Свойства картона и гофрокартона: таблицы характеристик, прочности и применения

Плоский картон: основные характеристики и граммаж

Плоский картон представляет собой многослойный материал, изготовленный из целлюлозных волокон, который широко применяется в полиграфии и упаковочной промышленности. Основной характеристикой плоского картона является граммаж, измеряемый в граммах на квадратный метр. Этот показатель напрямую определяет толщину, жесткость и прочностные свойства материала.

Диапазон граммажа плоского картона охватывает значения от 200 до 600 г/м². Легкие сорта картона с граммажем 200-300 г/м² используются преимущественно для полиграфической продукции, папок и упаковки легких товаров. Их толщина составляет приблизительно 0,25-0,35 мм, что обеспечивает достаточную жесткость при сохранении гибкости для биговки и фальцовки.

Картон среднего граммажа 300-400 г/м² находит применение в производстве складных коробок для косметики, фармацевтической продукции и электроники. Толщина такого материала составляет 0,35-0,50 мм, что обеспечивает хороший баланс между прочностью и возможностью качественной печати. Этот тип картона обладает повышенной устойчивостью к деформации и способен выдерживать умеренные механические нагрузки.

Плотный картон с граммажем 400-500 г/м² применяется для производства премиальной упаковки, подарочных коробок и жестких обложек. Его толщина достигает 0,50-0,70 мм, что обеспечивает высокую жесткость и презентабельный внешний вид. Материал такой плотности хорошо держит форму и обеспечивает надежную защиту содержимого.

Самый плотный картон с граммажем 500-600 г/м² используется для изготовления жестких коробок, архивных папок и упаковки тяжелых изделий. При толщине 0,70-0,90 мм этот материал обладает максимальной прочностью и долговечностью. Однако высокая плотность требует использования специального оборудования для раскроя и биговки.

Профили гофры: типы и технические параметры

Гофрированный слой является ключевым элементом конструкции гофрокартона, обеспечивающим его уникальные механические свойства. Профиль гофры определяется высотой волны и количеством волн на единицу длины. Международная классификация выделяет пять основных типов профилей, обозначаемых буквами от A до F, причем эта последовательность отражает хронологию их изобретения, а не размерную иерархию.

Профиль A-флют представляет собой самый высокий тип гофры с высотой волны 4,5-5,0 мм и плотностью 108-120 волн на погонный метр. Этот профиль обеспечивает максимальную амортизационную способность и вертикальную прочность на сжатие. Большая высота гофры создает воздушную прослойку, которая обеспечивает отличную теплоизоляцию и защиту от ударов. A-флют идеально подходит для упаковки хрупких изделий, стеклянной посуды и приборов, требующих повышенной защиты при транспортировке.

B-флют характеризуется высотой гофры 2,5-3,2 мм и содержит 150-165 волн на метр длины. Более плотное расположение волн обеспечивает повышенную устойчивость к проколам и хорошую плоскостность поверхности, что делает этот профиль оптимальным выбором для высококачественной печати. B-флют широко применяется в производстве упаковки для консервированных продуктов, а также для изготовления внутренних перегородок и амортизирующих элементов.

C-флют является наиболее распространенным типом гофры, на долю которого приходится около 80% мирового производства гофрокартона. Высота волны составляет 3,5-4,0 мм при плотности 120-145 волн на метр. Этот профиль обеспечивает оптимальное сочетание прочности на сжатие, амортизационных свойств и экономичности. C-флют универсален и применяется для упаковки широкого спектра товаров, от продуктов питания до промышленных изделий.

E-флют представляет собой тонкий профиль с высотой гофры 1,1-1,6 мм и плотностью 290-310 волн на метр. Этот микрогофр обеспечивает превосходное качество печати, сравнимое с плоским картоном, при сохранении защитных свойств гофрированной структуры. E-флют позволяет значительно уменьшить габариты упаковки и снизить транспортные расходы. Материал широко используется в розничной упаковке косметики, керамических изделий и электроники.

F-флют является самым тонким профилем с высотой всего 0,6-0,9 мм и плотностью 400-440 волн на метр. Этот ультратонкий профиль разработан специально для розничной упаковки премиум-класса, где требуется минимальная толщина при сохранении жесткости конструкции. F-флют обеспечивает экономию материала и создает упаковку с высокой добавленной стоимостью. Применяется в производстве упаковки для ювелирных изделий, обуви и фастфуда.

