REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA)
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El test de aplastamiento plano (FCT) es una medición de la capacidad del cartón corrugado para resistir el aplastamiento bajo la acción de una fuerza perpendicular al plano del cartón, lo que a su vez afecta en gran manera a la resistencia final a la compresión de la caja de cartón corrugado. Durante la transformación, troquelado, impresión, etc., el cartón corrugado queda quizá sujeto a elevadas fuerzas de aplastamiento plano. El embalaje acabado de cartón corrugado también está expuesto a cargas que ejercen fuerzas de aplastamiento plano que el cartón corrugado debe soportar.

Definición de resistencia al aplastamiento en el plano

Una pieza circular para ensayo con un área especificada en la norma correspondiente se aplasta en un medidor de compresión entre placas planas paralelas forradas con una fina tela de esmeril para evitar deslizamientos.

  

La mayor fuerza por unidad de área que el cartón corrugado pueda resistir sin que la capa de corrugado quede aplastada por completo es la resistencia FCT.

La resistencia FCT está fuertemente relacionada con la resistencia a la compresión del fluting. Sin embargo, debe recordarse que la resistencia a la compresión del fluting se reduce en cierto modo durante el procedimiento de ondulado. Esto puede dar lugar a una menor resistencia FCT que la que se haya calculado teóricamente. La magnitud de esta reducción depende entre otras cosas de la calidad del fluting y de las propiedades del dispositivo de conformado del fluting.

El método FCT se encuentra bien descrito en varias normas de ensayo. Debe observarse que el método deberá ser utilizado únicamente para cartón corrugado simple de capa única. En el ensayo de cartón de doble capa y de triple capa, se le deben quitar capas al cartón corrugado de forma que el ensayo se lleve a cabo sobre cartón de capa única. La interpretación del resultado no deja de tener sin embargo su complicación.

    

Evidentemente es difícil transformar tales datos para obtener el valor real de resistencia del cartón de doble capa o de triple capa. Los métodos de ensayo actuales miden la fuerza máxima de compresión que el cartón corrugado puede resistir antes de que el fluting colapse finalmente debido a la compresión.

Esto significa que la resistencia se mide cuando el espesor del cartón corrugado se ha reducido ya a menos de la mitad de su espesor original y cuando por lo tanto el cartón ha perdido de forma drástica su propiedad de rigidez a la flexión. Probablemente podría proporcionarse una información valiosa acerca de la resistencia al aplastamiento en el plano del cartón corrugado si se registraran también la energía tensil y el gradiente inicial de la curva fuerza-deformación.

6.2 La curva uniforme describe la compresión del cartón no dañado y la deformación del fluting, bajo una carga creciente. En el momento del colapso, el cartón corrugado ha sido ya prensado a menos de la mitad del espesor original. La curva quebrada muestra la compresión del cartón corrugado que ha sido dañado durante el proceso de transformación por fuerzas de compresión muy altas perpendiculares a la superficie.

¿Es adecuado el método FCT?

En una investigación llevada a cabo en el KCL (Instituto de Investigación Finlandés de la Pulpa y el Papel), se encontró que el valor FCT no cambiaba incluso si el cartón corrugado era pre-comprimido al 30 % de su espesor original. A pesar de la dura manipulación que esto implicaba, el cartón corrugado volvía a más o menos su espesor original. El valor ECT quedaba también más o menos invariable. Por otro lado, se observó una reducción drástica en la rigidez a la flexión, y esto implicaba que se reducía la resistencia BCT de la caja de cartón corrugado.

Esta investigación mostró que mediante el método FCT (o mediante mediciones normales de espesor del cartón corrugado) no necesariamente se detectan las fuerzas de compresión perpendiculares a la superficie a la cual el cartón corrugado está expuesto durante la manipulación dura en la etapa de transformación. Únicamente cuando el cartón corrugado ha quedado expuesto a fuerzas de compresión tan altas de forma que el espesor se ha reducido aproximadamente en un 50% o más, puede detectarse entonces claramente un valor de resistencia FCT inferior. El cartón se recuperaba de forma que solo se pudo observar un cambio de espesor de un 10%. La rigidez a la flexión del cartón corrugado se había reducido en ese momento en aproximadamente el 30% (ver Figura 6.4).

 

Esto conduce a un cierto número de respuestas: tal vez mediremos la capacidad del cartón corrugado para resistir fuerzas de compresión de una forma diferente al método FCT actual. El ensayo de espesor bajo una presión de ensayo de 20 kPa no muestra indicación alguna de las reducciones de espesor que pueden haberse producido en el cartón corrugado durante la transformación. Debe utilizarse el método de rigidez a la flexión como control de rutina para indicar si el proceso de transformación ha originado alguna reducción seria en el nivel de calidad. Hoy existe un número considerablemente mayor de aparatos de laboratorio para poder describir de una manera más relevante las propiedades del cartón corrugado que los que estaban disponibles en el momento en que se estandarizó el método FCT. El método FCT deberá complementarse con el ensayo de la rigidez a la flexión de cuatro puntos.

