ES2695304T3 - Cartón corrugado - Google Patents

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ES2695304T3 ES15190876T ES15190876T ES2695304T3 ES 2695304 T3 ES2695304 T3 ES 2695304T3 ES 15190876 T ES15190876 T ES 15190876T ES 15190876 T ES15190876 T ES 15190876T ES 2695304 T3 ES2695304 T3 ES 2695304T3
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Thomas Ferge
Magnus Renman
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Original Assignee
DS Smith Packaging Marketing NV
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Abstract

Un cartón corrugado que comprende al menos un revestimiento, preferentemente al menos dos revestimientos (1, 2), y al menos un acanalado (10), en el que cada acanalado (10) se encuentra en un revestimiento adyacente, preferentemente entre dos revestimientos (1, 2) adyacentes, en el que la al menos un acanalado (10) forma un perfil trapezoidal en una dirección de la máquina (dirección x) que comprende secciones (12) rectas que se extienden básicamente paralelas al revestimiento (1, 2) adyacente alternando con secciones (13) inclinadas que discurren inclinadas con respecto al revestimiento (1, 2) adyacente, caracterizado porque las secciones (12) rectas y las secciones (13) inclinadas del acanalado comprenden un ondulado en una dirección (dirección y) transversal a la dirección de la máquina (dirección x) y una dirección del espesor (dirección z), de tal manera que la anchura de cada sección (12) recta varía periódicamente entre un valor (lmin) mínimo y un valor (lmax) máximo.

Description

DESCRIPCION
Carton corrugado
La estructura conocida como carton corrugado o carton ondulado es un material comunmente basado en papel que consiste en al menos un revestimiento (denominado material una sola cara), preferentemente al menos dos revestimientos, y al menos un acanalado, en la que cada acanalado se situa en un revestimiento adyacente, preferentemente entre dos revestimientos adyacentes, y se fija al uno o mas revestimientos respectivos. El carton corrugado se utiliza principalmente para recipientes de transporte y cajas de carton corrugado y se fabrica en un procedimiento de conversion en el que dos, preferentemente tres o mas capas de papel se laminan juntas. La capa superior o preferentemente intermedia, que se denomina acanalado o nucleo, se conforma por lo general en forma en una estructura aproximadamente de onda sinusoidal durante el procedimiento de corrugado y la una o mas capas inferiores o preferentemente exteriores, denominadas uno o mas revestimientos, se pegan a los puntos extremos del acanalado, haciendo asf un intercalado entre revestimiento-acanalado- revestimiento. La estructura resultante es fuerte y ngida con respecto a su peso. El carton corrugado a menudo es aproximadamente ortotropico, es decir, tiene tres planos mutuamente perpendiculares de simetna. Las direcciones principales de simetna de material de un intercalado de nucleo ondulado se definen como la direccion de la maquina (MD) o en direccion x, direccion transversal (CD) o direccion y, perpendicular a MD en el plano, y la direccion del espesor hacia fuera del plano (Z) o direccion z. Ejemplos de carton corrugado convencional con un acanalado sinusoidal que muestran las diferentes direcciones se representan en las Figuras 4 y 5.
Ademas del acanalado sinusoidal otros perfiles de estnas se han utilizado e investigado antes en terminos de sus propiedades mecanicas. Tales perfiles son por ejemplo un perfil hemisferico (vease Figura 6) o un perfil trapezoidal. El acanalado trapezoidal comprende secciones rectas (basicamente) paralelas al revestimiento adyacente, que se alternan con secciones inclinadas que discurren inclinadas con respecto a los dos revestimientos adyacentes (vease, por ejemplo "Abschlussbericht der Projektpartner PTS, GVLmbH und Fraunhofer AVV fur den Zeitraum 1.6.2002 bis 30.l1.2005" , Forschungsthema "integrierter Umweltschutz in der Verpackungsindustrie, Reduktion des Materialeinsatzes fur ein Wellpappe durch kontinuierliches Langswellverfahren", Dresde, 28.04.2006). Otro ejemplo de carton corrugado que incluye un acanalado que forma un perfil trapezoidal se conoce a partir del documento US 5443779 A. En servicio, un envase de carton corrugado se puede someter a un numero de diferentes situaciones de carga. Una situacion de carga comun es cuando se trata de cargas de compresion. Este podna ser el caso cuando, por ejemplo, una serie de envases llenos se apilan uno encima de otro, lo que podna entonces causar una inestabilidad global debido a cargas de compresion en el plano, de modo que algunos (o todos) de los lados del envase se desviaran debido a la flexion. Tal carga causara tambien la carga de cizallamiento en el plano. Tener tambien una rigidez de cizallamiento transversal demasiado baja podna a su vez causar otro tipo de inestabilidad, por ejemplo, formacion de hoyuelos, lo que da como resultado el colapso por un pliegue en las laminas de las caras de la estructura de carton corrugado o en un colapso de la estructura de acanalado. Esto significa que la rigidez de cizallamiento transversal del nucleo es crucial para la rigidez global de la estructura.
