Как делают гофрокартон: гофроагрегат по узлам
Маршрут полотна по линии: раскат и подогрев, крахмальный клейстер, формовка волны, сушильный стол, продольная резка с рилёвкой и поперечная рубка — и какой брак рождается на каждом узле.
Гофрокартон производят на гофроагрегате — непрерывной линии длиной в несколько десятков метров, куда с одной стороны заходят рулоны бумаги, а с другой выходят плоские заготовки. Порядок узлов такой: раскат рулонов, подогреватели, формовка волны между рифлёными валами, нанесение крахмального клея, склейка с наружным лайнером, сушильный стол, продольная резка с рилёвкой, поперечная рубка и листоукладчик. Путь от рулона до листа занимает меньше минуты.
Разбор ниже устроен по узлам: на каждом рождается свой характерный брак, который заказчик потом достаёт из пачки.
Что такое гофроагрегат и из каких узлов он состоит?
Гофроагрегат — линия непрерывного действия, которая склеивает из нескольких бумажных полотен один лист. Её нельзя запустить «на пять минут»: узлы прогреваются паром, клей выходит на режим, и запуск ради небольшой партии стоит дороже самой партии. Отсюда и сроки: редкую марку ставят в общий график.
- Раскат со сплайсером — клеит новый рулон к хвосту уходящего на ходу.
- Подогреватели — паровые барабаны перед формовкой и перед склейкой.
- Гофропресс (гофровал) — пара рифлёных валов, формующая волну.
- Клеевая станция — наносит крахмальный клей на вершины волны.
- Накопительный мост — петля запаса между быстрой и медленной частями линии.
- Сушильный стол — нагретые паром плиты под прижимным полотном.
- Продольно-резательный станок — режет на полосы и накатывает рилёвку.
- Поперечный нож и листоукладчик — рубят полосы и собирают стопы.
Наша главная линия — BHS Corrugated: ширина полотна 2 500 мм, рабочая скорость до 300 м/мин, профили B, C, E и комбинации BC, EB. Скорость на разных линиях отличается в разы: в разборе теплового режима гофроагрегата (Бойков, Нечаев, «Технико-технологические проблемы сервиса», 2010) обследованная линия шла на 100–120 м/мин.
Оговорка к цифрам ниже: они из этой работы 2010 года, снятой на одной конкретной линии. Это порядок величин, а не уставка для пульта — у каждого агрегата режим свой, его подбирают под марку бумаги, скорость и рецепт клея.
Что происходит с бумагой до формовки волны?
Её греют и доводят по влажности. Холодная сухая бумага на валах не гнётся, а ломается: волна идёт трещинами по вершинам. В той же работе Бойкова и Нечаева влажность бумаги на входе указана как 7–8 %, подогреватель бумаги работает в диапазоне 100–175 °C, подогреватель картона — 185–190 °C, увлажнение идёт паром давлением 0,3–0,6 МПа.
Регулируют при этом не температуру, а угол обхвата: полотно прижимают к горячему барабану сильнее или слабее и так меняют полученное тепло. Это главная ручка при смене марки бумаги.
Как гофровал формирует волну и что задаёт её шаг?
Волну формуют между двумя рифлёными валами, которые входят зубьями друг в друга, как шестерни. Геометрия зубьев и есть профиль: высота волны и шаг между вершинами в миллиметрах. Сменить профиль без смены пары валов нельзя — поэтому у линии ограниченный набор профилей.
Рабочая температура валов по тому же источнику — 178–182 °C, на поверхности до 200 °C. Недогрев виден сразу: волна не держит форму и садится под прижимом, вершины получаются приплюснутыми. Пар в главном паропроводе линии идёт под давлением 1,4–1,5 МПа.
