Останнім часом набула особливої важливості хороша запечатуваність картону. Зокрема, механічні обмеження традиційної системи нанесення клею сприяють нерівномірному та надмірному нанесенню, що негативно впливає на запечатування картону. У цьому випадку велике значення мають клейові та дукторні вали. З позиції виробника дозуючих валів, ми розглядаємо клейові та дукторні вали не тільки як систему нанесення, але і як дуже точну систему дозування. З цієї точки зору, клейові та дукторні вали мають великий потенціал оптимізації процесу нанесення клею.
Дукторний вал
Найчастіше важливість дукторного валу недооцінюють. У документах або при переговорах із замовником – клейовий вал завжди є першорядним. Однак дукторний вал також є визначальним фактором для точного нанесення клею. Раніше традиційні клейові системи були оснащені хромованими валами. Загалом, дукторний вал витирається ракельним ножем, який може бути зроблений з різних матеріалів. Це автоматично призводить до поломки (утворення смуг) та відносної різниці висот, які не видно, якщо вали добре наведені. Однак, різниця у висотах призводить до різної товщини у клейовому слові. В результаті дозуючі характеристики валу змінюються в процесі використання. При підсвічуванні з заднього боку різниця у висотах стає чітко видно.
Практично, однак, вали часто замінюються у разі видимих та глибоких ушкоджень. Тому, в 1996 році ми представили керамічні дукторні вали для гофро індустрії, які мають зносостійке хромове покриття, що запобігає полощенню. 1 – Нанесення клею при виробництві гофрокартону (Частина 1) – Apex Group of Companies Через збільшені вимоги до якості ми ексклюзивно виробляємо керамічні дукторні вали.
Переваги керамічних валів у порівнянні з традиційними хромованими:
- Твердість поверхні HV 1450-1550
- Шорсткість поверхні max. RA 0.8 /RZ 6.3 з покращеними характеристиками поверхні (поверхневий натяг)
- Похибка концентричності T.I.R. max. 10 μm
- Зміна форми тіла валу max. 10 μm
- Похибка діаметра відповідно до специфікацій виробника
Керамічне покриття може наноситися як на нові, так і на хромовані вали, що вже використовуються. Крім рівномірного нанесення клейового шару дана технологія гарантує більш тривалий та стабільний термін служби валу.
Клейовий вал
При детальному розгляді видно, що багато проблем виникає через клейовий вал. Наприклад: діаметр, корозія, механічний тиск, похибка концентричності в зчеплення з дукторним валом, надмірне або нерівномірне нанесення клею, проблеми з чищенням та безліч інших, пов’язаних з конкретною ситуацією, такі як, наприклад, збільшення швидкості машини, вбудовування гідравлічного регулювання зазору, аквапланування , проблеми з підведенням повітря, розбризкування, упаковка і т.д.
Діаметр валу
Існує два методи відновлення клейових валів. Наприклад, покриття валу видаляється до рівня найглибшого пошкодження, реструктуровано або вирівняно, а потім покрито хромом. Проте, внаслідок частого відновлення відбувається сточування валу (зміна розмірів). Це дуже важливий фактор, оскільки різний діаметр валу автоматично впливає на дозування. Практика показує, що таке відновлення може призводити до проблем із зазором, і навіть з однаковим зазором кількість клею, що наноситься, змінюється в залежності від зміни характерної швидкості валів по відношенню один до одного. Крім того, даний вид відновлення ефективний, як тимчасовий час, тому що все одно через час доведеться виробляти новий вал. Другий варіант відновлення клейових валів включає видалення покриття валу по найглибшому пошкодженню, відновлення діаметра міддю, сталлю або нержавіючою сталлю до значень оригінального діаметру і тільки потім структуризація або вирівнювання і, при необхідності, нанесення хромового покриття. Перевагою є те, що дозування не зміниться під час заміни валу.
Наша компанія принципово заперечує концепцію нанесення мідного покриття, оскільки цей м’який склад призводить до скорочення терміну служби. Замість міді використовуємо спеціально розроблений метод нанесення сплаву сталі AST, при якому оригінальний діаметр валів відновлюється за допомогою сталі або нержавіючої сталі. Якість покриття та термін служби валу, відновленого даним методом, можна порівняти з показниками нового валу. Більше того, цей метод відновлення може використовуватися як завгодно часто, оскільки він не порушує структуру тіла валу.
