ONGREO ONAMET/AM 2004 OMPORTAMIENTO MEANIO DE PAPELE IRGENE ERU REILADO UADO EN LA FABRIAIÓN DE ARTON ORRUGADO arraedo ontador, María Inés (1) y Gárate Pizarro, Bernardo (2) (1) Universidad Tenológia Metropolitana, Ingeniería, J. P. Alessandri 1442 - Ñuñoa, antiago, hile, aria.arraedo@ute.l (2) Universidad Tenológia Metropolitana, ierretoría de Transferenia Tenológia,, J. P. Alessandri 1442 - Ñuñoa, antiago, hile, bgarate@vtte.ute.l REUMEN El trabajo onsistió en deterinar el oportaiento frato-eánio de 2 tipos de papel utilizados en la fabriaión de artón orrugado. En lo partiular, se oparó la respuesta de 1 tipo de papel fabriado a partir de elolosa virgen ontra otro análogo fabriado on la inorporaión de elulosa reilada. Las probetas de ada papel se soetieron a variadas ondiiones de abientaión, on variaión de teperatura, huedad relativa y tiepo de aondiionaiento. Las probetas se ensayaron en grupos de treinta unidades, bajo Nora hilena para papeles y artones, hoologada de las nora Tappi referente (Tehnial Assoiation of the Pulp and Paper Industry). Los resultados obtenidos de los ensayos se analizaron estadístiaente ediante un análisis de probabilidad de fratura de Weibull, deterinando el efeto de las distintas abientaiones en las propiedades eánias de los papeles ensayados. Este trabajo fue realizado en el laboratorio de envases y Ebalajes PROTEN de la Universidad Tenológia Metropolitana, on aporte instituional y de epresas artoneras loales dado la iportania que tiene el onoer el oportaiento del papel bajo distintas ondiiones, y así failitar su seleión para un buen diseño. Palabras laves: ateriales, envases, ensayos, papel, artón 1. INTRODUIÓN Los atuales esenarios de interabio oerial en los uales hile está inserto, plantean una serie de nuevas y ayores exigenias para la exportaión de los produtos naionales, dentro de lo ual, los envases y sisteas de ebalajes juegan un papel ruial. Esto es pertiularente oplejo para el setor exportador hortofrutíola, dado que los produtos fresos requieren proesos de onservaión a bajas teperaturas, alta huedad y por períodos prolongados de tiepo, lo que atenta severaente a las propiedades resistentes de los ateriales utilizados en los envases y ebalajes [1]. on los ateriales fabriados a partir de fibra elulósia, entiéndase papeles y artones, los que ás se debilitan ante ondiiones de alta huedad y baja teperatura, propias de las adenas de frío por las que pasan los produtos fresos. Es así iportante para la industria proveedora loal de envases y ebalajes de papel y artón onoer paráetros de respuesta de sus envases ante ondiiones de utilizaión de alta exigenia oo las indiadas. Tabién, en onordania on los peranentes estudios de iniizaión de ostos, donde la utilizaión de papeles fabriados, total o parialente, a partir de elulosa reilada, ás eonóios que los fabriados a partir de pura fibra virgen. Resulta entones neesario onoer on exatitud el oportaeinto oparativo de los papeles vírgenes versus los alternativos que tienen fibras reiladas, ante exigenias frato-eánias, dado el ipato favorable sobre los ostos y el edio abiente que esto puede originar. 2. DEARROLLO DEL TRABAJO Para la realizaión de este trabajo se epleó dos tipos de papel de alta apliaión en los proesos de
ONGREO ONAMET/AM 2004 fabriaión de artón orrugado, denoinados Liner 100% virgen y Liner ezla [2], [3], [4]. Los experientos se realizaron para deterinar el efeto de la teperatura y la huedad en las propiedades frato - eánias de los papeles señalados, uando ada uno de estos fue soetido a diferentes abientaiones tales oo: 3º - 85% HR, 23º - 85% HR, 35º - 85% HR, a tiepos de abientaión de: 1 día, 3 días y 7 días. e deterinó la resistenia a la opresión en anillo (Ring rush), a ada grupo de probetas de los dos tipos de papel, obteniéndose valores proedio, áxios y ínios entre otros paráetros [5], [6], [7]. Los papeles ensayados fueron proporionados por la Epresa Envases Ipresos.A., on uestras extraídas desde la bodega de la fabria. e ortaron probetas de 12,7 de anho por 152,4 de largo, teniendo en uenta que la diensión as larga de la probeta es paralela a la direión áquina del papel. Adiionalente, se verifió el espesor y el graaje de ada papel [5], [6], [7]. 