3.1. Estructura del cartón corrugado
Repaso: Como ya se ha mencionado anteriormente, el cartón corrugado es el resultado de la aplicación de la teoría de la resistencia de los materiales al campo del papel. Esta culmina, como en el caso de los materiales de construcción, en el reemplazamiento de vigas pesadas con mucha masa por estructuras “estilizadas” y con la misma rigidez, pero mucho más ligeras.
El cartón corrugado es un material de celulosa, constituido por la unión de varias hojas lisas que uno o varios ondulados mantienen equidistantes. Ello confiere al cartón la propiedad de ser indeformable:
• Las hojas lisas exteriores se llaman caras o cubiertas.
• Las hojas intermedias se llaman caras lisas.
• Las hojas onduladas que forman los canales se llaman ondulado, tripa o “médium”.
Estructura del cartón corrugado
El simple-cara (single face - SF) está formado por una hoja lisa (una cara) y un ondulado, unidos entre sí con cola. Este es el módulo elemental de todo cartón corrugado, impuesto por la tecnología de fabricación.
Al añadir una segunda cara se forma el doble-cara, también llamado “simple wall” (pared sencilla) en inglés. Si al doble-cara se le añade un segundo módulo simple cara, constituye el llamado doble-doble (DD).
De la misma manera, un triple corrugado resulta de un doble- doble con un tercer simple cara.
Perfil de la onda o canal
Teóricamente, la manera ideal de asegurar la mejor relación resistencia del cartón/consumo de papel es dándole una forma triangular, o en V, al perfil de la onda.
En la práctica, la tecnología de fabricación en continuo no permite la utilización de perfiles triangulares ni rectangulares. Esto implica que se tenga que hacer un perfil de tipo pseudosinusoide que se asemeja más a los engranajes mecánicos.
Existen diferentes gamas de perfiles de onda y cada una se caracteriza por:
• La altura: distancia que hay entre el vértice y la base ancha del canal.
• El paso: distancia que hay entre los vértices de dos canales consecutivos.
• El número de canales por metro de cartón.
• El coeficiente de ondulación: relación teórica que hay entre el largo del papel del ondulado y el largo de la cara. (Dicho coeficiente determina el consumo de papel de corrugar). También puede definirse como la relación entre el papel para corrugar empleado y la longitud de cartón corrugado obtenido.
Atención: la altura de los canales es inferior al espesor o grosor del cartón corrugado, ya que la primera no comprende el grueso de las caras.
• (1) Valor orientador, pues depende del espesor de los papeles cara y papel para ondular empleados.
• (2) Alturas de onda más utilizadas.
La tabla anterior es sólo orientadora, ya que para cada perfil, los diseñadores proponen distintas «formas geométricas» de canal que se diferencian entre sí por la altura y el paso.
Al corrugador le interesa elegir un perfil que, utilizando la menor cantidad de papel, proporcione la máxima resistencia al aplastamiento en plano (FCT) y a la compresión en el canto (ECT).
Los perfiles de onda más utilizados son el E, F, B, C, y A.
Se entiende por micro-canales los canales E o de menor altura.
Propiedades de cada perfil
Onda micro-canal E y mini-micro-canal F:
Buena superficie lisa debido al elevado número de ondulaciones por metro, y alta resistencia al aplastamiento en plano (FCT). De ahí que tenga una buena imprimibilidad, lo que lo convierte en el cartón competidor del cartoncillo.
Onda pequeña B:
Buena resistencia al aplastamiento en plano debido al número de canales por metro, pero poca rigidez dado el reducido espesor que tiene.
Onda mediana C:
Cronológicamente es posterior a los ondulados A y B, y apareció como una mejor adecuación entre precio/consumo de papel/calidad (resistencia). Está dotada de una buena resistencia al aplastamiento en plano (flat crush) y a la compresión vertical (BCT).
Onda tipo A y K (Canal Muy Grande):
Rigidez, poder amortiguador y resistencia a la compresión en el canto en virtud del gran espesor del cartón.
Asociación de ondas:
La asociación de dos o tres ondas permite aumentar el espesor y sumar las propiedades de varios perfiles.
Funciones del ondulado:
• Dar un espesor inicial al cartón y mantenerlo durante toda la vida del embalaje.
• Formar nervaduras en el corazón de la plancha de cartón con el fin de aumentar la rigidez a la flexión.
• 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, pues, como un “pilar”.
Funciones de las caras:
• Las caras realizan una aportación importante a la resistencia del embalaje –rigidez a la flexión, estallido, desgarro, resistencia al apilado- de cara a posibles agresiones mecánicas, climáticas, etc. De aquí se desprende su función protectora del producto.
• La cara exterior sirve, además, de base informativa (marcado) y, gracias a su excelente imprimibilidad, se puede revestir de una manera atractiva, como en el caso de los embalajes expositores, explotando el uso de colores y grafismos.