Практическое следствие шага — расход бумаги. Полотно на волну всегда длиннее готового листа: оно идёт по дуге, а не по прямой. Отношение длин называют коэффициентом гофрирования.
| Профиль | Высота волны, мм | Шаг волны, мм | Коэффициент гофрирования | Бумаги на волну на 1 000 м полотна, м |
|---|---|---|---|---|
| A | 4,4–5,5 | 8,0–9,5 | ≈1,50 | ≈1 500 |
| C | 3,2–4,4 | 6,5–8,0 | ≈1,40 | ≈1 400 |
| B | 2,2–3,2 | 4,5–6,4 | ≈1,30 | ≈1 300 |
| E | 1,1–1,6 | 3,2–3,6 | ≈1,25 | ≈1 250 |
Разница между A и E — 250 метров бумаги на каждую тысячу метров полотна: на профиле A средний слой съедает на пятую часть больше, чем на E. Поэтому профиль в спецификации и стоит отдельной строкой от марки.
Каким клеем склеивают слои?
Крахмальным клейстером. Клеевая станция наносит его тонкой плёнкой только на вершины волны, лишнее снимает валик. Классический рецепт отрасли называется системой Штейн-Холла: часть крахмала заваривают в клейстер («несущая» часть), в нём во взвеси держат сырой крахмал, который сработает уже на линии.
По патентной литературе ходовые составы держатся в рамках 77–80 % воды, 2–3 % заваренного крахмала, 18–20 % сырого, 0,1–0,5 % каустической соды и 0,05–0,5 % буры. Сода снижает температуру клейстеризации сырого крахмала примерно до 65 °C, бура повышает вязкость. Клей должен оставаться жидким в ванне и мгновенно схватываться на горячей плите.
Схватывание идёт в два такта: сырой крахмал заваривается от тепла плиты и даёт первичное сцепление, а окончательную прочность шов набирает уже в стопе, по мере остывания и выравнивания влажности.
Зачем гофроагрегату сушильный стол?
Чтобы вывести из полотна воду, которую принесли пар и клей, и сделать это равномерно с обеих сторон листа. Стол — ряд паровых плит, поверх которых полотно идёт под прижимным транспортёром. Температуру задают группами по ходу движения: в том же разборе приводятся 110–190 °C на первой группе, 140–170 °C на второй, 130–150 °C на третьей.
Группы разные неспроста: в начале стола клей надо быстро заварить, к концу температуру снижают, иначе лист уйдёт пересушенным и потеряет пластичность на рилёвке.
Здесь же рождается коробление: слои отдают воду неодинаково, удлиняются по-разному — и лист выгибается. На линии это лечат балансом подогрева и натяжения, а не «более прочным картоном».
Как полотно превращается в отдельные листы?
Двумя резами и одной накаткой. Продольно-резательный станок ведёт полотно шириной 2 500 мм через дисковые ножи и рилёвочные диски: ножи делят его на полосы по ширине заготовки, диски тут же накатывают линии будущего сгиба. Затем поперечный нож рубит полосы на листы нужной длины, а листоукладчик собирает их в стопы.
Рилёвка — продавленная канавка, по которой лист согнётся без разрыва плоского слоя; накатывают её здесь, на ходу. Диск, поставленный на полмиллиметра мимо, даёт коробку, которая складывается криво.
- Раскат: сплайсер клеит новый рулон к хвосту старого без остановки линии.
- Подогрев: полотна идут по паровым барабанам, влажность бумаги — порядка 7–8 %.
- Формовка: бумага на волну заходит между валами с температурой 178–182 °C.
- Клей: на вершины волны наносят клейстер и прикатывают первый плоский слой.
- Мост: односторонний картон копится петлёй и развязывает скорости узлов.
- Склейка: второй слой клея на вершины, сверху подводят наружный лайнер.
- Сушка: нагретые плиты под прижимом, влага уходит, шов набирает прочность.
- Резка: продольные ножи и рилёвочные диски, затем рубка и укладка стоп.
Что из процесса заказчик видит в готовой пачке?