Todo ello muestra que el FCT es un buen método para medir la resistencia a la compresión perpendicular a la superficie, pero que no se ve afectada por los daños que puedan haber reducido considerablemente el espesor. Es por lo tanto una guía de poca confianza para la rigidez a la flexión y para el BCT.

El método CMT

Una de las funciones más importantes del fluting de un cartón corrugado es la de separar los dos liners. Una medición de esta capacidad se obtiene mediante el valor de resistencia FCT. Un ensayo similar destinado a la predicción del FCT del cartón completo acabado de capa única es el ensayo de aplastamiento plano de la onda (CMT) que se lleva a cabo sobre el fluting únicamente. La resistencia CMT está considerada como una de las propiedades de calidad más importantes de los materiales del fluting.

  

Definición de CMT

La resistencia al aplastamiento del papel corrugado de laboratorio es la fuerza que, bajo determinadas condiciones de ensayo, se requiere para aplastar la pieza de ensayo de fluting corrugado entre dos superficies planas paralelas en un medidor de aplastamiento, cuando la fuerza se aplica perpendicularmente al plano en el que los liners deben estar situados.

6.4 La reducción en espesor, la resistencia al aplastamiento en el plano, y la rigidez a la flexión del cartón corrugado en función de la amplitud de la compresión previa (daños de la compresión). Es evidente que no es hasta el momento en que la pre-compresión ha alcanzado un 40% del espesor original que puede distinguirse el daño mediante la medición del espesor o la resistencia FCT, mientras que mediante la rigidez a la flexión se indica que el daño se ha producido incluso después de una ligera pre-compresión.

Una gran desventaja del método CMT es que exige mucho tiempo y que requiere una gran precisión de ejecución para que el resultado sea satisfactorio.

En el equipo de corrugado de laboratorio, únicamente se utiliza el corrugado fluting A, por lo que se necesitan nuevos cálculos para otros tipos de fluting. Pero el método proporciona indicaciones y clasificaciones de la resistencia al aplastamiento en el plano del material de fluting, incluyendo la debilitación que pueda producirse en el doblez del corrugado. El método SCT ha comenzado a sustituir al método CMT; el método SCT mide, tal como ya se ha indicado en el capítulo 4, la propiedad real del material, es decir, la resistencia a la compresión pura liner y del fluting. Si la medición SCT se lleva a cabo en la dirección de máquina del fluting, se corresponde con la dirección de carga en el método CMT.   

Requerimientos del medidor de resistencia a la compresión

   Los métodos FCT y CMT exigen requerimientos especiales por parte del medidor de compresión si se desea que el ensayo sea fiable. Con el fin de evitar que fallen los flutings durante la compresión, el medidor deberá estar construido especialmente de forma que las placas de compresión no posean juego lateral y que no puedan doblarse bajo una carga lateral. Es evidente que los medidores de compresión de los denominados de tipo de balancín no están en su mayoría tan perfectamente diseñados para este propósito. Además de su construcción en general rígida, el medidor de compresión que se muestra en la Figura 6.6 posee un sensor electrónico especialmente diseñado que proporciona una rigidez óptima incluso bajo una carga no uniforme. El medidor de resistencia a la compresión también posee una función especial que permite la lectura directa de la fuerza de compresión máxima.

Resumen

La resistencia al aplastamiento en el plano (FCT), es una medición de la capacidad del cartón corrugado para resistir las fuerzas de compresión perpendiculares a la superficie del cartón cuando tiene lugar el aplastamiento total de la capa de fluting. Este método solo puede utilizarse en cartón corrugado de capa única y proporciona poca o ninguna información sobre cómo empeora el comportamiento de una caja de cartón corrugado apilada debido a la compresión en la capa de fluting.

Si se mide también la energía en el colapso a la compresión puede obtenerse una información mejor acerca de la capacidad del medio corrugado para mantener los liners separados en el cartón corrugado, así como de la resistencia a la compresión en plano para el comportamiento de la caja de cartón corrugado en el apilado.

Cómo medir la resistencia a la compresión en el plano (FCT)

 

6.9 La característica forma cuadrada del fluting después de la compresión. En este estado el cartón corrugado es muy inestable en la dirección de la máquina e incluso defectos menores son suficientes para que en el medidor de aplastamiento se produzca el colapso del fluting. Si se produce el colapso del fluting, el resultado no es válido.