2.1 Desarrollo Teório 2.1.1 Funión de Probabilidad Auulativa de opresión de Weibull [8] y [9] La funión de probabilidad auulativa es: F ( ) φ ( ) =1 e o (1) Donde o es la unidad de voluen, es el voluen de la superfiie de la uestra soetida a opresión, siendo ξ() la funión de Evans: 1 ξ ( ) = Ln = 1 F( ) o φ ( ) (2) = Ln o Resribiendo la euaión (5) se tiene: L * (5) o L o = (6) o * e Luego la probabilidad de ruptura del onjunto de N uestras será: F ( ) * o o, = 1 e (7) 2.1.2 onfeión de los diagraas de Weibull Las tensiones de fratura por opresión se deterinaron según la euaión (8) P = (8) A Donde P es la arga de aplastaiento sobre una probeta de papel y A es el área de aplastaiento. oo la probeta de papel al ser antenida en fora de anillo, su área de aplastaiento sería según la euaión siguiente: A = L* e (9) Donde L es el largo de la probeta y e es el espesor del papel. La Tabla 1 uestra el área de aplastaiento y los volúenes de las probetas de papeles que fueron ensayadas basados en el estudio de Weibull. Donde, la ual se onoe de los datos experientales. Apliando logarito a la euaión (2): Ln ( ) = Lnφ( ) + Ln ξ (3) Reeplazando la funión riesgo espeífio φ( ): o Ln ( ) ( ) = Ln L + Ln o o ξ (4) Del diagraa de Weibull Lnξ( ) versus Ln( ) se obtienen los valores de, o, y L si la funión de riesgo es de tres paráetros, donde es la pendiente de la reta que ejor representa la distribuión de datos obtenidos experientalente, el oefiiente de posiión de la reta es: Figura 1. Área de aplastaiento de probeta de papel en fora de anillo Tabla 1. Diensiones de área y voluen de las probetas ensayadas a opresión en anillo Papel Área ( 2 ) x10-5 oluen ( 3 ) x 10-7 Papel Liner 100% irgen 4.58724 5.83 Papel Liner Mezla 3.97764 5.05
ONGREO ONAMET/AM 2004 En la onfeión de los diagraas de Weibull, se uso oo estiador de la probabilidad auulativa F (), para ada uno de los ensayos de opresión la euaión: n 0. 5 F( ) = (10) N Donde n es el núero de orden uando los resultados de ada uno de los ensayos se ordenan asendenteente, N es el núero de uestras ensayadas para ada tipo de papel respetivaente. Para los dos tipos de probetas ensayadas se onfeionaron los diagraas de Weibull. e obtuvieron tres gráfios distintos por ada tipo de papel. El paráetro onsiderado en los diagraas de Weibull de las probetas de papel soetidas a opresión en anillo es: Ln( ) 1 ersus Ln Ln 1 F( ) 2.2 Resultados Experientales (11) Mediante los diagraas de Weibull se puede interpretar el efeto de la teperatura y huedad en los ensayos de opresión en anillo (Ring rush) para ada tipo de papel. En ada aso, se onfeionó una tabla on los resultados, indiando el tipo de papel, y se deterinaron los paráetros de Weibull, que son araterístias inherentes a la fabriaión del papel y/o de las probetas, adeás de las tensiones edias, tensiones áxias y ínias, desviaión estándar, según las abientaiones a las que fue soetida. 2.2.1 Análisis de los diagraas de Weibull en papel liner 100% virgen. F() 2000 2500 3000 3500 4000 s() Figura 2. opresión en Anillo para Papel Liner 100% irgen (abientaión: 1 día) 3º 85% HR 23º 85% HR 35º 855 HR F() F() 2000 2500 3000 3500 4000 () Figura 3. opresión en Anillo para Papel Liner 100% irgen (Abientaión: 3 días) 2500 3000 3500 4000 4500 () Figura 4. opresión en Anillo para Papel Liner 100% irgen (Abientaión: 7 días) 2.2.2 Análisis de los diagraas de Weibull en papel liner ezla. F() 2000 3000 4000 () Figura 5. opresión en Anillo para Papel Liner Mezla (Abientaión: 1 día)
