Kartongin päällystekerrokseen kohdistuvien rasitusten hallinta kupinvalmistusprosessissa

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää kupinvalmistusprosessissa kartongin päällystekerrokseen kohdistuvat rasitukset, arvioida niiden vaikutukset vaurioitumiseen ja kehittää ratkaisuja rasitusten parempaan hallintaan. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen, jossa on esitelty erilaisia kupinvalmistusmenetelmiä ja niissä muodostuvia rasituksia. LUT-yliopiston Pakkaustekniikan laboratoriossa koeajettiin säätömuutoksia vaurioitumisen kannalta kriittisimpiin vaiheisiin, minkä jälkeen havaituille kehityskohteille esitettiin muutosehdotuksia laitteistoon. Kuppien laatua ja vaurioita tarkasteltiin visuaalisesti, nestetiiveyskokeilla ja kuiturepeämän analyysillä.

Laboratoriokokeissa päätavoitteena oli selvittää, voidaanko säätömuutoksilla vähentää materiaaliin kohdistuvia rasituksia ja siten tuoda ilmi valmistusvaiheet, joihin tarvitaan laitteistomuutoksia. Merkittävin hallintaan vaikuttavat tekijä koeajoissa oli laitteiston ruuvisäätöjen heikko tarkkuus. Ruuvisäätöihin ei ollut työn tekohetkellä asteikkoja, joilla parametrit voisi asettaa tarkasti. Vaurioituminen tapahtui vaiheissa, joissa päällysteeseen kohdistetaan korkeaa lämpötilaa ja kitkaa. Kokeissa käytettiin kahta erilaista kartonkia, jotka olivat päällystetty eri materiaaleilla. Materiaalivalintoihin päädyttiin, jotta voitiin havaita erilaisten päällystemateriaalien vauriomekanismit.

Prosessin kehityskohteet onnistuttiin tuomaan esiin tarkasteltujen valmistusvaiheiden osalta ja niille löydettiin mahdollisia ratkaisuja. Säädettävyyden parantamiseksi esitettiin sähköisiä toimilaitteita, joilla parametrit voitaisiin asettaa tarkasti ja palata aiempiin säätöihin yksinkertaisemmin. Kitkan vähentämiseksi esitettiin pinnanlaadun parantamista, erilaisia pinnoitteita ja tehostettua muotoilutyökalujen jäähdytystä. Potentiaalisimmat ideat tulee koeajaa, jotta todellinen hyöty voidaan osoittaa.

The aim of this bachelor’s thesis was to evaluate the stresses applied on the coating layer of paperboard in the cup manufacturing process and to evaluate their effects on damage, as well as to develop solutions for better stress management. Thesis includes a literature review that presents various methods used in cup forming and stresses they generate. Adjustment modifications to the most critical steps in terms of damage were tested in LUT Packaging technology laboratory. Proposals for improvements to the equipment were presented for the identified areas of development. The quality and damage of the cups were examined visually, with liquid tightness tests and with fiber tear analysis.

The main objective of the laboratory test was to find out whether adjustment modifications can reduce the stress applied on the material and thus reveal the manufacturing steps that require changes for the equipment. The most significant factor affecting the stress management during the test runs was the poor accuracy of the screw adjustments of the tools. At the time the thesis was made there was no scale for the screw adjustments that could be used to set the process parameters accurately. The failure mechanisms occurred during steps where high temperature and friction were applied on the coating layer. Two different paperboards were used in the tests to reveal the failure mechanisms of different coating materials.

The development areas of the process were identified for the examined steps and possible solutions were found for them. To improve adjustability, electric actuators were presented so that the parameters could be set accurately and to return to previous adjustments easier. To reduce friction the presented ideas were to improve the surface quality of the tools or to coat them and to enhance cooling for shaping tools. The most potential ideas need to be tested to reveal their real benefits.