Конструирование упаковки из картона и гофрокартона

Для получения поверхностных  слоев используют самые высококачественные полуфабрикаты, для прослойки – самые дешевые. Например – макулатуру.

Картон может  поставляться в листах или рулонах. Форма поставки зависит от способа  печати. Для офсетной печати необходимы листы, а для глубокой печати – рулоны [17].

По составу слои подразделяют на не содержащие древесину  массу, с малым и большим содержанием  древесиной массы и на сырье. Не содержащие древесную массу слои состоят  преимущественно из целлюлозы с  незначительными примесями древесной  массы, не превышающими 5 %. Слои с малым  содержанием древесной массы  состоят из целлюлозы с древесной  массой не более 30%. В слоях с большим  содержанием количество древесной  массы превышает 30%. Серые слои состоят  из полуфабрикатов макулатуры и древесной  массы или только из древесной  массы.

Белыми называют слои из отбеленных полуфабрикатов, светлыми – из неотбеленных.

По отделки поверхности  сорта картона подразделяют на три  группы: литого мелования, мелованные, немелованные.

Повышение влагопрочности плоского склеенного картона является предметом современных исследований. Исследования направлены на повышение  влагопрочности материалов слоев и  влагостойкости клеев. Для этого  материалы слоев получают из массы, пропитанной различными растворами. В качестве влагостойких клеев применяют  поливинилацетатные эмульсии, латексы, битумные клеи [4].

На основе анализа  нагрузок, которые воспринимает картонная  тара в процессе ее изготовления, транспортирования, складирования, погрузочно-разгрузочных работ, установлены основные виды напряжений, возникающих в отдельных элементах  картонной тары.

1. Сжатие в вертикальном направлении возникает в материале корпуса тары при операциях затаривания, закрывания тары, а также при штабелировании тары с продуктом, в процессе хранения и транспортирования. Это наиболее характерный вид напряжения, вызывающий при недостаточной прочности материала разрушение тары.
2. Сжатие в горизонтальном направлении возникает в основном при транспортировании, а также при погрузочно-разгрузочных работах.
3. Сжатие в тангенциальном направлении возникает при образовании кольцевого профиля на круглой таре.
4. Растяжение в осевом направлении возникает в процессе эксплуатации тары при динамичных нагрузках, при падении тары с сыпучим, пастообразным или другим продуктом, а также при технологических операциях изготовления тары.
5. Раздирание кромки возникает в процессе затаривания продукта, а также при эксплуатации.

Исследование процессов  изготовления и эксплуатации картонной  тары, а также лабораторные испытания  механической прочности тары показали, что основными видами деформации картона являются:

- деформация от  воздействия сжимающих усилий, возникающих  от статических и динамических  нагрузок в процессе транспортирования  и эксплуатации тары;

- деформация материала  на отдельных участках от действия  сосредоточенных нагрузок, при которых  происходит разрушение тары или  возникает остаточная деформация.

Итак, прочные свойства картонной тары определяются, прежде всего, свойствами материала в исходном состоянии, а так же теми изменениями, которые происходят в материале  в процессе изготовления тары.

3.2 Гофрокартон

 

Гофрокартон является типичным представителем многослойных конструкций. Он состоит из чередующихся плоских слоев картона и волнистых  гофрированных слоев картона. Эти  слои соединены между собой клеем.

В зависимости от числа плоских и волнистых  слоев гофрокартон подразделяют на виды: [3,4]

а) двухслойный гофрокартон, состоящий из плоского и волнистого слоев;

б) трехслойный гофрокартон, состоящий из двух плоских и одного волнистого слоев;

в) пятислойный гофрокартон, состоящий из трех плоских и двух волнистых слоев;

г) семислойный гофрокартон, состоящий из четырех плоских  и трех волнистых слоев.

Гофрированный картон относится к анизотропным конструкциям и обладает неодинаковыми свойствами в различных направлениях. При  приложении сил в направлении, перпендикулярном гофрам, гофрокартон работает как  амортизирующий материал за счет малой  жесткости в этом направлении  волнистого слоя. При приложении сил  вдоль направления гофров гофрокартон  проявляет высокую плоскостную  и торцевую жесткость благодаря  большой жесткости в этом направлении  волнистого слоя. Плоские слои гофрированного картона фиксируют положение  волнистых слоев, поэтому воспринимают сжимающие, растягивающие и продавливающие нагрузки.

