Development of paperboard cup manufacturing chain monitoring and analysis
Bonifer, Juho (2023)
Diplomityö
Bonifer, Juho
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023021627551
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023021627551
Tiivistelmä
The goal of this master’s thesis was to develop the monitoring and analysis processes utilized in the research of paper cup materials and manufacturing processes. The thesis consists of a literature review on the paper cup manufacturing process, modern cup materials and cup machines, followed by a practical section of cup manufacturing trial runs, during which multiple monitoring and analysis methods were trialed. The cup type used in the trials is a barrier coated paperboard hot cup with a volume of 250 ml.
In the practical stage of the thesis, a high-speed cup machine was used to form eight reference paperboard materials and three experimental materials with varying coatings into cups. The main goal of the trial run was to find repeatable process parameters for each material and to test the viability of different monitoring methods during cup manufacturing. The cups acquired from the trial runs were used to test different methods for the analysis of finished cups. For nearly all the tested materials, process parameters resulting in good cups could be found. Some materials suffered from runnability problems possibly related to friction, heat, or a combination of the two. All found process parameters were logical and the runnability of the experimental materials was found to be comparable to their commercial alternatives.
Most of the trialed cup analysis methods were deemed viable, although some felt excessive or didn’t get enough attention during the thesis to show their potential. The most useful methods based on the trials were thermal imagery in process monitoring and liquid tests for analysis for finished cups. The perceived usefulness of thermal imaging can be explained by the significant role that heat plays in the sealing processes. The ability to use it in combination with other analysis methods further expands its use cases. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää kartonkikuppien valmistusprosessin tutkimuksessa hyödynnettäviä seuranta- ja analyysimenetelmiä. Opinnäytetyö koostuu kartonkikuppien valmistusprosessia sekä moderneja kuppimateriaaleja ja -koneita käsittelevästä kirjallisuuskatsauksesta sekä tutkimusosasta, jossa kuppimateriaaleja koeajettiin seuranta- ja analyysimenetelmien testaamiseksi. Opinnäytetyössä keskityttiin pinnoitettuihin tilavuudeltaan 250 ml oleviin kartonkisiin kuumakuppeihin.
Opinnäytetyön tutkimusosassa kahdeksasta referenssimateriaalista ja kolmesta kokeellisesta materiaalista valmistettiin koeajoissa kartonkikuppeja. Koeajojen päätavoitteena oli löytää kullekin materiaalille toistettavat prosessiparametrit sekä testata eri seurantamenetelmien käyttökelpoisuutta ajojen aikana. Koeajoissa valmistettuja kuppeja taas käytettiin kuppien analysointimetodien testaamiseen. Lähes kaikille testatuille materiaaleille löytyi sopivat, toistettavat parametrit. Jotkut materiaalit kuitenkin kärsivät ajettavuusongelmista, jotka liittyivät mahdollisesti kitkaan, liialliseen lämpöön tai kahden jälkimmäisen yhteisvaikutukseen.
Löydetyt prosessiparametrit olivat loogisia ja kokeellisten materiaalien ajettavuus oli verrattavissa niiden kaupallisiin verrokkeihin. Suurin osa käytetyistä kuppianalyysimenetelmistä todettiin käyttökelpoisiksi, vaikka jotkut tuntuivatkin liiallisilta tai eivät saaneet tarpeeksi huomiota opinnäytetyön aikana osoittaakseen potentiaalinsa. Hyödyllisimmiksi menetelmiksi paljastuivat lämpökuvaus prosessin seurannassa sekä nestetestit valmiiden kuppien analysoinnissa. Lämpökuvauksen koettu hyöty selittyy lämmön merkittävällä roolilla osana valmistusprosessia ja kyvyllä yhdistää se muihin menetelmiin.
In the practical stage of the thesis, a high-speed cup machine was used to form eight reference paperboard materials and three experimental materials with varying coatings into cups. The main goal of the trial run was to find repeatable process parameters for each material and to test the viability of different monitoring methods during cup manufacturing. The cups acquired from the trial runs were used to test different methods for the analysis of finished cups. For nearly all the tested materials, process parameters resulting in good cups could be found. Some materials suffered from runnability problems possibly related to friction, heat, or a combination of the two. All found process parameters were logical and the runnability of the experimental materials was found to be comparable to their commercial alternatives.
Most of the trialed cup analysis methods were deemed viable, although some felt excessive or didn’t get enough attention during the thesis to show their potential. The most useful methods based on the trials were thermal imagery in process monitoring and liquid tests for analysis for finished cups. The perceived usefulness of thermal imaging can be explained by the significant role that heat plays in the sealing processes. The ability to use it in combination with other analysis methods further expands its use cases.
Opinnäytetyön tutkimusosassa kahdeksasta referenssimateriaalista ja kolmesta kokeellisesta materiaalista valmistettiin koeajoissa kartonkikuppeja. Koeajojen päätavoitteena oli löytää kullekin materiaalille toistettavat prosessiparametrit sekä testata eri seurantamenetelmien käyttökelpoisuutta ajojen aikana. Koeajoissa valmistettuja kuppeja taas käytettiin kuppien analysointimetodien testaamiseen. Lähes kaikille testatuille materiaaleille löytyi sopivat, toistettavat parametrit. Jotkut materiaalit kuitenkin kärsivät ajettavuusongelmista, jotka liittyivät mahdollisesti kitkaan, liialliseen lämpöön tai kahden jälkimmäisen yhteisvaikutukseen.
Löydetyt prosessiparametrit olivat loogisia ja kokeellisten materiaalien ajettavuus oli verrattavissa niiden kaupallisiin verrokkeihin. Suurin osa käytetyistä kuppianalyysimenetelmistä todettiin käyttökelpoisiksi, vaikka jotkut tuntuivatkin liiallisilta tai eivät saaneet tarpeeksi huomiota opinnäytetyön aikana osoittaakseen potentiaalinsa. Hyödyllisimmiksi menetelmiksi paljastuivat lämpökuvaus prosessin seurannassa sekä nestetestit valmiiden kuppien analysoinnissa. Lämpökuvauksen koettu hyöty selittyy lämmön merkittävällä roolilla osana valmistusprosessia ja kyvyllä yhdistää se muihin menetelmiin.