Почти всё. Дефекты линии не исчезают при высечке и печати, а переезжают в пачку. Таблица читается от того, что видно в стопе, к узлу, где это родилось. Про нормы она молчит намеренно: где граница между допуском и браком — разобрано отдельно, в материале про дефекты гофрокартона.
| Что видно в пачке | Узел линии | Что пошло не так |
|---|---|---|
| Лист «лодочкой», стопа не лежит плоско | Сушильный стол, подогреватели | Разная влажность наружного и внутреннего слоёв |
| Волна проступает через поверхность | Клеевая станция | Лёгкий лайнер и избыток клея — эффект стиральной доски |
| Слои расходятся по кромке, шов сухой | Клеевая станция | Непроклей: мало клея или недогрев полотна |
| Волна приплюснута, лист тоньше номинала | Гофропресс | Недогретые валы или избыточный прижим |
| Заготовка не прямоугольная, диагонали разные | Поперечная рубка | Косина полотна или сбой синхронизации ножа |
| Трещина по линии сгиба, вылезла волна | Продольная резка | Смещённый диск или пересушенный картон |
Четыре строки из шести упираются в тепло и воду: недогретые валы, недогретое полотно, разная влажность слоёв, пересушенный картон. Наладка почти всегда начинается с этих двух ручек, а не со смены рулона.
«Когда лист приходит кривым, на линии смотрят не на марку бумаги, а на воду: одинаково ли она ушла с двух сторон. Девять наладок из десяти — это подогрев и натяжение, а не другой рулон.»
— Алексей Корнеев, директор производства CARTONA
Частые вопросы
- Как производят гофрокартон, если коротко?
- Из трёх и более рулонов бумаги на непрерывной линии. Бумагу греют, среднее полотно формуют в волну между рифлёными валами, на вершины наносят крахмальный клей и прикатывают плоские слои, полотно сушат на нагретых плитах, режут вдоль с накаткой рилёвки и рубят поперёк.
- Каким клеем склеивают слои гофрокартона?
- Крахмальным клейстером по системе Штейн-Холла: часть крахмала заваривают, в этом клейстере во взвеси держат сырой крахмал. Сода снижает температуру заваривания примерно до 65 °C, бура добавляет вязкости. Синтетических смол в обычном рецепте нет — их вводят только во влагостойкий вариант.
- Какая температура на гофроагрегате?
- По разбору теплового режима линии (Бойков, Нечаев, 2010): рифлёные валы 178–182 °C, подогреватель бумаги 100–175 °C, подогреватель картона 185–190 °C, группы сушильного стола от 110 до 190 °C. Пар в главном паропроводе — 1,4–1,5 МПа. Замеры 2010 года на одной линии: у каждого агрегата режим свой.
- Почему готовый лист выгибается «лодочкой»?
- Из-за разницы влажности между наружным и внутренним плоскими слоями: неодинаково увлажнённые слои удлиняются по-разному и выгибают лист. Причина лежит в подогреве и сушке, а не в марке картона.
- Что такое непроклей и как его увидеть?
- Участок, где клеевой шов между волной и плоским слоем не образовался: мало клея на вершинах или полотно не дошло до температуры заваривания крахмала. Проверяют изломом кромки — слои расходятся руками, шов сухой и порошковый.
- Можно ли поменять профиль волны прямо на линии?
- Нет. Геометрию волны задаёт пара рифлёных валов, и смена профиля означает замену валов с наладкой теплового режима. Поэтому у каждого производства свой набор: наша линия работает с B, C, E и комбинациями BC, EB.
- Сколько бумаги уходит на волну?
- Больше, чем длина готового листа: полотно идёт по дуге, а не по прямой. Отношение длин называют коэффициентом гофрирования — примерно 1,25 для профиля E и около 1,5 для профиля A. На тысячу метров листа это разница в 250 метров среднего слоя.
Коротко
Технология производства гофрокартона держится на тепле, влаге и клее. Валы дают форму волне, крахмал держит слои, сушильный стол решает, будет лист плоским или «лодочкой». Разбирая брак, начинайте с воды: она объясняет большую часть претензий к листу.
Наша линия стоит в Подольске: профили B, C, E и комбинации BC, EB, ширина полотна 2 500 мм. Нужен лист под свой габарит — пришлите размеры заготовки, посчитаем раскрой и обрезь.