capitulo ii cartón corrugado.

 ÍNDICE. Prólogo. 1 CAPITULO I CARTÓN SUS ORIGE 2 1. Cartón sus orígenes 3 1.1. Los inicios del envase 5 1.2. El embalaje y sus diferencias con el envase 8 CAPITULO II CARTÓN CORRUGADO 10 2. Cartón Corrugado 11 11 2.2. Funciones básicas de los componentes del corrugado 12 2.1. Componentes del Cartón Corrugado 2.2.1. Las caras de recubrimiento 12 2.2.2. Flautas 12 12 13 14 2.2.3. Propiedades de las flautas 2.3. Funciones principales del empaque de cartón corrugado 2.4. Elementos básicos relacionados con la fabricación del cartón corrugado 2.4.1. Papel 14 2.4.2. Adhesivo 15 2.4.3. Calor 15 2.4.4. Presión 15 2.4.5. Humedad 16 2.4.6. Tensión 16 2.5. Proceso de corrugadora 17 I 2.6. Operaciones del área de conversión o transformación del corrugado 18 2.7. Cualidades del cartón que se verifican 2.7.1. Calibre 19 19 2.7.2. Resistencia al estallido 21 22 23 2.8. Aspectos que afectan las características de los empaques corrugados 24 2.9. Influencia de la humedad relativa en las propiedades del papel y cartón 24 CAPITULO III INDUSTRIA DEL CARTÓN 26 3. Industria del cartón 27 2.7.3. Resistencia a la compresión caja armada 2.7.4. ECT Edge Crush Tester. Compresión de la flauta CAPITULO IV PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN A LAS CAJAS DE CARTÓN 31 4. Pruebas comunes que se realizan a las cajas de cartón 32 4.1 Calibre 32 4.2. Resistencia al estallido o mullen 33 4.3 ECT (Edge Crush Tester) compresión de la flauta 36 4.4. Top to Bottom compression (BCT) compresión de caja armada 40 CAPITULO V REALIZACIÓN DE ENSAYOS Y RESULTADOS 43 5. Ejecución de los ensayos 44 5.1. Procedimiento de compresión de caja armada o Top to Bottom Compression (BCT) 44 5.1.1. Procedimiento de prueba de Edge Crush Tester compresión de la flauta (ECT) 46 5.1.2. Procedimiento del ensayo Mullen o resistencia al estallido 48 5.1.3. Procedimiento del ensayo para determinar el calibre 51 II 5.2. Resultados de los ensayos 53 5.2.1. Resultados del ensayo de Mullen o resistencia al estallido 53 5.2.2. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de canto o una sección del cartón. Edge Crush tester (ECT) 55 5.2.3. Resultados de la Compresión de la Caja Armada 57 5.2.4. Resultados de Calibre 59 5.3. Defectos que afectan el desempeño del cartón. 61
Análisis de Resultados 66 Conclusiones 68
Índice de Tablas. IV Índice de figuras. VI Anexo A X Anexo B XII Anexo C XIX Normas TAPPI. XXI Bibliografía. III ÍNDICE DE TABLAS. CAPÍTULO I. CARTÓN CORRUGADO. Tabla. 2.1. Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión Tabla.2.2. Efecto del almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de un empaque 25 25 CAPÍTULO IV. PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN AL CARTÓN. Tabla 4.1. Factores de los tipos de flautas 37 Tabla. 5.1. Resultados de Mullen, probeta caja AGRÍCOLA. 53 Tabla. 5.2. Resultados de Mullen, probeta caja TAP‐5 53 Tabla. 5.3. Resultados de Mullen, probeta caja JANEL 54 Tabla. 5.4. Resultados de Mullen, probeta caja NYD‐7 54 Tabla. 5.5. Resultados de ECT, probeta caja AGRÍCOLA. 55 Tabla. 5.6. Resultados de ECT, probeta caja TAP‐5 55 Tabla. 5.7. Resultados de ECT, probeta caja JANEL 56 Tabla. 5.8. Resultados de ECT, probeta caja NYD‐7 56 Tabla. 5.9. Resultados de Compresión de la Caja Armada AGRÍCOLA 57 Tabla. 5.10. Resultados de Compresión de la caja TAP‐5 57 Tabla. 5.11. Resultados de Compresión de la caja JANEL 58 Tabla. 5.12. Resultados de Compresión de la caja NYD‐7 58 CAPITULO V. REALIZACIÓN ENSAYOS Y RESULTADOS. IV Tabla. 5.13. Resultados de Calibre de la caja Agrícola. 59 Tabla. 5.14. Resultados de Calibre de la caja TAP‐5. 59 Tabla. 5.15. Resultados de Calibre de la caja JANEL. 60 Tabla. 5.16. Resultados de Calibre de la caja NYD. 60 V ÍNDICE DE FIGURAS. CAPÍTULO I. CARTÓN SUS ORÍGENES. 2 Figura. 1.1. Reina Isabel, derecha material corrugado para Empaques. 3 Figura. 1.2. Primera máquina para corrugar. 4 Figura. 1.3. Robert H. Thompson. Figura. 1.4. Tipos de cajas. 5 9 CAPÍTULO II. CARTÓN CORRUGADO. 10 Figura. 2.1. Componentes de Cartón. Figura. 2.2. Tipos de cartón. Figura. 2.3. Proceso del corrugado. Figura. 2.4. Formación de la flauta y single face. Figura. 2.5. Alimentación de maquinas flexo gráficas. Figura. 2.6. Espesor o calibre del cartón. Figura. 2.7. Alturas dependiendo de la flauta. Figura. 2.8. Esquema de funcionamiento de la prueba al estallido. Figura. 2.9. Dirección del estallido en la prueba mullen. Figura.2.10. Prueba de compresión a cajas. Figura. 2.11. Izq. máquina de compresión de Cajas, derecha. Ubicación de la caja en un compresometro. Figura. 2.12. La prueba de canto. 11 12 17 18 18 20 20 21 21 22 22 23 VI CAPÍTULO III. INDUSTRIA DEL CARTÓN. 26 Figura. 3.1. Ciclo del reciclado del cartón. Figura.3.2. Pacas de recuperación. Figura. 3.3. Porcentaje de material reutilizable en los tipos de papel. 29 30 30 CAPÍTULO IV. ENSAYOS. 31 33 33 35 36 38 39 39 41 43 44 45 45 45 46 46 Figura.4.1. Medidor de espesores. Figura.4.2.Colocación del material y toma de lectura. Figura. 4.3. Sujeción del material. Figura. 4.4. Estallido de material y lectura en el manómetro. Figura. 4.5. Curva de ring crush Vs ECT. Figura. 4.6. Compresómetro. Figura. 4.7. Probeta estándar. Figura. 4.8. Máquina para realizar la compresión de cajas. CAPÍTULO V. REALIZACIÓN DE ENSAYOS Y RESULTADOS. Figura. 5.1. Preparación de la máquina. Figura. 5.2. Ajuste de la placa. Figura. 5.3. Armado de las cajas. Figura. 5.4. Acomodo de la probeta entre las placas. Figura.5.5. Aplicación de la carga y registro de la carga máxima. Figura. 5.6. Se preparan las muestras para realizar el ensayo. VII Figura. 5.7. Compresometro listo para ser utilizado. Figura. 5.8. Colocar la probeta en su base y aplicar la carga. Figura. 5.9. Registro de la carga máxima. Figura. 5.10. Subir la placa, liberar la probeta. Figura. 5.11. Preparación de la máquina mullen. Figura. 5.12. Elevación de las mordazas para colocar la probeta. Figura. 5.13. Se ajustan las mordazas. Figura. 5.14. Se aplica la fuerza. Figura. 5.15. Registro de la carga máxima y liberación del material. Figura. 5.16. Corte de muestra en forma de triangulo. Figura. 5.17. Preparación del instrumento. Figura. 5.18. Posición del material en el instrumento. Figura. 5.19. Registro del valor y liberación del material. Figura. 5.20. Gráfico de la tabla 5.1. Figura. 5.21. Gráfico de la tabla 5.2. Figura. 5.22. Gráfico de la tabla 5.3. Figura. 5.23. Gráfico de la tabla 5.4. Figura. 5.24. Gráfico de la tabla 5.5. Figura. 5.25. Gráfico de la tabla 5.6. Figura. 5.26. Gráfico de la tabla 5.7. Figura. 5.27. Gráfico de la tabla 5.8. 47 47 48 48 49 49 50 50 50 51 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 56 VIII Figura. 5.28. Gráfico de la tabla 5.9. Figura. 5.29. Gráfico de la tabla 5.10. Figura. 5.30. Gráfico de la tabla 5.11. Figura. 5.31. Gráfico de la tabla 5.12. Figura. 5.32. Grafico de la tabla 5.13. Figura. 5.33. Grafico de la tabla 5.14. Figura. 5.34. Grafico de la tabla 5.15. Figura. 5.35. Grafico de la tabla 5.16. Figura. 5.36. Materia Prima. Figura. 5.37. Humedad que separa las fibras. Figura. 5.38. Fibra del papel cortas y largas. Figura. 5.39. Alta viscosidad del almidón efecto de deslaminado. Figura. 5.40. Efecto de ampollado. Figura. 5.41. Aplastamiento de las flautas por presión. Figura. 5.42. Relevancia del cuidado del calibre. Figura. 5.43. La dirección del corrugado. Figura. 5.44. Manejo del material. 57 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 62 63 63 64 64 65 IX PRÓLOGO. La realización de este proyecto tiene el fin de profundizar en el conocimiento referido a uno de los productos de uso común en la industria y de la vida cotidiana; el cartón corrugado, el cual al tener diferentes aplicaciones es necesario saber algunas de sus características relevantes para su trabajo ideal. Desde la aparición del hombre, los medios para poder contener bienes y llevarlos de un lugar a otro han requerido de su imaginación e inventiva para utilizar lo que tiene a su alrededor y así poder llevar a cabo la tarea, desde materiales que le proporciono la naturaleza como conchas, cascaras, tejidos de fibras de plantas etc. Al principio las necesidades eran básicamente para poder trasportar agua y alimento, el hombre cambia su estado de vida a la forma sedentaria; la actividad ahora es llevar los bienes del campo a las grandes ciudades y con ello aparecen los almacenes que son los centros encargados de la distribución, para ello las formas más eficientes son los barriles de madera que demostraron en su época conservar por periodos prolongados los alimentos, pero la forma para moverlos requería de demasiados esfuerzos, se necesitaba que cambiasen las condiciones para poder realizar estas tareas. El cartón y papel tuvieron gran aceptación dentro del mundo del envase, ya que podían mantener las cantidades de café, sales y otros artículos. Además su almacenaje era más fácil y práctico ya que pueden ser apilados y etiquetados de manera sencilla, protegían del polvo y de los insectos que son aspectos importantes que debe cubrir un buen envase. Los materiales forman un gran rubro dentro de los envases ya que los hay desde materiales orgánicos; papel, cartón, madera, textiles o bien como los metales, vidrios y arcillas, hasta los inorgánicos como los polímeros, así como una fusión de estos materiales para poder mejorar las características de protección y conservación. Hoy en día, se pueden realizar varias combinaciones que mantienen los productos por periodos más prolongados. Lo que es de interés de este estudio es que características son las más relevantes para un embalaje, que resulta ser un producto que puede ser fabricado de gran variedad de materiales y que sirve para contener, proteger, manipular, distribuir y presentar mercancías en cualquier fase de su proceso productivo, de distribución o venta. Los tipos de embalaje que revisaremos serán cajas de cartón, que son muy utilizadas en la industria por sus diversos diseños, su costo y su facilidad para ser estibados, ya que esta es una de las necesidades más importantes que buscan los industriales, el espacio. Por ello se hablara brevemente de su historia, componentes, sus características físicas y mecánicas que son de relevancia para nosotros. Hablaremos de conceptos como la estiba o resistencia a la compresión, así como al estallido. Realizando una evaluación de estos aspectos a probetas o cajas muestra que son de uso comercial y que por las necesidades antes mencionadas deben cubrir. Espero que el siguiente trabajo, exprese de manera clara y sencilla el mundo del envase y embalaje, cuales son los aspectos de importancia y posibles problemas a los que se enfrentan. 1 CAPITULO I CARTÓN SUS ORIGENES En este capítulo se expondrán las referencias del corrugado, las aportaciones a lo largo de su conformación hasta el día de hoy, así mismo se expondrán conceptos relacionados con el material corruga con respecto a sus aplicaciones. 1. CARTÓN SUS ORÍGENES. Los primeros tiempos de la industria del cartón ondulado tuvieron como protagonistas a pioneros que hacían todo a mano, incluyendo su propia maquinaria y que soñaban con métodos más rápidos de producción, Robert Gair es considerado el padre del cartón plegado y fue uno de los pioneros de la industria del cartón ondulado. Consiguió el reconocimiento gracias al desarrollo del estilo de caja estándar con hendidos y pegado de la solapa, el sistema actual de fabricación de cajas de cartón. Gair llegó a Estados Unidos a los catorce años en un barco procedente de Edimburgo, Escocia, para trabajar con su padre como fontanero en Nueva Jersey. Más tarde, trabajó en Nueva York en un almacén de venta al por menor en la década de 1850 antes de servir en el ejército de la Unión y posteriormente montó su propia empresa. En el año de 1871, Albert L. Jones patenta en Nueva York el 19 de diciembre de 1871 el uso de material corrugado para empaque; inspirado según algunos en un retrato de la Reina Isabel con su cuello rizado (fig.1.1), y según otros en la plancha “goffer” que su mujer usaba para planchar las crinolinas de los vestidos. Figura. 1.1. Reina Isabel, derecha material corrugado para Empaques. Oliver Long introdujo una hoja de cara estabilizante (simple cara) que ayudaba a fortalecer la hoja de ondulado (conocida posteriormente como médium) y poco después una hoja como segunda cara. Y así, con la patente de Long en Estados Unidos 150.588 de 5 de mayo de 1874 fue inventado el cartón ondulado tal como hoy lo conocemos. 3
Un año después Robert H. Thompson y Henry D. Norris adquieren las patentes de A. L. Jones y O. Long, se asocian y forman Thompson & Norris Co. con el fin de desarrollar ambos materiales. La primera corrugadora operada manualmente fue fabricada por Mr. Norris basándose en los rodillos calentadores con gas de una plancha “goofer”, usadas en ese tiempo en las lavanderías. Las primeras máquinas en las fábricas de Thompson & Norris y Robert Gair tenían una anchura de 12 a 18 pulgadas (30,5 a 45,7 cm). Conforme aumentaron su anchura, fueron accionadas mediante correas desde una línea superior. Los rodillos de mayor diámetro fueron calentados primero por inyectores de gas y posteriormente de vapor para evitar el riesgo de incendio. Las hojas exteriores o liners eran pegadas a mano usando brochas similares a la de empapelar que todavía se utilizan hoy, con una pasta de harina cocida. El médium era puesto cuidadosamente en su posición y presionado suavemente. Desde que el adhesivo comenzaba a pegar era necesario eliminar por evaporación una gran cantidad de líquido por lo que cualquier otra operación necesitaba veinticuatro horas previas de secado. Los tamaños de plancha eran muy pequeños ya que el cartón ondulado sólo se utilizaba como refuerzo interior siendo el embalaje externo una caja de madera o barril. La simple cara fue producida por primera vez en rollo continuo aproximadamente en 1880, recubriendo completamente con adhesivo una cara del liner aplicado por una línea de brochas fijas (Fig.1.2). Una de las primeras máquinas en aplicar el adhesivo a las crestas del médium fue patentada por Robert Thompson el 7 de junio de 1890. En este proceso, el rollo de médium pasaba sobre un rodillo aplicador de adhesivo y dejado caer sobre el liner y la simple cara resultante era bobinada en un rollo y llevada a una sala de secado. Estas máquinas consistían básicamente, además del mecanismo adhesivo, de dos o tres rodillos acanalados huecos y calentados interiormente que se montaban verticalmente sobre ligeros bastidores de fundición. Figura 1.2. Primera máquina para corrugar. 4
La compañía de Thompson & Norris introdujo los tres primeros corrugadores europeos: Londres 1883 (Reino Unido), en Kirchberg 1886 (Alemania) y en Exideuil‐sur‐Vienne 1888 (Francia). Buscando un mejor material para corrugar, Thompson y Norris encuentran que el papel de paja de trigo usado como papel de envoltura en las carnicerías era con el que se obtenía un corrugado más rígido, y en 1885 adquieren la planta que producía el mejor papel de este tipo. Durante los años del 1882 a 1890, R.H. Thompson (fig. 1.3) patenta los primeros equipos mecánicamente operados para fabricar corrugado con una y dos caras. Figura. 1.3. Robert H. Thompson. Productores independientes del equipo incorporan la producción de corrugados en el mundo de los negocios. El primer corrugador continuo fue desarrollado por Jefferson T. Ferres del Sefton Fabricación CO.en el año de 1895. Las primeras máquinas de ondulación aparecieron al principio del siglo, de un siglo de innovaciones continuas y de la adaptación al mundo de cambio La producción del empaque corrugado demostró crecimiento rápido. Acompaño a la Revolución industrial y respondido a la demanda constante para más empaque de transporte. Diez años después, se desarrolla un segundo tipo de flauta más pequeña que la primera, para mejorar el empaque de latas, a este segundo tipo se le llama flauta “b” y por contraposición a la primera se le llamara flauta “a”. Los ferrocarriles del oeste publican en agosto 1 de 1906, la primera autorización para el embarque de productos en empaques de corrugado y fibra sólida (llamado cartón de paja) sujetos a un cargo adicional de 10% en las tarifas. 5
El ferrocarril del oeste de E.U. incluye la prueba de mullen como parte de las especificaciones del cartón de paja. R.W. Pridham Co. de los Ángeles California, entabla una demanda contra los ferrocarriles del Pacifico por trato discriminatorio contra los empaques de cartón (uso limitado y 10% de cargo adicional). En 1914 la Comisión Interestatal de comercio decide que no existe diferencia en el transporte de los productos empacados en madera o en cartón, y da instrucciones para igualar las tarifas. Desaparecen las reglas de clasificación regionales y se edita el 30 de diciembre de 1919, la clasificación consolidada del transporte para cartón, conocida como regla 41. En año del treinta dos se desarrolla la flauta “c” en la cual se trata de conjuntar las ventajas de las dos flautas anteriores. Después de toda una serie de modificaciones a la regla 41 durante los años 1925, 1932, 1941 y 1943; y aunado al gran crecimiento alcanzado en la fabricación del papel kraft (virgen) y en la industria durante la Segunda Guerra Mundial, el 15 de enero de 1945 se cambia el requisito de espesor de los papeles cara que había operado hasta entonces, por el peso mínimo de los mismos, para que la regla 41 quedara casi tal como se encuentra actualmente. Con el crecimiento del autotransporte después de la Segunda Guerra Mundial, la Asociación Nacional de Autotransporte publica en 1968 la regla 22 la cual es estructuralmente idéntica a la regla 41. La producción de corrugados sigue de cerca la actividad económica. Se adapta hoy a la evolución constante del comercio al por menor de sus requisitos continuamente cambiantes de la logística. Desde el final del siglo XIX, muchos cambios han ocurrido y notable es el progreso que se ha hecho en la mejora de materias primas, en el equipo, en los procesos de producción y las técnicas de la impresión del empaque corrugado. Algunos ejemplos son mencionados: 1.‐ El número de grados de papel usados para la producción del corrugado está aumentando continuamente. La opción y la calidad en todos los diversos liners y los corrugares están mejorando constantemente. 2.‐Por supuesto la velocidad de la producción aumentó dramáticamente con la mejora de equipo. 3‐ El uso de computadoras ha revolucionado la industria permitiendo funcionamientos continuos y evitando paradas de la máquina. Su impacto es también considerable en diseño del empaque. 4‐ En la década pasada, las nuevas técnicas de la impresión trajeron los cambios más grandes. El uso de las claves de barras para la identificación de producto ha requerido un realce de la calidad de gráficos del empaque corrugado. 6
1.1. LOS INICIOS DEL ENVASE. El trabajo primordial de un envase es preservar, contener, transportar, informar, expresar, impactar y proteger al producto que contiene. Desde hace muchos años atrás existió la necesidad de conservación, desde el calor de nuestro cuerpo hasta la de una casa o la de los alimentos. Con el objetivo de conservar y proteger el paso del tiempo, en conjunto con la evolución de la tecnología, se han creado envases innovadores con base a un consumidor más exigente cada día, dándoles diferentes usos, siempre sin olvidar su principal función: conservar. La historia del hombre y la de los envases ha corrido a la par; evolucionando éste último y siendo influido de acuerdo a los eventos que han afectado a la historia. En la prehistoria el hombre estaba rodeado de envases naturales que protegían, y cubrían a las frutas u otras clases de alimentos. Viendo su utilidad buscó imitarlas, adaptándolas y mejorándolas según sus necesidades. En el año de 8000 a. C se encuentran ya los primeros intentos formados por hierbas entrelazadas y vasijas de barro sin cocer y vidrio. Posteriormente, los griegos y romanos utilizarían botas de tela y barriles de madera, así como botellas, tarros y urnas de barro cocidos. Actualmente los productos que se consumen llevan envases que reflejan las necesidades presentes: facilidad de apertura, descripción fiel de su contenido y protección del mismo, buena calidad, precio razonable, etc. Incluso influye en los consumidores el aspecto, el colorido y el peso del producto. Las decisiones de compra están influidas por las características externas de los envases. De lo anterior que la presentación del envase, el tamaño, la facilidad de transporte, la variedad e intensidad de colores que éste lleva influyen en el consumo de los productos respectivos. Los envases de cartón y papel tuvieron una gran aceptación en sus inicio, ya que mantenían las cantidades pre‐pesadas de café, cereales, sal y otros artículos básicos. Estos eran fáciles de almacenar, apilar y etiquetar. Mantenían los alimentos alejados de los insectos y el polvo, principales problemas que se enfrentaban con los alimentos. El siglo XX también vio nacer un nuevo material de envase, el plástico. Cuando los químicos encontraron el procedimiento para unir pequeñas moléculas orgánicas y formar otras más grandes y pesadas, comparables a las de las resinas vegetales, se gestó el mundo de las resinas sintéticas que todos conocemos con el nombre genérico de plásticos. Las resinas sintéticas se empezaron a industrializar durante la última gran guerra. Hoy día se puede disponer de unos 60 materiales, algunos de ellos en distintas presentaciones o tipos. Los envases de plástico fueron más económicos y fáciles de producir respecto de los otros materiales. Eran más livianos que los otros y con esto se reducía el costo de transporte. Al momento, el plástico ha reemplazado muchos materiales, permitiendo que la preparación de alimentos sea efectuada muy rápidamente, desde el refrigerador, pasando al horno y a la mesa. Actualmente, con el deseo de facilitar aun más el uso del envase, manteniendo un bajo costo, los diseñadores han desarrollado nuevos materiales complejos, aquellos que contienen combinaciones 7
