CC BY
30
12. Пузиков И.В., Пантюхина Е.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсоставных колпачков типа push-pull // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 9. С. 414-420.
13. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель и методика расчета производительности вертикального бункерного загрузочного устройства // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2010. № 9. С. 27-31.
14. Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с тангенциальными карманами и гребенкой // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021. № 8. С. 372-378.
15. Судакова А.А. Экспериментальные исследования коэффициента трения укупорочных элементов в форме колпачка при их автоматической загрузке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 117-121.
Судакова Анастасия Андреевна, студент, nastena-sudakova@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
THEORETICAL STUDY OF THE FEED RATE OF A VERTICAL HOPPER FEEDING DEVICE WITH PROFILE POCKETS FOR CAPPING ELEMENTS IN THE FORM OF A CAP
A. А. Sudakova
The article presents a scheme of an automatic feeding system of capping elements in the form of a cap based on a vertical hopper feeding device, an adjusted model of its actual feed rate is obtained, an analysis is carried out and the maximum values of the actual feed rate of the device for various types of capping elements in the form of a cap are determined.
Key words: capping elements in the form of a cap, feed rate, automatic feeding, vertical hopper feeding device.
Sudakova Anastasia Andreevna, student, nastena-sudakova@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9; 663
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ГОФРОКАРТОНА И ПОВЫШЕНИЕ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ УПАКОВКЕ ГРУППОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
А.В. Судоплатова
В статье рассмотрены основные свойства гофрокартона и методы их улучшения, проведен патентно-информационный поиск в указанной области, построены математические модели, корректно описывающие зависимости изменения основных свойств гофрокартона от влияющих на них параметров и условий процессов.
Ключевые слова: гофрокартон, основные свойства гофрокартона, влагопрочность, жаростойкость, огнестойкость, математическое моделирование свойств гофрокартона.
Гофрокартон - это упаковочный материал, состоящий из нескольких слоев, как минимум одного гофрированного слоя (флютинга) и одного плоского слоя (лайнера). Основными типами гофрокартона являются: двухслойный (один слой флютинга и один слой лайнера), трехслойный (один слой флютинга и два слоя лайнера), пятислойный (два слоя флютинга и три слоя лайнера) и семислойный (три слоя флютинга и четыре слоя лайнера). Преимуществами гофрокартона являются: экологичность, экономичность, технологичность, простота в утилизации, малый удельный вес и в совокупности с этим гофрокартон имеет отличные физико-механические свойства [1].
Для анализа физико-механических свойств гофрокартона служат следующие параметры: прочность, влажность, плотность, жесткость, сопротивление разрыву, продавливанию и т.д.
Короба и ящики из гофрокартона - самый популярный и широко используемый вид тары при упаковке групповых изделий. На сегодняшний день играет важную роль эффективное использование объёма складских помещений, поэтому на производстве постоянно растет высота штабелирования. Сохранение стабильности штабеля и формы коробов и ящиков из гофрокартона зависит от множества факторов. Самым основным фактором, влияющим на жесткость и прочность, а, следовательно, и на стойкость штабеля, является влажность окружающей среды, а также воздействие жира и огня, поэтому необходимо улучшать свойства гофрокартона, такие как влагопрочность, жиростойкость и огнестойкость [2].
В результате патентно-информационного поиска были найдены и проанализированы следующие свойства гофрокартона и пути их повышения.
В патенте на полезную модель [3] улучшают влагопрочность гофрокартона путем добавления как в слои гофрокартона, так и в крахмальный клей, влагопрочных химикатов (например, полиаминполиамидэпихлоргидринные смолы), обеспечивая структуру без слабых мест и простую переработку. Это обусловлено тем, что известные аналоги не обладали достаточными влагозащитными свойствами по причине того, что влагопрочными были только слои гофрокартона, а крахмальный клей оставался не влагопрочным.