Otro tipo de carga crucial es cuando la estructura se carga con cargas de compresion normales al plano del panel, es decir, en la direccion z. Esto puede ocurrir durante, por ejemplo la impresion cuando el carton corrugado se ve forzado a traves de una lmea de contacto de rodillos bajo alta presion o al cortar orificios en el carton con troquelado. Tener una resistencia fuera del plano demasiado baja puede introducir un fallo/danos locales en el nucleo que mas tarde pueden influir en la respuesta a la compresion de toda la estructura. Por lo tanto, el objeto de la presente invencion es proporcionar un carton corrugado con propiedades mecanicas mejoradas.
El problema anterior se resuelve mediante un carton corrugado con un perfil de acanalado trapezoidal en la direccion de la maquina como se ha descrito describe, en el que las secciones rectas y las secciones inclinadas del acanalado comprenden un ondulado en la direccion transversal (direccion y) transversal a la direccion de la maquina (direccion x) y transversal a la direccion del espesor (direccion z) de tal manera que la anchura de cada seccion recta vana periodicamente entre un valor (lmin) mmimo y un valor (lmax) maximo, en el que lmin > 0 y lmax > lmin.
Esto significa que debido a la variacion de anchura, las secciones rectas forman en la direccion transversal (direccion y) una fila de planos mas o menos hexagonales con un penodo o longitud l, en el que la anchura minima del "hexagono", medida en la direccion x es Imin y la anchura maxima medida en la direccion x es lmax. Como los bordes laterales del "hexagono" se forman por las secciones inclinadas, el angulo de inclinacion de las secciones inclinadas medido en el plano formado por la direccion x y la direccion z (plano xz) vana en consecuencia entre un valor mmimo y un valor maximo. Ademas, las secciones inclinadas no discurren perpendiculares al plano xz como el estado del nucleo trapezoidal de la tecnica, pero estan inclinados con respecto a este plano. Este angulo de inclinacion es diferente para dos secciones inclinadas adyacentes. El angulo de inclinacion depende directamente de la diferencia lmax - lmin. En una realizacion preferida, la longitud l de onda de la variacion de anchura es de < 50 mm, preferentemente < 10 mm. La longitud l de onda de la variacion de anchura se mide en direccion transversal (direccion y). Preferentemente, el angulo de inclinacion de la seccion inclinada medido en el plano xz es entre 20° y 90°.
Con respecto a la presente solicitud la expresion "carton corrugado" comprende estructuras onduladas en el sentido convencional de la expresion "carton corrugado" que consiste en papel, carton y/o material plastico, preferentemente como se indica a continuacion, y las estructuras corrugadas que consisten en o que comprenden material metalico, por ejemplo, aleacion de hierro o aleacion de aluminio, que contiene Fe o Al como componente principal (%en peso). Los materiales de papel, carton, plastico y metal, preferentemente como se ha mencionado en esta solicitud, se pueden combinar.
En las realizaciones de la presente invencion, el ondulado del acanalado en la direccion transversal es recta o curva. Aqu el ondulado recto significa que la transicion de la anchura desde el valor mmimo hasta el valor maximo es una lmea recta con un punto de inflexion en el respectivo valor extremo que forma un borde afilado. En contraste, el ondulado curvo comprende una transicion suave en el punto de inflexion del respectivo valor extremo con una seccion redondeada. El ondulado recto proporciona una estabilidad mecanica ligeramente mas alta, mientras que la realizacion curva tiene ventajas en el procedimiento de fabricacion de materiales basados en papel.