Классификация гофрокартона по слойности

Структурная организация гофрокартона определяется количеством слоев лайнеров и гофрированных прослоек. Эта классификация напрямую влияет на прочностные характеристики, вес и стоимость готовой упаковки. Современная промышленность выпускает гофрокартон от двухслойного до семислойного исполнения, каждый из которых предназначен для определенного диапазона нагрузок.

Двухслойный гофрокартон, обозначаемый буквой Д, состоит из одного плоского лайнера и одного гофрированного слоя. Толщина такого материала составляет 2,0-5,0 мм в зависимости от профиля гофры, а вес квадратного метра находится в диапазоне 0,25-0,40 кг. Двухслойный картон обладает хорошей гибкостью и используется преимущественно в качестве амортизирующего материала для обертывания хрупких изделий или заполнения пустот в транспортной таре.

Трехслойный гофрокартон, обозначаемый буквой Т, представляет собой классическую конструкцию, состоящую из внешнего и внутреннего лайнеров с гофрированной прослойкой между ними. В зависимости от используемого профиля гофры различают марки Т-22 (с профилями B или C) и Т-23 (с профилем A). Трехслойный картон Т-22 имеет толщину 2,5-4,0 мм и вес 0,35-0,55 кг/м², что позволяет упаковывать грузы массой до 25 кг. Марка Т-23 с более высокой гофрой обладает толщиной 4,0-5,5 мм и выдерживает нагрузки до 35 кг.

Пятислойный гофрокартон, обозначаемый буквой П, состоит из трех лайнеров и двух гофрированных слоев. Наиболее распространенными являются комбинации BC-флют и AC-флют. Картон П-32 (BC) имеет толщину 6,0-7,0 мм и вес 0,75-1,10 кг/м², что обеспечивает несущую способность до 80 кг. Более прочный П-33 (AC) обладает толщиной 7,5-9,0 мм и весом 0,95-1,35 кг/м², выдерживая нагрузки до 120 кг. Пятислойный гофрокартон применяется для упаковки тяжелых промышленных изделий, мебели и бытовой техники.

Семислойный гофрокартон представляет собой наиболее прочную конструкцию, состоящую из четырех лайнеров и трех гофрированных слоев. Толщина такого материала достигает 10,0-15,0 мм, а вес составляет 1,50-2,20 кг/м². Семислойный картон способен выдерживать нагрузки более 200 кг и используется в качестве альтернативы деревянной таре для транспортировки особо тяжелых грузов, промышленного оборудования и экспортных поставок.

Прочность на сжатие: методика Edge Crush Test

Edge Crush Test, сокращенно ECT, представляет собой стандартизированный метод испытаний, определяющий сопротивление гофрокартона сжатию в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Этот показатель является критически важным для оценки способности упаковки выдерживать вертикальные нагрузки при штабелировании. Методика ECT регламентируется международными стандартами ISO 3037, TAPPI T811 и FEFCO 8.

Суть испытания заключается в том, что образец гофрокартона фиксированного размера устанавливается вертикально на ребро между двумя жесткими плитами испытательной машины. Гофрированные слои при этом располагаются перпендикулярно направлению приложения нагрузки. Испытательная машина постепенно увеличивает давление на образец до момента его разрушения, фиксируя максимальную нагрузку, которую материал способен выдержать.

Результат ECT выражается в килоньютонах на метр ширины образца (кН/м) или в фунтах на дюйм (lb/in). Типичные значения для различных типов гофрокартона варьируются в широком диапазоне. Трехслойный E-флют демонстрирует показатели 3,5-5,0 кН/м, B-флют достигает 4,5-6,5 кН/м, а наиболее распространенный C-флют обеспечивает 5,0-7,0 кН/м. Пятислойный BC-флют показывает значения 8,5-11,5 кН/м, тогда как прочный AC-флют достигает 10,0-13,5 кН/м.

Введение стандарта ECT в конце 20 века произвело революцию в упаковочной индустрии, позволив производителям использовать более легкие материалы при сохранении необходимой прочности. До этого господствовал тест Mullen на разрыв, который требовал использования более тяжелых лайнеров. ECT-сертифицированный картон обычно на 15-25% легче эквивалентного по прочности Mullen-сертифицированного материала, что приводит к экономии сырья и снижению транспортных расходов.

Важно понимать, что показатель ECT зависит от множества факторов, включая граммаж лайнеров и гофры, тип и качество клея, влажность картона и температурные условия. Увеличение влажности материала на 10% может снизить прочность ECT на 40-50%. Поэтому при проектировании упаковки необходимо учитывать не только номинальные значения ECT, полученные в лабораторных условиях, но и реальные условия эксплуатации.