В патенте на полезную модель [4] повышают жиростойкость гофрокартона для улучшения его эксплуатационных свойств. Аналоги полезной модели имеют свойства жиро- и/или влагостойкости благодаря нанесению на поверхность картона латекса (полимерных эмульсий) с образованием непроницаемой полимерной пленки. Недостаток этих пленок заключается в том, что под ними конденсируется влага, которая разрушает картон. Повышение жиростойкость гофрокартона достигается путем добавления в его слои жирооталкивающих химикатов (фторированное жиростойкое полимерное соединение). В результате получается гофрокартон с жиро-оталкивающим свойством и улучшенными прочностными характеристиками.
В патенте на изобретение [5] авторы предлагают улучшить огнестойкость или возможность к самозатуханию гофрокартона. Повышение огнестойкости достигается путем обработки слоев гофрокартона водным раствором фосфата аммония однозамещенного (моно аммоний фосфатом МАФ), раствором упрочняющего полимера (включающим крахмал), так как МАФ значительно снижает прочностные характеристики гофрокартона и дополнительно в состав раствора добавляют гидрофобный клей (на основе стирол-акрилатов). Уже известно применение фосфатов аммония для придания огнезащитных свойств, но под действием высоких температур двух и трех замещенный фосфат аммония разлагается и выделяет сильный запах аммиака, в свою очередь МАФ этот вредный запах не выделяет.
В результате исследования, проведенного в работе [6], по экспериментальным значениям были построены кривые влияния состава гофрокартона на его влагостойкость, но не была получена математическая модель, корректно описывающая процесс изменения влагостойкости от состава гофрокартона.
С целью получения функций, адекватно и корректно описывающих зависимость трех различных видов гофрокартона (из макулатуры; один слой из макулатуры, два другие - целлюлозные; целлюлозный) на их влагостойкость, воспользуемся программой СпгувЕхрвМ (рис. 1).
Функция зависимости влажности от времени кондиционирования для гофрокартона, состоящего из макулатуры, имеет следующий вид
аЬ + схй
У =-д-, (1)
Ь + хй
где а, Ь, с, й - коэффициенты (а = 2,093 •10-4; Ь = 1,042; с = 29,79; й = 8,004 • 10-1); х - время, сут.; у - влажность, %.
Функции зависимости влажности от времени кондиционирования для гофрокартона, состоящего из одного макулатурного слоя и двух слоев из целлюлозы, и для целлюлозного гофрокартона совпадают, коэффициенты в ней принимают следующие значения:
а = -2,448 -10"3; Ь = 23,71; с = 1,132; й = -6,745 -10"3.
С помощью программы МаскСай была построена математическая модель по функциям (1) и (2), корректно описывающая процесс изменения влагостойкости гофрокартона от его компонентного состава (рис. 2).
& MF Mode:
J |,f~~| HIcjje pictt Ihc nqhl mouic bullan Ihe _I giaphing fffdluifrt mnnu Piass F1 Iм
X Axis |units)
s. низе ?a»6
г - О 9M37i3l
Model Informutiorv |MMh Mud и I]
HiUOfy J
Covarian« Residual* Corrimeniti.
Coefficient
b- 1.04200520521 E*000 c- 2. Э7863016522E *001 d- 8.0G438574838E 001
T he paiarneteri fa the above model equation ate gwen to the ngM in the coeflicwnt Й.
H I
а
Рис. 1. Функции к графикам изменения влажности гофрокартона в зависимости от времени кондиционирования (сутки) при относительной влажности воздуха 100%: а - гофрокартон состоящий из макулатуры; б - гофрокартона состоящий из одного слоя
макулатуры и двух слоев из целлюлозы
Из полученного графика видно, что наиболее гидрофобным и влагостойким является гофрокартон в составе которого преобладает целлюлоза, а наиболее гидрофильным является гофрокартон в состав которого входит макулатура.
1
Рис. 2. График зависимости изменения влажности гофрокартона сразмым компонентным составом от времени (сутки): 1 - гофрокартон состоящий из макулатуры; 2 - гофрокартон, состоящий из одного слоя макулатуры и двух слоев из целлюлозы, и целлюлозный гофрокартон
Поэтому при прочих аналогичных условиях (марки, нагрузки и т.д.) гофротара, изготовленная из макулатуры больше подвергается риску при увеличении влажности и требует упрочнения дополнительными компонентами во влажном состоянии.