La resistencia al estallido (valor de Mullen) ha sido durante largo tiempo el criterio de resistencia dominante para el cartón corrugado. Diferentes reglamentos de clasificación del transporte requieren que se mida y registre la resistencia al estallido de acuerdo con el principio de Mullen Jumbo. Por lo tanto, el ensayo de resistencia al estallido, según el principio de Mullen, ha sido normalizado por la mayoría de las instituciones de normalización.

Ya en 1887, J. W. Mullen desarrolló el primer aparato hidráulico para la medición de la resistencia al estallido. En la actualidad, los equipos para resistencia al estallido funcionan básicamente de la misma forma, pero los nuevos materiales, la moderna tecnología electrónica y la tecnología de la microinformática han conducido a mejoras considerables en la precisión de los ensayos, en la reproducibilidad y en la facilidad de uso.

Cuando se somete a ensayo el cartón corrugado, debe recordarse que la contribución del fluting a la resistencia al estallido es pequeña, dado que el fluting, por su forma ondulada, es flexible y solo proporciona una resistencia moderada. Una regla empírica indica que la suma de las resistencias al estallido de las capas de liners junto con el 10% de la resistencia al estallido del fluting, es usualmente una buena estimación de la resistencia al estallido del cartón corrugado.

Teoría

En el ensayo de presión al estallido, se estira una región de forma circular del cartón corrugado mediante una membrana de goma hasta una ampolla que finalmente estalla. Durante este proceso, la muestra sometida a ensayo se ve afectada por fuerzas de tracción, de cizalladura y de flexión. Con ciertas presunciones simplificadas, pueden obtenerse ecuaciones que relacionan las diferentes propiedades físicas del liner. Sin embargo, la resistencia al estallido debe considerarse como un parámetro empírico afectado por muchos factores independientes que a menudo actúan en direcciones diferentes y que por tanto solo brindan una poca información acerca de las propiedades básicas del material.

La resistencia al estallido de Mullen es una propiedad sensible que requiere grandes exigencias por parte de los aparatos de ensayo, si se desea obtener unos resultados de ensayo satisfactorios. No obstante, el método es rápido y no requiere el corte de muestras. Otra ventaja es que la resistencia al estallido es relativamente insensible a variaciones en el contenido de humedad de la pieza sometida a ensayo, y normalmente no hay deterioro cuando se utiliza el cartón.

La resistencia Mullen se considera generalmente una buena medición del comportamiento general en cuanto a resistencia, así como de la capacidad de la caja para mantenerse unida durante el transporte, tal como se indica por ejemplo en los ensayos de caída y en los ensayos de tambor rotativo.

La resistencia al estallido como un método de control de calidad en la fabricación del cartón corrugado

Considerando que se tiene en cuenta ciertas limitaciones, la resistencia al estallido proporciona una medición bastante buena de la resistencia de un liner y del cartón corrugado. La resistencia al estallido del cartón corrugado es igual a la suma de las resistencias al estallido de los liners y un 10 % de la resistencia al estallido del fluting.

Una ventaja de la utilización de la resistencia al estallido en el control de calidad del cartón corrugado, es que pueden descubrirse los defectos causados por fuerzas de compresión excesivamente elevadas en el proceso de unión en el revestidor individual. Si la resistencia al estallido del cartón corrugado acabado cae por debajo de la suma de las resistencias al estallido de los liners, significa que el liner se ha dañado durante el proceso de fabricación como resultado de una fuerza excesivamente grande sobre el liner en el revestidor individual. Tales fuerzas no sólo reducen la resistencia al estallido sino que probablemente generan un aumento de problemas en cuanto a fisuras en las operaciones de ranurado y doblado, lo cual incrementa además la absortividad del agua de la superficie.

Es importante recordar, sin embargo, que la resistencia al estallido no está directamente relacionada con la resistencia a la compresión de la caja (BCT). La resistencia al estallido aumenta, por supuesto, si aumenta el gramaje, por lo cual se ha dado por supuesto incorrectamente que existe una relación directa; no existe tal tipo de relación. Prueba de ello es que, en el caso de un tejido textil, se puede tener una resistencia al estallido muy alta, a pesar de que no puede soportar carga alguna de compresión. Una caja fabricada a partir de un material que posea muy poca rigidez, apenas podrá mantenerse de pie por sí misma.