Современное оборудование для проведения ECT-испытаний представляет собой компьютеризированные системы с прецизионными датчиками нагрузки и автоматической обработкой результатов. Типичная испытательная машина имеет диапазон измерения от 2,5 до 10 кН и обеспечивает точность не хуже одного процента. Образцы для испытания должны быть тщательно подготовлены, иметь ровные перпендикулярные кромки и кондиционированы при температуре 23°C и относительной влажности 50% в течение минимум 24 часов.

Прочность на разрыв: тест Mullen Burst Strength

Тест Mullen Burst Strength, также известный как испытание на разрушающее усилие при раздавливании, представляет собой исторически первый стандартизированный метод оценки прочности гофрокартона. Этот тест измеряет способность материала сопротивляться проколу или разрыву под действием равномерно распределенного давления, приложенного перпендикулярно к поверхности листа. Методика регламентируется стандартами TAPPI T810 и ISO 2759.

Принцип испытания основан на воздействии гидравлического давления через эластичную диафрагму на закрепленный образец гофрокартона. Образец зажимается между двумя круглыми пластинами с отверстием в центре. Через нижнее отверстие подается давление, которое постепенно увеличивается до момента разрыва материала. Максимальное давление, выдержанное образцом до разрушения, фиксируется прибором и выражается в килопаскалях (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi).

Типичные значения Burst Strength для трехслойного гофрокартона находятся в диапазоне от 690 до 1725 кПа в зависимости от профиля гофры и граммажа лайнеров. E-флют показывает результаты 690-1035 кПа, B-флют достигает 1035-1380 кПа, а наиболее прочный C-флют обеспечивает 1380-1725 кПа. Пятислойный BC-флют демонстрирует показатели 2070-2760 кПа, в то время как AC-флют достигает 2415-3105 кПа. Семислойные конструкции способны выдерживать давление 3450-4825 кПа.

Тест Mullen остается актуальным в современной индустрии, несмотря на широкое распространение ECT, поскольку он моделирует другой тип нагрузки. Burst Strength критически важен для упаковки, которая подвергается грубому обращению при транспортировке, особенно в автоматизированных системах сортировки и конвейерной обработке. Этот показатель также имеет значение для упаковки товаров, создающих внутреннее давление на стенки коробки, таких как консервированные продукты, жидкости в бутылках или тяжелые насыпные грузы.

Исторически тест Mullen требовал использования лайнеров с определенным минимальным граммажем. Например, картон с рейтингом 200# должен был содержать лайнеры весом не менее 42 фунтов на 1000 квадратных футов, что эквивалентно примерно 205 г/м². Гофрированный слой при этом должен был иметь граммаж не менее 23 фунтов на 1000 квадратных футов или около 112 г/м². Эти жесткие требования к базовому весу делали Mullen-сертифицированный картон более тяжелым и дорогим.

Современные производители часто указывают оба показателя, ECT и Burst Strength, на сертификационном штампе коробки. Это позволяет потребителю выбрать наиболее подходящий тип упаковки в зависимости от специфики применения. Для палетированных грузов, где преобладают вертикальные нагрузки при штабелировании, предпочтительнее ориентироваться на показатель ECT. Для смешанных грузов, подвергающихся различным видам механического воздействия, целесообразно выбирать картон с высокими значениями обоих показателей.

Влагостойкость и защита от внешних факторов

Гигроскопичность целлюлозных волокон, из которых изготавливается картон, делает этот материал чувствительным к влажности окружающей среды. Картон способен поглощать водяные пары из воздуха или отдавать влагу до достижения равновесного состояния с окружающей атмосферой. Этот процесс существенно влияет на механические свойства материала, поскольку влага действует как пластификатор, снижающий жесткость и прочность целлюлозных волокон.

Влагостойкость гофрокартона количественно оценивается как процент остаточной прочности после выдержки в условиях повышенной влажности. Стандартное испытание водостойкого картона предусматривает погружение образца в воду температурой 20°C на один час с последующим измерением прочности на сжатие и разрыв. Качественный водостойкий картон с гидрофобной обработкой должен сохранять не менее 75% от первоначальной прочности после такого испытания.

Стандартный гофрокартон без специальной водостойкой обработки существенно теряет прочность при повышении влажности окружающей среды. При нормальной влажности 50% материал сохраняет 100% номинальной прочности. При повышении влажности до 65% прочность снижается до 85-90% от номинальной. При влажности 80% остается лишь 60-70% первоначальной прочности. В экстремальных условиях при влажности 95% обычный гофрокартон сохраняет только 30-50% своей прочности, что делает невозможным его использование без специальной защиты.