de metal, papel y plástico. Ejemplos de estos son los "Tetrabrik" utilizados para envasar jugos, leche de larga vida, vino, etc. Los envases que se fabrican con estos materiales son más livianos, durables, con gran capacidad de mantener las características sanitarias de los alimentos. Otra importante función de los envases es la protección y preservación de los alimentos de la contaminación con bacterias y otros microorganismos. Otra manera de enfocar la preservación de los alimentos a través de los envases es examinar cuánto desecho genera este alimento. Algunos datos estadísticos confirman la relación entre desechos, envases y alimentos. Los estudios muestran que así como los envases de papel, metales y vidrio aumentaron, los alimentos desechados disminuyeron. El crecimiento de los envases plásticos generó grandes reducciones en los desechos de alimentos. Los envases protegen a través de otras formas también, por ejemplo, el cartón corrugado y el poliestireno expandido son usados para mantener artículos electrónicos y otros equipos de alto valor protegiéndolos de daño durante su transporte y transbordo. Esos materiales mantienen esos productos de forma segura en sus cartones y los amortiguan en las eventuales caídas y golpes involuntarios. 1.2. EL EMBALAJE Y SU DIFERENCIA CON EL ENVASE. El embalaje es un recipiente o envoltura que contiene productos temporalmente y sirve principalmente para agrupar unidades de un producto pensando en su manipulación, transporte y almacenaje. Otras funciones del embalaje son: proteger el contenido, facilitar la manipulación, informar sobre sus condiciones de manejo, requisitos legales, composición, ingredientes, etc. y promocionar el producto por medios gráficos. Dentro del establecimiento comercial, el embalaje puede ayudar a vender la mercancía mediante su diseño vistoso y estructural. Se establece la diferencia entre: •
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Envase o embalaje primario: es el lugar donde se conserva la mercancía; está en contacto directo con el producto. Embalaje secundario: suelen ser cajas de diversos materiales que agrupan productos envasados para formar una unidad de carga, de almacenamiento o de transporte mayor. Puede tratarse de pequeñas cajas de cartoncillo, como la de la imagen, o de cajas de cartón ondulado de diversos modelos y muy resistentes. Embalaje terciario: agrupa varios embalajes secundarios. Los más utilizados son el palé y el contenedor. Los modelos o tipos de embalaje secundario más habituales son (fig.1.4): 8
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Bandeja Box pallet Caja dispensadora de líquidos Caja envolvente o Wrap around Caja expositora Caja de fondo automático Caja de fondo semiautomático Caja de madera Caja de plástico Caja con rejilla incorporada Caja con tapa Caja de tapa y fondo Caja de solapas Cesta Estuche Film plástico Plató agrícola Saco de papel
Figura. 1.4. Tipos de cajas. 9
CAPITULO II CARTÓN CORRUGADO. Para entender este material, ampliaremos en esta parte del trabajo su definición, componentes, conformación o proceso, así como aspectos de relevancia dentro la industria cartonera como lo son algunas partes del proceso de fabricación de cajas y exaltaremos algunas de las características y pruebas que se realizan al material corrugado. 2. CARTÓN CORRUGADO. El cartón corrugado es un material que tiene como base la celulosa, es una estructura formada por un nervio central de papel ondulado el cual pasa por un proceso de ondulado para crear volumen o grosor en el cartón (flauta o médium), reforzado externamente por dos capas de papel (liners o caras) pegadas con adhesivo en las crestas de la onda. El cartón corrugado es un material liviano, cuya resistencia se basa en el trabajo en conjunto y vertical de estas tres laminas de papel. Para obtener su mayor resistencia, la onda del cartón corrugado tiene que trabajar en forma vertical, además pierde su resistencia si la onda sufre aplastamiento o quebraduras producidas por fuerzas extrañas. El cartón corrugado es la materia prima principal para la elaboración de empaques y/o embalajes para transportación, conservación, almacenaje de todo tipo y variedad de productos. 2.1. COMPONENTES DEL CARTÓN CORUGADO. Las hojas lisas exteriores se llaman caras o cubiertas (liners) ver figura2.1. Figura. 2.1. Componentes de Cartón. Las hojas onduladas que forman los canales se llaman ondulado, onda o “médium”. Existen varios tipos de corrugado, con diferentes medidas de flauta y tipos de perfiles (figura2.2.) los que ofrecen combinaciones de diseño para crear un sin número de envases y embalajes. La simple cara es el tipo más elemental de cartón corrugado, y está formado por una hoja lisa y una onda, unidos entre sí por cola. Le sigue el cartón sencillo, que es un conjunto de tres papeles dos caras lisas y un ondulado, puede estar formado por alguna de las diferentes flautas; se continúa con un doble corrugado formado por cinco tipos de papeles, de los cuales dos conforman las flautas que pueden ser iguales o bien combinadas. 11 Figura. 2.2. Tipos de cartón. El gramaje de los papeles, así como la altura de las ondas determinan su consistencia, y sobre todo su resistencia a la compresión vertical. Este último el parámetro más importante ya que indica el peso que puede soportar una caja sometida a una carga por apilamiento. 2.2. FUNCIONES BÁSICAS DE LOS COMPONENTES DEL CORRUGADO. 2.2.1. LAS CARAS DE RECUBRIMIENTO • Las caras realizan una aportación importante a la resistencia del embalaje: rigidez a la flexión, estallido, desgarre, resistencia al apilado y de protección a posibles agresiones mecánicas. • La cara exterior sirve, además, de base informativa (marcado), identificación y publicidad para el producto contenido. 2.2.2. FLAUTAS: Su función principal comprende: • Dar un grosor inicial al cartón y mantenerlo durante toda la vida del embalaje. • Proporcionar al cartón ondulado la propiedad “amortiguadora “en virtud de su forma, el ondulado asegura una elasticidad relativa ante los problemas de aplastamiento en plano y resistencia a impactos. • Aporta resistencia a la compresión sobre el canto del cartón (fuerza paralela a los canales) cada canal puede ser considerado como un “pilar”. 12 2.2.3. PROPIEDADES DE LAS FLAUTAS • FLAUTA “A”: Rígida, tiene un poder amortiguador y buena resistencia a la compresión sobre el canto, en virtud del gran grosor del cartón. Se utiliza principalmente en cajas grandes donde se puede aprovechar su mayor resistencia a la compresión, o en casos donde se requiere un mayor acojinamiento de las paredes. • FLAUTA “B “: Esta onda tiene una buena resistencia al aplastamiento en plano debido al número de canales por unidad lineal de medición, pero poca rigidez dado el reducido grosor que tiene. Sus usos más comunes son el empaque de latas por su mayor resistencia al aplastamiento plano, en cajas muy pequeñas en donde la facilidad del doblado es importante o en charolas troqueladas y armadas mecánicamente donde es el producto y no el empaque el que hace la estiba y por otro lado se requiere mayor facilidad en el doblado. • FLAUTA “C “: Cronológicamente es posterior a los ondulados a y b, este tipo de onda apareció como una mejor adecuación entre precio/consumo de papel/calidad (resistencia), dotada de una buena resistencia al aplastamiento en plano (flat crush) y a la compresión vertical (BCT) de ahí su popularidad en Europa. Probablemente su mayor ventaja sobre las otras flautas es su mejor balance de las diferentes propiedades requeridas en una caja, ya que en la mayor parte de las ocasiones es imposible predecir el riesgo y trato al que estará sujeta. 2.3. FUNCIONES PRINCIPALES DEL EMPAQUE DE CARTÓN CORRUGADO. • PROTECCIÓN Debe ser capaz de transportar un producto con seguridad y en perfecto estado, desde el fabricante hasta el último consumidor. • ALMACÉN Debe servir como un depósito conveniente y seguro para almacenar mercancía o el contenido hasta que es vendido. 13 • CONTENEDOR Debe proporcionar un medio de manejo y distribución de cantidades determinadas o múltiplos comerciales de un producto. • IDENTIFICACIÓN Y PUBLICIDAD Cuando es impresa debe servir para identificar el contenido y representa un medio de publicidad del mismo durante su tránsito, almacenaje o exhibición. La fabricación de cartón propiamente dicha se realiza en la corrugadora o ondulatoria. En esta máquina se desenrolla el papel que se ondula y se pega creando planchas de cartón.
Las principales funciones de la corrugadora son seis. •
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Corrugar el papel médium Pegar el liner interior con el médium, a esta combinación se le llama single face. Pegar el single face con el liner exterior Cortar y rayar al ancho deseado Cortar al largo deseado Apilar en hojas individuales 2.4. ELEMENTOS BÁSICOS RELACIONADOS CON LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO. Papel, adhesivo, calor, presión, humedad y tensión. Estos seis elementos deberán ser correctamente controlados para lograr fabricar un cartón corrugado de alta calidad, veamos a continuación 2.4.1. PAPEL. El papel consiste en dos tipos. Papel liner interior o exterior. Papel médium o de corrugar. 14 Papel liner interior y exterior. El elemento más importante que se debe controlar en estos papeles es su contenido de humedad, si el contenido de humedad es alto, el cartón corrugado puede pandearse o bien podría no tener una adhesión apropiada. Existen rodillos precalentadores para reducir el contenido de humedad de estos papeles y calentarlos para permitir una adhesión más rápida. También pueden presentarse problemas de pandeo si los papeles están demasiado secos, cuando esto suceda deberán reducirse los arropamiento en los precalantadores y se deben abrir las regaderas de vapor. Papel médium o de corrugar. En este papel de igual manera existen dos elementos importantes que se deben controlar, el calor y la humedad. Para que los rodillos corrugadores formen adecuadamente las flautas a velocidades variables, el papel de corrugar deberá estar caliente y húmedo y para esto existe un precalentador y una regadera de vapor que le permiten al papel calentarse y humedecerse antes de entrar a los rodillos corrugadores sin perder de vista que estos rodillos deberán de igual manera estar calientes. 2.4.2. ADHESIVO. El adhesivo utilizado para unir el papel de corrugar con los papeles liner, es por lo general una mezcla de almidón, sosa cáustica y bórax disueltos en agua. Debido al costo, calidad y disponibilidad el almidón de maíz es el que se utiliza más frecuentemente en el cartón. El almidón puede convertirse en adhesivo únicamente después de haberse gelatinizado, deberá estar presente tanto humedad como calor para provocar que el almidón se gelatinice y poder formar lo que se conoce como adhesión. La adhesión en el corrugador se realiza a velocidades muy altas, deberá aplicarse presión en el rodillo prensa al momento de formar la unión como ayuda para reducir el tiempo requerido para formar la adhesión, esta presión en la sección de las planchas calientes la ejerce la lona. Tomemos en cuenta que la mezcla de almidón‐agua es de aproximadamente 20% de sólidos y 80% de agua, de manera que cuando agregamos almidón para la adhesión, agregamos también mucha humedad. Está humedad puede ser la fuente de muchos problemas de pandeo.es importante tener suficiente almidón en el cartón para lograr una buena adhesión, sin embargo demasiado almidón podría no mejorar la adhesión y tener como resultado un cartón húmedo y combado el cual será muy difícil procesar. 15 2.4.3. CALOR. El calor es muy necesario para controlar la humedad, calidad del corrugado y formación de la unión. El calor es suministrado al papel por el precalentador, preacondicionador, regaderas de vapor, rodillos corrugadores, rodillo prensa y planchas calientes. La temperatura del precalentador, preacondicionador, rodillo prensa y superficie de las planchas calientes, debe ser de 177ºc. Como mínimo, en los rodillos corrugadores se puede tener un mínimo de 155ºc. 2.4.4. PRESIÓN. La presión es necesaria para formar las uniones de los papeles en el corrugado. El rodillo prensa proporciona la presión necesaria para formar la adhesión del liner interior con el papel de corrugar, muy poca presión tendrá como resultado una adhesión deficiente. Demasiada presión cortara el papel y podría tener como resultado una baja resistencia de mullen además de romperse al momento de ser impreso. La presión para la adhesión del liner exterior es proporcionada por la lona de las planchas calientes. También se requiere presión entre los rodillos corrugadores para que el papel de corrugar pueda ser formado correctamente, muy poca presión tendrá como resultado corrugado deficientemente formado, bajo calibre y baja resistencia a la compresión. Demasiada presión fracturara al papel de corrugar. En el doble engomador el rodillo guía aplica presión al single face de forma que el corrugado pueda tomar adhesivo, debe aplicarse únicamente la presión suficiente para asegurar el contacto entre el corrugado y el rodillo de adhesivo. Demasiada presión tendrá como resultado corrugado inclinado y aplastado. 2.4.5. HUMEDAD. La humedad es necesaria para una buena formación del corrugado, así como para que el almidón se gelatinice, aunque la humedad es importante es también la causa de problemas importantes. La humedad está presente en todas las bobinas de papel que se con sumen en la corrugadora, el problema es que la cantidad de humedad puede variar mucho de un rollo a otro, la mayoría del papel tienen una humedad que se encuentra entre 5% y 7 % y algunas veces la humedad es mayor o menor a este porcentaje y si los dos liner tienen diferente contenido de humedad en el momento en que se unen el cartón puede resultar combado. 16 El adhesivo es fuente grande de humedad. deberá tenerse agua presente para que el adhesivo fluya y se gelatinice, por eso al agregar adhesivo al papel la cantidad de agua agregada es equivalente al 10% del contenido de humedad del liner, por esta razón si se agrega mas adhesivo de un lado que del otro se pueden tener severos problemas de pandeo. 2.4.6. TENSIÓN. La tensión es básica en el proceso de corrugado para poder tener un buen contacto con el precalentador o preacondiciondor y poder transferir calor y eliminar la humedad excesiva al papel. Una tensión adecuada en el papel ayuda a controlar las arrugas, bolsas, pandeo y orillas despegadas provocadas por defectos en la bobina de papel. Una tensión excesiva puede provocar pandeo hacia arriba o hacia debajo de extremo a extremo en dirección maquina, arrugas, reventones y arrastre en el mecanismo de transmisión y provocar variación de dimensiones en la cuchilla transversal. Poca tensión puede provocar arrugas, pandeo y poca transferencia de calor. 2.5. PROCESO DE LA CORRUGADORA. Para el proceso de la corrugar, se plantea que tipo de cartón es el que se va a desarrollar en base a su resistencia, gramajes, tipos de flautas así como consistencia sencilla o doble, resueltos estos pasos se procede a que los operadores de las áreas pertinentes de abastecimiento de materia prima, coloquen los rollos de papel que son requeridos a pie de máquina (fig.2.3). Figura. 2.3. Proceso del corrugado. 17 La explicación del esquema de la corrugadora. El papel que será utilizado para médium o corrugar es acondicionado por diferencia de temperatura, por medio de vapor y se introduce al rodillo corrugador, donde adquirirá la forma de la flauta seleccionada (fig.2.4). Por otro lado se precalientan los liners o caras que llegaran a donde está saliendo el corrugar ya formado en flauta y que lleva goma, se adhieren estas dos caras para formar el single face pasaran juntos al puente; serán llevados a otro precalentador que secara la primera aplicación de goma, se pasara después a un deposito de adhesivo y se adjuntara la ultima capa o liner y ya las tres capas serán conducidas a las planchas para que se termine de secar el material. Figura. 2.4. Formación de la flauta y single face. 2.6. OPERACIONES DEL ÁREA DE CONVERSIÓN O TRANSFORMACIÓN DEL CORRUGADO. Las principales operaciones que se realizan en la zona de transformación son las siguientes: Figura. 2.5. Alimentación de maquinas flexo gráficas. 18 Impresión de la plancha. El cartón ondulado utiliza básicamente la técnica flexo gráfica para impresión haciendo uso de clichés de polímero para depositar la tinta sobre la plancha (fig.2.5). Las impresoras pueden constituir una operación independiente dentro del flujo de fabricación o más comúnmente, integrarse con otras máquinas como el troqueladoras. Otras formas de impresión son: Impresión digital. La tinta pasa directamente de los tinteros a la plancha sin soporte intermedio. Por su escasa velocidad solamente está indicado para productos de series cortas, tales como cartelería, publicidad en el punto de venta, etc. Impresión offset. La impresión se realiza sobre una lámina de cartoncillo que posteriormente se contracola a un formato de cartón simple cara. Troquelado de la plancha. El troquelado puede ser de dos tipos: Troquelado plano. El troquel es plano e incide perpendicularmente sobre la plancha consiguiendo una gran precisión en el corte. Troquelado rotativo. El troquel es semicircular e incide de forma oblicua sobre la plancha por lo que la tolerancia en el corte puede alcanzar los dos milímetros. Plegado y pegado de la caja. Las plegadoras‐pegadoras administran diferentes puntos de cola a la plancha procediendo a su posterior plegado de acuerdo con las especificaciones del embalaje. Algunos modelos exigen la aplicación de varios puntos de cola para su correcta formación. Tal es el caso de las cajas de fondo automático, bandejas de cuatro puntos o cajas con tapa de seis puntos. Formación e incorporación de rejilla. Para la fabricación de cajas con rejilla incorporada es preciso formar previamente la rejilla lo que se realiza en una línea específica. Posteriormente, la rejilla es introducida y pegada a la caja mediante la aplicación de cola caliente. Grapado de la caja. Algunas cajas por sus grandes dimensiones o para reforzar su unión se unen mediante grapas. Para ello, se utilizan grapadoras industriales que pueden también integrarse con el fabricante de caja. Flejado y paletizado. Las paletizadoras automáticas se encargan de formar los paquetes, flejarlos y paletizarlos de acuerdo a las especificaciones de fabricación. 2.7. CUALIDADES DEL CARTÓN QUE SE VERIFICAN. 2.7.1. CALIBRE. Es el espesor del cartón (fig. 2.6), dado a su vez por el espesor de los papeles componentes y el tipo de flauta (calibre de la onda) usada (fig.2.7). Permite el control en diferentes etapas de la fabricación, 19 en máquina corrugadora y durante el proceso de conversión. Influye sobre la resistencia al apilamiento de la caja. Figura. 2.6. Espesor o calibre del cartón. El espesor esta expresado normalmente en milésimas de pulgada o en milésimas de milímetro. La dimensión o calibre de la hoja dependerá de la combinación de papeles. Figura. 2.7. Alturas dependiendo de la flauta. Para obtener los valores teóricos de calibre aplicaremos la siguiente ecuación: h = Cal LI + Cal LE + altura flauta + Cal MD – 0.004” h=calibre o altura Cal LI=Espesor del liner interior. Cal LE= Espesor del liner exterior. Altura de la flauta. Cal MD= Espesor del médium. 20 2.7.2. BURSTING STRENGTH – RESISTENCIA AL ESTALLIDO – PRUEBA DE MULLEN. Figura. 2.8. Esquema de funcionamiento de la prueba al estallido. Esta prueba fue desarrollada en 1887 por j. w. mullen la cual mide la fuerza necesaria para fracturar una muestra de papel o cartón en un área dada (7.793 cm²) forzando glicerina a la cámara de presión bajo el diafragma a una razón estable de 170+‐16ml/min. El resultado de esta prueba se mide en mide en Lbs./Pulg², Kgs./cm² o kPa. (fig.2.8). Es una medida usada internacionalmente para expresar la Resistencia del cartón, se obtiene presionando una muestra a través de un diafragma expandido por la acción de glicerina liquida. El resultado es el valor expresado al momento del rompimiento (fig.2.9). Mide directamente la calidad de los liners o tapas, ya que su valor no depende de las características de formación del cartón. Figura. 2.9. Dirección del estallido en la prueba mullen. 21 2.7.3. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN / TOP TO BOTTOM COMPRESSION (BCT) Figura.2.10. Prueba de compresión a cajas. Mide la fuerza máxima de compresión tapa‐fondo, que una caja de cartón soporta antes de fallar, dicha fuerza es aplicada entre dos placas paralelas a una velocidad de 13mm/min. El resultado se mide en lbs, kgs ó kn (fig.2.10). Este ensayo mide la habilidad de la caja para resistir fuerzas externas de compresión. Es la prueba más importante pues permite estimar el apilamiento, puntos de deformación y colapsamiento, así como la carga máxima que soporta una caja (fig.2.11). Figura. 2.11. Izq. máquina de compresión de Cajas, derecha. Ubicación de la caja en un compresometro. 22 2.7.4. ECT (EDGE CRUSH TESTER). COMPRESIÓN DE LA FLAUTA. Indica la resistencia a la compresión provocada por una carga ejercida sobre el “canto” o sección del cartón corrugado, paralela a las ondulaciones. (fig.2.12.) Influye directamente sobre la resistencia a la compresión de la caja (BCT).Depende de la adhesión entre los papeles, así como de la calidad de los liners y de la onda. Figura 2.12. La prueba de canto
Esta prueba mide la fuerza máxima de compresión paralela a las flautas que una muestra de cartón soporta antes de fallar dicha fuerza es aplicada entre dos placas paralelas a una velocidad de 13mm/min. Existen cuatro métodos diferentes para realizar esta prueba, los cuales difieren básicamente en el tamaño y forma de la muestra. El resultado se mide en lbs.‐pul, kg/cm o kn/m. La prueba de compresión de columna o Edge crush test (ECT) se usa para determinar la compresión de de una parte del corrugado y tiene una correlación directa con la fuerza de compresión de el espécimen usado para la evaluación debe ser extraído del corrugado o de una sección de la caja. Si el espécimen es tomado de la parte inferior de la caja puede estar al menos 1 pulgada de distancia de las líneas del score, áreas impresas o cualquier otro que pueda reducir la compresión de los materiales contenidos en el corrugado. El ECT es usado con otras variables de la caja (calibre y perímetro), para predecir la compresión final de la caja. En el caso en que la fuerza de compresión de la caja es conocida, (también como las otras características) la correspondiente al ECT puede ser calculada. Cuando se predice el valor de compresión de la caja desde el ECT las condiciones de fabricación durante el proceso puede ser previstas y controladas. 23 2.8. ASPECTOS QUE AFECTAN LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EMPAQUES CORRUGADOS. Las flautas son las partes del corrugado que proveen su resistencia a la estiba y cualquier tipo de daño reduce su efectividad. Si las orillas del cartón son maltratadas se pueden llegar a afectar su desempeño en equipos de armado automático, para prevenir daños, las siguientes prácticas deben de seguir: •
