventionelle A, B, C eller E bølgebaneformer topmod-top, men dækker også kombinationen af ikke konventionelle bølgebanestrukturer, såsom bølgebaner med - flade toppe. Fig. 2 illustrerer en sådan bølgebanestruktur med flad top.

30

Opfindelsen sigter hovedsageligt med at tilvejebringe et middel til forøgelse af tykkelsen af bølgepap og koncentrering af styrken på de udvendige plane baner uden indførelse af strukturelle svagheder, såsom lav knusestyrke 35 af bølgebanen, lav forskydningsstyrke af bølgebanen eller overdrevne afstande fra top til top i bølgebanen.

DK 166572 B1 10

En fremgangsmåde til dannelse af en X-bølgebanekonstruk-tion er illustreret i fig. 6. De to bølgebaner er korrugeret på konventionelle korrugeringsvalser og kombineret før den plane bane er fastgjort.

5

Den plane bane 10, den plane bane 11 og de centrale bølgebaner 12 og 13 føres sammen til dannelse af X-bølgeba-ne-pappet 14.

10 Mediet 12 føres ind i de labyrintkorrugerende valser 15 og 17 til dannelse af bølgebanen, der fastholdes til valsen 17 ved hjælp af vakuumkassen 19.

Mediet 13 indføres på lignende måde i labyrinten mellem 15 de korrugerende valser 16 og 18 til dannelse af bølgebanen, der fastholdes til valsen 18 ved hjælp af vakuumkassen 20 og overtrækkes med lim ved påføringsstationen 21.

Banerne 12 og 13 bindes sammen ved kontaktpunktet mellem 20 de korrugerende valser 17 og 18, der er synkroniseret sådan, at der sikres binding ved bølgebanernes toppe. Hver af valserne 15, 16, 17 eller 18 kan være opvarmet for at understøtte dannelsen af bølgebanen og limbindingen.

25 De kombinerede baner 12 og 13 overføres derpå til den synkroniserede, korrugerende valse 24 under påvirkning af vakuumkassen 25. Der påføres lim på bølgebanen ved stationen 27.

30 Den plane bane 11 føres over valsen 28 og på valsen 24 for at binde de kombinerede bølgebaner 12 og 13 til den plane bane 11. Tørring af limen, mens den plane bane 11 og bølgebanerne 12 og 13 stadig er på valsen 24, kan understøttes ved tilførsel af energi fra en ydre varme- el-35 ler mikrobølge-kilde.

DK 166572 B1 11

Den plane bane 10 indføres på båndet 35, der løber over valserne 36 og 37. Dette muliggør, at den øverste plane bane 10 bindes til de kombinerede bølgebaner 12 og 13, der er blevet overtrukket med lim ved påføringsstationen 5 34. Det således dannede bølgepap indføres mellem båndene 29 og 35 og fjernes. Båndet 29 løber på valser 30 og 31 og tilvejebringer et modtryk mod bæltet 35. Energi til at tørre den sluttelige klæbemiddelpåføring kan tilføres enten ved båndene 29 og 35 eller derefter.

10

En vilkårlig af eller alle komponenterne kan forvarmes, befugtes eller forbehandles før de indtræder i processen, for at understøtte tildannelse og binding eller for at meddele det færdige pap specielle egenskaber.

15

Den korrugerende valse 24 kan eventuelt kræve kun maskinfremstillede riller og ikke fuldt formgivne korrugerin-ger. Da det ikke er krævet, at denne valse danner korru-geringerne, er det ikke nødvendigt, at den er fremstillet 20 ud fra hærdet eller chrompletteret stål, sådan som det er tilfældet med de korrugerende valser 15, 16, 17 og 18. Et ikke-metallisk materiale kan være passende.

Ved denne basismetode til dannelse af X-bølgebane kan 25 valsen 24 på fig. 6 erstattes med et synkroniseret bånd.

En anden variation af denne basismetode ville være at udelade valsen 24 i fig. 6 og sammenføje den første plane bane 11 med de to sammenbundne bølgebaner 12 og 13, mens 30 disse tilbageholdes i den korrugerende valse 17.

1) X-bølgebane-konstruktionen tilvejebringer en større paptykkelse kombineret med større koncentration af styrke i de ydre plane baner end konventionelle bølge-35 papformer.

DK 166572 B1 12 2) Pappet ifølge opfindelsen opfylder de andre struktu relle krav til en bølgebane-struktur, nemlig passende resistens mod knusning af bølgemediet, passende for-skydningsstivhed og acceptabelt små afstande fra bøl- 5 getop til bølgetop.

3) X-bølgebane-strukturen tilvejebringer 20-50% større i forhold mellem kasse- og krave-kompressionsstyrke og papvægt end dermed sammenlignelige konventionelle en- 10 keltvæggede papkvaliteter.

4) X-bølgebane-strukturen tilvejebringer over 10% højere forhold mellem kasse- og krave-kompressionsstyrke og papvægt end dermed sammenlignelige konventionelle, 15 dobbeltvæggede papkvaliteter.

5) X-bølgebane-pappet har en 10-90% større bøjningsstiv-hed pr. vægtenhed pap end konventionelle papkvaliteter, i afhængighed af prøveretningen og papkonstruk- 20 tionen.

6) X-bølgebane-pappet har op til 120% bedre, modstand mod bucklingsbelastning pr. vægtenhed af pap end konventionelle dobbeltvæggede papkvaliteter.

25 30 35

Claims (1)

1. DK 166572 B1 Patentkrav : Fremgangsmåde ved fremstilling af et bølgepap med to bøl-5 gebaner, som er bundet sammen i bølgetoppene, hvorved to papbaner separat føres over korrugeringsvalser til dannelse af to bølgebaner, der påføres lim på bølgetoppene af mindst én af disse to bølgebaner, og bølgebanerne bringes til at flugte med hinanden og bringes i indbyrdes 10 kontakt for at lime dem sammen i bølgetoppene, kendetegnet ved, at i det mindste én af bølgebanerne understøttes, helt til de er sikkert sammenhæftet, for derved at bibeholde den indbyrdes flugtning mellem bølgetoppene, hvorefter to planer baner limes til bølgebanerne 15 for at danne to ydre baner. 20 25 o 30 35