В результате исследования, проведенного в патенте на изобретение [5], были построены графики с экспериментальными кривыми влияния содержания МАФ на время самозатухания пламени после поджога и влияния расхода гидрофобного клея на впитываемость воды огнестойким гофрокартоном, но также не была получена математическая модель, корректно описывающая процесс изменения этих параметров.
С целью получения функций, адекватно и корректно описывающих эти зависимости воспользуемся программой СыгувЕхрвН (рис. 3, рис. 4).
Рис. 3. График и функция зависимости содержания МАФ (ось X, кг/т) в макулатурном гофрокартоне на время самозатухания пламени (ось У, с) после поджога
и ЛЛ
х Ах1в :иши
| Нишу | Ьмаьця ) ■ •^Х*- | [ртп^П |
у=а+Ьх+сх2 с-1 ■ 1):
I От | Ьш Н|Ь |
Ркт.«!г рйг-ц а пдМ авим Ы1и 1а 1Ы-. $ - 10 51519864 ■ 1пГО(тл[юг> - [НлпЛ МмН|
«Л* 1 л* | 1 1 1 СоеИоег*! Т НнЬну 1 Сонйгае 1 РиЛ^: Т Сотлел» 1
\...........;..............1..............|.............. Нате Ми*
V 1 а- -7907007617КЕ-001 ь- е .1»5егв8б712Е<01 с 1.экг4Ш4385сюаг
>1 ♦ ^ (а + Ьхс)
> да"» • ----— _____ « \ / ТКв мгдпкЯси Ьд "р? Ыхме шюМ еааЛог а*
Л*
00 1.0 го 10 4.0 5.0 X Ах«3 (ип»9) [ От | Сору | |
б
и 0.5 I п 1.1 1> 17 и ¿3 . > . и и
У Аче (ил ¡15)
С^Ч*«**! Иысху у | РФРАМ
Ч/ЫяЛНМ*-
в. 5333819«» 7* «ОСП Ь » 1 3?9&ЭТ»ЖЕ««<Е
у = а-Ье'™" с - ).7907Й125Ке««0
I первая**«! 1а аЬс-тв нгакЯеф^оп «г дмп \а+* 1*1 снйиг! Ы
й» ( к* ||
Рис. 4. Графики и функции влияния расхода гидрофобного клея на впитываемость огнестойким гофрокартоном воды по Кобб-60: а - 110 кг/т МАФ; б - 70 кг/т МАФ; в - без МАФ
в
Функция зависимости времени самозатухания от содержания МАФ для гофрокартона, состоящего из макулатуры, имеет вид
1 (3)
У =
а + Ьхс
—1 —2 —1 где а, Ь, с - коэффициенты (а = —3,584-10 ; Ь = 1,716-10 ; с = 8,42-10 ); х - содержание МАФ, кг/т; у - время самозатухания, с.
Из полученного графика можно сделать вывод, что при поджигании гофрокартона с нанесенным на него МАФ меньше, чем 40-50 кг/т он практически не гаснет. Для быстрого самозатухания в течение 2-3 секунд необходимо нанести на гофрокартон 80-100 кг/т МАФ, а для практически мгновенного затухания в течение 0,5-1,5 секунд требуется 100-120 кг/т МАФ.
Функции влияния расхода гидрофобного клея на впитываемость воды огнестойким гофрокартоном имеют следующий вид: - с расходом МАФ 110 кг/т
.2
у = а + Ьх + сх , 2
(4)
где а, Ь, с - коэффициенты ( а = 2,068-10 ; Ь = —74,03; с = 7,571); х - расход МАФ, кг/т; у - впитываемость, г/м2;
- с расходом МАФ 70 кг/т
1
У = -
|а +Ьхс|
(5)
где а = —7,987-10 1; Ь = 8,086-10 1; с = 1,902-10 2;
- без МАФ
у = а — Ье
—сх
(6)
где а, Ь, с, ё - коэффициенты (а = 53,34; Ь = 1,38-102; с = 1,781; ё = —3,905-10 1).