Клейові вали з нержавіючої сталі
Високі вимоги до якості та розвиток структур покриття (лінійне моделювання) призвели до необхідності виробництва клейових валів із нержавіючої сталі. Причини цього можна побачити на наступних малюнках: хромований вал, відпрацювавши 9 місяців, був знятий замовником і направлений виробнику для інспектації, з коментарем, що хромування валу було зроблено не належним чином. У коментарях було сказано, що поверхня не була пошкоджена механічно і структура осередків візуально добре збереглася, але хромове покриття було погано завдано, оскільки на валі з’явилися сліди корозії.
На перший погляд так може здатися, але при подальшому розгляді поверхні валу видно, що оптичні сліди по ходу друку і сліди у формі паралельних ліній видно неозброєним поглядом. А сліди корозії на інших ділянках. Більш точні вимірювання, проведені за допомогою мікроскопа, показали ширину полотна як в оригінальному зразку (96 μm) з одного боку, і ширину полотна від 160 до 200 μm в місцях, де з’явилися перші сліди корозії. Про що це каже? Рисунок нижче демонструє порівняння структури валу. Після застосування на вал було нанесено нікелеве покриття прм. 15 μm і хром 25 μm. Це дає ширину полотна 96 μm та глибину осередку 95 μm на новому валу. На ділянках з великим навантаженням глибина осередку всього 69 µm та ширина полотна 200 µm.
Це означає, що поверхня піддається сильному механічному навантаженню на цих ділянках і на них відсутній достатній захист від корозії. На фотографіях видно, що видно відкриту структуру із залишками хромового/нікелевого покриття. За таких умов утворення корозії вважається нормальним. В даному випадку нормальний механічний тиск на поверхню призводить до швидкого зносу валу через появу корозії. У місцях появи корозії змінюються характеристики поверхні, що впливає якість нанесення клею. Через різницю в діаметрах гофровалів збільшується знос і забруднення залишками засохлого клею, краю валу, область, яка зазнає найменшого тиску.
Керамічні клейові вали
Так як клейові вали піддаються постійному механічному впливу виникає питання: чому для клейових валів не рекомендується керамічне покриття, яке відрізняється зносостійкістю та застосовується для дукторних валів? Більшість гофровалів використовуються такі поверхневі матеріали як хромове чи керамічне покриття вольфраму. На нашу думку, ці матеріали або навіть твердіші, які використовуються для гофоровалів не підходять для клейових валів тому, що у разі пошкодження вартість нового клейового валу значно менша в порівнянні з вартістю гофрувала. Вартість комплекту гофровалів говорить сама за себе порівняно з вартістю відновлення клейового валу.
Похибка концентричності
Для отримання рівного дозування більш високі значення T.I.R. (Total Indicated Runout) можуть бути досягнуті шляхом зменшення зазору. Тут закладено великий потенціал для оптимізації, особливо для існуючих машин, якоюсь мірою, і для нових машин. Провівши вхідну інспекцію більш ніж 270 клейових пар за останній рік, ми визначили середню похибку концентричності 0.03 мм щодо гнізда підшипника. Якщо 2 вали використовуються з точністю T.I.R. (Total Indicated Runout) 3 соті міліметри, це означає, зі значенням установки в десяту міліметра і максимальним відхиленням валів до зазору, зазор варіюється до 1.6 десятих міліметра. Збільшення зазору на 60% автоматично відобразиться на нанесеному шарі клею. Для найменших коливань клейового шару важливо мати більший зазор незалежно від необхідної кількості клею. Похибка концентричності для керамічного валика дозування в межах 10 μm. Вали із нержавіючої сталі стандартно мають похибку концентричності менше 20 μm. Похибка клейового валу в межах 10 μm технічно можлива, проте тягне за собою значне збільшення вартості. Оскільки підшипники валу та їх похибка мають бути прийняті до уваги, ці розрахунки також відносні.