Итак, данный упаковочный  материал очень универсален. Большинство  упаковок изготовлены именно из гофрокартона. Гофрированный картон представляет собой инженерную конструкцию, характеристики которой зависят от свойств входящих в нее материалов и от геометрического  профиля составляющих элементов.

 

3.3 Классификация  тары из картона и гофррокартона

 

Под видом тары понимают классификационную единицу, определяющую тару по геометрической форме и конструктивным особенностям. Из картона и гофрокартона различают следующие виды тары: пачки, коробки, лотки, ящики, контейнеры.

Пачки – это один из самых массовых видов потребительской тары. Их изготавливают из листового или рулонного картона массой 1м² от 250 до 600 г/м². Конструктивно пачки производят из одной заготовки. Конструкцию пачки и материал выбирают в зависимости от вида упаковываемой продукции, ее формы, массы, технологии упаковывания и других требований. Заказчику пачки поставляют преимущественно в сложенном виде.

Коробки отличаются от пачек незначительной высотой  по сравнению с длиной и шириной. Коробки могут поставляться заказчику  в сложенном виде с последующей  сборкой в объемную конструкцию  на месте заполнения товаром, из нескольких деталей, которые затем собирают на месте назначения, а также в  виде готовых жестких коробок  с неизменяемой формой [10].

Литки или ящики  лоткового типа не имеют крышки и  применяются для упаковки различной  плодоовощной продукции. По конструкциям различают следующие группы лотков: складные из одной заготовки; складные из двух и более заготовок; нескладные; комбинированные.

Ящики являются самым  массовым видом тары и по конструкции  отличаются наибольшей разновидностью.

Контейнеры предназначены  для перевозки различной продукции, имеющей первичную упаковку. Они  позволяют создать укрупненную  грузовую единицу.

По стабильности размеров различают тару жесткую, полужесткую  и мягкую. Жесткая тары не изменяет своей формы и размеров при  заполнении ее продукцией. Она должна выдерживать внешние воздействия  при транспортировке, хранении, распределении, продаже и потреблении, сохраняя свою форму и размеры [11].

По компактности тару разделяют на неразборную, разборную  и складную.

Неразборная тара изготавливается  требуемой формы и размеров с  неразъемными соединениями элементов. На всех последующих этапах жизненного цикла ее невозможно разобрать без  нарушения целостности составляющих материалов.

Разборная тара имеет  конструкцию, позволяющую многократно  собирать и разбирать ее на отдельные  части за счет соединения сочленяющих  элементов.

Складная тара конструктивно  выполнена так, что ее можно сложить  в объемную форму из плоской без  нарушения сочленения элементов, а  также вновь вернуть в первоначальную плоскую форму, если этому не препятствуют неразъемные соединения, полученные в сложенной объемной форме.

К вспомогательным  упаковочным средствам относят  прокладки, решетки, амортизаторы.

Таким образом, существует много видов изделий из картона  и гофрокартона. Все это множество  позволяет удобно перевозить продукт  и помогает сохранить продукт  в первозданном виде.

3.4 Типовые  конструкции

 

Складные коробки  и ящики из картона и гофрокартона являются самым популярным и широким  применяемым видом тары. Объяснение этому кроется в их низкой стоимости, удобства автоматического выполнения с ними основных технологических  операции: изготовления, сборки, заполнения продукцией, укупоривания, штабелирования и т.д. Способность к складыванию  в плоские заготовки позволяет  экономить место при их хранении и транспортировке заказчику.

Существенное влияние  на прочность и жесткость, а следовательно, и на стабильность формы коробок  оказывает влажность окружающей среды. Картон хорошо впитывает влагу, при этом значительно снижаются  его прочностные свойства. Эту  особенность необходимо учитывать  при выборе отделочных операций, которые  должны не только значительно улучшить внешний вид упаковки, но и уменьшить  влагопоглощение картона.

Основные элементы развертки складных коробок показаны в приложении 5 (рис.1). Все элементы можно условно разделить на главные  и вспомогательные. К главным  элементам складных относят лицевую 1, заднюю 3, боковые 2 и 4 стороны (панели), а также верхнюю 8 и нижние 18 и 20 стороны (панели). На них наносят  текстовую и изобразительную  информацию. Вспомогательные элементы служат для крепления и фиксации основных элементов коробок. К ним  относят склеиваемый клапан 5, верхние  боковые клапаны 9 и 10, верхний лицевой  клапан 11 и нижние боковые клапаны 19 и 21.