С помощью программы МасНСаё была построена математическая модель по функциям (4), (5) и (6) корректно описывающая зависимость расходя гидрофобного клея на впитываемость воды огнестойкий гофрокартоном поверхность которого обработанна составом из МАФ, крахмала и клея (рис. 5).
т
150
100
50
0
,, 2
*--------
1 2 3 4 <3, кг/т
Рис. 5. График зависимости расхода гидрофобного клея на впитываемость огнестойким гофрокартоном воды по Кобб-60: 1 -110 кг/т МАФ; 2 - 70 кг/т МАФ; 3 - без МАФ
Графики показывают, что с целью обеспечения впитываемости гофрокартона с расходом МАФ 110 кг/т в пределах 30-35 г/м2 необходимо 3,5-4,5 кг/т клея на основе стирол акрила-та, с расходом МАФ 70 кг/т - 3-3,5 кг/т, а для гофрокартона без МАФ - 1-1,5 кг/т.
Приведенные в статье свойства гофрокартона необходимо и дальше исследовать, чтобы оценивать влияние влаги, жира и огня на жесткость и прочность гофротары при штабелировании.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В., Котляров В.С., Пантюхин О.В. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки: учебник. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 212 с.
2. Ефремов Н.Ф., Лемешко Т.В., Чуркин А.В. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов. Моск. гос. ун-т печати. М.: МГУП, 2004. 424 с.
3. Патент № 143131. Влагопрочный гофрированный картон / Е.А. Глезман, А.М. Гурьянов, В.А. Житнюк, А.М. Идиатуллин. Опубл. 20.07.2014.
4. Патент № 154469. Жировлагостойкий влагопрочный гофрированный картон / Е.А. Глезман, А.М. Гурьянов, В.А. Житнюк, А.М. Идиатуллин. Опубл. 27.08.2015.
5. Патент № 2690565. Гофрированный картон, не поддерживающий горение, и плоский лист этого картона / Е.А. Глезман, А.М. Гурьянов, В.А. Житнюк, А.М. Идиатуллин. Опубл. 04.06.2019.
6. Как избежать порчи гофроящиков при штабелировании [Электронный ресурс] URL: http://enterprom35.ru/docs/shtabelirovanie/ (дата обращения: 10.08.2021).
Судоплатова Алена Дмитриевна, магистрант, AD990919S@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
ANALYSIS OF THE MAIN PROPERTIES OF CORRUGATED CARDBOARD AND IMPROVEMENT OF ITS EFFICIENCY IN PACKAGING OF GROUP PRODUCTS
A. V. Sudoplatova
In the article the main properties of corrugated board and methods of their improvement are considered, the patent-information search in the specified field is conducted, mathematical models describing correctly the dependence of changes in the main properties of corrugated board on the parameters and process conditions influencing them are built.
Key words: corrugated board, basic properties of corrugated board, moisture resistance, fat resistance, fire resistance, mathematical modeling of corrugated board properties.
Sudoplatova Alena Dmitrievna, masters, AD990919S@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621
АНАЛИЗ УПАКОВОК СНЕКОВ (ЧИПСОВ), НОВЫХ ДИЗАЙНОВ
М.А. Люткин
Произведен анализ рынка современных упаковок (снеков) чипсов. Выявлены их виды, классификация, область применения. Даны общие рекомендации, необходимые для выбора подходящей упаковки.
Ключевые слова: виды упаковки, снек, дизайн упаковки, упаковка «Tower».
Упаковка является важнейшей составляющей в конечном продукте. Она несет в себе важнейшие задачи [1]:
1. Доставить товар до потребителя максимально свежим;
2. Чтобы товар дошел до потребителя в целости;
3. Привлечь потребителя.