Типи існуючих клейових валів
Загалом, існує два типи поверхонь клейових валів для гофрокартону. Перший тип, що найчастіше використовується – гравірований, другий тип – зі структурованою поверхнею (також званий “з піскоструминною обробкою” або “матований”).
Структурована (піскоструминна обробка) поверхня та гравірована поверхня
Структуровані або піскоструминно оброблені хромовані вали менш довговічні та менш затратні у виробництві. Структуровані вали мають значно менший, але важко визначний фарбоперенос порівняно з гравірованими валами зі стандартним гравіюванням від 7 до 10 лін/см, де фарбоперенесення набагато більше і чітко визначено
Розробка дрібніших осередків гравіювання
Так як при стандартному гравіюванні переноситься більша кількість клею, ніж необхідно для хорошого склеювання – незважаючи на механічно можливий найменший зазор – постійно постає питання про використання структурованих валів, при всіх відомих недоліках, оскільки ці вали переносять меншу кількість клею.
Щоб уможливити застосування валів з гравірованою поверхнею і при цьому наносити необхідну кількість клею, комірки при гравіювання робляться дрібніші. Постійні розробки нових видів гравіювання для універсального застосування та збільшення переваг.
Більшість стандартних гравіювання мають лініатуру від 7 до 10 лін/див. При традиційному гравіювання 8 лін/см, проте поверхня має більше 8 осередків, розташованих послідовно одна за одною, на сантиметр. Довжина осередку складає 1.2 мм, глибина 0.35 мм і об’єм приблизно 120 см 3 2 м 2 . Цей об’єм відповідає шару клею завтовшки 0.12 мм. Гравіювання 8 ліній на сантиметр.
Співвідношення лініатури 8 лін/см до F-профілю
Лініатура 50 лін/см та об’ємом 35 см3/м2 дає комірка шириною 0.18 мм і глибиною всього 0.05 мм. Наступний малюнок демонструє співвідношення того ж F-профілю та меншої лініатури.
Знаючи, що до обсягу осередку необхідно додати як мінімум 30%, щоб отримати реальну товщину клейового шару, збільшення всього на 0.012 мм призводить до іншої ситуації. Якщо ми аналогічно порівняємо стандартне гравіювання 8 лін/см із гравіюванням 50 лін/см зниження товщини клейового шару складе приблизно 18 %, товщина шару 0.1 мм.
Висновок: Дрібна лініатура призводить до потенційного зниження нанесення клею на 10 – 20% з постійним зазором! До того ж, дрібна лініатура покращує якість та знижує вартість друку, наприклад, час висихання (економія енергії), велика швидкість машини без додаткового сушіння, та кращу запечатуваність гофрокартону.
Гофроагертаг / ламінатор
Дозувальна ситуація зовсім різна для гофроагрегату та ламінатора. Для гофроагрегату проміжок між нанесенням клею та склеюванням дуже короткий. До того ж, краще склеювання може досягатися збільшенням тиском, тобто невелика кількість клею не впливає на силу склеювання. Там, де раніше застосовувалися вали з гравіюванням 7 – 10 л/см, зараз використовуються такі комбінації [30 л/см, про. 60 см3/м2 (A, B, C профіль) або [50 л/см, об. 35 см3/м< sup>2 (E, F, мікро профіль).
Гофроагрегат
Для ламінатора проміжок часу між нанесенням клею та склеюванням відносно великий. У цьому випадку проходить більше часу для висихання та проникнення клею в папір. Тиск для склеювання для ламінатора менший, ніж у гофроагрегаті. Тобто, для ламінатора потрібна більша кількість клею. Таким чином, перший крок – це зміна лініатури з 7 – 10 л/см, які використовувалися раніше, з об’ємом 120 – 130 см 3/м2, на лініатуру 15 л /см з об’ємом 85 – 90 см3/м2 (у поєднанні з лініатурою 30 або 50 для гофроагрегату).
Гофроагрегат для виготовлення 3-х шарового картону.