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El empaque debe ser almacenado horizontalmente, El empaque debe ser almacenado en superficies limpias, más aun si se trata de la industria alimenticia. Dejar los flejes o protecciones en los paquetes hasta que el material se vaya a utilizar. No colocar objetos muy pesados sobre los pallets. Siempre mueva con mucho cuidado los empaques. No los maltrate golpee o arrastre. Alta humedad o contacto directo con agua pueden afectar adversamente el desempeño del material de empaque. La extrema baja humedad o la extrema temperatura pueden reducir el contenido porcentual de humedad del material de empaque y lo altera principalmente sus dimensiones, también provoca que la fibra y adhesivo se debiliten. 2.9. INFLUENCIA DE LA HUMEDAD RELATIVA EN LAS PROPIEDADES DEL PAPEL Y CARTÓN. Es el factor más importante e influye notablemente en las propiedades del papel y cartón. •
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GRAMAJE. Entre más húmedo o seco sea el ambiente, mayor o menor peso tendrá el papel. MULLEN. La resistencia a la ruptura disminuye al aumentar la humedad relativa en el ambiente de un 40% en adelante. Esto es debido a que los enlaces y la estructura del papel se debilitan. RIGIDEZ DEL PAPEL O CARTÓN. En forma general, si el contenido de humedad se incrementa en un 1% la rigidez del papel o cartón se decremento en un 8%. Un cambio en el contenido de humedad de 1% en el papel o cartón está asociado con un cambio en la humedad relativa del 10%. Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión de los empaques (tabla 2.1). 24 Tabla. 2.1. Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión. porcentaje de humedad relativa decremento de la resistencia del empaque 50% sin perdida 60% 10% 70% 20% 80% 32% 90% 52% 100% 85% El efecto del tiempo de almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de los empaques tabla 2.2. Tabla.2.2. Efecto del almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de un empaque. días de almacenamiento perdida de resistencia en el empaque 10 37% 30 40% 90 45% 180 50% 25 CAPITULO III INDUSTRIA DEL CARTÓN. El cartón tiene gran impacto dentro de la industria, este se utiliza para el empaquetamiento y almacenamiento de diversos materiales o productos, en este capítulo se tomará en cuenta algunas de las ventajas y desventajas del material corrugado para sus aplicaciones en la industria. 3. LA INDUSTRIA DEL CARTÓN. El cartón corrugado es el material de trasporte número uno, la industria del cartón ondulado genera una facturación anual superior a los 90 mil millones de dólares en todo el mundo. Constituye uno de los segmentos más importantes en el área del embalaje en nuestros días. El cartón ondulado se fabrica a partir de celulosa. El secreto de la fuerza del material estriba en su estabilidad gracias a la distribución de presión. Existen igualmente versiones que poseen dos, tres o más capas onduladas. Las posibilidades de embalaje personalizado de productos son amplísimas, desde instrumentos musicales hasta motores diesel. International studies confirm the ecological and economic benefits of corrugated board over plastics.The winner and defending champion in the competition for the best transport packaging material for fruit and vegetables is corrugated board. It scores especially high over plastic crates in the key disciplines of ecology and economics. International studies analyzed by FEFCO in Germany, Spain, and Switzerland clearly confirm the advantages of corrugated board – while underscoring its primary benefits in the areas of environmental impact and cost effectiveness. Los estudios internacionales confirman las ventajas ecológicas y económicas de los plásticos contra las del cartón corrugado, el ganador y el actual campeón en la competencia para el mejor material de empaquetado de transporte para la fruta y verdura es de cartón corrugado. Anota especialmente arriba sobre los cajones plásticos en las disciplinas dominantes de la ecología y de la economía. Estudios Internacionales analizados por FEFCO en Alemania, España, y Suiza confirman claramente las ventajas de de cartón corrugado ‐ mientras que subraya sus ventajas primarias en las áreas de la rentabilidad de las consecuencias para el medio ambiente. España ocupa uno de los primeros lugares en la Unión Europea en la utilización de papel recuperado como materia prima, con una tasa superior al 80%. La industria papelera española garantiza el reciclaje de todo el papel y el cartón que se recupera. Como la lógica indica, la industria papelera está muy interesada en el mantenimiento de su fuente importante de materia prima: los bosques. La tendencia actual en el suministro de madera para la fabricación de papel es el cultivo de árboles de crecimiento rápido (eucalipto, pino, radiata...). Las especies de crecimiento rápido desempeñan una importante función medioambiental, ya que absorben cuatro veces más dióxido de carbono que las especies de crecimiento lento. Hoy en día más del 80% del papel usado para fabricar cartón ondulado ha sido reciclado. De acuerdo con el Programa para el Medio Ambiente de las Naciones Unidas (PNUMA), México es el segundo país en el mundo que más recicla. 27 Podría ser risible, considerando que el Distrito Federal es una de las ciudades más contaminadas y que el país genera 39 millones de toneladas de basura al año. Apenas una décima parte de eso corresponde a cartón (4.38 millones) pero el año pasado se recicló 83% de ese material. Para lograr esto, hay una lucha por la basura entre más de 1,700 empresas, sin contar a los miles de pepenadores independientes. Entre las que más pelean por el cartón se encuentran grandes empresas, como Kimberly‐Clark, Smurfit, Grupo Durango, San Pablo, Iruña y Nevado. Pero hay pequeñas compañías afiliadas al Inare que podrían competir en acopio incluso con Wal‐
Mart, pues llegan a rehusar hasta 10,000 toneladas al mes. Es el caso de una ranchería en el Estado de México en la que trabajan 5,000 personas y proveen a Kimberly‐Clark. La campaña de ‘las tres R’ va más allá de Wal‐Mart. No sólo las dependencias de gobierno tienen acuerdos para reciclaje con Smurfit o Grupo Durango. El año pasado, los industriales de la celulosa y el papel impulsaron una norma con la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnart) y la Secretaría de Economía para que al menos 60% del papel que se utiliza en el país se recolecte para su reciclaje. Ya hay dos decretos presidenciales que promueven esta actividad. Con todo esto, la Cámara de la Celulosa y Papel planea que esa industria pase de un índice de recolección de 44.8% en el año 2005 al 60% durante este año. Con ello se evitaría la ocupación de 2.31 millones de metros cúbicos en los rellenos sanitarios cada año. El ritmo va bien. Más, considerando que México es uno de los países que más consumen fibras secundarias nacionales para la fabricación de papel. En 2006, la cifra llegó a 2.8 millones de toneladas, lo que contribuyó a que la Industria Papelera Mexicana continúe posicionada entre los primeros países recicladores del mundo. De acuerdo con la cámara, México tiene un índice de utilización de fibra secundaria de 83.6%, y un consumo de fibra virgen de apenas 16.4%. Parece increíble semejante avance en el país. Pero aún falta un buen trecho para que el proceso nacional de acopio y reciclaje sea eficiente, se profesionalice y se salven muchos más árboles. Por ahora, Wal‐Mart ya dio un pequeño impulso con el cartón (fig.3.1). Habrá que ver hasta a cuántos otros que dependen de su negocio puede convencer para llegar a 2025 con cero basuras sólidas. El cartón corrugado según la Internacional Good Manufacturing Practice Stándard, a finales del año 2003, aseguro que el empaque corrugado cumple con los requerimientos de calidad seguridad e higiene dentro de la industria de alimentos, considerando que el corrugado es versátil en formas, ligero, fuerte y altamente reciclable. 28 Figura. 3.1. Ciclo del reciclado del cartón. Los empaques de cartón corrugado son estructuras complejas de ingeniería a pesar de su simple apariencia se adaptan fácilmente a todos los medios de transporte, ya sea por tierra, mar o aire y además presentan una gran variedad derivada del uso de una gran gama de papeles con diferentes características y propiedades de manera que se pueden combinar para adaptarse a los requerimientos específicos de cada cliente, contemplando sus sistemas de distribución. Es importante resaltar que el proceso de reciclado de la materia prima del cartòn Corrugado es el papel Kraft, del cual enunciaremos los pasos que se llevan acabo para esta medida que hace mucho más rentable a esta industria. David Gutiérrez, gerente de Smurfit México, líder mundial en el reciclado de papel, indicó que su empresa se dedica a la recolección de este producto para convertirlo en empaques de cerveza o cajas para artículos de belleza. “Todo el material de reciclaje es desperdicio de la sociedad, como archivos muertos, cuadernos escolares y hojas de oficina; las tiendas o corporativos lo venden o donan”, detalló Gutiérrez. Los precios por tonelada van desde 350 hasta dos mil 200 pesos, según la cantidad de mano de obra que se ocupe en la eliminación de los contaminantes. Lo que nos interesa de esta industria tan rentable es el reciclaje de materia prima, la plantas papeleras tienen un ciclo que permite la recolección de material de los sobrantes de los procesos de 29 cartón, o de papel, lo cual permite que se lleve nuevamente a las moliendas para ser procesadas nuevamente para desarrollar papel o materia prima para las Cartoneras (figura3.2.). Figura.3.2. Pacas de recuperación. Para saber las cualidades del papel y sus usos se ven muy referenciados por la cantidad de material que se reutiliza (fig. 3.3.). Figura. 3.3. Porcentaje de material reutilizable en los tipos de papel. Como se puede observar la fabricación de papel como materia prima del cartón corrugado, se ha modificado en base a las necesidades ambientales que de forma global han influenciado a las plantas fabricadoras y recicladoras de los materiales.
30 CAPITULO IV PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN A LAS CAJAS DE CARTÓN.
Se describirán los ensayos que aplicaremos al producto terminado, obtendremos los valores teóricos y describiremos la metodología de las pruebas para aplicar a las probetas. Se detallarán las pruebas de mayor relevancia a la revisión del producto terminado como son: calibre, Mullen, Edge Crush Tester(ECT) , Box Crush Tester (BCT). 4. PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN A LAS CAJAS DE CARTÓN. Para los fines de nuestro estudio se describirán los ensayos que se les aplicarán a las probetas o muestras de embalajes, cajas prueba; para así poder entender mejor los conceptos y características principales de las cajas, como lo son, el calibre, la resistencia al estallido o mullen, así como el estudio a la compresión de una parte de la estructura que hablamos del Edge Crush Tester (ECT), y como en su totalidad Top to Bottom Compression (BCT). 4.1 CALIBRE. • DEFINICIÓN. Es el grosor o espesor de una lamina determinada en función a la combinación utilizada de papeles y el tipo de corrugado. • FUNCIÓN. Factor o característica de relevancia es lo que le da cuerpo al material corrugado, también es un valor que se toma en cuenta para el cálculo de la resistencia a la compresión. • REFERENCIAS DE LA PRUEBA. TAPPI T‐411 Objetivo: Determinar el espesor de papel, corrugado y sus combinaciones estructurales. Esta propiedad está directamente relacionada con las propiedades mecánicas de la caja (fig.4.1). • EQUIPO. A)
B)
C)
D)
E)
Superficie plana de contacto (formato circular). Dimensiones de 2.00 +/‐ 0.05 cm2. Presión de contacto de 50 kPA. Velocidad de descenso de 1 +/‐ 0.3 m/S. Tiempo de Análisis 3 +/‐ 1 seg. 32 Figura.4.1. Medidor de espesores. • EQUIPOS ADICIONALES. Cortador para muestras (Cutter). • DESARROLLO DE LA PRUEBA. El tamaño de la muestra a tomar para la prueba de calibre, es un pliego de lámina de cartón. Preparación de 10 muestras para análisis. Lleve la muestra al laboratorio de calidad y proceda a cortar la muestra en la guillotina. Corte de muestras de mínimo 40 mm x 120 mm. Colocación en equipo y medición del calibre (fig.4.2) Retiro de muestra y colocación siguiente hasta completar estudio. Figura.4.2.Colocación del material y toma de lectura. 33 • ERRORES COMUNES. Paralelismo en el equipo Pistón / Base • IMPACTO EN PRODUCCIÓN O CLIENTES. A) Calibre impacta directamente en propiedades de flexibilidad del papel. B) Problemas en corrugadora, rasgado en línea. 4.2. RESISTENCIA AL ESTALLIDO O MULLEN. • DEFINICIÓN. Este método se diseña para medir la fuerza máxima de estallido del papel y de los productos del papel. El valor teórico se obtiene de las especificaciones de la materia prima, para así tener un parámetro con que comparar los resultados por lo que tenemos: (Mullen liner interior + mullen liner exterior) 0.07 El valor de 0.07 es un factor de conversión de libras/plg2 a kilos/cm2 Si tenemos un doble corrugado solo se agrega el valor del liner interior y se realiza el mismo procedimiento. • REFERENCIAS DE LA PRUEBA. TAPPI T‐807 Cartón y Liner Objetivo: Evaluar la estructura de la lámina en procesos de tensión y elongación. Dependiendo del tipo, la proporción, la preparación y la cantidad de fibra presente. • EQUIPO. APARATO DE PRUEBA DE ESTALLIDO. A) Diámetro de Mordaza 95.3 mm B) Abertura Diafragma de 31.50 mm +/‐ 0.03 mm. 34 C) Diafragma con resistencia de 160 kPa a 210 kPa. D) Presión de Glicerina de 170 +/‐ 15 mL/min E) Presión Mínima de Sujeción 690 kPA Aparatos manuales. A) No están considerados por este método. Equipos Adicionales B) Ninguno. • DESARROLLO DE LA PRUEBA. Tamaño de muestra: No especifico, suficiente para que sea sujetada en su totalidad por la mordaza superior a la mordaza inferior. Preparación de 10 muestras para análisis Asegurar condiciones de sujeción, fluido de glicerina de equipo (fig.4.3) Figura. 4.3. Sujeción del material. 35 Colocar Muestra, sujetar, bombear glicerina, esperar estallido de papel y anotar valor máximo (fig.4.4). Figura. 4.4. Estallido de material y lectura en el manómetro. Retiro de muestra y colocación siguiente hasta completar estudio. • ERRORES COMUNES. A)
B)
C)
D)
No se tiene verificado el rate de flujo de glicerina. Membrana dañada. Manómetro descalibrado. En equipos mecánicos, más fuerza en la mordaza dará menos Mullen, menos fuerza en las mordazas dará mayor Mullen. E) Comparación entre equipos Automáticos sin haber realizado previa análisis. • IMPACTO EN PRODUCCIÓN CLIENTES. A) Bajo Mullen provocara vencimiento de estibas de producto terminado. B) Bajo Mullen provocará rechazo por parte del convertidor, necesario realizar una verificación interlaboratorios a fin de asegurar valores. 36 4.3 ECT (EDGE CRUSH TESTER) COMPRESIÓN DE LA FLAUTA. • DEFINICIÓN. Indica la resistencia a la compresión provocada por una carga ejercida sobre el “canto” o sección del cartón corrugado, paralela a las ondulaciones. • FUNCIÓN. Influye directamente sobre la resistencia a la compresión de la caja (BCT).Depende de la adhesión entre los papeles, así como de la calidad de los liners y de la onda. Para calcular el ECT, es necesario saber el resultado o bien la especificación de los componentes del cartón, una prueba similar que se le realiza a los liners y médium es el ring crush tester, que es el valor a la compresión del papel en sentido vertical, ring por que se coloca en un dispositivo circular que lo mantendrá en posición mientras la plataforma del compresometro lo aplasta. Para obtener el valor teórico del ECT utilizaremos: ECT= (0.80 (RCL1+RCL2+(RCM * TUF))+12 (ver tabla 4.1) RCL = Ring crush de liner RCM = Ring crush de medium TUF = Factores de las flautas ECT =Edge Crush Test Tabla 4.1. Factores de los tipos de flautas. Factor TUF flauta A=
1.54
Factor TUF flauta B=
1.32
Factor TUF flauta C=
1.43
37 El valor obtenido se busca en un grafico la intersección con la curva (fig. 4.5) RESISTENCIA A LA COLUMNA COMO UNA FUNCION DEL RING-CRU
COMBINADO
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400
Figura. 4.5. Curva de ring crush Vs ECT. • REFERENCIA DE LA PRUEBA. TAPPI 811 y 838. Objetivo: Evaluar la estructura de la lámina en procesos de compresión de canto. Dependiendo del tipo de corrugado, y papeles que lo conforman. • EQUIPO. APARATO DE PRUEBA DE COMPRESIÓN. A) Tamaño de platina, variable, depende del fabricante de la caja y puede ser diseñada en específico. B) Celdas de carga de 1 a 4 celdas dependiendo del área del compresómetro (fig.4.6). C) Apertura de platinas según proveedor. 38 Figura. 4.6. Compresómetro. Equipos Adicionales A) Cortado neumático de probetas estándar. • DESARROLLO DE LA PRUEBA. Tamaño de muestra: Se coloca un corte de cartón de 2¨x 2” en el cortador, de donde se obtendrá una probeta estándar (ver fig. 4.7) Preparación de 10 muestras para análisis. Figura. 4.7. Probeta estándar. 39 Se colocara sobre la platina del compresor, y se accionara las palancas para que baje la otra platina que aplastara la probeta. En el indicador se tomara la lectura al momento de la falla. Retiro de muestra y colocación siguiente hasta completar estudio. • ERRORES COMUNES. A) Indicador descalibrado. B) Paralelismo. C) Daño de la probeta, fracturando la flauta. • IMPACTO EN PRODUCCIÓN CLIENTES. A) Bajo de ECT, provoca directamente una baja en los valores de compresión de la caja a la estiba. 4.4. TOP TO BOTTOM COMPRESSION (BCT) COMPRESIÓN DE CAJA ARMADA. • DEFINICIÓN. Este ensayo mide la habilidad de la caja para resistir fuerzas externas de compresión. Es la prueba más importante pues permite estimar el apilamiento, puntos de deformación y colapsamiento, así como la carga máxima que soporta una caja. Su cálculo se realiza por medio de la formula: Compresión de la caja =5.82x ECT x √calibre x perímetro Como se puede ver aquí se utilizan valores como el calibre y el ECT que reflejan la importancia y la relación con las características de en conjunto de la caja al final. •
REFERENCIAS DE LA PRUEBA. TAPPI T‐804 Cajas 40 Objetivo: Obtener información acerca de la capacidad de las cajas y sus componentes adicionales (esquineros, refuerzos, particiones) de presentar la resistencia suficiente durante el manejo del producto hasta la entrega con el cliente para asegurar que se protege su contenido. • EQUIPO. APARATO DE PRUEBA DE COMPRESIÓN. D) Tamaño de platina, variable, depende del fabricante de la caja y puede ser diseñada en específico. E) Celdas de carga de 1 a 4 celdas dependiendo del área del compresómetro (fig.4.8). F) Apertura de platinas según proveedor. G) Velocidad de carga 13.0 +/‐ 2.5 mm/seg. Equipos Adicionales B) Ninguno. Figura. 4.8. Máquina para realizar la compresión de cajas. 41 • DESARROLLO DE LA PRUEBA. Se obtienen las probetas o cajas que se analizarán. Se arman las cajas. Se colocan entre las platinas en el centro. Los indicadores de colocan en cero, para no obtener ninguna lectura falsa. Se accionan los dispositivos para que baje la platina a la velocidad indicada. Se toma la lectura del indicador, en el momento de la falla. Se retira la muestra y se colocan las siguientes hasta terminar con el estudio. • ERRORES COMUNES. A) Equipo descalibrado. B) Mala ubicación de la caja bajo la platina. • IMPACTO EN PRODUCCIÓN CLIENTES. A) Colapso del material. 42 CAPITULO V Realización de ensayos y resultados. En este capítulo revisaremos la ejecución de las pruebas y obtendremos los valores calculados y los encontrados en las probetas. Analizaremos los valores obtenidos con base a las formulaciones y a las pruebas. 5. EJECUCIÓN DE LOS ENSAYOS. 5.1. PROCEDIMIENTO DE COMPRESIÓN DE CAJA ARMADA O TOP TO BOTTOM COMPRESSION (BCT) Realizaremos el primer ensayo que es la compresión de caja armada, el cual nos permite observar el comportamiento del material al apilamiento, se obtendrán los valores de carga máxima. Se prepara la máquina, se conecta a la corriente el display y el motor que hace descender la placa (fig.5.1), se identifican los botones o controladores que se necesitarán durante el ensayo. Figura. 5.1. Preparación de la máquina. Con los controladores de subir, bajar y paro se ajusta la altura de la placa conforme a la probeta a la cual se le aplicará el ensayo (fig.5.2). 44 Figura. 5.2. Ajuste de la placa. Para realizar el ensayo se necesitan las probetas, como está prueba lo indica la caja debe estar armada, para esto debemos armarlas (fig.5.3). Se coloca cinta en las solapas para evitar que esta se meta. Al igual se coloca cinta en el ancho, y al final se cierra la caja. Figura. 5.3. Armado de las cajas. Ya con las cajas armadas y listas, se colocan en el compresometro, se alinea de manera que se encuentre en el centro de las placas (fig.5.4). Figura. 5.4. Acomodo de la probeta entre las placas. 45 Se utilizan los controladores y se hace descender la placa, es decir se le aplicara la carga hasta el punto donde se deforme o colapse el material. En el indicador se registrará la carga máxima y esta se registrará como la resistencia máxima a la compresión de caja armada con fuerza dinámica (fig.5.5). Figura.5.5. Aplicación de la carga y registro de la carga máxima. Para terminar, se libera la muestra con los controladores se hace subir la placa y se retira la muestra, se continua con el ensayo hasta terminar con las probetas. 5.1.1. PROCEMIENTO DE PRUEBA DE EDGE CRUSH TESTER COMPRESIÓN DE LA FLAUTA (ECT). En este ensayo observaremos los valores de compresión de canto a una sección del corrugado en dirección a las ondulaciones o bien flautas. Se prepara el material a ensayar, se toman de las cajas una sección de las dimensiones de 3.2 cm y 5.3 cm, tomando que el ancho debe corresponder a la dirección del corrugado, para poder realizar esto se necesitan una regla, un metro y un cutter (figura.5.6). Figura. 5.6. Se preparan las muestras para realizar el ensayo. 46 Se prepara la máquina, conectando el motor a la corriente, se verifica que en indicador se encuentre en cero (figura 5.7). Figura. 5.7. Compresometro listo para ser utilizado. Se coloca la probeta en una base que lo mantendrá en posición, mientras se baja la placa o bien se le aplica la carga (fig.5.8). Figura. 5.8. Colocar la probeta en su base y aplicar la carga. Se llega hasta la carga máxima y se registra este valor como el límite máximo a la compresión de una sección del corrugado (fig. 5.9) 47 Figura. 5.9. Registro de la carga máxima. Obteniendo el valor máximo se acciona el dispositivo subiendo la placa para liberar la probeta, se retira la muestra de la base sujetadora (fig.5.10). Figura. 5.10. Subir la placa, liberar la probeta. Se continúa con el ensayo hasta terminar las probetas, se registran los resultados. 5.1.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO MULLEN O RESISTENCIA AL ESTALLIDO. En este ensayo observaremos el comportamiento del material al impacto, se analizará la resistencia al estallido. Se preparan muestras manipulables o bien de un tamaño sencillo de manejar, no tiene relevancia ninguna dimensión, solo que se pueda manipular dentro de la maquina. Se prepara la maquina verificando que los indicadores se encuentren en cero, y se conecta a la corriente (fig.5.11). 48 Figura. 