Kartonkivuoan päällystäminen lämpömuovausprosessissa skin-tyyppisellä kalvolla
Hotti, Niko (2021)
Kandidaatintyö
Hotti, Niko
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021050729215
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021050729215
Tiivistelmä
Polymeeripäällysteisistä kartonkimateriaaleista valmistetaan nykymaailmassa paljon elintarviketeollisuuden pakkauksia. Yksi mahdollisista polymeeripäällysteisistä kartonkipakkauksista on vielä kehitysvaiheessa oleva kalvopäällysteinen kartonkivuoka. Kartonkivuokien päällystämistä kalvomaisella muovilla on aikaisemmin tutkittu puristusmuovauksessa ja tuloksien avulla on pystytty analysoimaan kalvon ja kartongin välisen saumauksen käyttäytymistä. Skin-pakkauksissa olevia kuumasaumauksien ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää päällystämisprosessissa.
Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, pystyykö skin-tyyppisellä kalvolla päällystämään puristusmuovattu kartonkivuoka lämpömuovausprosessissa. Parametrien raja-arvoja laadukkaan päällystämisen onnistumiseksi haluttiin myös löytää, jotta prosessin tehokkuutta pystyttäisiin kasvattamaan. Lisäksi työssä käydään läpi päällystettyjen kartonkivuokien tuomia etuja. Kirjallinen osuus keskittyi työn taustaan ja merkitykseen. Tutkimusosuus koostui ilmanläpäisevyyden mittauksista, referenssi kuumasaumauksista ja kartonkivuokien päällystämisistä. Referenssituloksina käytettyjen kuumasaumauksien avulla pystyttiin rajaamaan vuokien päällystämisessä käytettäviä parametreja. Kartonkivuokien päällystäminen skin-tyyppisellä kalvolla suoritettiin vakuumia ja ilmanpainetta hyödyntävässä lämpömuovauskammiossa manuaalisella syötöllä. Kuumasaumauksien ja päällystettyjen vuokien kauluksien adheesiotestit suoritettiin vetokoelaitteella. Lisäksi päällystettyjen kartonkivuokien tuloksia analysoitiin silmämääräisesti.
Tuloksista on nähtävissä, että silmämääräisesti kartonkivuokien päällystäminen skin-typpisellä kalvolla on mahdollista. Esilämmitys päällystysprosessissa on kriittistä, mutta vakuumin käyttö muovauskammiossa aiheutti vuoan rakenteen rikkoutumisen. Vaikka kalvo tarttui kauttaaltaan kartonkivuoan pinnalle ei adheesio ollut riittävän vahva vuoan pohjalla tai seinämillä adheesiotestien suorittamiseen. Vuokien kauluksella muodostunut adheesio oli riittävällä tasolla ja testikelpoinen. Kalvon adheesion epätasaisuuteen ja pienuuteen vaikuttavat muovauskammion viileät tai viilentävät ominaisuudet sekä vakuumin käytön puute. Vahvemman adheesion muodostumista voitaisiin parantaa lämmitetyillä työkaluilla ja lämmitetyllä paineilmalla. Työkalujen tai vuokien muokkaaminen voisi edesauttaa vuokien kestoa päällystysprosessissa. In today's world, a lot of food industry packaging is made from polymer-coated board materials. One possible polymer-coated paperboard package is a film-coated paperboard tray, which is still under development. Coating of paperboard trays with film-type plastic has previously been studied in press forming, and the results have made it possible to analyze the sealing behavior between film and paperboard. The properties of heat sealings in skin packages could be utilized in the coating process.
The aim of this bachelor's thesis was to determine whether a press formed paperboard tray can be coated with a skin-type film in a thermoforming process. There was also a desire to find parameter limits for successful high-quality coating to increase the efficiency of the process. In addition, the benefits of coated paperboard trays are reviewed. The written part focused on the background and significance of the work. The research part consisted of air permeability measurements, reference heat sealings, and coating of paperboard trays. The reference heat sealing results were able to delimit the parameters used in the coating of the trays. Coating of the paperboard trays with a skin-type film was performed manually in a thermoforming chamber that utilized air pressure and a vacuum. Adhesion tests of the heat-sealings and coated paperboard trays collars were performed with a tensile tester. In addition, the results of the coated paperboard trays were visually analyzed.