Спочатку, дрібне гравіювання робилося так само як і стандартне під кутом 45o. Однак, на сьогоднішній день кут гравіювання 60o. Такий кут гравіювання має переваги в розташуванні та геометрії осередків. При однаковому гравіюванні, прим. на 17% більше осередків працюють, ніж при вугіллі гравіювання 45o. Так відстань між осередками абсолютно однакова відбувається більш рівномірне нанесення клею.
Форма комірки з кутом 45o та 60o.
Форма осередку “купол” з кутом гравіювання 60o має переваги при механічному впливі над формою “усіченої піраміди” з кутом 45o. Комірка з кутом гравіювання 60o довше зберігає постійну ширину (див. малюнок вище), завдяки крутішим краям верхньої частини, і фарбоперенесення залишається постійним. З іншого боку, при “усіченій піраміді” геометрія полотна швидко збільшується із збільшенням механічного тиску, в результаті чого поверхневі характеристики валу також швидко змінюються, змінюючи характеристики нанесення клейового шару.
Більш дрібне гравіювання з кутом 60o успішно використовується для покращення спеціалізованого нанесення клею. Крім того, наша компанія має розробки у сфері оптимізації структури поверхні (гравірування) для створення універсального клеєноносного валу, який поєднає в собі всі вищезгадані переваги дрібного гравіювання (менший обсяг) з додатковими параметрами для вирішення різних проблем.
Нові розробки
В рамках нових розробок, Apex створила позитивно-зворотне гравіювання для нанесення клейового шару для гофрокартону. На відміну від стандартної закритої структури осередку, структура позитивного осередку відкрита. Зворотне гравіювання відноситься до квазі інверсії (позитивного) традиційного гравіювання: як було зазначено вище, чаша комірки має основне значення в даному типі гравіювання. Полотно є мережею каналів.
Позитивно-зворотне гравіювання з кутом 45o
Основною перевагою зворотного гравіювання, крім шару клею в зазорі є мінімальна кількість клею, що переноситься на поверхню валу.
Закриті осередки переносять повітря у клей, що може призводити до проблем циркуляції повітря у системі. Ця проблема вирішується використанням позитивного гравіювання, оскільки повітря вільно проходить каналами і виходить.
Збільшення швидкості машини призводить до збільшення клейового шару в зазорі через вбудований гідравлічний тиск і проблеми аквапланування. Існує проблема, нерівномірності клейового шару в центрі та по краях. Позитивне гравіювання може значно знизити або мінімізувати вбудований гідравлічний тиск. Результат – постійна кількість клею незалежно від швидкості машини. Мити вал із таким гравіюванням легше, ніж із закритим типом осередків. Досвід роботи на валах з подібним гравіюванням показує, що завдяки прямим каналам 45o при зворотному типі гравіювання дозуючі характеристики в зазорі змінюються в залежності від в’язкості. базуючись на цьому, Apex прийняв рішення робити більш складне позитивно-зворотне гравіювання 60o так, як воно поєднує всі переваги відкритої структури осередку і кут 60o.
Порівняння позитивно-зворотного гравіювання 45o та 60o
Порівняно з традиційним гравіюванням, позитивно-зворотне гравіювання 60o захоплює більшу кількість клею, що забезпечує високу провідність клею, навіть при збільшенні зазору. Цей новий тип гравіювання знаходиться на стадії тестування на різних машинах і з різними клеями. Результати тестування багатообіцяючі.
Очікувані переваги такі: відсутність тиску в зазорі, що забезпечує рівномірне нанесення клею незалежно від швидкості машини та робочої ширини, не захоплюється повітря, менше або повністю відсутнє розбризкування, покращення перенесення клею з поверхні валу, легке очищення валу та зменшення забруднення, менший вплив механічного тиску на дозування клею, зменшення витрати клею, універсальне використання як для гофроагрегатів, так і для інших машин для нанесення клею.
Компанія виготовляє всі стандартні гравіювання для всіх матеріалів. Однак, позитивно-зворотне гравіювання розроблене на основі комбінації високоякісних матеріалів: нержавіючої сталі для клейового валу та спеціальне поліроване керамічне покриття для дукторного валу. Наша кінцева мета – досягти відносної точності при нанесенні клею при виробництві картону, порівнянної з точністю при запечатуванні гофрокартону.