5.11. Preparación de la máquina mullen. La manera de montar la probeta a ensayar en la maquina Mullen, es subiendo las mordazas, girando la manivela (fig.5.12). Figura. 5.12. Elevación de las mordazas para colocar la probeta. Se coloca la probeta o trozo de cartón y se ajusta la mordazas, siendo importante destacar que si se refiere a corrugado sencillo o doble corrugado se debe ajustar el apriete de la mordaza según especificación (fig.5.13). 49 Figura. 5.13. Se ajustan las mordazas. Se aplica la fuerza, accionando la palanca que dejara que fluya el líquido que llenará el diafragma el cual empujará el material, provocando el estallido del material (fig.5.14). Figura. 5.14. Se aplica la fuerza. Se registra la lectura máxima del manómetro, haciendo girar la manivela se libera la muestra o bien el material (fig.5.15). Figura. 5.15. Registro de la carga máxima y liberación del material. 50 5.1.3. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO PARA DETERMINAR EL CALIBRE. El objetivo de realizar este ensayo, es determinar el calibre de la lámina con la que se realizo las cajas de cartón, ya que este factor es determinante para los ensayos de compresión. Para poder desarrollar el ensayo hay que identificar las partes el instrumento, el cual se compone de una palanca que acciona el movimiento del pie de presión, parte móvil, El yunque es la superficie plana pulida que se encuentra en la parte inferior del instrumento. Cabe resaltar que estas dos piezas deben estar paralelas y su lectura debe ser cero. Se preparan las muestras del cartón obteniendo una sección de las probetas cortando un triangulo (fig.5.16). Figura. 5.16. Corte de muestra en forma de triangulo. Se levanta el pie de presión del micrómetro (fig. 5.17). Figura. 5.17. Preparación del instrumento. 51 Se coloca la pieza de cartón entre el pie de presión y el yunque, bajando el pie de presión sin dejarlo caer para no descalibrar el instrumento (fig.5.18). Figura. 5.18. Posición del material en el instrumento. Se toma la lectura obtenida y se continúa con las muestras (fig.5.19). Figura. 5.19. Registro del valor y liberación del material. 52 5.2. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS. 5.2.1. Resultados del ensayo de Mullen o resistencia al estallido. CAJA AGRÍCOLA. Tabla. 5.1. Resultados de Mullen, probeta caja AGRÍCOLA. Figura. 5.20. Grafico de la tabla 5.1. CAJA TAP‐5. Tabla. 5.2. Resultados de Mullen, probeta caja TAP‐5. Figura. 5.21. Grafico de la tabla 5.2. 53 CAJA DOS ROLLOS JANEL. Tabla. 5.3. Resultados de Mullen, probeta caja JANEL. Figura. 5.22. Grafico de la tabla 5.3. CAJA NYD‐7. Tabla. 5.4. Resultados de Mullen, probeta caja NYD‐7. Figura. 5.23. Grafico de la tabla 5.4. 54 5.2.2. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de canto o una sección del cartón. Edge Crush tester (ECT). CAJA AGRÍCOLA. Tabla. 5.5. Resultados de ECT, probeta caja AGRICOLA. Figura. 5.24. Grafico de la tabla 5.5. CAJA TAP‐5. Tabla. 5.6. Resultados de ECT, probeta caja TAP‐5. Figura. 5.25. Grafico de la tabla 5.6. 55 CAJA PARA DOS ROLLOS JANEL. Tabla. 5.7. Resultados de ECT, probeta caja JANEL. Figura. 5.26. Grafico de la tabla 5.7. CAJA NYD‐7 Tabla. 5.8. Resultados de ECT, probeta caja NYD‐7. Figura. 5.27. Grafico de la tabla 5.8. 56 5.2.3. RESULTADOS DE LA COMPRESIÓN DE LA CAJA ARMADA (BCT). CAJA AGRÍCOLA. Tabla. 5.9. Resultados de Compresión de la Caja Armada AGRICOLA. Figura. 5.28. Grafico de la tabla 5.9. CAJA TAP‐5. Tabla. 5.10. Resultados de Compresión de la caja TAP‐5. Figura. 5.29. Grafico de la tabla 5.10. 57 CAJA PARA DOS ROLLOS JANEL. Tabla. 5.11. Resultados de Compresión de la caja JANEL. Figura. 5.30. Grafico de la tabla 5.11. CAJA NYD‐7. Tabla. 5.12. Resultados de Compresión de la caja NYD‐7. Figura. 5.31. Grafico de la tabla 5.12. 58 5.2.4. RESULTADOS DEL CALIBRE. CAJA AGRÍCOLA. Tabla. 5.13. Resultados de Calibre de la caja Agrícola. Figura. 5.32. Grafico de la tabla 5.13. CAJA TAP‐5. Tabla. 5.14. Resultados de Calibre de la caja TAP‐5. Figura. 5.33. Grafico de la tabla 5.14. 59 CAJA PARA DOS ROLLOS JANEL. Tabla. 5.15. Resultados de Calibre de la caja JANEL. Figura. 5.34. Grafico de la tabla 5.15. CAJA NYD‐7. Tabla. 5.16. Resultados de Calibre de la caja NYD‐7. Figura. 5.35. Grafico de la tabla 5.16. 60 5.3. DEFECTOS QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL CARTÓN. Para poder fabricar el cartón corrugado se utiliza como materia primordial el papel (fig, 32), el cual puede presentar los siguientes defectos: Figura. 5.36. Materia Prima. Humedad, la cual modifica la estructura del papel (fig.33), separa las fibras haciendo menos resistente al estallido. Figura. 5.37. Humedad que separa las fibras. Bajos valores de compresión del papel, debido a su conformación de las fibras y composición de las mismas al ser más cortas (fig.34). 61 Figura. 5.38. Fibra del papel cortas y largas. Alta viscosidad en el adhesivo, ya que por las altas temperaturas que maneja la maquina corrugadora, en los depósitos en donde se encuentra el almidón, se gelatiniza y no se impregnan correctamente las capas del cartón, Lo que provoca un defecto de deslaminado, también pude ser provocado por la cristalización del almidón, ya que en la zona de secado se expone a altas temperaturas el material (fig.35). Figura. 5.39. Alta viscosidad del almidón efecto de deslaminado. Una mala adhesión de los papeles, provoca ampollado que se traduce en un deslaminado y baja resistencia. 62 Figura. 5.40. Efecto de ampollado. Un exceso de presión en ambos procesos, el de corrugadora como el de conversión debe de tener en consideración que el Calibre es un factor de suma importancia para las cualidades (fig.37). Figura. 5.41. Aplastamiento de las flautas por presión. Este se ve afectado primero en corrugadora, ya que el rodillo que empuja a las flautas para que se impregnen de adhesivo al no estar debidamente calibrado puede llegar a fracturar las estructuras de inicio, al pasar por las planchas y rodillos que dirigen el material sucede el mismo efecto y al final donde las cuchillas ya con las dimensiones que son requeridas por la fabricación terminan por ejercer una cierta presión sobre el material, lo que suma una serie de posibles descalibraciones, provoca un aplastamiento en las flautas, una fractura que resulta en un desgaste o fatiga del material (fig. 38). 63 Figura. 5.42. Relevancia del cuidado del calibre. En el área de conversión sucede un fenómeno similar ya que las maquinas, tienen rodillos por los que pasa el material para poder ser impreso y cortado. Un caso similar de aplastamiento y fatiga a las flautas. El cambio en la dirección de las flautas, es primordial ya que trabajan de manera diferente, por su conformación y por la estructura de las fibras (fig.39). Y el tiempo, que ya fue expuesto su factor de efectividad del material con respecto a este en un capitulo 2. Consultar tabla. Figura. 5.43. La dirección del corrugado. 64 Por ello es importante un desarrollo correcto del producto en la designación de la combinación correcta de papeles según sus características para el trabajo. En el proceso, el mantener las propiedades que determinan el trabajo máximo que pueden dar los productos, por medio de inspecciones oportunas. El manejo del producto terminado, que ayuda a mantener las condiciones idóneas del material hasta la llegada del cliente (fig.40). Figura. 5.44. Manejo del material. La suma de estas actividades, proporcionará una satisfacción del cliente en sus especificaciones. Resultando en producto de alta calidad y prestigio como Proveedor. 65 ANÁLISIS DE RESULTADOS. En las pruebas de Mullen o resistencia al estallido, en la muestra CAJA AGRICOLA estuvo muy por encima del valor especificado, mostró que el material estuvo muy sobrado sus componentes. La CAJA TAP‐5, los valores fueron por debajo del valor especificado y en algunos puntos se desplomo aún a pesar de que se mantuvo en un rango aceptable, los puntos que son muy abajo hace que el material no se comporte de manera estable. La CAJA JANEL, se comporto por encima con un buen rango con respecto de la especificación. La CAJA NYD‐7, se mantuvo en un buen rango con respecto de la especificación no presentando demasiada variación. En la prueba de Mullen o resistencia al estallido, las muestras mantuvieron un rango aceptable a pesar de los valores bajos, ya que el promedio que es lo que se maneja usualmente en las cartoneras se comporto estable o con una variación de un punto en los valores bajos. En las pruebas de ECT (Edge Crush Test) ó compresión de la flauta, en las muestras de la CAJA AGRICOLA, los valores se comportaron por encima de la especificación, se notó que el proceso se llevo de manera idónea ya que no se vio fractura que pudiese desplomar los valores. La CAJA TAP‐5, los valores se vieron debajo de la especificación y mantuvieron un rango muy inferior, lo que pudo ser provocado por el proceso al existir un aplastamiento excesivo en la estructura de la flauta. La CAJA JANEL, el mismo efecto de desplome de los valores, provocados tal vez por la misma circunstancia un daño en la estructura interna del corrugado. La CAJA NYD‐7, los valores se vieron muy por debajo de un rango aceptable con respecto de la especificación. Para la prueba de ECT, los valores exceptuando a la primera caja AGRICOLA, los puntajes se desplomaron en la mayoría de los casos con una variación de 3 unidades por debajo de lo especificado, evidencia de un aplastamiento excesivo de las flautas al momento de fabricar las laminas de cartón o bien en el proceso de impresión para asegurar la apariencia se excedió en la presión de los rodillos. 66 Para los resultados de BCT (Top to Bottom compression), en las muestras de la CAJA AGRICOLA solo hubo tres muestras que se mantuvieron en un rango aceptable con respecto de la especificación y los demás valores se desplomaron lo que muestra que las probetas presentaron algún tipo de error en la fabricación. Los cierres son importantes y mas en este tipo de cajas ya que arma totalmente a mano y el armado depende mucho de la manera en la que doblan los candados, al ser incorrecto se corre el riesgo de fracturar los refuerzos de las esquinas o los anchos de la caja. Lo cual es de relevancia ya que el mayor esfuerzo se presenta en las esquinas, al momento de aplicar la fuerza dinámica. La CAJA TAP‐5, su comportamiento fue muy debajo de la especificación. La CAJA JANEL, los valores que se encontraron al momento del ensayo fueron por debajo de los valores calculados. La CAJA NYD‐7, para estas probetas el comportamiento fue similar al de los casos anteriores se desplomaron mucho antes de lo especificado. Para esta prueba BCT (Top to Bottom compression), el armado, el tipo de cierre, el aplastamiento de las flautas, el perímetro de la caja; son factores que desencadenan que las cajas al momento de ser sometidas a la carga se desploman antes del valor calculado. La evaluación de las cajas es que cumplen con las especificaciones para el Mullen o resistencia al estallido, pero no para la compresión o estiba. 67 CONCLUSIONES. • Para la CAJA AGRÍCOLA, los resultados a pesar de ser muy sobrados se considera que tiene un buen desempeño y muy confiable para la estiba así como para la resistencia al estallido o Mullen. • Para la CAJA TAP‐5, los valores están respetables para la resistencia al estallido o Mullen, pero esta caja no es buena para la Estiba ya que presenta bajos valores de compresión. • Para la CAJA JANEL, los valores altos en Mullen o resistencia al estallido, y un regular desempeño en el ECT, pero no se aseguro el BCT lo que nos lleva a que un aplastamiento moderado y un cierre defectuoso; provocando que la caja se venciera antes de su trabajo máximo. • Para la CAJA NYD‐7, valores aceptables en Mullen o resistencia al estallido, y un bajo desempeño en el ECT muestra de aplastamiento en las flautas y BCT bajos haciendo poco confiable la caja a la estiba dependiendo de la carga. • Se observo que el material no se comporta de manera estable con respecto de las especificaciones. • Las variaciones excesivas, tal vez provocadas por una selección sobrada de los materiales para la conformación del material. • Las variaciones por debajo de las especificaciones, provocadas por el proceso la falta de precaución para mantener las estructuras. 68 ANEXO A. Caja. Unidad fabricada de cartón corrugado cuya forma está destinada sobre todo a contener y agrupar un producto con el fin de identificarlo, conservarlo, protegerlo, manejarlo almacenarlo, transportarlo y exhibirlo. Cartón corrugado. Es la estructura formada por el conjunto de varias hojas de papel liner unida por medio de uno o varios papeles ondulado llamado médium, también conocido como lámina de cartón corrugado. Combado. Es la curvatura que presenta una lámina o empaque dentro de su cuerpo, con respecto a un eje horizontal. Puede presentarse en dirección paralela o perpendicular al sentido del corrugado. Unidades de medición mm/cms lineales. Compresión. Es la fuerza de carga vertical a la que se somete un empaque durante su estibado y uso en un ciclo de almacenamiento. Box Crush Tester (BCT) Unidades kgf o lbf. Corrugado doble. Tipo de Cartón Corrugado formado por cinco papeles: tres papeles liners un interior, un intermedio y un exterior y dos papeles médiums ondulado B y ondulado C generalmente. Corrugado Sencillo. Tipo de cartón corrugado formado por tres papeles dos papeles liner´s un interior un exterior y un papel médium ondulado B y/o ondulado C. Descuadre. Es el desalineamiento que existe entre los cuerpos externos del empaque durante su cierre, manifestándose en una mala alineación de los scores superiores e interiores. Desorillado. Es el desalineamiento de unos de los papeles liner interior o exterior, dejando expuesto a la vista el médium corrugado. Despegado o deslaminado. Es el efecto generado cuando los papeles liner y el ondulado médium se desprenden fácilmente entre sí sin presentar desgarre de fibras en una lamina o caja corrugada. ECT (Prueba de compresión de columna) Prueba de compresión de canto que se realiza sobre una sección de cartón corrugado hasta que se colapsa. Esta es un indicador de la resistencia a la estiba de un empaque de cartón corrugado. Unidades lb/in Encolado. Es la propiedad que posee el papel de resistir la penetración y absorción de humedad. X Envase. Recipiente que está en contacto directo con el producto para protegerlo y conservarlo, facilitando su manejo, transportación, almacenamiento y distribución. Envase flexible. Envases fabricados de películas plásticas, papeles, hojas de aluminio, laminaciones, etc. Y cuya forma resulta deformada prácticamente con un solo manipuleo. Este tipo de envase no resiste producto estibado. Envase primario. El que se mantiene en contacto directo con el producto. Envase rígido. Forma definida no modificable y cuya rigidez permite colocar producto estibado sobre el mismo, sin sufrir daños; envases de vidrio, latas metálicas. Envase secundario. Aquel que contiene uno o varios envases primarios y puede tener como función principal el agrupar los productos. Envase semirrígido. Envases cuya resistencia a la compresión es menor a la de los envases rígidos, sin embargo cuando son sometidos a esfuerzos de compresión, su comportamiento puede ser similar a la de los envases rígidos; plásticos. Envase terciario. En algunos casos los envases secundarios requieren de un recipiente que contenga dos o más, a este contenedor se le conoce como envase terciario y normalmente resulta de un embalaje. Embalaje. Todo aquello cuya función primaria es envolver, contener y proteger debidamente a los productos envasados, sobre todo en las operaciones de transportación almacenamiento y comercialización. Empaque. Es la agrupación de varios productos o envases que tiene como fin contener y proteger el envase para su distribución y consumo. También se utiliza para denominar a los elementos de protección que evitan daños a la mercancía y el envase durante su manejo, distribución y consumo. Flauta. La formación de los diferentes tipos de ondulaciones Durante el proceso del corrugado son llamadas flautas, existiendo en el mercado las siguientes, a,b,c,d,e,f , Su principal función es dar un grosor al empaque y una propiedad amortiguadora. La diferencia de las flautas es la altura que presenta cada una de ellas y el número de ondulaciones formada linealmente. Gramaje (peso Base) Es el peso o gramaje que contiene un metro cuadrado, de papel liner, médium o cartón corrugado. Unidades: g/m2 XI Humedad. Cantidad porcentual de agua presente en papel o cartón determinada por un diferencial de peso entre la muestra húmeda y la seca. Unidades: porcentaje% de humedad. Lamina. Puede estar conformada por cualquier tipo de cartón corrugado y cualquier tipo de ondulación. No posee ningún doblez no se considera como una caja. Mullen (prueba de reventamiento) Prueba utilizada para medir la resistencia a la perforación o reventamiento del papel liner o de un empaque corrugado. Unidades lb/in2 o kg/cm3 Papel liner. Papel utilizado como recubrimiento en la formación del ondulado o corrugado medio. Papel médium. Es el papel utilizado en la formación del ondulado o corrugado medio. Scores. Son los marcados o rayados que delimitan las diferentes secciones o cuerpo de una lámina o caja corrugada. Partes de una caja. XII ANEXO B. CALCULOS DE LOS ENSAYOS. Las unidades de los valores que se obtienen en este procedimiento es en Kg./cm². XIII Los siguientes datos se refieren a los tipos de combinación de papel para las resistencias, y representan los gramajes que son utilizados. Las unidades son gramos por metro cuadrado. Los valores a continuación representan las características de cada papel. XIV RCT. (Ring Crush test o bien aplastamiento de anillo, referido al aplastamiento de canto del papel.) El siguiente procedimiento es para obtener el Edge Crush Test, aplastamiento de canto de la flauta. XV Los resultados que se obtienen se contraponen en el grafico y se encuentra el valor comercial. Las líneas de color muestran los valores obtenidos, contra los valores encontrados. XVI En la siguiente progresión se calcula el Box Crush Test (BCT), compresión de caja armada. Para poder calcularlo es necesario saber las dimensiones de la caja y los calibres que maneja cada una de las resistencias. XVII Los resultados son en libras. XVIII REGLA 41 Y 222 CLASIFICACIÓN UNIFICADA DEL TRANSPORTE
CORRUGADO SENCILLO
DOBLE CORRUGADO
CORRUGADO TRIPLE
FIBRA SÓLIDA
PESO
MÁXIMO DE
LA CAJA Y
CONTENIDO
(lbs)
DIMENSIONES
MÁXIMAS
INTERIORES
(largo, ancho y
alturO sumados)
(pulg)
PESO MÍNIMO
COMBINADO DE
LOS PAPELES
(lbs/M.pie²)
RESISTENCIA
MÍNIMA AL
ESTALLAMIENTO
DEL CARTÓN
COMBINADO
(lbs/pulg²)
PESO
MÍNIMO
COMBINADO
DE LOS
PAPELES
(lbs/M.pie²)
RESISTENCIA
MÍNIMA AL
ESTALLAMIENTO
DEL CARTÓN
COMBINADO
(lbs/pulg²)
PESO MÍNIMO
COMBINADO
DE LOS
PAPELES
(lbs/M.pie²)
RESISTENCIA
MÍNIMA AL
ESTALLAMIENTO
DEL CARTÓN
COMBINADO
(lbs/pulg²)
PESO MÍNIMO
COMBINADO
DE LOS
PAPELES
(lbs/M.pie²)
RESISTENCIA
MÍNIMA AL
ESTALLAMIENTO
DEL CARTÓN
COMBINADO
(lbs/pulg²)
20
30
40
65
90
120
140
160
275
225
300
40
50
60
75
90
100
110
120
120
60
60
52
66
75
84
138
180
***
***
***
138
180
125
150
175
200
275
350
***
***
***
275
350
***
***
***
92
110
126
222
270
***
110
126
***
***
***
200
275
350
500
600
***
275
350
***
***
***
***
***
***
***
***
264
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
1100
***
***
114
***
149
190
237
283
330
360
***
237
283
125
***
175
200
275
350
500
600
***
275
350
XIX
México
EQUIVALENCIAS CON REGLA 41
EQUIVALENTE COMERCIAL
REGLA 41 (lb/pulg²)
*100
125
150
175
200
*225
*250
275
*300
350
EQUIVALENTE EXACTO
(kgs/cm²)
7.05
8.81
10.56
12.32
14.09
15.85
17.61
19.37
21.14
24.66
HASTA 1981(kgs/cm²)
ACTUAL (kgs/cm²)
7
9
11
12.5
14
16
18
19
21
25
S/G
7/9
9/11
11/12.5
12.5/14
14/16
16/18
17/19
19/21
21/25
XX
MEDIDAS DE USO COMÚN
PARA CONVERTIR
A
MULTLIPICAR POR:
PIES (f)
METROS (m)
0.3048
METROS (m)
PIES (f)
2
3.281
2
PIES CUADRADOS (f )
METROS CUADRADOS (m )
2
0.09290
2
METROS CUADRADOS (m )
PIES CUADRADOS (f )
10.764
PULGADAS (in)
MILÍMETROS (mm)
25.40
MILÍMETROS (mm)
PULGADAS (in)
0.03937
TONELADAS MÉTRICAS (ton)
TONELADAS CORTAS U. S. (ton U.S.)
1.1025
TONELADAS CORTAS U.S. (ton U.S.)
TONELADAS MÉTRICAS (ton)
2
0.9070
2
GRAMOS/ METRO CUADRADO (grs./m )
LIBRAS POR MIL PIES CUADRADOS (lbs/Mf )
2
LIBRAS POR MIL PIES CUADRADOS (lbs/Mf )
KILOGRAMOS POR CENTÍMETROS
2
GRAMOS/ METRO CUADRADO (grs./m )
0.2048
4.88
2
LIBRAS POR PULGADA CUADRADA (lbs/in )
14.22
KILOGRAMOS POR CENTÍMETROS
0.07031
2
CUADRADOS (Kgs./cm )
LIBRAS POR PULGADA CUADRADA (lbs/in2)
2
CUADRADOS (Kgs./cm )
GALONES (gal.)
LITROS (lt)
3.785
LITROS (lt)
GALONES (gal.)
0.2642
FAHRENHEIT (°f)
CENTÍGRADOS (°c)
(°F-32) X 5/9
CENTÍGRADOS (°c)
FAHRENHEIT (°f )
(°CX9/5) + 32
XXI
T 403 om-02
OFFICIAL STANDARD – 1926
TENTATIVE STANDARD – 1952
OFFICIAL STANDARD – 1974
CORRECTED – 1976
OFFICIAL TEST METHOD – 1985
CORRECTED – 1985
REVISED – 1991
REVISED – 1997
REVISED – 2002
2002 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
the use of such information or data, including but not limited to any
liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
edition published.
CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Bursting strength of paper
1.
Scope
This method is designed to measure the maximum bursting strength of paper and paper products having a bursting
strength of 50 kPa up to 1200 kPa (7 psi up to 157 psi) and in the form of flat sheets of up to 0.6 mm (0.025 in.) thick. It
is not intended for use in testing corrugated, fiberboard, linerboard, or hardboards that tend to cut the thin rubber
diaphragm of the bursting tester. For testing paperboard and linerboard, see TAPPI T 807 “Bursting Strength of
Paperboard and Linerboard”; for testing corrugated and solid fiberboard, see TAPPI T 810 “Bursting Strength of
Corrugated and Solid Fiberboard.”
2.
Summary
The test specimen, held between annular clamps, is subjected to an increasing pressure by a rubber diaphragm,
which is expanded by hydraulic pressure at a controlled rate, until the test specimen ruptures. The maximum pressure
reading up to the rupture point is recorded as the bursting strength.
3.
Significance
Bursting strength is widely used as a measure of resistance to rupture in many kinds of paper. The test is
relatively easy and inexpensive to make and appears to simulate some end use requirements.
4.
Definition
Bursting strength of a material is defined as the maximum hydrostatic pressure required to produce rupture of the
material when a controlled and constantly increasing pressure is applied through a rubber diaphragm to a circular area,
30.5 mm (1.20 in.) diameter. The area of the material under test is initially flat and held rigidly at the circumference but
is free to bulge during the test.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 403 om-02
5.