Funciones de la cola:
• Unir de una manera rápida y duradera los papeles componentes a un ritmo elevado de fabricación. A título indicativo, a una velocidad de 300 m/min., el encolado “instantáneo” de un simple cara (un ondulado y una cara) tarda algunas centésimas de segundo.
• Resistencia –en algunos casos- a la humedad o al agua (cola RH) llamada “resistente a la humedad”.
3.2. La corrugadora: funciones y tecnología
La corrugadora es la máquina que, a partir de las bobinas de papel, permite la fabricación de planchas de cartón corrugado.
Esta operación, que se realiza de manera continua, comprende las siguientes fases:
• Formación de la onda de papel de corrugar y encolado de esta con una cara: es el grupo simple - cara.
• En el caso del doble doble (DD) se utilizan dos grupos de simple - cara, generalmente usando dos ondas distintas: B + C o E + B. Para el triple corrugado se necesitan tres grupos de simple - cara.
• Encolado de la segunda cara con el (los) simple - cara (s), que se hace en la doble o triple encoladora.
• Solidificación de la unión de la segunda cara y secado del cartón; es la función de las mesas calientes.
Transformación de una banda continua de cartón en planchas a través de:
• Corte longitudinal y hendido de las solapas, en la cortadora/hendedora longitudinal o reversible.
• Corte transversal en la cortadora del mismo nombre.
3.2.1. El grupo simple - cara (cara sencilla)
Funciones:
• Transformar el papel liso (médium) en una sucesión de ondulaciones regulares y estables con el paso del tiempo, con la ayuda de una “matriz” tipo engranaje: los rodillos onduladores.
• Encolar las ondulaciones sobre una hoja lista para caras, para obtener un simple - cara.
Fundamentos:
Es sabido que un material rígido y fibroso como las planchas de madera, las viguetas, etc., pueden tomar y conservar varias formas – cilíndrica, retorcida, enroscada – siempre y cuando estén previamente calentadas y humedecidas al vapor.
La formación de los canales del papel se basa sobre este principio de preacondicionamiento. La primera operación en la formación del ondulado, llamada “termoformación”, necesita:
• Energía mecánica para ejercer la presión.
• Energía térmica en forma de calor.
Se trata de trasladar al papel, en un lapso muy corto –milésimas de segundo- estos dos tipos de energía, cuya función consiste en ablandar las fibras que constituyen el papel, en particular la lignina, después de moldear la onda y, finalmente, estabilizar el moldeado y darle rigidez.
La aportación de humedad y una temperatura elevada de la plancha (alrededor de 180º C) favorecen dicho proceso.
Las aportaciones anteriormente descritas se realizan con la ayuda de los distintos elementos en los circuitos del “papel corrugado” y las “caras” del cartón.
Los portabobinas de papel alimentan ambos circuitos, uno por cada circuito. La función del portabobinas consiste en desarrollar la hoja de manera continua y regular a una tensión constante.
3.2.1.1. Las empalmadoras (splicers)
Las corrugadoras modernas disponen de un sistema de empalme automático de las bobinas montadas en un portabobinas doble (1 splicer por grupo) que permite cambiar bobinas sin interrumpir ni disminuir significativamente la velocidad de la corrugadora.
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Características de las empalmadoras
• Debe mantener la tensión del papel constante durante el proceso de desbobinado (arrugas y fallos de ondulado).
• Si hay variaciones de tensión durante el empalme se producirán importantes mermas (cartón mal ondulado, despegado, cartón teja).
• Es importante utilizar cinta de empalme de buena calidad; debe soportar el paso por los precalentadores.
3.2.1.2. Circuito del “papel de corrugar”
Los humidificadores: son aparatos fijos con orificios, a través de los cuales sale vapor de agua para humedecer la hoja de papel. Permite regular la aportación de humedad al papel.
Clases:
Cilíndricos: Gaylor.
Planos: Bandeja, Sándwich.
Trabajan con bajas presiones de trabajo (vapor saturado a 3 bares).
Deben estar alimentados con vapor a baja presión, saturado. Es frecuente encontrarlos conectados a vapor vivo directo.
• El preacondicionador (PRECALENTADOR), normalmente va unido a un humidificador; permite regular la aportación de calor a la banda de papel.
Es un cilindro rotativo liso, calentado en su interior con vapor (190º C aproximadamente), al que llega el papel de corrugar para ser precalentado antes de entrar en los rodillos onduladores.
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Es necesario tener una perfecta nivelación y paralelismo con grupo de corrugar. En caso contrario, aparecerán:
• Diferencias de tensión entre los extremos de los papeles.
• Diferencias de temperatura entre los extremos del papel.
Debe estar dotado de 1 ó 2 cilindros de abrazamiento.
Velocidad de rotación independiente y sincronizada con la corrugadora.
A medida que las corrugadoras han ido incrementando la velocidad de trabajo, ha ido aumentando el diámetro de los precalentadores.
Diámetros actuales:
• 500 mm.
• 600 mm.
• 900 mm.
• 1100 mm.