It can be visually seen from the results that it is possible to coat paperboard trays with a skin-type film. Preheating in the coating process is critical, but the use of vacuum in the molding chamber caused the structure of the tray to break. Although the film stuck throughout the surface of the paperboard tray, the adhesion was not strong enough at the bottom or walls of the tray to perform adhesion tests. The adhesion formed on the collar of the trays was considerably stronger and testable. The unevenness and lack of adhesion is affected by the cool or cooling properties of the molding chamber and the lack of use of a vacuum. The formation of stronger adhesion could be improved with heated tools and heated pressurized air. Modification of tools or jigs could affect the forces caused by the vacuum.
Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, pystyykö skin-tyyppisellä kalvolla päällystämään puristusmuovattu kartonkivuoka lämpömuovausprosessissa. Parametrien raja-arvoja laadukkaan päällystämisen onnistumiseksi haluttiin myös löytää, jotta prosessin tehokkuutta pystyttäisiin kasvattamaan. Lisäksi työssä käydään läpi päällystettyjen kartonkivuokien tuomia etuja. Kirjallinen osuus keskittyi työn taustaan ja merkitykseen. Tutkimusosuus koostui ilmanläpäisevyyden mittauksista, referenssi kuumasaumauksista ja kartonkivuokien päällystämisistä. Referenssituloksina käytettyjen kuumasaumauksien avulla pystyttiin rajaamaan vuokien päällystämisessä käytettäviä parametreja. Kartonkivuokien päällystäminen skin-tyyppisellä kalvolla suoritettiin vakuumia ja ilmanpainetta hyödyntävässä lämpömuovauskammiossa manuaalisella syötöllä. Kuumasaumauksien ja päällystettyjen vuokien kauluksien adheesiotestit suoritettiin vetokoelaitteella. Lisäksi päällystettyjen kartonkivuokien tuloksia analysoitiin silmämääräisesti.
Tuloksista on nähtävissä, että silmämääräisesti kartonkivuokien päällystäminen skin-typpisellä kalvolla on mahdollista. Esilämmitys päällystysprosessissa on kriittistä, mutta vakuumin käyttö muovauskammiossa aiheutti vuoan rakenteen rikkoutumisen. Vaikka kalvo tarttui kauttaaltaan kartonkivuoan pinnalle ei adheesio ollut riittävän vahva vuoan pohjalla tai seinämillä adheesiotestien suorittamiseen. Vuokien kauluksella muodostunut adheesio oli riittävällä tasolla ja testikelpoinen. Kalvon adheesion epätasaisuuteen ja pienuuteen vaikuttavat muovauskammion viileät tai viilentävät ominaisuudet sekä vakuumin käytön puute. Vahvemman adheesion muodostumista voitaisiin parantaa lämmitetyillä työkaluilla ja lämmitetyllä paineilmalla. Työkalujen tai vuokien muokkaaminen voisi edesauttaa vuokien kestoa päällystysprosessissa.
The aim of this bachelor's thesis was to determine whether a press formed paperboard tray can be coated with a skin-type film in a thermoforming process. There was also a desire to find parameter limits for successful high-quality coating to increase the efficiency of the process. In addition, the benefits of coated paperboard trays are reviewed. The written part focused on the background and significance of the work. The research part consisted of air permeability measurements, reference heat sealings, and coating of paperboard trays. The reference heat sealing results were able to delimit the parameters used in the coating of the trays. Coating of the paperboard trays with a skin-type film was performed manually in a thermoforming chamber that utilized air pressure and a vacuum. Adhesion tests of the heat-sealings and coated paperboard trays collars were performed with a tensile tester. In addition, the results of the coated paperboard trays were visually analyzed.
It can be visually seen from the results that it is possible to coat paperboard trays with a skin-type film. Preheating in the coating process is critical, but the use of vacuum in the molding chamber caused the structure of the tray to break. Although the film stuck throughout the surface of the paperboard tray, the adhesion was not strong enough at the bottom or walls of the tray to perform adhesion tests. The adhesion formed on the collar of the trays was considerably stronger and testable. The unevenness and lack of adhesion is affected by the cool or cooling properties of the molding chamber and the lack of use of a vacuum. The formation of stronger adhesion could be improved with heated tools and heated pressurized air. Modification of tools or jigs could affect the forces caused by the vacuum.