Bursting strength of paper / 2
Apparatus
5.1
Bursting tester1, having the following:
5.1.1
A clamp for firmly and uniformly securing the test specimen without slippage during the test. The clamp
shall have two annular, grooved, parallel and preferably stainless steel surfaces. The recommended maximum clamping
pressure is 1200 kPa. The clamping pressure should be adjustable to accommodate different strength papers without
specimen slippage.
5.1.1.1 The upper clamping surface (the clamping ring) has a circular opening 30.50 mm (1.2 in.) ± 0.05 mm in
diameter. To minimize slippage, the surface which is in contact with the paper during testing has either a continuous
spiral or concentric V-grooves in the surface. The continuous spiral is a 60° V-groove no less than 0.25 mm (0.010 in.)
deep with a pitch of 0.8 mm (1/32 in.). The groove starts 3.2 mm (1/8 in.) ± 0.1 mm from the edge of the circular
opening. The concentric grooves are 60° V-grooves not less than 0.25 mm (0.010 in.) deep and 0.9 mm (1/32 in.) ± 0.1
mm apart. The innermost groove is 3.2 mm (1/8 in.) ± 1 mm from the edge of the circular opening. The diameter of the
upper clamp should be at least 48 mm.
5.1.1.2 The lower clamping surface (the diaphragm plate) has an opening 33.1 mm (1.302 in) ± 0.1 mm in
diameter. Its surface has a series of concentric 60° V-grooves 0.30 mm (0.012 in.) deep, 0.8 mm (1/32 in.) apart, the
center of the first groove being 3.2 mm (1/8 in.) from the edge of the opening. The thickness of the plate at the opening
is 0.66 mm (0.026 in.). The lower edge which is in contact with the rubber diaphragm is rounded to an arc of 6.4 mm
(0.25 in.) radius to prevent cutting of the diaphragm when pressure is applied.
5.1.1.3 The clamping ring is connected to a clamping mechanism through a swivel-type joint or other means to
ensure an even clamping pressure. During tests, the circular edges of the openings in the two clamping plates are
required to be concentric to within 0.25 mm (0.01 in.).
NOTE 1:
Because the clamping mechanism and clamping surfaces are subject to considerable wear or distortion, they should be examined
periodically and repaired or replaced when necessary.
5.1.2
A circular diaphragm of pure gum rubber free of fillers, 0.85 ± 0.05 mm (0.034 ± 0.002 in.) thick. A
deadweight micrometer can be used to measure thickness of diaphragm. The diaphragm is clamped between the lower
clamping plate and the rest of the apparatus, so that before the diaphragm is stretched by pressure underneath it, the
center of its upper surface is below the plane of the clamping surface. The pressure required to raise the free surface of
the diaphragm 9 mm (3/8 in.) above the top surface of the diaphragm plate is required to be 30 ± 5 kPa (4.3 ± 0.8 psi). In
testing this, a bridge gage may be used, the test being carried out with the clamping ring removed. The diaphragm should
be inspected frequently for permanent distortion and, if distorted, replaced.
5.1.3
Means of applying controlled, increasing, hydrostatic pressure by a fluid, at the rate of 1.6 mL/s ± 0.1
mL/s to the underside of the diaphragm until the specimen bursts. The recommended fluid is USP (96%) glycerin.
Purified ethylene glycol (not the permanent types of radiator antifreeze with additives) may be substituted if desired.
NOTE 2:
The hydraulic system, including the gages or transducers, must be mounted so as to be free from externally induced vibration.
NOTE 3:
Because the bursting resistance of paper increases with increased rate of loading, the rate of strain must be maintained effectively
constant to obtain reproducible results. Any air present in the hydraulic system of the tester will lower the rate of distortion of the
specimen and must be substantially removed. Air is more commonly trapped under the rubber diaphragm and in the tubes of the
gages. A simple method of testing for the presence of excessive quantities of air is given in 6.3.
5.1.4
A maximum-reading pressure gage of the Bourdon type, of appropriate capacity and with a graduated
circular scale 95 mm (3 3/4 in.) or more in diameter. Bourdon gauge should have an accuracy of ± 0.5% of final scale
value. Pressure sensitive electronic gages as described in 5.1.5 are widely replacing the Bourdon type gages.
5.1.4.1 The choice and characteristics of the Bourdon gage are given in Table 1. The 0-840 kPa (0-120 psi)
range gage may be used for any test within its capacity, if so noted in the report. The Bourdon gage should have an
accuracy of ± 1% of reading.
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in the
bound set of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
3 / Bursting strength of paper
Table 1.
T 403 om-02
Bourdon gage characteristics.
Range of
bursting
pressure
Range of
gage
Scale
graduation
intervals
Expansibility
of
gage
kPa
psi
kPa
psi
kPa
psi
mL/kPa
28-77
56-161
105-315
210-630
525-1575
4-11
8-23
15-45
30-90
75-225
0-105
0-210
0-420
0-840
0-2100
0-15
0-30
0-60
0-120
0-300
0.7
1.5
3.5
3.5
14.0
0.1
0.2
0.5
0.5
2.0
...
0.080
0.050
0.030
0.007
mL/psi
...
0.011
0.007
0.004
0.001
5.1.4.2 The expansibility of a gage is the volume of liquid entering the gage tube per unit increase in pressure,
when air is absent. It can be determined most conveniently by means of a dilatometer device described by Tuck and
Mason (1). The gage expansibility must be within 15% of the specified value.
NOTE 4:
An appreciable flow of liquid into the gage occurs from the start of the test to the instant of burst. A gage therefore reduces the
rate of distension of the specimen by an amount depending upon its expansibility. When a number of gages are mounted on a
single apparatus, care must be taken that only the gage on which the measurement is being made is open to the hydraulic system;
otherwise an erroneously low burst pressure will be recorded.
5.1.4.3 To avoid overloading and possible damage to the gage, a preliminary bursting test should be made with a
high-capacity gage.
5.1.5
Pressure sensitive electronic gages are today widely replacing the Bourdon type gages. Pressure
transducer should have an accuracy of ± 0.2% of final scale value. The advantage is that one sensor normally can handle
the entire measuring range.
5.1.5.1 These pressure transducers must have at least an accuracy of 1% of measurement or ± 10 kPa (1.5 psi)
which ever provides the greater accuracy.
5.1.5.2 To avoid overloading and possibly damaging the transducer, a preliminary bursting test should be made
with a high-capacity transducer.
NOTE 5:
6.
When using a pressure transducer, the results may be higher than an instrument using a Bourdon gage due to the expansibility of
the Bourdon gage which does not occur with the pressure transducer.
Calibration and maintenance
6.1
The pressure indicating device shall be calibrated by means of a dead-weight tester of the piston type. If
the device is a Bourdon-type gage, it must be calibrated while inclined at the same angle at which it is to be used.
Preferably, the calibration is to be carried out with the gage in its normal position. For an instrument error of less than
3%, the pressure indicating device shall be calibrated in such a manner that known pressures are applied dynamically at
approximately the same rate as in testing of paper. Maximum reading pressure devices are subject to dynamic errors as
well as ordinary static calibration errors. A suitable method of dynamic calibration for greater precision is described by
Tuck et al. (2).
6.1.1
Gages in frequent use should be calibrated at least once a month. If a gage is accidentally used beyond
its capacity, it must be recalibrated before it is used again.
6.2
Calibration of transducer / readout system. The transducer can be calibrated on the same device as used
to calibrate gages, or as per manufacturer's recommendations.
6.2.1
Transducers in frequent use should be calibrated at least once a month.
6.3
Check for air in system. Any time that maintenance is carried out on the apparatus that could allow air to
enter the hydraulic system, steps should be taken to ensure that all of the air has been removed.
6.3.1
To determine if there is air in the system, first apply pressure as described in 5.1.2 to raise the diaphragm
9 mm (3/8 in.) above the top of the diaphragm plate and hold for one minute. Any air trapped between the diaphragm
and the fluid will show up as a white spot under the surface of the diaphragm. If this occurs, the diaphragm must be
reinstalled.
T 403 om-02
Bursting strength of paper / 4
6.3.2
After changing the diaphragm, if it is necessary to purge air from the rest of the hydraulic system. See
the manufacturer’s operation manual for instructions.
6.4
Check condition of clamping surfaces. The samples should be checked frequently for any indentions,
wrinkles or marks that may indicate the clamping surfaces are in poor condition. The clamps themselves can be visually
examined for excessive wear that could affect clamping pressure. Carbon paper between two sheets of paper can be used
to check for uniform clamping pressure.
7.
Sampling and test specimens
If the paper is being tested to evaluate a lot of paper, obtain a sample in accordance with TAPPI T 400 “Sampling
and Accepting a Single Lot of Paper, Paperboard, Containerboard, or Related Product.” From each test unit take 20
specimens, each at least 62 x 62 mm (2.5 x 2.5 in.). Avoid areas including watermarks, creases, or visible damage.
Identify the wire side of the specimens (see TAPPI T 455 “Identification of Wire Side of Paper”).
8.
Conditioning
Condition and test the specimens in an atmosphere in accordance with TAPPI T 402 “Standard Conditioning and
Testing Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products.”
9.
Procedure
9.1
Clamp a specimen securely in position, overlapping the specimen at all points. Apply the hydrostatic
pressure as specified until the specimen ruptures, and record the maximum pressure registered. Watch carefully for any
movement of the unclamped margin of the specimen. If slippage is indicated, discard the test and increase the clamping
pressure. If it appears that excessive clamping pressure damaged the specimen, discard the test and reduce the clamping
pressure.
9.2
After each test return the pressure indicator gently to zero.
9.3
Make ten tests on each side of the paper.
10.
Report
10.1
For each side of the paper, report the bursting strength in kilopascals (or pounds per square in.) as the
arithmetical mean, corrected for any gage error, to three significant figures. Include the number of tests and either the
standard deviation or, alternatively, the maximum and minimum values of accepted tests.
10.2
If desired, the burst index (bursting strength per grammage) may be reported. It may be calculated as
follows:
X=
P
W
where
X
=
P
=
W
=
burst index, kPa•m2/g
bursting strength, kPa
weight per unit area, g/m2, as determined in accordance with TAPPI T 410 “Grammage of Paper and
Paperboard.”
10.3
The term “points” is frequently used in place of pounds per square inch as an expression for bursting
strength of paper. The results may be so reported if desired.
11.
Precision
11.1
Repeatability (within a laboratory) = 22%.
11.2
Reproducibility (between laboratories) = 28%; in accordance with definitions of these terms in
TAPPI T 1200 “Interlaboratory Evaluation of Test Methods to Determine TAPPI Repeatability and
Reproducibility.”
11.3
Collaborative Testing Service data for the 1994 - 1995 program year indicates bursting strength data as
follows (partial listing by range): See Table 2.
5 / Bursting strength of paper
Table 2.
T 403 om-02
Bursting Strength Data
Paper # of Labs
Type
(average)
Materials
Newsprint
13
16
Printing
Papers
Packaging
Papers
93
16
64
16
Grand Mean
(range), PSI
10.62
(9.2 - 12.4)
29.8
(19.9 - 40.3)
54.3
(41.4 - 74.2)
Repeatability
(r), PSI
%r
Reproducibility
(R), PSI
2.67
25.1%
3.20
30.1%
6.47
22.2%
8.40
28.9%
10.42
19.4%
14.22
26.4%
%R
Taken from Collaborative Testing Services Paper and Paperboard Program Report Nos. 152 through 159 from 1994 and 1995 reflecting
Analyses 304 (Newsprint), 305 (Printing Papers) and 310 (Packaging Papers).
The user of these precision data is advised that it is based on actual mill testing, laboratory testing, or both. There is no
knowledge of the exact degree to which personnel skills or equipment were optimized during its generation. The
precision quoted provides an estimate of typical variation in test results which may be encountered when this method is
routinely used by two or more parties.
12.
Keywords
Burst strength, Paper, Burst index
13.
Additional information
13.1
Effective date of issue: October 29, 2002.
13.2
For checking purposes, bursting tests on aluminum foil may be used. Standardized foils for pressure up
to about 800 kPa (about 115 psi) may be obtained from several sources.
13.3
Terms used to express burst include:
burst, kPa
Burst index =
grammage, g/m2
burst, psi
Burst ratio =
basis weight, lb/ream
burst, g/cm2
Burst factor =
grammage, g/m2 (usually oven dry)
Burst ratio is sometimes called “points per pound.”
13.4
Related methods: ASTM D 774 “Standard Test Method for Bursting Strength of Paper;” Australian,
APPITA P 403; Brazilian, NBR-NM-ISO-2758; British, BS 3137; Canadian Tech. Sect., PAPTAC Standard D.8; French,
AFNOR 003-014; International Organization for Standardization, ISO 2758 “Paper Determination of Bursting Strength”;
Scandinavian, SCAN P24 “Paper Burst Strength.”
13.5
Methods for evaluation of pumping rate and presence of air in the system/gage expansion specifications
T 403 om-02
Bursting strength of paper / 6
can be found in SCAN P24 “Paper Burst Strength.”
References
1.
2.
Tuck, N. G. M., and Mason, S. G., “Some Factors Influencing the Accuracy of Mullen Testers,” Pulp Paper Mag.
Canada 50 (11): 132 (1949).
Tuck, N. G. M., Faichney, L. M., and Mason, S. G., “The Dynamic Calibration of Maximum-Reading Pressure
Gages,” Pulp Paper Mag. Canada 54 (5): 102 (1953).
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director
of Quality and Standards.
g
T 804 om-02
OFFICIAL TEST METHOD – 1981
REVISED – 1989
REVISED – 1997
REVISED – 2002
2002 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
the use of such information or data, including but not limited to any
liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
edition published.
CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Compression test of fiberboard shipping containers
1.
Scope
1.1
This method is used for measuring the ability of corrugated or solid fiber shipping containers to resist
external compressive forces.
1.2
The method may be applied in a number of ways. For quality studies, it is usually desirable to test the
empty container. For the study of compression resistance where inner packing (corner posts, etc.) is involved, tests may
be made with the interior packing in place.
1.3
If overall performance of the entire pack is to be studied, the test can be conducted with the container
loaded with its contents and all inner packing. In many packs the contents and inner packing share in carrying a portion
of the load.
1.4
The container may be positioned in the machine so as to test the compressive resistance in a direction
that is relevant to the container’s use including top-to-bottom, end-to-end, or side-to-side.
2.
Summary
In essence this method describes how to determine the resistance of a fiberboard shipping container to
compressive forces. This is accomplished by placing the container between two flat platens, one of which is
mechanically or hydraulically driven to compress the container. A recording device is incorporated to indicate the force
and deformation (deflection) required to compress the container.
3.
Significance
These compressive forces are related to some of those exerted on containers in stacks or encountered in
transportation. The method may be used to compare the compressive resistance of different lots of similar containers or
to compare containers of different grades. It may also be used to compare the compression characteristics of containers
differing in construction or design. In addition, the information gained may be used to provide an indication of the load
that a particular container may be able to withstand in service.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 804 om-02
4.
Compression test of fiberboard shipping containers / 2
Apparatus
4.1
Compression tester1, having the following:
4.1.1
Two parallel platens which move together to compress a container placed between them. The platens are
of sufficient size so that the test container does not extend beyond the edges of the platens. The platens shall be flat with
deviations less than ± 0.5 mm (0.020 in.) from the median plane of the platen. The platens may move no more than 1.3
mm (0.05 in.) in the directions perpendicular to the direction of compression. The platens are either held parallel
throughout the test or one platen may be allowed to pivot around its center. If the platens are rigidly held they must
remain parallel to within 1 mm (0.04 in.) per 300 mm (1 ft.) in the length and width directions. The fixed platen type of
compression testers should be used for all referee testing. Compression testers with floating or swivel platens provide an
alternative to evaluate compression strength from a real world perspective, but may produce different compression
values.
4.1.2
Means of driving the movable platen at a uniform speed of 13.0 ± 2.5 mm/min. (0.5 in./min.) during the
test.
4.1.3
Means of recording or indicating the applied load to within ± 1% of the measured value.
4.1.4
Means of recording or indicating the resultant deformation within ± 2.5% of the measured value or within
± 0.5 mm (0.020 in.), whichever is greater.
4.1.5
Compression testers, like all laboratory testing equipment, need to be calibrated on a regular basis.
Obtain a calibration procedure from the compression tester manufacturer, which should be posted at the machine. Prior
to performing compression tests for fiberboard shipping containers calibrate the compression tester according to the
manufacturer's procedure.
5.
Test specimens
5.1
Samples shall be obtained in accordance with TAPPI T 400 “Sampling and Accepting a Single Lot of
Paper, Paperboard, Containerboard, or Related Product.”
5.2
Test at least five representative containers for each direction specified. Select only those containers that
have not been damaged by previous handling.
6.
Sealing
6.1
When this method is used as a quality control test or as a referee test, it is important that a consistent
method of flap closure be used to insure consistent results in both average and variability data.
6.2
In preparation for sealing, square the box blank. Avoid distortions and “out-of-squareness,” since this
will affect the load-bearing ability of the containers.
6.3
The flaps may be bent directly to the sealing position or the flap scorelines may be pre-broken as follows.
Bend each of the four bottom flaps backward 180° on the score line until the flap touches its side of the box. Insert a
sealing board or place the box over a sealing device, whichever sealing method is used, then fold the inside flaps forward
270° to the normal closed position.
6.4
Up to the review of this test method (1988), the technique for sealing flaps has been very specific. This
has consisted of water-based adhesive coverage of 100% of flap areas (more than 13 mm (0.5 in.) away from scores) and
holding the flaps in contact with one another until the bond is set. For the purposes of this writing, this sealing technique
will be referred to as the classical technique.
6.5
The procedure for sealing boxes according to the classical technique is outlined in Appendix A.
6.6
Other sealing techniques are acceptable.
6.6.1
In top-to-bottom testing, the primary concern is to insure that the minor and major flaps are fastened to
each other by some means. The means may include hot melt adhesive, stitches, clips or tape. The important factor is that
the flaps not be allowed to freely sink into the depth of the box during the compression test.
6.6.2
The compression testing of empty boxes with unsealed flaps can be acceptable as long as it is understood
that this is the procedure being used. There is evidence that the testing of empty boxes with unsealed flaps can at times
result in higher average test values than testing the same boxes with sealed flaps.
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in the
bound set of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
3 / Compression test of fiberboard shipping containers
T 804 om-02
6.6.3
When testing boxes end to end or side to side, the placement of and action of the flaps during the
compression test become even more critical to the average test value attained. When testing boxes end to end or side to
side, one should use either the classical flap sealing technique or a technique that simulates the manner in which the flaps
will be closed in actual field use.
7.
Conditioning
7.1
Condition in accordance with TAPPI T 402 “Standard Conditioning and Testing Atmospheres for Paper,
Board, Pulp Handsheets, and Related Products,” precondition the test specimens so as to approach the equilibrium
moisture content at standard conditions from a drier state and then condition for a minimum of 24 h.
NOTE 1:
The criterion for the conditioning period for other than regular grade, single-wall boxes is that there should be less than a 0.1%
change in their weight between successive weighings taken at intervals of at least 2 h.
7.2
If water based adhesive is used in sealing the flaps, allow the boxes to dry for 24 h after sealing to permit
the adhesive to dry. The boxes should be preconditioned and conditioned to insure that the boxes have the same moisture
content.
7.3
If conditioning is impractical in special instances, determine the moisture content of the boxes in
accordance with TAPPI T 412 “Moisture in Paper and Paperboard” immediately after the test.
8.
Procedure
8.1
Test each box in the conditioned environment. If this is not possible, test each box immediately upon
removing it from the conditioned room.
8.2
Center the test container on the bottom platen of the compression machine. Adjust the load indicator to
zero, i.e., counterbalance or compensate by adjustment for the gross weight of the box including the sealing board or its
contents. Select the lowest load range of the machine compatible with the greatest anticipated test load. Apply a preload
to the specimen (see 8.2.1) and set the deformation point to zero, or begin the deformation measurement at zero at this
point. The preload ensures definite platen contact and in most instances levels off any irregularities of the box.
8.2.1
Initial preload should be 5% of the maximum compression resistance or a value agreed upon by the
parties engaged in testing. Examples of preloads that been used are: (a) single-wall boxes, 223 N (50 lbf); (b) doublewall boxes, 446 N (100 lbf); (c) triple-wall boxes, 2230 N (500 lbf).
8.2.2
Apply the test load at a rate of 13.0 ± 2.5 mm/min. (0.5 in./min.). Record the load applied and the
deformation until failure of the container. Failure may be determined either by reduction in the load supported or by
deformation. Typical values are a decrease in load of 10% or a deformation of 25 mm (1 in.). Take readings at each 2.5
mm (0.1 in.) deformation if a recording device is not used.
9.
Report
9.1
As a minimum, report the following:
9.1.1
Dimensions of container, style, flute, flute direction, grade of material, and type of manufacturer's joint.
If the container was tested with interior parts, or contents, describe these.
9.1.2
Method of closure.
9.1.3
The orientation in which the containers were tested, e.g., T-B, E-E, or S-S.
9.1.4
Number of specimens tested.
9.1.5
A graph or tabulation of the loads sustained and corresponding deformations. A summary usually
consists of the average of the highest loads at or below the critical deformation, the critical deformations used, the
average of maximum loads, the average of the deformation at the maximum loads, and the standard deviation (see 12.4).
9.1.6
A statement identifying the type of compression apparatus used as having fixed or floating platens.
9.1.7
A statement to the effect that all tests were made in compliance with this method including
preconditioning or that the method was used with certain specific exceptions.
T 804 om-02
NOTE 2:
9.2
10.
Compression test of fiberboard shipping containers / 4
Further desirable information in the report includes any observations that may assist in interpreting the results of the tests, such as
the nature and cause of failure, any auxiliary tests made, presence of printing on the container, etc.
Report the moisture content of the container board as soon as possible after making the compression test.
Precision
10.1
The values for repeatability and reproducibility have been calculated from the results of a round robin
which is discussed in detail in Appendix B. The average and variability data reported by each laboratory were based on
10 individual compression tests. The repeatability and reproducibility reported below were calculated for comparisons of
averages of 5 compression tests. This was done since 5 tests is the most common number used in establishing the
compression value of an order.
10.2
Repeatability (within a laboratory) = 7.0%.
10.3
Reproducibility (between laboratories) = 10.6%. This is true when the two laboratories use the same
method of sealing the containers.
10.4
Repeatability and reproducibility represent the agreement which is expected 95% of the time when two
test results are compared. Refer to TAPPI T 1200 “Interlaboratory Evaluation of Test Methods to Determine TAPPI
Repeatability and Reproducibility” for complete definitions of these terms.
11.
Keywords
Containers, Compression tests, Fiberboards, Compressibility, Compression strength.
12.
Additional information
12.1
Effective date of issue: March 5, 2002.
12.2
This method was first published in 1945 as a Tentative Standard, became an Official Standard in 1967
and was revised in 1975.
12.3
For special purposes or studies (non-referee tests), this method may be used as described at conditions
such as high humidity, low temperatures, and other specially prescribed conditions. Such special procedures used must
be specifically stated in the report.