Для повышения влагостойкости гофрокартона применяются различные технологии обработки. Наиболее распространенным методом является использование водостойких клеевых составов на основе синтетических смол вместо традиционного крахмального клея. Добавление мочевино-формальдегидных, меламино-формальдегидных смол или поливинилацетата в клеевую композицию значительно повышает влагостойкость, но увеличивает стоимость материала.

Поверхностная гидрофобизация представляет собой нанесение на лайнеры специальных покрытий, создающих водоотталкивающий барьер. Парафиновые эмульсии, полиэтиленовые покрытия и акриловые латексы способны обеспечить защиту от кратковременного воздействия влаги и конденсата. Современные биоразлагаемые покрытия на основе водных акриловых дисперсий позволяют снизить водопоглощение до 98% при сохранении возможности вторичной переработки материала.

Условия хранения и транспортировки гофрокартона и готовой тары имеют критическое значение для сохранения эксплуатационных свойств. Оптимальные условия хранения предусматривают температуру 20-25°C и относительную влажность 45-65%. При превышении влажности 70% картон начинает размягчаться и терять жесткость. Продолжительное хранение при влажности выше 80% может привести к развитию плесени и полной потере прочностных характеристик. Рекомендуется использовать упаковку в течение 6-12 месяцев после производства, избегая хранения на бетонных полах без поддонов и в помещениях с плохой вентиляцией.

Практическое применение различных типов картона

Выбор оптимального типа картона для конкретного применения требует комплексного анализа множества факторов, включающих вес упаковываемого груза, условия транспортировки, высоту штабелирования при хранении, влажность окружающей среды и требования к внешнему виду упаковки. Правильный подбор материала обеспечивает надежную защиту товара при оптимизации затрат на упаковку.

Легкие грузы массой до 10 кг оптимально упаковывать в трехслойный E-флют или F-флют картон. Эти профили обеспечивают минимальную толщину упаковки при достаточной прочности для розничных товаров. Типичные примеры применения включают упаковку косметики, фармацевтической продукции, небольших электронных устройств и одежды. Минимальное значение ECT для этой категории составляет 3,0-4,0 кН/м, что соответствует Burst Strength 690-1035 кПа.

Средние грузы весом 10-30 кг требуют использования трехслойного B-флют или C-флют картона. C-флют является наиболее универсальным выбором, обеспечивающим хороший баланс между прочностью, амортизационными свойствами и возможностью печати. Этот профиль применяется для упаковки продуктов питания, бытовой химии, небольшой бытовой техники, книг и обуви. Рекомендуемое значение ECT составляет 4,5-7,0 кН/м при Burst Strength 1035-1725 кПа.

Тяжелые грузы массой 30-80 кг упаковываются в пятислойный BC-флют картон. Эта конструкция обеспечивает высокую прочность при штабелировании и хорошую устойчивость к динамическим нагрузкам. Типичные области применения включают упаковку мебели, крупной бытовой техники, автомобильных запчастей, строительных материалов и промышленного оборудования. Требуемое значение ECT находится в диапазоне 8,0-11,0 кН/м, что соответствует Burst Strength 2070-2760 кПа.

Очень тяжелые грузы весом 80-200 кг требуют применения пятислойного AC-флют или AAC-флют картона. Повышенная высота гофры обеспечивает максимальную вертикальную прочность и амортизацию. Такая упаковка используется для тяжелого промышленного оборудования, металлических изделий, керамической плитки и экспортных поставок. Минимальное значение ECT составляет 11,0-15,0 кН/м при Burst Strength 2415-3105 кПа.

Экстремальные грузы массой более 200 кг упаковываются в семислойный гофрокартон, который служит альтернативой деревянным ящикам. Такая упаковка применяется для транспортировки особо тяжелого оборудования, металлоконструкций, стекла большого формата и экспортных поставок в условиях многократной перегрузки. Требуемый ECT превышает 15,0 кН/м, а Burst Strength достигает 3450-4825 кПа. Семислойный картон обеспечивает экономию затрат на тару по сравнению с деревянными ящиками и не требует фумигации при экспорте.

Специальные условия эксплуатации могут потребовать применения модифицированных типов картона. Для хранения в холодильных камерах используется картон с водостойкой пропиткой и усиленным клеевым соединением. Экспортные поставки морским транспортом требуют применения влагозащищенного картона с полиэтиленовым или акриловым покрытием. Автоматизированные линии упаковки предпочитают B-флют за его устойчивость к проколам и хорошую совместимость с роботизированными системами.