Normas acerca de la resistencia al estallido

El procedimiento de ensayo de la resistencia al estallido se encuentra correctamente descrito por la mayor parte de las organizaciones de normalización. Las diferentes normas nacionales e internacionales se corresponden perfectamente entre ellas, exceptuando algunos pocos casos. La mayoría de normas requieren la utilización del mismo tipo de aparato de medición de resistencia al estallido, “el modelo J”, tanto para el ensayo del liner como del cartón corrugado. Algunos fabricantes del liner pre- fieren utilizar el modelo P destinado al papel. Esto, sin embargo, no es lo adecuado, por dos motivos:

la utilización de modelos diferentes hace difícil comparar valores de resistencia al estallido del liner y del cartón corrugado;

existe el riesgo de que se supere el rango de medición del modelo P si el gramaje del liner kraft es superior a 400g/m2.

También es importante recordar que el ensayo de la resistencia al estallido del cartón corrugado según el principio de Mullen, no puede ser aplicado a la mayor parte del cartón de capa triple, y que es de precisión dudosa incluso para el cartón de doble capa fuerte. A menudo es necesario sujetar con mordazas la muestra con la fuerza suficiente para aplastar el fluting; de lo contrario, la muestra puede deslizarse, obteniéndose un valor más alto de resistencia al estallido.

Requerimientos de un medidor moderno de resistencia al estallido

Con el fin de obtener valores de medición precisos y reproducibles, se exige ciertos requerimientos a los medidores de resistencia al estallido modernos. El cabezal de medición debe haber sido diseñado cuidadosamente de acuerdo con las directrices de la norma de ensayo, donde se especifica en forma precisa cuál debe ser la rigidez de la membrana de goma y se describe la desaireación del sistema hidráulico. La característica más sensible, sin embargo, es probablemente la fuerza con la cual se sujeta mediante mordazas la pieza para ensayo, y el diseño de las superficies de sujeción que la sostienen.

Otras propiedades importantes que afectan al resultado del ensayo son la velocidad de estallido y las propiedades dinámicas del sensor de presión. El segundo punto ya no es actualmente un problema, dado que los aparatos modernos de medición de resistencia al estallido utilizan sensores electrónicos. Si se compara un moderno aparato electrónico de medición de resistencia al estallido y un viejo aparato con manómetro, se hace aparente que los aparatos equipados con manómetro muestran a menudo un resultado de valor mayor debido a la sobreoscilación dinámica del manómetro. Si el manómetro posee este defecto, se hace evidente en la medición de las cualidades de rigidez, porque el aumento de presión tiene lugar más rápidamente. Es por lo tanto difícil detectar este fallo en el manómetro cuando se llevan a cabo ensayos comparativos con una película de calibración de aluminio.

 

Ensayo de energía de punzonado

El ensayo de energía de punzonado (PET) es un método de ensayo en el que se mide la capacidad del cartón corrugado para resistir la penetración mecánica. El método busca imitar los hechos reales que se producen cuando la esquina de un embalaje golpea sobre una caja de cartón corrugado.

El resultado del ensayo se ve afectado por la dureza del material de cartón corrugado, la resistencia a la fricción, al aplastamiento y al desgarro, la resistencia a la flexión y la resistencia al estallido. Esto complica el cálculo de la resistencia PET a partir de las propiedades de los componentes del cartón corrugado. Sin embargo, los ensayos prácticos muestran simplemente que la suma de las resistencias al desgarro del liner y del fluting están relacionadas con la resistencia PET del cartón corrugado en los casos de gramajes bajos, mientras que la relación se satisface con la rigidez a la flexión en el caso de gramajes altos.

En comparación con el ensayo de la resistencia al estallido, que también es un método de simulación, el método PET tiene la ventaja de que mide las contribuciones de la resistencia combinada de liners y flutings y también la contribución de la construcción del cartón.

El método no se considera una medición de una propiedad descriptiva, pero puede ser útil para el control de calidad en la fábrica de cartón. Indica de una forma rápida defectos de producción tales como fluting aplastado o un pegado pobre.

Resumen

La resistencia al estallido del liner y del cartón corrugado debe ser considerada como un parámetro empírico de resistencia, que se ve afectado por un gran número de factores independientes, los cuales actúan a menudo en sentidos distintos, y que por lo tanto solo proporcionan una información escasa sobre las propiedades físicas de los materiales componentes. No existe una correlación cierta entre la resistencia al estallido y la resistencia BCT, pero se entiende que la resistencia al estallido es una medición de la capacidad de contención de la caja. No puede utilizarse el ensayo de resistencia al estallido según el principio de Mullen para el cartón de triple capa, y los resultados son considerados dudosos para el cartón de doble capa fuerte.

Los ensayos de resistencia al estallido del liner y del fluting requieren grandes exigencias por parte de los aparatos de ensayo. Son comunes los errores de visualización dinámica en los medidores de resistencia al estallido más antiguos equipados con manómetros de tipo mecánico. Este error no se detecta por lo general en el proceso de calibración con una película de aluminio, pero se hace aparente en los ensayos comparativos de liners rígidos.

  

 

 
 

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