شاخص Stiffness  (پشت دست ) کاغذ / مقوا

ویژگیهای مکانیکی مقوا

به لحاظ دامنه وسیع کاربرد مقوا در صنعت بسته بندی، استحکام آن جهت حفظ مظروف از مهمترین خواص کیفی این کالای نیمه منعطف محسوب میگردد. در همین راستا استانداردهای متنوعی در کشورمان به منظور تعیین کیفیت بسته بندی های مقوا یی تدوین شده اند که عمده ترین آنها عبارتند از کمینه شقی مقوا با زاویه خمش 15 درجه ( استاندارد 1118) ،‌کمینه مقاومت به ترکیدن (استاندارد1883)، جرم پایه مقوا (استاندارد 471) ،غیره.

از میان همه ویژگیهای مکانیکی مقوا، Bending Stiffness (شقّی کاغذ و مقوا) از اهمیت بالاتری برخورداراست که سنجش آن نیز از طریق شیوه های مختلفی قابل انجام است.

در خصوص کاغذ ومقواهای 50 تا 150 گرم/مترمربع، دامنه تغییر این شاخص بسیار متغیر است و همین امرسبب شده دستگاه ها وروشهای متعددی به منظور کمّی کردن این ویژگی طراحی گردند.

به طور کلی اهمیت این شاخص مربوط به کاربرد نهایی محصول است.

چراکه در خصوص پاره ای از کاربردها از جمله انباشتن جعبه ها ، بسته ها روی هم ، حرکت پذیری مقوا در دستگاه چاپ و برخی عملیات کانوِرت کردن، این شاخص میبایست در بازه ی مشخصی باشد.

به عنوان مثال حرکت روان جعبه/کارتن ها روی دستگاه هنگام عملیاتی چون ساختن جعبه ،پرکردن و بستن آن بستگی به این مشخصۀ مقوا دارد.

درواقع stiffnessعامل استحکام جعبه است که از خم شدن (بعبارتی شکم دادن) جعبه هنگام انباشتن آنها روی هم جلوگیری میکند.

 افزایش تعداد بسته هاي روي هم موجب وارد شدن فشار مضاعف به بسته هاي زیرین و افت کیفیت می گردد.

 این امر بخصوص در مورد جعبه های حاوی موادی از قبیل پودر، غلات، چای که محتویات آنها نسبتأ سنگین است و درون جعبه تکان میخورند بیشتر اهمیت دارد.

بافرض رعایت حداکثر تعداد مجاز چیدن بسته ها (بسته به وزن محصولات) بر روي یکدیگر،هرچه stiffness مقوا بالاتر باشد احتمال تغییر شکل دادن بسته ها و حتی آسیب محتویات بسته کاهش می یابد.

البته استحکام جعبه علاوه بر شاخص stiffness به رعایت اصول فنی هنگام چاپ نیز بستگی دارد که از آن جمله میتوان به رعایت Long Grain یا Short Grain بودن مقوا یا همان خواب/راه مقوا اشاره کرد.

به هنگام چاپ باید مقوا طوري به ماشین خورانده شود که راه آن موازي محورسیلندر باشد.

درواقع توجه به این مشخصه هنگام چاپ استحکام بسته نهایی را به حداکثر میرساند.

اصول کلی

به لحاظ فنی، تعیین شاخص stiffness (شقی مقوا) که در ایران به اصطلاح، پشت دست نامیده میشود، تنها از طریق روشها وابزارهای استاندارد وبین المللی میسّر است که در این مقاله به اختصار توضیح داده می شود .

نحوه اندازه گیری

در واقع مقاومت Bending stiffness

 قطعه ای از کاغذ یا مقوا در مقابل خم شدن تعریف میشود.

دو طریق معمول برای اندازه گیری میزان شقّی کاغذ یا مقوا بکار میرود که عبارتند از خم (منحرف) کردن کاغذ با نیرویی مشخص واندازه گیری نیروی وارده و یا وارد کردن نیرویی معین و اندازه گیری انحراف زاویه ای کاغذ یا مقوا.

سه روش اعمال نیرو نیزمیتواند در نظر گرفته شود.نیروی اعمال شده در دو نقطه  (Two- Point)برای ضخامتهای کم مناسب بوده و اعمال نیرو در سه نقطه  (three – point)یا چهار نقطه (four-point)

برای ضخامتهای بالا توصیه میگردد. به عنوان مثال در خصوص ورقهای کارتن تنها باید از روش چهار نقطه استفاده گردد. لازم به ذکراست در نوشته حاضر تنها به روش دو نقطه ای پرداخته شده است.

ابزارهای مربوط به طریقۀ دو نقطه ای

1) ابزار  :Taber(Teledyne Taber) این ابزار جهت اندازه گیری ممان خمش (bending moment)بکار میرود.

• نمونه مورد نظر را به گیرۀ بالای آونگ وصل میکنیم.

• وزنه در قسمت انتهای دسته به غلتکهای متصل به دیسک متصل میشود.

• پس از انحراف انتهای متصل به گیره به اندازۀ 15 درجه (در برخی مواقع 7/5 درجه) از حالت عمود، ممان خمش اندازه گیری میشود.

• عرض نمونه ها 38 میلیمتر وطول آنها 50 یا 70 میلیمتردرنظر گرفته میشوند.

• نمونه ها به هردوجهت خم میشوند.

• واحد اندازه گیری به صورت mNm یا g.cm گزارش میشود.

• توجه داشته باشید عدد بدست آمده stiffness نیست.

2) ابزار L&W

 این ابزار قابلیت : (Lorentzen & Wettre) Mn-m با واحد Stiffness سنجش رادارا میباشد.   

در صورت انتخاب زاویۀ خمش 5 درجه، دستگاه باید درحالت mNm قرار گیرد اما در صورت نیاز به انتخاب زاویه خمش ها و طول های مختلف، میبایست ابتدا مقدار نیروی اعمال شده ثبت شود وسپس طبق فرمول مشخصی، میزان شقّی  (stiffness)محاسبه گردد.

*در یک الاستیسیته ثابت، هرچه ضخامت کاغذ بالاتر باشد میزان شقّی کاغذ نیز بالاتر است. بنابراین به منظور درستی نتایج فوق، شرط ثابت بودن ضخامت در نظرگرفته میشود.

نتیجه

با توجه به کلیه مطالب عنوان شده، اینگونه نتیجه گیری میشود که شاخص stiffness ( یا به اصطلاح پشت دست ) در خصوص مقوا ، یک شاخص کاملا فنی است که با روشهای ساده (مانند تکان دادن مقوا و لمس آن ) قابل سنجش نیست و به این منظور به روشها و ابزارهای ویژه ای نیاز است که باید در کارخانه تولید کننده یا آزمایشگاه های ویژه تعیین گردد. برای آگاهی از این مشخصه مکانیکی کاغذ / مقوا میتوان به برگه مشخصات فنی محصول که توسط تولید کننده ارائده می گردد مراجعه کرد.

مراجع ومنابع

1) ISIR 1118:1380, paper & board-determination of bending stiffness by static methods-General Principles

2) ISO/TC 6/SC2 No.2296: 2010, paper & board-determination of bending stiffness-General principles of two-point,three-point and four-point methods

3) www.ipst.gatech.edu (ME883 paper physical properties)

4) cnr.ncsu.edu, NC State University (Mechanical Properties of Paper)

5) www.procarton.com , Association of European Cartonboard & Carton Manufacturers.