ONGREO ONAMET/AM 2004 F() 2250 2750 3250 3750 4250 () Figura 6. opresión en Anillo para Papel Liner Mezla (Abientaión: 3 días) tiene fibra reilada, presentan el iso oportaiento. onsiderando que todas las ondiiones de abientaión son a 85% de huedad relativa, se puede deir que a ayor teperatura se inreenta el efeto de dispersión de la propiedad edida. 3.2 El análisis de los diagraas de Weibull, uestran una tendenia a la ayor resistenia proedio, en abos papeles, uando estos son soetidos a la ondiión de abientaión a 23º y 85% de huedad relativa, a partir del día 7. onsiderando que para los papeles la alta huedad abiental es altaente agresiva, a 23º presentan la ondiión resistente ás favorable en el tiepo. 4. REFERENIA F() 2000 2500 3000 3500 4000 () Figura 6. opresión en Anillo para Papel Liner Mezla (Abientaión: 7 días) 3. ONLUIONE 3.1 Para todos los tiepos de abientaión onsiderados en el estudio, la ondiión de 35º y 85% de huedad relativa es la que provoa la ayor dispersión de los valores edidos para la resistenia a la opresión en anillo, en abos tipos de papeles. Esto signifia que la ondiión de abientaión indiada genera un oportaiento de ruptura enos repliable, o on enor probabilidad de repetiión, lo que podría originar que el papel olapse a enores argas. Esto debe onsiderarse de sobreanera dado que el oportaiento resistente final del ebalaje de artón orrugado depende diretaente del oportaiento resistente de los papeles on que se lo fabrió. Tanto el papel 100% virgen, oo el que [1] entro de Envases y Ebalajes de hile oité de Envases de artón orruado, "artón orrugado - Manual de alidad y Logístia", antiago, 2003. [2] P. G. Wright, P. R. MKinlay, y E. Y. haw, orrugated Fibreboard Boxes, Ed. Aor Fibre Pakaging, 4º ediión. [3] G. Maltenfort, "orrugated shipping ontainers: An Engineering approah", Jeral Publishing o., New York 1996. [4] Billerud (tora Group), "Pruebas para el artón Ondulado y sus oponentes, äffle 1995. [5] Nora Guía: Tappi 402 o 93, tandard onditioning and testing atospheres for paper, board, pulp, and related produts. [6] Noras Guías: Tappi T 818 o 87, Ring rush of paperboard; y Tappi T 822 o 93, Ring rush of paperboard (rigid support ethod). [7] Tehnial Assoiation of the Pulp and Paper Industry TAPPI -, "Tappi test ethods", Atlanta, 1997. [8] W. A. Weibull, tatistial Theory of the trength of Materials Ed. etenskaps,, 1939, pg 1-45. [9] D. François, A. Pineau, A. Zaoui, opoteent Meanique des Materiaux Ed. Heres, Paría 1995.
ONGREO ONAMET/AM 2004 ANEXO Abientaión Tabla 2. opresión en anillo para Papel Liner 100% irgen (1 día de abientaión) o L Desviaión 3º 85 % HR. 25.58-209.07 2023.47 0 3472.56 161.51 3933.57 3057.07 23º 85 % HR. 23.70-191.40 1753.54 0 3140.80 156.14 3591.52 2886.04 35º 85 % HR. 11.42-89.87 744.02 0 2500.74 258.52 2992.93 2137.87 Tabla 3. opresión en anillo para Papel Liner 100% irgen (3 días de abientaión) Abientaión o L Desviaión 3º 85 % HR. 24.87-195.67 1466.17 0 2555.04 118.35 2779.15 2244.70 23º 85 % HR. 14.57-118.73 1293.17 0 3341.40 240.24 3741.17 2372.97 35º 85 % HR. 13.03-103.55 940.75 0 2722.41 251.83 3142.58 2223.32 Tabla 4. opresión en anillo para Papel Liner 100% irgen (7 días de abientaión) Abientaión o L Desviaión 3º 85 % HR. 24.90-198.83 1647.77 0 2869.58 138.42 3078.45 2586.75 23º 85 % HR. 19.68-164.73 2083.78 0 4206.50 257.27 4649.74 3741.17 35º 85 % HR. 14.41-119.13 1437.91 0 3756.21 314.19 4382.51 3121.20 Tabla 5. opresión en anillo para Papel Liner Mezla (1 día de abientaión) Abientaión o L Desviaión 3º 85 % HR. 18.84-152.11 1485.80 0 3118.38 194.90 3389.99 2490.10 23º 85 % HR. 28.29-228.64 1939.83 0 3177.14 135.85 3451.62 2835.26 35º 85 % HR. 15.21-99.78 1079.42 0 3392.94 333.01 4437.80 2909.22
ONGREO ONAMET/AM 2004 Abientaión Tabla 6. opresión en anillo para Papel Liner Mezla (3 días de abientaión) o L Desviaión 3º 85 % HR. 18.57-147.04 1255.74 0 2664.00 174.36 2958.53 2280.54 23º 85 % HR. 14.46-116.20 1133.75 0 2980.71 243.20 3389.99 2613.37 35º 85 % HR. 9.42-77.18 773.82 0 3419.98 435.25 4178.93 2724.32 Abientaión Tabla 7. opresión en anillo para Papel Liner Mezla (7 días de abientaión) o L Desviaión 3º 85 % HR. 24.23-194.55 1685.25 0 2997.96 148.37 3303.70 2711.99 23º 85 % HR. 15.08-124.46 1467.46 0 3707.62 294.02 4191.26 3081.81 35º 85 % HR. 8.99-72.33 622.23 0 2955.93 402.03 4043.33 2231.23