12.4
Common practice is to give particular consideration to the highest load attained up to the point of critical
deformation. The critical deformation is the deformation beyond which the contents might be forced to carry a
significant part of the load. The critical deformations generally used in the industry for A- or C-flute, single-wall, regular
slotted containers are: (a) top-to-bottom, 19 mm (0.75 in.); (b) end-to-end, 13 mm (0.50 in.); (c) side-to-side, 13 mm
(0.50 in.).
12.4.1 The maximum load and the deformation at maximum load are also recorded even if they occur above
these critical deformations. Deformation is the reduction in height which the specimen undergoes, measured in terms of
reduced platen separation, as measured from the preload.
12.5
Related methods: ASTM D 642 “Compression Test for Shipping Containers,” American Society for
Testing and Materials, Philadelphia, PA; APPITA P 800 “Compression Test for Shipping Containers,” Technical
Association of the Australian and New Zealand Pulp and Paper Industry, Parkville, Australia.
Appendix A: Classical technique for sealing flaps
A.1
Sealing equipment, consists of the following:
A.1.1 A means of clamping the inner and outer flaps together, after the adhesive has been applied and the flaps
have been closed, and for holding the flaps flat and in good contact.
NOTE A1:
The adhesive may be any water based case-sealing glue.
A.1.2 Sealing board used for the purpose should be wooden boards thick enough to apply the sealing pressure
uniformly, and with dimensions about 38 mm (1.5 in.) to a maximum of 100 mm (4 in.) smaller than the inside container,
so that the board left in the container will not influence the test. See A.3 for suggested methods of clamping.
A.2
Apply a uniform film of adhesive to the inner flaps. Keep the adhesive approximately 13 mm (0.5 in.)
5 / Compression test of fiberboard shipping containers
T 804 om-02
but not more than 25 mm (1 in.) away from all the score lines. Close the outer flaps and square them, and, with the
sealing equipment, apply firm pressure to assure complete and flat contact of the flaps. Do this quickly to prevent undue
drying of the adhesive before contact is made. After the adhesive has been dried sufficiently to prevent disturbing the
bond, remove the pressure.
A.3
When the box is to be tested empty, the flaps may be sealed by one of the following methods or an
equivalent one which will ensure a firm seal without damage to the container.
A.3.1 The bottom flaps may be clamped by one of these devices:
A.3.1.1 A spring loaded bottom sealer which clamps the flaps between two flat platens.
A.3.1.2 A flat surface of a bench on which the container is placed after the bottom flaps have been closed, a board
of proper size inserted inside and further by:
A.3.1.2.1 Placing a weight on the board, or
A.3.1.2.2 Hanging a weight on the board by means of a hook through a slot in the bench, or
A.3.1.2.3 Passing a long carriage bolt through a hole in the board, the flaps, and the bench, and drawing tight
with a wing nut.
A.3.1.3
A sealing board on the inside and outside with a carriage bolt extended through a hole in the inside
board, the flap and the outside board, drawn tight with a wing nut or toggle clamp.
A.3.2
The top flaps may be clamped as follows:
A.3.2.1
Inserting the sealing board in the container,
A.3.2.2
Inverting the container on the bench, and
A.3.2.3
Hanging a weight on the board as in A.3.1.2.2 above, or
A.3.2.4
Using a long bolt and wing nut as in A.3.1.2.3 above or
A.3.2.5
Using a sealing board outside as in A.3.1.3 above.
A.4
When the adhesive has set, release the clamping device and permit the inner sealing board to fall loose,
holding the box upright so that the board falls flat and does no damage. If the box has interior dividers or contents, that
are capable of supporting the inner flaps, use a board and weight to hold the top flaps in pace while the glue sets.
A.5
Make sure that the sealing board is in such a position that it will not offer any support to the box during
the test.
Appendix B: A discussion of the repeatability and reproducibility data
B.1
These precision data are based on tests conducted for TAPPI in 12 laboratories in 1988.
B.2
All the corrugated board in this study was taken from one position off the corrugator and was made at a
constant speed over approximately a two-minute period. These sheets were run in order through a flexo folder gluer at a
constant speed over about a 3-minute period. The boxes were numbered in order of production off the flexo. A random
numbers table was used to select the sets of boxes for testing at each laboratory. The board used in the test was 200
pound test C-flute. The boxes were tested top to bottom.
B.3
The results for repeatability and reproducibility were compared in the following ways:
B.3.1 Only three of the 12 laboratories were equipped to run the test using the classical sealing method. These
three laboratories tested groups of boxes according to the classical sealing method and the hot melt adhesive sealing
method, which was the most common.
B.3.2 Seven laboratories tested using the hot melt adhesive sealing technique. Repeatability and reproducibility
were determined for those 7 laboratories.
B.3.3 Repeatability and reproducibility were determined for all 12 laboratories. Methods of Sealing were: 7 Hot Melt; 1 - PVA; 1 - Clipped; 1 - Stitched; 1 - Tape, Clipped; 1 - Bottom Stitched, Top Clipped and Taped.
B.3.4 The results:
T 804 om-02
Technique
method
Compression test of fiberboard shipping containers / 6
Number of
laboratories
Compression
average, lbs
Repeatability
Reproducibility
Classic
3
810
7.1%
9.3%
Hot melt
3
805
7.5%
8.5%
Hot melt
7
818
7.0%
10.6%
Results for
laboratories
described
in B.3.3
12
840
6.5%
16.2%
Repeatability and reproducibility are for averages of 5 samples.
B.4
Reproducibility is about 10% when the two laboratories follow this procedure and use the same flap
fastening method. Comparing compression averages when two different flap fastening methods have been used adds to
the uncertainty of the comparison.
Appendix C
C.1
Some pieces of compression test equipment can be altered to enable the user to allow the top platen to
float or to swivel. This means that the top platen is not always parallel to the bottom platen. As the test proceeds the top
platen is allowed to seek the weakest point on the horizontal plane of the test surface. This is a good technique to use
when seeking the weak link in a stacking pattern as might be experienced in a warehouse stacking situation.
C.2
The floating platen technique is likely to yield different test results from the fixed platen technique. If the
floating platen technique is used, it should be highlighted in the test report. If the purpose of the testing being conducted
is to gather quality assurance data on individual boxes or to gather comparative data for a referee situation, it is highly
recommended that the fixed platen technique be used.
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director
of Quality and Standards.
g
T 807 om-03
SUGGESTED METHOD – 1965
OFFICIAL STANDARD – 1975
OFFICIAL TEST METHOD – 1982
REVISED – 1987
REVISED – 1994
REVISED – 1999
REVISED – 2003
2003 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
the use of such information or data, including but not limited to any
liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
edition published.
CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Bursting strength of paperboard and linerboard
1.
Scope and summary
1.1
This method describes a procedure for measuring the bursting strength of paperboard, including
linerboard having a bursting strength of approximately 350 kPa (or 250 kPa by doubling the test specimens) or greater,
employing a disk-shaped, molded diaphragm type instrument.
1.1.1
A specimen of board is clamped between two platens with circular openings in their centers. An
expansible diaphragm is distended through the lower platen by means of hydraulic pressure until the specimen bursts.
The maximum hydraulic pressure when the specimen ruptures is recorded.
1.2
For the bursting strength of paper, see TAPPI T 403 “Bursting Strength of Paper,” for that of corrugated
and solid fiberboard, see TAPPI T 810 “Bursting Strength of Corrugated and Solid Fiberboard.”
2.
Significance
The bursting strength test of paperboard, including linerboard, is a composite measure of certain properties of the sheet
structure, principally tensile strength and elongation. In general, bursting strength is dependent on the type, proportion,
preparation, and amount of fibers present in the sheet and on their formation, internal sizing, and, to some degree, the
surface treatment. While bursting strength is an empirical property, this test, in combination with grammage (basis
weight), serves to define “standard grades” in commerce.
3.
Apparatus
3.1
Bursting tester1, consisting of the following:
3.1.1
Means for clamping the test specimen between two annular, plane surfaces having fine concentric tool
marks to minimize slippage. The upper clamping platen (clamping ring) has a diameter of approximately 95.3 mm (3.75
in.), and a circular opening 31.50 + 0.03 mm (1.240 + 0.001 in.) diameter. The lower edge of the opening (side in
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers
list in the set of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 807 om-03
Bursting strength of paperboard and linerboard / 2
contact with the board) has a 0.64-mm (0.025-in.) radius. The lower clamping surface (diaphragm plate) has an opening
31.50 + 0.03 mm (1.240 + 0.001 in.) diameter and a diameter greater than or equal to the upper platen. The upper edge
of the opening (in contact with the board) has a 0.40-mm (0.016-in.) radius and the lower edge of the opening (in contact
with the rubber diaphragm) has a radius of 3.18 mm (0.125 in.) to prevent cutting the rubber when pressure is applied.
3.1.2
The upper clamping ring is connected to the clamping mechanism through a swivel joint to facilitate an
even clamping pressure. The openings in the two clamping plates are required to be concentric to within 0.13 mm
(0.0051 in.), and their clamping faces must be flat and parallel (see Appendix A.1.1).
3.1.3
A molded (disk-shaped) diaphragm requiring a pressure of at least 160 kPa but not more than 210 kPa (at
least 23 psi but not more than 30 psi) to distend it to a height of 9.53 mm (0.375 in.) above the diaphragm plate (see
Appendix A.1.2.).
3.1.4
Means of forcing liquid into the pressure chamber below the diaphragm at a steady rate of 170 ± 15
mL/min (5.75 oz/min). This pressure is generated by a motor driven piston forcing a liquid (glycerin) into the pressure
chamber of the apparatus (see Appendix A.1.3).
3.1.5
A pressure gage of the maximum reading or the lazy hand type. The scale has a radius of 47.6 mm (1.875
in.) with graduations extending over a minimum arc of 270o indicating bursting pressure in kPa (psi), with an accuracy of
0.5% of full scale and must have sufficient capacity so that all readings can be maintained in the middle half of the scale.
In its operating position, have the gage inclined between horizontal and 30o from the horizontal. When more than one
gage is mounted on a single apparatus, only the gage on which the measurement is being made is open to the hydraulic
system so as not to reduce the rate of distension of the test specimen.
3.1.6
Calibrate the gages before initial use and frequently enough to ensure their specified accuracy (weekly or
monthly as needed, or before using if they have been idle for a month or more). Calibrate the gages while inclined at the
same angle as used during a test by means of a dead weight gage tester. During calibration, apply the pressure so that the
rate of travel of the needle is similar to that when actually testing the board. If a gage is accidentally subjected to a
pressure beyond its capacity, recalibrate it before it is again used (see Appendix A.1.4).
3.1.7
As an alternative to 3.1.5, a pressure transducer with equivalent accuracy and suitable signal processing
circuitry to display the maximum bursting pressure may be used provided it gives comparable results.
4.
Sampling and test specimens
From each test unit obtained in accordance with TAPPI T 400 “Sampling and Accepting a Single Lot of Paper,
Paperboard, Containerboard, or Related Product,” select 10 or more specimens, each with areas at least 100 × 100 mm (4
× 4 in.), preferably larger.
5.
Conditioning
Condition the specimens and make the tests in the conditioning and testing atmosphere specified in TAPPI T 402
“Standard Conditioning and Testing Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products.”
6.
Procedure
6.1
Clamp specimen uniformly so that no slippage is visible during or after test. On units with automatic
clamping devices, a minimum clamping pressure of 690 kPa (100 psi) is recommended. Note that clamping pressure =
gauge pressure × (area of piston/area of clamp).
6.2
Apply the bursting pressure at the specified rate until the specimen ruptures. Record the maximum
pressure registered by the gage. Make an equal number of tests on each side of the sheet. This is very important because
there is usually a significant difference between sides.
6.3
Make tests only in areas away from creases, imperfections, or visible damage. Position the specimen so
that the clamped area is completely covered by the platens and the specimen extends beyond the clamped area. After
each test, gently return the indicator needle of the gage or digital readout to zero.
NOTE 1:
Using clamping pressures higher than recommended will often lead to lower burst results mostly due to damage at the clamping
site.
3 / Bursting strength of paperboard and linerboard
7.
Report
7.1
7.2
7.2.1
reported).
7.2.2
7.2.3
7.2.4
8.
T 807 om-03
Report as test result, in kilopascals (pounds per square inch), to the nearest gage division.
For each test unit report:
Average of 10 test determinations, five from each side (if desired average from each side can be
Maximum and minimum values and/or,
Standard deviation,
Number of test determinations made.
Precision
8.1
Repeatability (within a laboratory) = 6.4%
8.2
Reproducibility (between laboratories) = 10.6% in accordance with definitions of these terms in
TAPPI T 1200 “Interlaboratory Evaluation of Test Methods to Determine TAPPI Repeatability and
Reproducibility.”
8.3
These values were obtained in a round robin study among 60 laboratories on three board weights (NBS
Collaborative Reference Program).
9.
Keywords
Paperboard, Linerboards, Burst strength
10.
Additional Information
10.1
Effective date of issue: September 30, 2003.
Appendix A.
A.1
Calibration of apparatus for the original instrument design using Bourdon gages and a demountable
clamping tripod (1, 2)
NOTE 2:
Some newer instruments may require slight modifications to the following procedures.
A.1.1 Platens. The condition of the platens may be checked as follows: Place a sheet of filter paper over the
lower platen and a sheet of pencil carbon paper face down on the filter paper. Hold the upper platen so that it does not
rotate while the clamping pressure is applied. When the clamp is raised and the paper is removed, a print of the platen
contact will be found on the paper. Rotate the clamp through 90o and repeat the operation. If the platens are in good
condition, a uniform print of the entire platen surface will be obtained.
A.1.1.1 Frequently, it will be found that the lower platen has been strained so that only the central portion will
print. If this occurs, replace the lower platen. If the print is heavy on one side, the platens are not parallel. This may be
remedied by loosening the Allen setscrew in the center of the yoke assembly, which contacts the cylinder, rotating the
cylinder in the proper direction and relocking the setscrew. In some cases, it may be necessary to loosen the cylinder nut
so that the cylinder can be rotated.
A.1.1.2 Check the lateral alignment of the platens when clamped together to make certain that the holes in the
two platens are concentric. If the holes are not concentric, add shims between the cylinder and the yoke assembly or
reduce the seat to move the chamber with respect to the frame.
A.1.2
Diaphragms. When diaphragms on instruments using the disk-shaped diaphragms are to be changed,
make sure that the control lever has been thrown into reverse and has returned automatically to neutral. Turn down the
clamping wheel tightly to enable an easier removal of the diaphragm nut with the special spanner wrench. When the
diaphragm ring has been completely unscrewed, raise the clamp and remove the demountable tripod. The ring nut and
lower platen may then be removed easily. Before inserting a new diaphragm, fill the chamber with air-free glycerin to
the top of the saucer-like depression so that it is even with the clamping ridges. Keep these ridges clean and dry to
minimize capillary leakage past them, and if any glycerin is spilled, wash the ridges with alcohol and wipe them dry.
Carefully place the new diaphragm on the surface of the fluid with the flat side down and the reinforced side up. To
minimize the inclusion of air, place the diaphragm into place with a rolling motion starting from the rear of the surface of
T 807 om-03
Bursting strength of paperboard and linerboard / 4
the liquid and rolling it forward. Place the lower platen on the diaphragm so that the small hole in the platen fits over the
pin at the rear of the cup, replace the diaphragm ring, and screw it down tightly, preferably after replacing and clamping
down the upper platen. The diaphragm should be level with, but not above the top of the diaphragm plate.
A.1.3 Hydraulic system. The complete absence of air in the tester is very important, because any flow of
glycerin through the gage lines must be minimized. For example, it has been observed that if two carefully calibrated
gages are connected to the tester and the pressure is applied simultaneously, there may be significant difference between
the two readings. This difference may be caused by the presence of air in one of the gage lines, so that as the pressure is
increased and the air is compressed, a greater flow of glycerin results. Because of the resulting greater attendant
frictional resistance to pressure transfer, there will be a lower reading in that gage.
A.1.3.1 Air is best removed from the system by pumping clean, air-free glycerin through it. Glycerin may be
freed of air by placing it in a sturdy vessel and applying suction. Air bubbles will be seen to form, and when the vapor
pressure of glycerin has been reached, the glycerin will commence to foam. At this point, the glycerin may be considered
free of air and ready for use.
A.1.3.2 To remove the air from the tester, remove the gages and tip it forward. While in this position, open the
gage valves and engage the piston with the motor running. The glycerin and any air present in the manifold line will then
be expelled. As soon as the glycerin stops flowing, shut the gage valves tightly and tip the tester back to its horizontal
position. If there are no gage valves, seal the gage line carefully with a tight plug before tipping it back, taking care that
no air is trapped. Remove the diaphragm and add glycerin through the opening while retracting the piston, taking care
that no air is introduced. (Glycerin may also be replaced without removing the diaphragm by use of a special glycerin
gun available from the manufacturer of the tester.). The diaphragm is then temporarily replaced and the tester tipped on
end so that the piston is in the vertical position. The plug at the top-most part of the glycerin chamber is then removed
and the piston again run forward to expel glycerin and any air which may have been trapped in the piston and cylinder
assembly. The plug is then replaced, the tester set down, the diaphragm removed, and the chamber again filled with
glycerin while retracting the piston. If care has been taken, all air should then be out of the tester.
A.1.4 Gages. Before tests are made, make sure that the entire hydraulic system of the tester, including the inner
tubing of each gage (Bourdon tube) is full of liquid and is completely free of entrapped air. If necessary, remove the air
in the Bourdon tube of a gage and replace it by glycerin as follows: Insert two tubes of Pyrex or metal through a rubber
stopper into the neck of a small vacuum vessel one-third filled with glycerin. Have one tube extend almost to the bottom,
and the other extend to just below the stopper. Connect the latter to a vacuum pump and with vacuum tubing connect the
other to the Bourdon tube. Turn on the vacuum pump and tip the vessel just enough to uncover the tube connected to the
gage to ensure a minimum of back pressure while drawing air from the gage. Continue the evacuation for several
minutes after the glycerin in the vessel appears to boil. Tip the vessel until the end of the tube leading to the gage is
completely immersed in the glycerin and slowly admit air into the vessel. This will force glycerin into the Bourdon tube.
If the air has been completely removed from the tube, a minimum of glycerin will be pulled out of it upon re-evacuating
the system.
A.1.4.1 Some gages are available with a bleeder mounted inside the Bourdon tube, which may be used to bleed
off the air instead of removing it by the vacuum procedure described.
References
1.
2.
Institute of Paper Chemistry, “A Method for Determining the Bursting Strength of Paperboard and Paperboard
Products,” Fibre Containers, February 1948.
McKee, R. C., Root, C. H., and Ayre, L. R., “Instrumental and Operational Variables Influencing Bursting
Strength Results,” Fibre Containers, May, June, July 1948.
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director
of Quality and Standards.
g
T 810 om-98
SUGGESTED METHOD – 1966
OFFICIAL TEST METHOD – 1980
REVISED – 1985
REVISED – 1992
REVISED – 1998
© 1998 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with the
use of such information or data, including but not limited to any
liability or responsibility under patent, copyright, or trade secret laws.
The user is responsible for determining that this document is the most
recent edition published.
Bursting strength of corrugated and solid fiberboard
1.
Scope
This method describes the procedure for measuring the bursting strength of single wall and double wall corrugated
and solid fiberboard. It is not designed to be used for the bursting strength of paper (TAPPI T 403 "Bursting Strength
of Paper"), paperboard and linerboard (TAPPI T 807 "Bursting Strength of Paperboard and Linerboard"), or triple wall
corrugated board.
2.
Significance
The bursting strength of combined board is primarily an indication of the character of the materials used in
manufacturing a fiberboard box and has value in this respect. Bursting strength of combined board is an optional
requirement of the various carrier regulations for shipping containers. The bursting strength of the component
paperboard is an important control test in the paperboard mill since the conformity of the finished container is generally
controlled by the bursting strength of the paperboard. Triple-wall corrugated board cannot be tested suitably by the
bursting method. Testing of double-wall board is of questionable accuracy since it is rarely possible to get sufficiently
simultaneous bursts of the multiple facings. The test is simple and rapid to execute, but it must be recognized that it is
subject to serious errors if instrument, diaphragm, and gages are not properly maintained or if improper procedures are
used (1, 2, 3).
3.
Apparatus
3.1
Bursting tester1, consisting of the following:
3.1.1
Means for clamping the test specimen between two annular, plane surfaces having fine concentric tool
marks to minimize slippage. The upper clamping platen (clamping ring) has a minimum diameter of 95.3 mm (3.75 in.),
a minimum thickness of 9.53 mm (0.375 in.), and a circular opening of 31.50 ± 0.03 mm (1.240 ± 0.001 in.) diameter.
The lower edge of the opening (side in contact with the board) has a 0.64 mm (0.025 in.) radius. The lower clamping
surface (diaphragm plate) has a thickness of 5.56 ± 0.08 mm (0.219 ± 0.003 in.) with an opening 31.50 ± 0.03 mm (1.240
± 0.001 in.) in diameter and an overall diameter at least as large as the upper clamping plate.. The upper edge of the
opening (in contact with the board) has a 0.41 mm ± 0.1 mm (0.016 ± 0.004 in.) radius and the lower edge of the opening
(in contact with the rubber diaphragm) has a radius of 3.1 ± 0.1 mm (0.122 ± 0.004 in.) to prevent cutting the rubber
when pressure is applied. The upper clamping ring is connected to the clamping mechanism through a swivel joint to
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in the bound
set of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Technical Operations Department.
Approved by the Fiberboard Shipping Container Testing Committee of the Corrugated Containers Division
TAPPI
T 810 om-98
Bursting strength of corrugated and solid fiberboard / 2
facilitate an even clamping pressure. The openings in the two clamping plates are required to be concentric to within
0.13 mm (0.0051 in.) and their clamping faces flat and parallel (see T 807 Appendix A.1.1).
3.1.2
A molded (disk-shaped) diaphragm requiring a pressure of not less than 160 kPa nor more than 210 kPa
(not less than 23 psi nor more than 30 psi) to distend it to a height of 9.53 mm (0.375 in.) above the diaphragm plate (see
T 807, Appendix A.1.2.)
3.1.3
Means of forcing liquid into the pressure chamber below the diaphragm at a steady rate of 170 ± 16
mL/min (0.045 ± 0.004 gal/min). This pressure shall be generated by a motor-driven piston forcing a liquid (glycerin)
into the pressure chamber of the apparatus (see T 807, Appendix A.1.3).
3.1.4
A Bourdon pressure gage of the maximum reading or the lazy hand type. The scale should have a radius
of 47.6 mm (1.875 in.) with graduations extending over a minimum arc of 270° indicating bursting pressure in kPa or
psi, with an accuracy of 0.5% of full scale, and have sufficient capacity so that all readings can be maintained in the
middle half of the scale. In its operating position, have the gage inclined between horizontal and not over 30° from the
horizontal. When more than one gage is mounted on a single apparatus, only the gage on which the measurement is being
made is open to the hydraulic system so as not to reduce the rate of distention of the sample.
3.1.5
As an alternate to 3.1.4, a pressure transducer with suitable signal processing circuitry to display the
maximum bursting pressure may be used provided it gives comparable results.
3.1.6
Electronic instruments are now available that automate and speed up the testing procedure. These
instruments must maintain the critical elements of 3.1.1 through 3.1.3.
