Kartonkikoteloiden ominaisuuksien kartoittaminen
Kartonki on kuitupohjainen pakkausmateriaali, jota käytetään lähinnä kuluttajapakkauksissa. Näitä pakkauksia on erilaisia rakenteellisia malleja, joiden visuaalisesta ja informanttisuudesta vastaa sen painatus. Kartonkikotelo suojaa pakattavaa tuotetta ja samalla informoi, mitä pakkaus sisältää.
Kartonkia ja sen yksittäisiä ominaisuuksia on ennenkin tutkittu materiaalin valmistusvaiheessa, mutta kartonkikoteloiden toimivuutta sekä ominaisuuksien vaihtelua jatkoprosessin muodossa tarkastellaan vähemmän. On herännyt kysymyksiä, onko kartonkimateriaaleissa esiintyvä laatuvaihtelu yksi syy pakkausprosessissa vaativaan ylimääräiseen säätötarpeeseen. Siksi on syntynyt entistä suurempi tarve ymmärtää tilanteen syitä ja taustaa, jolloin pystytään vähentämään ongelmia sekä parantamaan tehokuutta.
Kartonkimateriaaleista tutkitaan ominaisuuksia, minkä avulla voidaan tarkastella materiaalierien vaihtelua. Tutkittavat kartonkimateriaalit eroavat toisistaan neliömassaltaan ja paksuudeltaan. Mitattavat ominaisuudet ovat:
- Neliömassa (g/m2)
- Paksuus (µm)
- Ominaistilavuus (cm3/g)
- Taivutusjäykkyys (mNm).
Kotelokartongit ovat yleensä moniväripainettuja pakkauksia. Tämän takia painatuksen vaikutus kartongin ominaisuuksiin otetaan tarkasteluun mukaan.
Mitä mittaukset paljastavat materiaalierissä?
Kartonkien mitattavista ominaisuuksista saadaan selville, miten rakenteeltaan erilaiset kartongit vaikuttavat mittaustulosten vaihteluun. Materiaalierissä tapahtuviin vaihteluun vaikuttavat myös muut tekijät, kuten rakenteelliset tai prosessiperäiset tekijät.
Neliömassan mittaustuloksista ohuemmissa kartonkimateriaaleissa esiintyy enemmän vaihtelua verrattuna paksuimpiin kartonkimateriaaleihin. Myös paksuuden tuloksissa havaittiin, että kartongin rakenteella on vaikutusta. Tutkittavat kartonkimateriaalit ovat rakenteeltaan monikerroksia ja kuitupohjaisia, mikä selittää yksittäisen mittaustulosten paikallisen vaihtelun. Myös paksuuden tuloksissa havaitaan, että kartongin rakenteella on vaikutusta. Paksuuden tuloksissa paksuimmilla kartonkimateriaaleilla tulokset esiintyivät tasaisempina kuin ohuemmat kartonkimateriaalit. Paksuuden mittaustulokset vaihtelivat jokaisessa materiaalierässä eniten verrattuna muihin mittauksiin. Ominaistilavuus, eli tilavuus massayksikköä kohti, pysyy lähes samana eri kartonkimateriaaleista riippumatta.
Kartonkimateriaaleissa käytetty painatusmenetelmä ei muuta kartongin kuiturakennetta merkittävästi. Painatuksen vaikutus kartonkimateriaalien ominaisuuksiin on pientä, mutta se vaikuttaa mittaustuloksiin. Paksuuden mittaustuloksissa havaittiin, että painatus joko nostaa tai laskee kartongin paksuutta. Painatuksen vaikutus taivutusjäykkyyteen vaihtelee materiaalien välillä. Paksuimmilla kartonkimateriaaleilla konesuunnan taivutusjäykkyys kasvaa painatuksen jälkeen. Taivutusjäykkyyteen painatus vaikuttaa enemmän kartongin konesuuntaan kuin sen poikkisuuntaan.
Miten tutkimusta voitaisiin jatkaa?
Mittaukset kattoivat vain tietyn osan kartongin mitattavista ominaisuuksista. Jatkossa tutkittavista kartonkimateriaaleista voitaisiin määrittää kitka painatuksen jälkeen. Lisäksi kartonkikotelon valmistuksen muiden vaiheiden, kuten stanssauksen eli tuotantovaiheen, jossa levyyn kiinnitetyillä terillä leikataan ja tehdään taitosuria kartonkiin, jälkeen voitaisiin määrittää kartongin ominaisuuksia. Mittauksista saatava tieto voidaan yhdistää tuotannossa kerättyihin häiriödataan. Tämä parantaisi tuotantohäiriöiden ennustettavuutta.
Artikkeli on osa Uudet materiaalit ja prosessit -tutkimusryhmän julkaisuja.
Lähteet
Kössi, P. 2026. Kartonkikoteloiden ominaisuuksien kartoittaminen – TheseusTurun ammattikorkeakoulu opinnäytetyö.
Kuva: ©Pilke Kössi