• Los rodillos onduladores. Son los encargados de conformar al médium mediante la aplicación de temperatura y presión al papel durante el tiempo que permanece entre ellos.
Moldean, de manera continua, el papel liso y forman ondulaciones sucesivas y regulares; todas estas deben tener la misma altura y el mismo paso.
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Son dos cilindros entre los que pasa el papel que se asemejan a engranajes “rectos”. Se calientan con vapor de agua (a una temperatura de 190º C) y ejercen una presión regulable (de 30 a 50 kg/cm lineal). Los rodillos onduladores aseguran el moldeado del papel. El perfil de las ondas de estos define el perfil del ondulado y, por consiguiente, el tipo de canal.
Los rodillos deben estar construidos con aceros forjados y perfectamente estabilizados.
Después de su formación, se mantiene el canal contra el rodillo inferior mediante un dispositivo de aspiración o de presión de aire.
• Máquinas con peines: Algunas corrugadoras disponen de “peines” (finas hojas metálicas) que adoptan la forma del rodillo inferior y mantienen el canal hasta que entra en contacto con la cara.
Máquinas con peines:
• El médium se sujeta sobre los rodillos acanalados por la acción de unos peines metálicos que los abrazan.
• Son necesarios ajustes continuos de los peines debido a desgastes provocados por la fricción del papel.
• Produce cartón con ondas altas y bajas.
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• Las máquinas están limitadas en velocidad.
• Máquinas sin peines: En las máquinas “sin peines”, el médium se sujeta sobre los rodillos acanalados por la acción de la presión de aire. Puede ser de dos tipos:
De presión positiva.
De presión negativa.
Los dispositivos “sin peines” presentan varias ventajas:
• Supresión del efecto de “falso acanalado”.
• Aumento sensible de la velocidad (200 a 300 m/min.).
• Produce buena calidad de cartón.
Como contrapartida, los dispositivos requieren una adaptación y un ajuste más precisos del dispositivo encolador, consumen energía y necesitan un papel de corrugar adecuado.
Con el fin de reducir la duración de los cambios de perfiles de onda, para que aumente la productividad de la corrugadora, algunos simple - caras, al igual que los splicers, están dotados de un segundo juego (o tercero en algunos casos) de rodillos onduladores que pueden estar integrados o no en la máquina.
Existen los siguientes sistemas:
• Sistema con tambor.
• Sistema con cargador interno o externo que permite cambiar el perfil en pocos minutos.
• La encoladora deposita una cantidad determinada regularmente sobre las crestas de las ondulaciones. Normalmente está provista de un rodillo encolador liso que extiende la cola sobre crestas de los canales y un rodillo “doctor” que regula el espesor de la película de cola.
3.2.1.3. Circuito “de las caras”
• El precalentador, tiene las mismas funciones que el anterior, pero sin la humidificación.
• La prensa lisa. Es un rodillo rotativo liso calentado al vapor (180º C), cuya presión de aplicación al de ondular inferior se puede regular (de 30 a 50 kg/cm. lineal). Sus funciones son:
• Arrastrar el papel para caras.
• Traspasar al papel el calor necesario para producir una adhesividad instantánea (humedad “tack”).
• El pegado del ondulado a las caras.
Problemas:
• Vibraciones debido a acoplamiento prensa - rodillos acanalados.
• Pérdidas de características mecánicas del cartón producidas por el debilitamiento o corte en la línea de presión del diente con la prensa lisa.
• Nivel sonoro elevado.
Cabe mencionar la aparición de sistemas de prensa de extensa superficie que permiten aumentar la duración del contacto cara – cola – onda, así como reducir las presiones y el ruido.
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• Máquinas sin prensa lisa. El pegado del médium con el liner se produce por la acción de la presión y la temperatura de:
• Una banda metálica sinfín (BHS).
• Una banda polimérica (Mitsubishi).
• Rodillos poliméricos (Agnati).
Ventajas
• Eliminación de vibraciones.
• Aumento 10 % del ECT del cartón.
• Aumento características imprimibilidad del cartón.
• El puente almacenador. El último elemento en la cadena de fabricación del simple - cara es el puente almacenador cuyas funciones son:
• Transportar el cartón.
• Almacenarlo temporalmente con el fin de conseguir el secado y la unión definitiva del encolado que aún está húmedo en esta fase.
• Constituir una reserva entre los grupos simple - cara y doble cara, ya que estos funcionan a distintas velocidades en el momento de cambiar de bobinas.
3.2.2. Grupo doble cara (o triple).
La encoladora.
Se llama también “grupo doble encoladora”. Asegura la unión del (de los) simple - cara (s) con la segunda cara, encolando las crestas de los canales del (de los) simplecara (s). El principio general del encolado aplicado al simple - cara, se repite para el doble cara, pero hay variaciones.
• El precalentamiento del (de los) simple - cara (s) y de la segunda cara.
• El encolado de las crestas de los canales de (de los) simple - cara(s) al pasar entre dos rodillos: el rodillo encolador y el rodillo “prensador”.