Se ha demostrado por modelizacion de elementos finitos que el carton corrugado de la invencion con el ondulado en la direccion transversal tiene un mejor rendimiento mecanico que el perfil acanalado sinusoidal estandar. En particular, el acanalado trapezoidal ondulado tiene una mayor rigidez de cizallamiento inicial en la direccion de la maquina (direccion x) y por lo tanto mayor resistencia a la compresion inicial, es menos propenso a dano inicial y por lo tanto a fallos de flexion. En la direccion transversal (direccion y) la rigidez cizallamiento inicial es al menos comparable al acanalado sinusoidal estandar. En cuanto a la carga de compresion en la direccion del espesor (direccion z), la rigidez inicial es aun de 2 a 5 veces mayor que para el nucleo sinusoidal estandar. En general, el rendimiento mecanico del carton corrugado se mejora y se espera que el carton corrugado de la invencion tenga tambien mejor rendimiento BCT (prueba de compresion de caja). Por consiguiente, el riesgo de fallo mecanico del carton corrugado de acuerdo con la invencion se reduce sustancialmente. Otra ventaja importante del carton corrugado de acuerdo con la invencion con la estructura trapezoidal ondulada es que el uso de materiales es comparable con el del carton corrugado sinusoidal estandar.
El comportamiento mecanico se ve particularmente reforzado si de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, el penodo de la variacion de anchura de una seccion recta superior se desplaza en relacion con el penodo de variacion de anchura de una seccion recta inferior del mismo acanalado, preferentemente por medio de la longitud l de onda de la variacion de anchura. Esto significa que el angulo de inclinacion de la seccion inclinada no solo vana con respecto al plano xz sino que las secciones inclinadas se tuercen tambien internamente alrededor de un eje que discurre paralelo a la direccion z.
Con respecto a la utilizacion del carton corrugado de la invencion, se prefieren las siguientes dimensiones del perfil.
• El valor lmin mmimo del ondulado del acanalado esta comprendido entre L/50 y L/5, preferentemente entre L/20 y L/5. El valor lmin mmimo se mide en direccion de la maquina (direccion x).
• Ademas, el valor lmax maximo del ondulado del acanalado esta comprendido entre L/10 y L/2, preferentemente entre L/5 y L/2. El valor lmax maximo se mide en direccion de la maquina (direccion x).
• La relacion del valor lmax maximo y el valor lmin mmimo del ondulado del acanalado en la direccion transversal es mayor que o igual a 1,5 (lmax/lmin > 1.5), preferentemente mayor que o igual a 2 (lmax/lmin > 2).
En otra realizacion el acanalado comprende, en la direccion de la maquina (direccion x), que significa dentro plano xz, un radio predefinido r en una seccion de transicion entre cada seccion recta y su seccion inclinada adyacente, en la que el radio r es preferentemente entre L/20 y L/5, lo mas preferentemente entre L/10 y L/5. Un pequeno radio evita la perdida de estabilidad mecanica debido al plegado e interrupcion potencial de la red de fibra en el material acanalado.
En otra realizacion, el nucleo de longitud del nucleo L del perfil trapezoidal en la direccion de la maquina (direccion x) es menor que o igual a 20 mm (L < 20 mm), preferentemente menor que o igual a 6,5 mm (L < 6,5 mm).
Ademas, el carton corrugado de la invencion se puede utilizar con una amplia gama de materiales. De acuerdo con un aspecto de la invencion, el material del revestimiento y/o el acanalado de acuerdo con el significado convencional de la expresion "carton corrugado" comprende preferentemente al menos uno de los materiales del grupo siguiente, que contiene
• todos los tipos de papel (Kraftliners, Testliners), preferentemente con un gramaje entre 40 g/m2 y 500 g/m2, incluyendo papeles con una alta magnitud de estiramiento (deformacion a la rotura) entre el 5 % y el 15 % (bolsa de papel, papel ligero),
• papeles de acanalado basados en desechos o papeles semi-qmmicos, preferentemente con un gramaje entre 40 g/m2 y 250 g/m2,
• todo tipo de material plastico termoconformable, material preferentemente no tejido que contiene al menos uno cualquiera de fibras de PE, fibras de PP o fibras de PET, preferentemente fibras largas cardadas, materiales agujeteados, materiales termounidos o qmmicamente unidos,
• materiales extruidos, y
• metales, preferentemente aleaciones de hierro y de aluminio.
Particularmente preferido, el material del revestimiento y el acanalado comprende papel y es diferente en cuanto a su composicion. Sin embargo, un carton corrugado de la invencion en el que los revestimientos y el acanalado tienen la misma composicion es tambien posible. Tambien con respecto a otros materiales mencionados al respecto es posible utilizar la misma composicion tanto para los revestimientos como para el acanalado o una composicion diferente que dependa de la aplicacion del carton corrugado.