Система нижних боковых  клапанов и нижних сторон образует дно коробки. Нижние стороны могут  быть приклеены друг к другу или  скрепляться различными замковыми  затворами. В нижней стороне 20 выполнены  прорези 23 специального профиля, в которые  вставляются запирающие язычки 22 нижней стороны 18 [6].

Верхние боковые  клапаны 9 и 10 совместно с верхней  стороной 8 и верхним лицевым клапаном 13 образуют крышку коробки. Крышка может  быть приклеенной или многократно  открывающейся с фиксацией разнообразными замковыми затворами. Замки выполняются  преимущественно на верхнем лицевом  клапане 11 в виде вырезов 12, прорезей 13. В них входят и выполняют  роль затворов либо верхние боковые  клапаны 9 и 10, либо язычки 17 на задней стороне 3. Повышают прочность и надежность замков плечи 15 верхнего лицевого клапана. Для удобства сборки крышки верхней  лицевой клапан 11 имеет конусную заходную часть 14, а в основании  верхних боковых клапанов 9 и 10 вырезаны специальны специальные компенсаторы 16. Если изготовление складной коробки  завершается процессом склеивания продольного шва по склеиваемому клапану 5, то складывание (фальцовку) коробки  осуществляют по двум линиям биговки 7 или 6.

Затворные клапаны  дна и крышки могут иметь различную  конструкцию, соединяться встык, внахлестку, замками-затворами, приклеиванием.

Выбор конструкции  дна и крышки зависит от многих факторов: вида упаковываемого продукта, его веса, особенностей технологии упаковывания и других этапов жизненного цикла, включая особенности потребления  продукции.

При упаковывании мелких гранулированных или порошкообразных  продуктов целесообразно применять  для крышки и дна закрывающиеся  внахлест и склеиваемые по кромкам  пары верхних и нижних панелей. Величины панелей равны ширине коробки.

При упаковывании крупных  продуктов, для которых герметичность  и прочность дна и крышки не являются решающими факторами, запорные панели и боковые клапаны могут  быть урезаны с целью экономии картона. Возможны два варианта конструктивного  решения. Либо все панели и боковые  клапаны урезаны до размера, несколько  меньшего ширины коробки, либо внутренняя панель и боковые клапаны урезаны, а наружная панель выполнена на всю  ширину коробки.

Предохранение заполненной  товаром складной коробки от случайного раскрытия обеспечивают специальными типами затворов: заклеиваемого, вставного  или шлицевого.

Высокую надежность, удобство при хранении и потреблении  имеет конструкция заклеиваемого  затвора с отрывной полоской для  вскрытия (приложение 5, рис. 2). На внешней  панели затвора выполняют перфорацию для отрывной полоски. Внутренняя панель имеет вставной клапан. После заполнения продуктом складывают боковые клапаны, закрывают и приклеивают внутреннюю панель. Вскрытие производят после  отрывания полоски. За счет вставного  клапана на внутренней панели можно  осуществить многократное открывание и закрывание крышки. Ширина клеевой  полосы зависит от применяемого вида оборудования и обычно составляет около 3 мм.

Вставные затворы  могут быть выполнены с приклеиванием  вставного клапана, с заклеиванием этикетками, марками и другими  способами, а также без приклеивания вставного клапана.

Высота вставного  клапана h зависит от размеров и формы  коробки, но обычно составляет не менее 20 мм. Для обеспечения трения с  боковыми клапанами 8 и 9 на вставном клапане 7 предусматривают плечико 1 (приложение 6). С целью облегчения сборки коробки  вставные клапаны обычно имеют закругленные углы радиусом R, а боковые клапаны 8 и 9 уменьшены на величину S, равную толщине картона.

В случае выполнения коробки с дном из закрывающихся  внахлест панелей 10 и 11 внутренняя запорная панель 10 должна иметь высоту hc меньше, чем у внешней запорной панели 11 hb. Если не требуется максимальной площади приклеивания, боковые клапаны  выполняют скошенными под углом β ≈ 15°. Скос может начинаться от корпуса коробки или после небольшого запорного плечика. Такое исполнение боковых клапанов облегчает сборку коробки в высокоскоростных машинах. Для механизированной сборки коробок в объемную конструкцию высота боковых клапанов hk должна быть меньше высоты запорных панелей . Высоту внешней запорной панели hb обычно применяют несколько меньше ширины коробки В для исключения ее выступания за края коробки. С этой же целью уменьшают размер правой боковой панели 4 примерно на 0,8мм.