NOTE 1:
3.1.7
4.
Vernier caliper with micrometer gage to measure penetration of the upper clamping platen into the board.
Calibration
4.1
4.2
5.
Care should be taken when comparing results between bourdon tube and electronic measuring systems. Differences in test results
can arise due to differences in system expansibility and speed of data acquisition.
Calibrate apparatus as per Instrument Manufacturers specifications.
Appendix A.1 of TAPPI T 807 describes a calibration procedure for one manufacturers apparatus.
Sampling and test specimens
5.1
Solid fiberboard
5.1.1
From each test unit obtained in accordance with TAPPI T 400 "Sampling and Accepting a Single Lot
of Paper, Paperboard, Containerboard, or Related Product," prepare five specimens at least 305 × 305 mm (12 × 12 in.).
If the dimensions of each sheet of the test unit are too small, then use specimens no less than 102 mm (4 in.) wide and
of sufficient length or number to permit a total of 20 bursts.
5.2
Corrugated board
5.2.1
From each test unit obtained in accordance with T 400, prepare five specimens at least 305 × 305 mm
(12 × 12 in.). If size does not permit this, take specimens no less than 152 mm (6 in.) wide and of sufficient length or
number to permit a total of 20 bursts.
6.
Conditioning
Condition all specimens prior to testing and conduct tests in an atmosphere in accordance with TAPPI
T 402 "Standard Conditioning and Testing Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products."
7.
Procedure
7.1
Solid fiberboard
7.1.1
Insert the specimen between the clamping ring and diaphragm plate, then apply a clamping pressure of
690 kPa (100 psi) either manually, pneumatically, or hydraulically and verify the pressure applied to the specimen. The
specimen must not slip during the test.
7.1.2
Apply the bursting pressure by forcing the piston forward until the diaphragm ruptures the specimen.
Record the maximum pressure registered.
7.1.3
Allot a minimum area of 102 x 102 mm (4 × 4 in.) for each burst to prevent the clamping areas from
overlapping. Make an equal number of bursts from each side of the specimen. Arrange that no more than one burst from
3 / Bursting strength of corrugated and solid fiberboard
T 810 om-98
each side of the specimen falls in the same line of machine formation. Make no test on areas containing wrinkles,
creases, or other obvious imperfections. Make a minimum of 6 bursts on each 305 × 305 mm (12 × 12 in.) specimen
and a maximum of 10 bursts to determine the average bursting strength of the material tested.
7.2
Corrugated board
7.2.1
Insert the specimen between the clamping ring and the diaphragm plate. Apply a clamping pressure so
that the top compression ring moves into the board to a depth as follows: "A" flute 2.08 ± 0.05 mm (0.082 ± 0.002 in.);
"B" flute 0.81 ± 0.05 mm (0.032 ± 0.002 in.); "C" flute 1.62 ± 0.05 mm (0.062 ± 0.002 in.) and for Double Wall 3.05
± 0.07 mm (0.12 ± 0.003 in.). The specimen must not slip during the test. Apply the bursting pressure by forcing the
piston forward until the diaphragm ruptures the specimen. Record the maximum pressure registered.
NOTE 2:
On some testers equipped with a clamping wheel this corresponds to: "A" flute 3/4 turn; "B" flute 1/4 turn; "C" flute ½ turn and
double wall 1 turn. Due to the surface and frictional characteristics of the board, the penetration depth to prevent slippage could
vary by +1/4 of a turn. If the tester is equipped with a hand wheel, pneumatic or hydraulic loading system adjust clamping pressure
so that the sample will just slip between the clamping rings, measure the distance between the yoke and top clamping ring (see Fig.
1), and adjust the pressure to get the specified penetration depth. There should be no slipping during the test, if slippage does occur
increase the penetration depth.
7.2.2
On corrugated board a minimum area of 152 × 152 mm (6 × 6 in.) is required for each burst. A
maximum of four bursts, two from each direction, is therefore made on each 930 cm2 (1 ft2) specimen. A margin of at
least 25 mm (1 in.) is left between the periphery of the clamping ring and the edge of the specimen. Locate the bursts
so that not more than one burst from each direction is made in line with the same corrugation. Make a minimum of 20
bursts.
NOTE 3:
On testers with adjustable clamp pressure (pneumatic or hydraulic) the following alternative clamp procedure can be used.
Determine the clamping force required to collapse the flutes of the test material. Reduce the clamp pressure by 35 kPa (5 psi) to
run the burst tests.
NOTE 4:
Occasionally a "double pop" may occur on some corrugated materials. These results should be included in the report and labeled
as double pops.
8.
Report
For each test unit report the average of the test determinations in kilopascals (or in lb/in.2 equivalent to kPa/6.89)
to three significant figures.
NOTE 5:
9.
For purposes of determining compliance with the optional carrier classification requirements, Uniform Freight Classification Rule
41 and National Motor Freight Classification Item 222 specify a minimum bursting test rather than an average of the test
determinations. These rules state, in effect, that only one burst (out of the six prescribed) is permitted to fall below the minimum
test required. Board failing to pass the foregoing will be accepted if, in a retest consisting of 24 bursts, not over 4 bursts fall below
the minimum test required.
Precision
9.1
Repeatability (within a laboratory) = 5.7%
9.2
Reproducibility (between laboratories) = 13.5%
9.3
The above values were obtained using test results, each an average of 20 determinations among 12
laboratories on 6 different corrugated combinations. The interlaboratory study was conducted in accordance with TAPPI
T 1200 "Interlaboratory Evaluation of Test Methods Used with Paper and Board Products" by the Fibre Box Association
Technical Committee, 1971-2.
10.
Keywords
Corrugated boards, Fiber boards, Burst strength.
T 810 om-98
11.
Bursting strength of corrugated and solid fiberboard / 4
Additional information
11.1
Effective date of issue: February 23, 1998.
11.2
Related methods: ASTM D 2738 (technically identical); Australian and New Zealand, APPITA P 438
(specifies clamping pressure) ISO 2759 (specifies crushing flutes).
References
1.
2.
3.
Institute of Paper Chemistry, "A Method for Determining the Bursting Strength (Mullen) of Paperboard and
Paperboard Products," Fiber Containers (Feb. 1948).
McKee, R. C., Root, C. H., and Ayers, L. R., "Instrumental and Operational Variables Influencing Bursting
Strength Results," Fiber Containers (May, June, and July 1948).
Pitman, G. A., "Problems of Entrapped Air in Mullen Testers," Fiber Containers (Nov. 1955).
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Technical
Operations Manager.
T 811 om-02
OFFICIAL STANDARD – 1970
REVISED – 1979
OFFICIAL TEST METHOD – 1983
REVISED – 1988
REVISED – 1995
REVISED – 2002
2002 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
the use of such information or data, including but not limited to any
liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
edition published.
CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
1.
Scope
1.1
This method describes procedures for determining the edgewise compressive strength (ECT), parallel to
the flutes, of a short column of single-, double-, or triple-wall corrugated fiberboard (1).
1.2
The method includes procedures for cutting the test specimen, specimen support (waxed edges), and two
procedures for applying the compressive force (constant strain rate, or constant load rate). Studies have shown that any
combination of these procedures will yield the same test results with the stated precision (Section 9).
2.
Significance
2.1
Research has shown that the edgewise compressive strength of specimens with flutes vertical, in
combination with the flexural stiffness of the combined board and box dimensions, relates to the top-to-bottom
compressive strength of vertically fluted corrugated fiberboard shipping containers (2,3).
2.2
This method may also be used for comparing the edgewise compressive strength of different lots of
similar combined boards or for comparing different material combinations (4,5).
3.
Apparatus
3.1
Compression testing machine1 meeting the requirements of either 3.1.1 or 3.1.2, and 3.1.3, 3.1.4, and
3.1.5.
3.1.1
Rigid Support Compression Tester. Two platens, one rigidly supported and the other driven. Each platen
shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). The platens are to have not more than 0.050 mm (0.002
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in the bound set
of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 811 om-02
Edgewise compressive strength of corrugated / 2
fiberboard (short column test)
in.) lateral relative movement, and the rigidly supported platen not more than 0.150 mm (0.006 in.) movement,
perpendicular to the surface, within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf). Within the specimen contact area, each
platen shall be flat within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to each
other within 1 part in 2000 throughout the test (6).
3.1.1.1 Within a range of platen separations necessary to cause compressive failure of the test specimen, and
within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf), the speed of the driven platen shall be controllable at 12.5 ± 0.25 mm (0.5
± 0.01 in.) per minute. (For convenience, the test machine should be capable of rapid return and automatic, settable
positioning).
3.1.2
Flexible Beam Compression Tester. Two platens, one flexible beam supported and the other driven. Each
platen shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). Within the specimen contact area, each platen shall
be flat within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to each other
within 1 part in 2000 throughout the test. The platens are required to have not more than 0.050 mm (0.002 in.) lateral
relative movement.
3.1.2.1 Within a range of platen separations necessary to cause compressive failure of the test specimen, and
within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf), the speed of the driven platen shall be controlled so that the rate of force
increase (without considering specimen deformation) is 111 ± 22 N/s (25 ± 5 lbf/s) (6).
3.1.3
The driven platen shall be moveable to achieve an initial platen separation of at least 60 mm (2.36 in.).
3.1.4
A capacity of at least 2224 N (500 lbf).
3.1.5
A means for measuring and indicating the maximum load sustained by the test specimen with an accuracy
of 0.5% or 2.2 N (0.5 lbf), whichever is greater.
3.1.6
A means such as a saw or other device for cutting specimens having clean, parallel and perpendicular
edges, within the tolerances specified in 6.2 and 6.3. Opposite edges shall be parallel to each other and perpendicular to
adjacent edges (7).
3.1.6.1 Knife cutter, single knife device with guides or, preferably, a twin-knife motorized or pneumatically
driven device to cut the test specimens according to the specifications in Section 6. The knives must be sharp and of the
single-bevel type and arranged in the device so that the unbevelled side is toward the test piece and at 90° to the
specimen's surface.
3.1.6.2 Saw, circular, equipped with a sharp, no-set (hollow ground or taper ground is desirable) saw blade. The
saw blade shall be 90° to the table supporting the specimen.
3.1.7
A means for supporting the specimen at the initiation of the test so that the applied force is exactly
parallel to the flutes.
3.1.7.1 Metal guide blocks (Fig. 1) to be used with the waxed edge specimens (7.5). Two are required to align
the specimen vertically in the testing machine.
4.
Sampling
Samples shall be obtained in accordance with TAPPI T 400 “Sampling and Accepting a Single Lot of Paper,
Paperboard, Containerboard, or Related Product.”
5.
Conditioning
Precondition and condition the sample in accordance with TAPPI T 402 “Standard Conditioning and Testing
Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products.” Waxed edge specimens shall be conditioned an
additional minimum of 2 hours after waxing and before testing (8)
6.
Test specimens
6.1
From each test unit accurately cut at least 10 specimens with the motorized knife or circular saw or other
method that will cut clean, parallel, and perpendicular edges. If the test specimens are to be taken from corrugated
shipping containers, they should be taken from areas away from scorelines, joints, and
closures. Specimens should not be taken from obviously damaged areas and areas not representative of the container as a
whole.
6.2
The loading (width) edges shall be parallel to each other and perpendicular to the axis of the flutes (Fig.
2). Cut the specimens to a width of 50.8 ± 0.8 mm (2.00 ± 0.031 in.).
3 / Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
T 811 om-02
6.3
Specimens to be tested using this procedure shall be cut to a height of 31.8 ± 1.6 mm (1.25 ± 0.063 in.)
for B-flute, 38.1 ± 1.6 mm (1.50 ± 0.063 in.) for C-flute, and 50.8 ± 1.6 mm (2.00 ± 0.063 in.) for A-flute and for all
double- and triple-wall board (1, 6).
NOTE 1:
In some U.S. Federal and Military Specifications and Standards for corrugated board, the short column crush test is required. The
procedure is technically identical to that described here in Sections 4-6 except for specimen size. The height for all flute
constructions, single-, double-, triple-wall, is 31.8 ± 1.6 mm (1.25 ± 0.063 in.). When testing against these specifications, this
height is to be used.
NOTE 2:
FEFCO requires testing specimens cut 100 mm (3.94 in.) wide and 25 mm (0.98 in.) high. These are tested without any additional
specimen support such as waxed edges or mechanical support, except for initial vertical alignment.
NOTE 3:
Other procedures are sometimes used which require different specimen dimensions, specimen geometry (9) or specimen support
techniques. These may include, but are not to be limited to: TAPPI T 839 “Edgewise Compressive Strength of Corrugated
Fiberboard using the Clamp Method (Short Column Test)” (10), TAPPI T 841 “Corrugated Board Edge Compression Test, Morris
Specimen Holder Procedure, Non-Waxed Loading Edges,” and TAPPI T 838 “Edge Crush Test Using Neckdown” (11).
The procedures described in Notes 1, 2, and 3 will not, necessarily, yield the same results as the official test method.
6.4
Prepare test specimens with waxed edge reinforcement as follows: Dip each loading edge in molten
paraffin 69-74°C (156-165°F) approximate melting point, 52°C (125°F) to a depth of 6 mm (1/4 in.) and hold there until
the absorbed paraffin, as determined visually, begins to migrate above the 6 mm (1/4 in.) dipped zone. Normally, a 3
second dip in molten paraffin at a temperature of 69-74°C (156-165°F) is satisfactory. If excessively rapid migration is
encountered, reduce the temperature of the molten paraffin. Immediately after dipping, momentarily blot the loading
edges of the specimen on paper toweling preheated on a hot plate maintained at 77-82°C (171°-180°F).
NOTE 4:
The following alternative procedure for impregnating the loading edges of specimens with paraffin wax is permissible. Place the
edge on a paraffin wax saturated pad, such as paper toweling, heated on a hot plate maintained at 77-82°C (171-180°F) until the
paraffin wax impregnates the specimen to the desired 6 mm (1/4 in.) depth. Generally, this method is slower than the dipping
method and therefore permits better control of the depth of paraffin wax penetration for specimens in which paraffin wax migration
is rapid.
NOTE 5:
When reinforcing the loading edges of waxed or curtain coated boards, care must be taken so that the heat of the reinforcing
paraffin wax does not adversely affect the integrity of the board’s structure in the area of the edge wax impregnation. Evidence of
proper treatment will be that in performing the test, failure occurs away from the reinforced area.
7.
Procedure
7.1
Perform all tests in the conditioning atmosphere.
7.2
The rate of platen movement required for a flexible beam compression machine has been determined to
be 111 ± 22 N/s (25 ± 5 lbf/s). Record the platen movement rate actually used. On most machines this rate of platen
movement will be 13-51 mm (0.5-2.0 in.) per minute depending on the load range at the beam.
7.3
The rate of platen movement for each rigid support compression machine should be set to 12.5 ± 0.25 mm
(0.5 ± 0.01 in.) per minute.
7.4
Measure the width (nominally 50.8-mm (2-in.)) dimension of each specimen to the nearest 1 mm (1/32
in.).
7.5
Center the specimen on the platen. Place a guide block on each side of the specimen centrally located
relative to it so that the flutes are held perpendicular to the platen. Place the blocks' largest face up, with the offset ends
adjacent and in contact with the specimen above the paraffin areas.
7.5.1
Apply a compressive force to the specimen. Verify the platen movement rate described in 7.2 or 7.3.
When the force on the specimen is between 22 and 67 N (5 and 15 lbf), remove both guide blocks and, without altering
the platen movement rate, continue to apply force until the specimen fails. A valid test is when one or both liners have
buckled in the unwaxed center portion of the specimen. If neither liner shows a buckling failure in the unwaxed area of
the specimen the test may be declared invalid.
7.6
Record the maximum load in newtons (pounds-force), the specimen width, and whether or not the
specimen exhibited a valid failure.
T 811 om-02
8.
Edgewise compressive strength of corrugated / 4
fiberboard (short column test)
Report
8.1
For each test unit, report:
8.1.1
Average maximum load per unit width for valid tests calculated from average maximum load and
specimen width in kilonewtons per meter (pounds-force per in.).
8.1.2
Standard deviation among valid determinations in kilonewtons per meter (pounds-force per in.).
8.1.3
Number of valid test determinations.
8.1.4
A description of material tested.
8.1.5
A statement that the test was conducted in compliance with this test method and a description of any
deviations.
9.
Precision
9.1
Repeatability (within a laboratory) = 6%.
9.2
Reproducibility (between laboratories) = 23%.
9.3
The above precision statement was obtained using test results, each an average of 10 determinations
from an interlaboratory study, conducted in accordance with TAPPI T 1200 “Interlaboratory Evaluation of Test Methods
to Determine TAPPI Repeatability and Reproducibility,” in cooperation with the ASTM Committee D-6, Sub IV,
October 1966, among nine laboratories on five different corrugated combinations.
10.
Keywords
Corrugated boards, Edge crush tests, Compression strength.
11.
Additional information
11.1
Effective date of issue: April 24, 2002.
11.2
This method is referenced in the alternate requirements of National Railroad Freight Committee, Uniform
Freight Classification, and the National Motor Freight Traffic Association Inc.,/American Trucking Association, National
Motor Freight Classification. The carrier classification rules (Alternate Rule 41, Item 222) define the minimum ECT
requirements for corrugated boxes used in the common carrier surface transportation system.
11.3
Related methods: ASTM D-2808 “Compressive Strength of Corrugated Fiberboard” (technically
identical); ISO International Standard ISO 3037 “Corrugated Fiberboard - Determination of Edgewise Crush
Resistance.” All of these methods are technically identical except for specimen size and preparation. In this respect they
compare with earlier TAPPI versions and with the alternate specimen size referenced in Notes 1 and 2 (also see Note 3).
12.
Literature cited
1.
Koning, J. W., Jr., “Comparison of Two Specimen Shapes for Short Column Test of Corrugated Fiberboard,” U.S.
Forest Service Research Note FPL-0109 (October 1965).
McKee, R. C., Gander, J. W., and Wachuta, J. R., “Edgewise Compression Strength of Corrugated Board,”
Paperboard Packaging 46 (11); 70 (1961).
McKee, R. C., Gander, J. W. and Wachuta, J. R., “Compression Strength Formula for Corrugated Boxes,”
Paperboard Packaging 48 (8): 149 (1963).
Maltenfort, G. G., “Compression Strength of Corrugated,” Paperboard Packaging 48 (8): 160 (1963).
Moody, R. C., “Edgewise Compressive Strength of Corrugated Fiberboard as Determined by Local Instability,”
U.S. Forest Service Research paper FPL 46 (December 1965).
Moody, R. C., and Koning, J. W., Jr., “Effect of Loading Rate on the Edgewise Compressive Strength of
Corrugated Fiberboard,” U.S. Forest Service Research Note FPL-0121 (April 1966).
McClain, T. E. And Boltnott, “Crush Tests Rely on Parallel-to-flute Loading,” Tappi Journal 65(3): 148(1982).
Urbanik, T. J., Catlin, A. H., Friedman, D. R., Lund, R. C., “Edgewise Crush Test Streamlined by Shorter Time
After Waxing,” Tappi Journal 77 (1): 83 (1994).
Koning, J. W., Jr., “A Short Column Crush Test of Corrugated Fiberboard,” Tappi 47 (3): 134 (1964).
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
5 / Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
10.
T 811 om-02
Schrampfer, K. E., and Whitsitt, W. J., “Clamped Specimen Testing: A Faster Edgewise Crush Procedure,” Tappi
71 (10): 65 (1988).
Koning, J. W., “Towards an International Standard for the Edgewise Compression Test of Corrugated Board,”
Tappi Journal 71 (10): 62 (1988).
11.
References
1.
2.
Schrampfer, K. E., Whitsitt, W. J., and Baum, G. A., The Institute of Paper Science and Technology, Project 269524, Report One (February 27, 1987).
Urbanik, T. J., Catlin, A. H., Friedman, D. R., and Lund, R. C., “More Rapid Edgewise Crush Test Methods,”
Journal of Testing and Evaluation, JTEVA. Vol. 21, No. 1 January 1993 pp. 62-67.
Fig. 1.
Metal guide block.
Fig. 2. Edgewise test specimen for B-flute.
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director
of Quality and Standards.
g
T 811 om-02
OFFICIAL STANDARD – 1970
REVISED – 1979
OFFICIAL TEST METHOD – 1983
REVISED – 1988
REVISED – 1995
REVISED – 2002
2002 TAPPI
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by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
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liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
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CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
1.
Scope
1.1
This method describes procedures for determining the edgewise compressive strength (ECT), parallel to
the flutes, of a short column of single-, double-, or triple-wall corrugated fiberboard (1).
1.2
The method includes procedures for cutting the test specimen, specimen support (waxed edges), and two
procedures for applying the compressive force (constant strain rate, or constant load rate). Studies have shown that any
combination of these procedures will yield the same test results with the stated precision (Section 9).
2.
Significance
2.1
Research has shown that the edgewise compressive strength of specimens with flutes vertical, in
combination with the flexural stiffness of the combined board and box dimensions, relates to the top-to-bottom
compressive strength of vertically fluted corrugated fiberboard shipping containers (2,3).
2.2
This method may also be used for comparing the edgewise compressive strength of different lots of
similar combined boards or for comparing different material combinations (4,5).
3.
Apparatus
3.1
Compression testing machine1 meeting the requirements of either 3.1.1 or 3.1.2, and 3.1.3, 3.1.4, and
3.1.5.
3.1.1
Rigid Support Compression Tester. Two platens, one rigidly supported and the other driven. Each platen
shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). The platens are to have not more than 0.050 mm (0.002
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in the bound set
of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 811 om-02
Edgewise compressive strength of corrugated / 2
fiberboard (short column test)
in.) lateral relative movement, and the rigidly supported platen not more than 0.150 mm (0.006 in.) movement,
perpendicular to the surface, within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf). Within the specimen contact area, each
platen shall be flat within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to each
other within 1 part in 2000 throughout the test (6).
3.1.1.1 Within a range of platen separations necessary to cause compressive failure of the test specimen, and
within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf), the speed of the driven platen shall be controllable at 12.5 ± 0.25 mm (0.5
± 0.01 in.) per minute. (For convenience, the test machine should be capable of rapid return and automatic, settable
positioning).
3.1.2
Flexible Beam Compression Tester. Two platens, one flexible beam supported and the other driven. Each
platen shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). Within the specimen contact area, each platen shall
be flat within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to each other
within 1 part in 2000 throughout the test. The platens are required to have not more than 0.050 mm (0.002 in.) lateral
relative movement.
3.1.2.1 Within a range of platen separations necessary to cause compressive failure of the test specimen, and
within a load range of 0 to 2224 N (0-500 lbf), the speed of the driven platen shall be controlled so that the rate of force
increase (without considering specimen deformation) is 111 ± 22 N/s (25 ± 5 lbf/s) (6).
3.1.3
The driven platen shall be moveable to achieve an initial platen separation of at least 60 mm (2.36 in.).
3.1.4
A capacity of at least 2224 N (500 lbf).
3.1.5
A means for measuring and indicating the maximum load sustained by the test specimen with an accuracy
of 0.5% or 2.2 N (0.5 lbf), whichever is greater.
3.1.6
A means such as a saw or other device for cutting specimens having clean, parallel and perpendicular
edges, within the tolerances specified in 6.2 and 6.3. Opposite edges shall be parallel to each other and perpendicular to
adjacent edges (7).
3.1.6.1 Knife cutter, single knife device with guides or, preferably, a twin-knife motorized or pneumatically
driven device to cut the test specimens according to the specifications in Section 6. The knives must be sharp and of the
single-bevel type and arranged in the device so that the unbevelled side is toward the test piece and at 90° to the
specimen's surface.
3.1.6.2 Saw, circular, equipped with a sharp, no-set (hollow ground or taper ground is desirable) saw blade. The
saw blade shall be 90° to the table supporting the specimen.
3.1.7
A means for supporting the specimen at the initiation of the test so that the applied force is exactly
parallel to the flutes.
3.1.7.1 Metal guide blocks (Fig. 1) to be used with the waxed edge specimens (7.5). Two are required to align
the specimen vertically in the testing machine.
4.
Sampling
Samples shall be obtained in accordance with TAPPI T 400 “Sampling and Accepting a Single Lot of Paper,
Paperboard, Containerboard, or Related Product.”
5.
Conditioning
Precondition and condition the sample in accordance with TAPPI T 402 “Standard Conditioning and Testing
Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products.” Waxed edge specimens shall be conditioned an
additional minimum of 2 hours after waxing and before testing (8)
6.
Test specimens
6.1
From each test unit accurately cut at least 10 specimens with the motorized knife or circular saw or other
method that will cut clean, parallel, and perpendicular edges. If the test specimens are to be taken from corrugated
shipping containers, they should be taken from areas away from scorelines, joints, and
closures. Specimens should not be taken from obviously damaged areas and areas not representative of the container as a
whole.
6.2
The loading (width) edges shall be parallel to each other and perpendicular to the axis of the flutes (Fig.
2). Cut the specimens to a width of 50.8 ± 0.8 mm (2.00 ± 0.031 in.).
3 / Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
T 811 om-02
6.3
Specimens to be tested using this procedure shall be cut to a height of 31.8 ± 1.6 mm (1.25 ± 0.063 in.)
for B-flute, 38.1 ± 1.6 mm (1.50 ± 0.063 in.) for C-flute, and 50.8 ± 1.6 mm (2.00 ± 0.063 in.) for A-flute and for all
double- and triple-wall board (1, 6).
NOTE 1:
In some U.S. Federal and Military Specifications and Standards for corrugated board, the short column crush test is required. The
procedure is technically identical to that described here in Sections 4-6 except for specimen size. The height for all flute
constructions, single-, double-, triple-wall, is 31.8 ± 1.6 mm (1.25 ± 0.063 in.). When testing against these specifications, this
height is to be used.
NOTE 2:
FEFCO requires testing specimens cut 100 mm (3.94 in.) wide and 25 mm (0.98 in.) high. These are tested without any additional
specimen support such as waxed edges or mechanical support, except for initial vertical alignment.
NOTE 3:
Other procedures are sometimes used which require different specimen dimensions, specimen geometry (9) or specimen support
techniques. These may include, but are not to be limited to: TAPPI T 839 “Edgewise Compressive Strength of Corrugated
Fiberboard using the Clamp Method (Short Column Test)” (10), TAPPI T 841 “Corrugated Board Edge Compression Test, Morris
Specimen Holder Procedure, Non-Waxed Loading Edges,” and TAPPI T 838 “Edge Crush Test Using Neckdown” (11).
The procedures described in Notes 1, 2, and 3 will not, necessarily, yield the same results as the official test method.
6.4
Prepare test specimens with waxed edge reinforcement as follows: Dip each loading edge in molten
paraffin 69-74°C (156-165°F) approximate melting point, 52°C (125°F) to a depth of 6 mm (1/4 in.) and hold there until
the absorbed paraffin, as determined visually, begins to migrate above the 6 mm (1/4 in.) dipped zone. Normally, a 3
second dip in molten paraffin at a temperature of 69-74°C (156-165°F) is satisfactory. If excessively rapid migration is
encountered, reduce the temperature of the molten paraffin. Immediately after dipping, momentarily blot the loading
edges of the specimen on paper toweling preheated on a hot plate maintained at 77-82°C (171°-180°F).
NOTE 4:
The following alternative procedure for impregnating the loading edges of specimens with paraffin wax is permissible. Place the
edge on a paraffin wax saturated pad, such as paper toweling, heated on a hot plate maintained at 77-82°C (171-180°F) until the
paraffin wax impregnates the specimen to the desired 6 mm (1/4 in.) depth. Generally, this method is slower than the dipping
method and therefore permits better control of the depth of paraffin wax penetration for specimens in which paraffin wax migration
is rapid.
NOTE 5:
When reinforcing the loading edges of waxed or curtain coated boards, care must be taken so that the heat of the reinforcing
paraffin wax does not adversely affect the integrity of the board’s structure in the area of the edge wax impregnation. Evidence of
proper treatment will be that in performing the test, failure occurs away from the reinforced area.
7.
Procedure
7.1
Perform all tests in the conditioning atmosphere.
7.2
The rate of platen movement required for a flexible beam compression machine has been determined to
be 111 ± 22 N/s (25 ± 5 lbf/s). Record the platen movement rate actually used. On most machines this rate of platen
movement will be 13-51 mm (0.5-2.0 in.) per minute depending on the load range at the beam.
7.3
The rate of platen movement for each rigid support compression machine should be set to 12.5 ± 0.25 mm
(0.5 ± 0.01 in.) per minute.
7.4
Measure the width (nominally 50.8-mm (2-in.)) dimension of each specimen to the nearest 1 mm (1/32
in.).
7.5
Center the specimen on the platen. Place a guide block on each side of the specimen centrally located
relative to it so that the flutes are held perpendicular to the platen. Place the blocks' largest face up, with the offset ends
adjacent and in contact with the specimen above the paraffin areas.
7.5.1
Apply a compressive force to the specimen. Verify the platen movement rate described in 7.2 or 7.3.
When the force on the specimen is between 22 and 67 N (5 and 15 lbf), remove both guide blocks and, without altering
the platen movement rate, continue to apply force until the specimen fails. A valid test is when one or both liners have
buckled in the unwaxed center portion of the specimen. If neither liner shows a buckling failure in the unwaxed area of
the specimen the test may be declared invalid.
7.6
Record the maximum load in newtons (pounds-force), the specimen width, and whether or not the
specimen exhibited a valid failure.
T 811 om-02
8.
Edgewise compressive strength of corrugated / 4
fiberboard (short column test)
Report
8.1
For each test unit, report:
8.1.1
Average maximum load per unit width for valid tests calculated from average maximum load and
specimen width in kilonewtons per meter (pounds-force per in.).
8.1.2
Standard deviation among valid determinations in kilonewtons per meter (pounds-force per in.).
8.1.3
Number of valid test determinations.
8.1.4
A description of material tested.
8.1.5
A statement that the test was conducted in compliance with this test method and a description of any
deviations.
9.
Precision
9.1
Repeatability (within a laboratory) = 6%.
9.2
Reproducibility (between laboratories) = 23%.
9.3
The above precision statement was obtained using test results, each an average of 10 determinations
from an interlaboratory study, conducted in accordance with TAPPI T 1200 “Interlaboratory Evaluation of Test Methods
to Determine TAPPI Repeatability and Reproducibility,” in cooperation with the ASTM Committee D-6, Sub IV,
October 1966, among nine laboratories on five different corrugated combinations.
10.
Keywords
Corrugated boards, Edge crush tests, Compression strength.
11.
Additional information
11.1
Effective date of issue: April 24, 2002.
11.2
This method is referenced in the alternate requirements of National Railroad Freight Committee, Uniform
Freight Classification, and the National Motor Freight Traffic Association Inc.,/American Trucking Association, National
Motor Freight Classification. The carrier classification rules (Alternate Rule 41, Item 222) define the minimum ECT
requirements for corrugated boxes used in the common carrier surface transportation system.
11.3
Related methods: ASTM D-2808 “Compressive Strength of Corrugated Fiberboard” (technically
identical); ISO International Standard ISO 3037 “Corrugated Fiberboard - Determination of Edgewise Crush
Resistance.” All of these methods are technically identical except for specimen size and preparation. In this respect they
compare with earlier TAPPI versions and with the alternate specimen size referenced in Notes 1 and 2 (also see Note 3).
12.
Literature cited
1.
Koning, J. W., Jr., “Comparison of Two Specimen Shapes for Short Column Test of Corrugated Fiberboard,” U.S.
Forest Service Research Note FPL-0109 (October 1965).
McKee, R. C., Gander, J. W., and Wachuta, J. R., “Edgewise Compression Strength of Corrugated Board,”
Paperboard Packaging 46 (11); 70 (1961).
McKee, R. C., Gander, J. W. and Wachuta, J. R., “Compression Strength Formula for Corrugated Boxes,”
Paperboard Packaging 48 (8): 149 (1963).
Maltenfort, G. G., “Compression Strength of Corrugated,” Paperboard Packaging 48 (8): 160 (1963).
Moody, R. C., “Edgewise Compressive Strength of Corrugated Fiberboard as Determined by Local Instability,”
U.S. Forest Service Research paper FPL 46 (December 1965).
Moody, R. C., and Koning, J. W., Jr., “Effect of Loading Rate on the Edgewise Compressive Strength of
Corrugated Fiberboard,” U.S. Forest Service Research Note FPL-0121 (April 1966).
McClain, T. E. And Boltnott, “Crush Tests Rely on Parallel-to-flute Loading,” Tappi Journal 65(3): 148(1982).
Urbanik, T. J., Catlin, A. H., Friedman, D. R., Lund, R. C., “Edgewise Crush Test Streamlined by Shorter Time
After Waxing,” Tappi Journal 77 (1): 83 (1994).
Koning, J. W., Jr., “A Short Column Crush Test of Corrugated Fiberboard,” Tappi 47 (3): 134 (1964).
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
5 / Edgewise compressive strength of corrugated
fiberboard (short column test)
10.
T 811 om-02
Schrampfer, K. E., and Whitsitt, W. J., “Clamped Specimen Testing: A Faster Edgewise Crush Procedure,” Tappi
71 (10): 65 (1988).
Koning, J. W., “Towards an International Standard for the Edgewise Compression Test of Corrugated Board,”
Tappi Journal 71 (10): 62 (1988).
11.
References
1.
2.
Schrampfer, K. E., Whitsitt, W. J., and Baum, G. A., The Institute of Paper Science and Technology, Project 269524, Report One (February 27, 1987).
Urbanik, T. J., Catlin, A. H., Friedman, D. R., and Lund, R. C., “More Rapid Edgewise Crush Test Methods,”
Journal of Testing and Evaluation, JTEVA. Vol. 21, No. 1 January 1993 pp. 62-67.
Fig. 1.
Metal guide block.
Fig. 2. Edgewise test specimen for B-flute.
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director
of Quality and Standards.
g
T 838 om-03
PROVISIONAL METHOD – 1995
OFFICIAL METHOD – 2003
2003 TAPPI
The information and data contained in this document were prepared
by a technical committee of the Association. The committee and the
Association assume no liability or responsibility in connection with
the use of such information or data, including but not limited to any
liability under patent, copyright, or trade secret laws. The user is
responsible for determining that this document is the most recent
edition published.
CAUTION:
This Test Method may include safety precautions which are believed to be appropriate at the time of publication of the method. The intent of these
is to alert the user of the method to safety issues related to such use. The user is responsible for determining that the safety precautions are complete
and are appropriate to their use of the method, and for ensuring that suitable safety practices have not changed since publication of the method. This
method may require the use, disposal, or both, of chemicals which may present serious health hazards to humans. Procedures for the handling of
such substances are set forth on Material Safety Data Sheets which must be developed by all manufacturers and importers of potentially hazardous
chemicals and maintained by all distributors of potentially hazardous chemicals. Prior to the use of this method, the user must determine whether
any of the chemicals to be used or disposed of are potentially hazardous and, if so, must follow strictly the procedures specified by both the
manufacturer, as well as local, state, and federal authorities for safe use and disposal of these chemicals.
Edge crush test using neckdown
1.
Scope
This method describes a procedure for determining the edgewise compressive strength, parallel to the flutes, of a
short column of single-, double-, or triple-wall corrugated fiberboard, in a neckdown, non reinforced, loading edge
configuration.
2.
Significance
2.1
Research has shown that the edgewise compressive strength of specimens with flutes vertical in
combination with the flexural stiffness of the combined board relates to the top-to-bottom compressive strength of
vertically fluted corrugated fiberboard shipping containers (1,2). This method may be used for comparing the edgewise
compressive strength of different lots of similar combined boards or for comparing different material combinations (3,4).
3.
Apparatus
3.1
Compression testing machine1 meeting the requirements of either 3.1.1 or 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4 and 3.1.5
3.1.1
Rigid support compression tester. Two platens, one rigidly supported and the other driven. Each platen
shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). The platens are to have not more than 0.050 mm (0.002
in.) lateral relative movement, and the rigidly supported platen not more than 0.150 mm (0.006 in.) vertical movement,
perpendicular to the surface, within a load range of 0 to 2224 N (0 to 500 lbf). Within the specimen contact area, each
platen shall be flat to within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to
each other within 1 part in 2000 (.0125 mm/25mm, .0005 in./1.00 in.) throughout the test.
3.1.1.1
Within a range of platen separation necessary to cause compression failure of the test specimen, and
within a load range of 0 to 2224 N (0 to 500 lbf), the speed of the driven platen shall be controllable at 12.5 ± 0.25 mm
(0.50 ± 0.01 in.) per minute. (For convenience, the test machine should be capable of rapid return and automatic, settable
positioning.)
1
Names of suppliers of testing equipment and materials for this method may be found on the Test Equipment Suppliers list in
the bound set of TAPPI Test Methods, or may be available from the TAPPI Quality and Standards Department.
Approved by the Standard Specific Interest Group for this Test Method
TAPPI
T 838 om-03
Edge crush test using neckdown / 2
3.1.2
Flexible beam compression tester. Two platens, one flexible beam supported and the other driven. Each
platen shall have a working area of approximately 100 cm2 (16 in.2). Within the specimen contact area, each platen shall
be flat within 0.0025 mm (0.0001 in.) of the mean platen surface, and the platens shall remain parallel to each other
within 1 part in 2000 (0.0125 mm/25 mm, 0.0005 in./1.00 in.) throughout the test. The platens are required to have not
more than 0.050 mm (0.002 in.) lateral relative movement.
3.1.2.1 Within a range of platen separation necessary to cause compressive failure of the specimen, and within a
load range of at least 0 to 2224 N (0 to 500 lbf), the speed of the driven platen shall be controlled so that the rate of force
increase (without considering specimen deformation) is 111 ± 22N/s (25 ± 5 lbf/s).
3.1.3
The driven platen shall be movable to achieve an initial platen separation of at least 60 mm (2.36 in.).
3.1.4
A capacity of at least 2224 N (500 lbf).
3.1.5
A means for measuring and indicating the maximum load sustained by the test specimen within an
accuracy of 0.5% of scale reading or 2.2 N (0.5 lbf), whichever is greater.
3.2
Metal guide blocks, (Fig. 1). Two are required to align the specimen vertically in the testing machine.
The exact dimensions of the block are not critical. The blocks referenced in TAPPI T 811 “Edgewise Compression
Strength of Corrugated Fiberboard (Short Column Test)” can be used in this method.
Fig. 1. Metal guide block.
3.3
A means such as a saw or preferably other device for cutting specimens having clean, parallel and
perpendicular edges, within the tolerances specified in 6.1. Opposite edges shall be parallel to each other and
perpendicular to adjacent edges.
3.3.1
Knife cutter, single knife device with guides or, preferably, a twin-knife with guides to cut the test
specimens according to the specifications in Section 6.1. The knives must be sharp and preferably of the single-bevel
type and arranged in the device so that the unbevelled side is toward the test piece and at 90°. All Cuts must be clean and
free of excessive fraying.
3.3.2
Saw, circular, equipped with a sharp, no-set (hollow-ground or taper-ground is desirable) saw blade. The
saw blade shall be 90º to the table supporting the specimen, and have the ability to consistently hold the specimen size to
± 0.8 mm ( ± 0.03 in.)
3.4
Neckdown cutter, for preparing a notched sample from a 50.8 mm x 50.8 mm (2 in. x 2 in.) sample with
tolerances as per Section 6.1.
3.4.1
A neckdown sample cutter consisting of a method of cutting a sample 50.8 mm x 50.8 mm (2 in. x 2 in.)
into an “hour glass” shape with a narrowed section of 25.4 ± 0.4 mm (1.00 ± 0.015 in.) Figure 2. The radius of the
semicircular cuts should not be less than 12.7 mm (0.5 in.), the sample tabs must remain 50.8 mm (2 in.) and the
narrowed section must meet the above specifications. Care should be taken to insure the hourglass cut is in the center of
the specimen. One method is a sample cutter consisting of two single beveled rotating blades fixed in a holder, with the
bevel facing away from the sample.
3 / Edge crush test using neckdown
4.
T 838 om-03
Sampling
From each test unit of a sample obtained in accordance with TAPPI T 400 “Sampling and Accepting a Single Lot
of Paper, Paperboard, Containerboard, or Related Product.”
5.
Conditioning
Precondition and condition the prepared specimens in accordance with TAPPI T 402 “Standard Conditioning and
Testing Atmospheres for Paper, Board, Pulp Handsheets, and Related Products.”
6.
Test Specimens
6.1
Accurately cut 10 representative specimens with a saw or other device to cut clean parallel and
perpendicular edges. Cut all specimens 50.8 ± 0.8 mm (2.0 ± 0.031 in.) in both width and height. The depth edges should
be parallel to each other and perpendicular to the axis of the flutes (Fig.2). If the test specimens are taken from
corrugated shipping containers, they should be taken from areas removed from scorelines, joints, and closures (when
possible). Specimens should not be taken from obviously damaged areas not representative of the container as a whole.
6.2
Place each 50.8 mm x 50.8 mm (2 in. x 2 in.) sample in the neckdown cutter and cut the notch in each
edge of the specimen. The loading edges should not be cut. The sample width at its narrowest point will now be 25.4
mm ± 0.4 mm (1.0 ± 0.015 in.).
Fig. 2. Sample cut into “hourglass” shape.
7.
Procedure
7.1
Perform all tests in the conditioning atmosphere.
7.2
Measure the width at narrowest point nominal 25.4 mm (1 in.) of each specimen to the nearest 0.4 mm
(0.016 in.).
7.3
Center the specimen on the bottom platen. Place a guide block on each side of the specimen centrally
located relative to it so the flutes are held perpendicular to the platen. Zero the tester.
7.4
Apply a compressive force to the specimen. When the load on the specimen is between 22 and 67 N (5
and 15 lbf), move both guide blocks away from specimen and without altering the platen movement rate, continue to
apply pressure until the specimen fails.
7.5
Record the maximum load (N or lbf).
T 838 om-03
8.
Edge crush test using neckdown / 4
Report
8.1
For each test specimen, report:
8.1.1
Maximum load to cause failure in kN/m or lbf/in.
8.1.2
Whether or not specimen exhibited a valid failure. A failure is defined as valid when the catastrophic
failure (buckling) occurs in the narrowed section.
8.2
For each test unit, report:
8.2.1
Average maximum load from valid tests in N or lbf.
8.2.2
Average maximum load per unit width for valid tests, calculated from average maximum load and
specimen width at narrowest point (kN/m or lbf/in.).
8.2.3
Standard deviation among valid determinations (kN/mm or lbf/in.).
8.2.4
Number of valid test determinations.
8.2.5
A description of material tested.
8.2.6
A statement that the test was conducted in compliance with this procedure or a description of any
deviations.
8.2.7
A statement on what type of cutter was used to produce the 50.8 mm x 50.8 mm (2 in. x 2 in.) sample and
the method of necking.
9.
Precision
The following estimates of repeatability and reproducibility are based on data from CTS-TAPPI Interlaboratory
Program from 2001 and 2002. The material on which these data are based were 10 (ten) grades of C flute corrugated
board with various weight combinations including, 36-26-36, 42-26-42 and 69-26-69. Only participants who reported
following TAPPI T 838 pm-95 version of this method were included. The precision estimates are based on 10
determinations per lab, per material. A more detailed chart of example results is included below.
Repeatability (within a lab) = 6%
Reproducibility (between Laboratories) = 18%
Repeatability and reproducibility are estimates of the maximum difference (at 95%), which should be expected when
comparing test results for materials similar to those described above under similar test conditions. These estimates may
not be valid for different materials or testing conditions.
10.
Keywords
Corrugated boards, Fiberboards, Edge crush resistance, Compression tests, Compressivity
11.
Additional Information
11.1
Effective date of issue: May 13, 2003.
11.2
Related methods: TAPPI T 811, TAPPI T 839, ASTM D-2808, ISO 3037, all of these methods are
technically identical except for specimen size and preparation. This method differs from the other methods in that a
necked down sample is used and the edges are not reinforced. Within this method, a single specimen size is used for all
board construction. Edge crush testing is referenced in the alternate requirements of the National Motor Freight Traffic
Association Inc./American Trucking Association, National Motor Freight Classification Item 222 and the National
Railroad Freight Committee, Uniform Freight Classification Rule 41. The carrier classification rules define the minimum
ECT requirements for corrugated boxes used in the common carrier transportation system.
5 / Edge crush test using neckdown
T 838 om-03
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
McKee, R. C., Gander, J. W., and Wachuta, J. R., “Edgewise Compression Strength of Corrugated Board,”
Paperboard Packaging 46 (11): 70 (1961).
McKee, R. C., Gander, J. W., and Wachuta, J. R., “Compression Strength Formula for Corrugated Boxes,”
Paperboard Packaging 48 (8): 149 (1963).
Maltenfort, G. G., “Compression Strength of Corrugated,” Paperboard Packaging 48 (8): 160 (1963).
Moody, R. C., “Edgewise Compressive Strength of Corrugated Fiberboard as Determined by Local Instability,”
U.S. Forest Service Research Paper FPL 46 (December 1965).
Moody, R. C., and Koning, J. W., Jr., “Effect of Loading Rate on the Edgewise Compressive Strength of
Corrugated Fiberboard,” U. S. Forest Service Research Note FPL-0121 (April 1966).
Koning, J. W., Jr., “Comparison of Two Specimen Shapes for Short Column Test of Corrugated Fiberboard,” U.
S. Forest Service Research Note FPL-0109 (October 1965).
Koning, J. W., Jr., “A Short Column Crush Test of Corrugated Fiberboard,” Tappi 47 (3): 134 (1964).
Your comments and suggestions on this procedure are earnestly requested and should be sent to the TAPPI Director of
Quality and Standards.
g
Bibliografía. Manual Para Técnicos de Pulpa y Papel, Gary A. Smook 1990. 396 paginas, Primera Edición Normas y Métodos de Contenedores Corrugados TAPPI, 406 pages, año 2000 http://www.fefco.org FEFCO is the European Federation of Corrugated Board Manufacturers. Instituto Mexicano de Profesionales de Envase y Embalaje S.C. Manual de Inducción Weyerhaeuser, 52 páginas, 2003. Manual del Corrugador, Copamex Corrugados S.A. de C.V. 66 páginas, 2002.