La invencion se describira a continuacion con mas detalle basandose en las realizaciones preferidas y los dibujos. Todas las caractensticas descritas o ilustradas forman la materia objeto de la invencion independientemente de su combinacion en las reivindicaciones o su referencia anterior.
En los dibujos:
la Figura 1 muestra esquematicamente una primera realizacion del carton corrugado de acuerdo con la invencion en una vista lateral en perspectiva,
la Figura 2 representa esquematicamente una vista superior de la primera realizacion del carton corrugado de la invencion,
la Figura 3 representa esquematicamente una vista superior de una segunda realizacion del carton corrugado de la invencion,
la Figura 4 muestra esquematicamente un estado del carton corrugado sinusoidal de la tecnica en una vista lateral en perspectiva,
la Figura 5 representa esquematicamente otro ejemplo de un estado del carton corrugado sinusoidal de la tecnica utilizado como una estructura para su comparacion con el carton corrugado de la invencion, la Figura 6 muestra esquematicamente otro ejemplo de un estado del carton corrugado semiesferico de la tecnica utilizado como una estructura para su comparacion con el carton corrugado de la invencion, la Figura 7 representa un esquema de la carga de cizallamiento de placa de los paneles intercalados a lo largo de la direccion de la maquina (direccion x) utilizados en el analisis de elementos finitos,
la Figura 8 representa un esquema de la carga de cizallamiento de placa de los paneles intercalados a lo largo de la direccion transversal (direccion y) utilizados en el analisis de elementos finitos,
la Figura 9 representa un modelo de prueba de aplastamiento plano (FCT, direccion z),
la Figura 10 muestra los resultados numericos de la prueba de aplastamiento plano utilizando el modelo de elementos finitos descrito a continuacion, en particular la presion P de contacto media [MPa] frente a la respuesta de tension, en el que la altura inicial de la estructura es H, para el estado descrito a continuacion del acanalado arco-tangente de la tecnica, el acanalado trapezoidal ondulado de la invencion y el estado descrito a continuacion del acanalado semiesferico de la tecnica, la Figura 11 muestra los resultados numericos de la carga de cizallamiento de placa a lo largo de la direccion de la maquina (direccion x) utilizando el modelo de elementos finitos descrito a continuacion, en particular la tension Txz = Nx/A de cizallamiento transversal [MPa] frente al desplazamiento Ux/A horizontal para el estado descrito a continuacion de la tecnica del acanalado arco-tangente el acanalado trapezoidal ondulado de la invencion y el estado descrito a continuacion del acanalado semiesferico de la tecnica, y
la Figura 12 muestra los resultados numericos de carga de cizallamiento de placa a lo largo de la direccion transversal (direccion y) utilizando el modelo de elementos finitos descrito a continuacion, en particular la tension Tyz = Ny/A de cizallamiento transversal [MPa] frente al desplazamiento Uy/A horizontal para el estado descrito a continuacion de la tecnica del acanalado arco-tangente el acanalado trapezoidal ondulado de la invencion y el estado descrito a continuacion del acanalado semiesferico de la tecnica. Una primera realizacion del carton corrugado trapezoidal ondulado de acuerdo con la invencion se muestra en la Figura 1 y 2. El carton comprende un primer revestimiento 1 (superior) y un segundo revestimiento 2 (inferior) y un acanalado 10 trapezoidal alojado entre el primer revestimiento 1 y el segundo revestimiento 2. El acanalado 10 se compone de secciones 12 rectas que discurren paralelas a los revestimientos 1, 2 y de secciones 13 inclinadas que discurren inclinadas al primer revestimiento 1 y al segundo revestimiento 2. Las secciones 12 rectas se alternan con las secciones 13 inclinadas. Ademas, en una seccion de transicion entre una seccion 12 recta y una seccion 13 inclinada se forma una seccion redondeada con el radio r, que es bastante pequeno en la realizacion representada en la Figura 1. La celda del nucleo del trapecio en la direccion x tiene una longitud L y una altura predefinida en la direccion z. La altura total del carton corrugado en la direccion z incluyendo el espesor del primer revestimiento 1 y del segundo revestimiento 2 se indica en la Figura 1 con el signo H de referencia.
El ondulado en la direccion transversal (direccion y) se proporciona por una variacion de anchura de las secciones 12 rectas entre un valor Imin mmimo y un valor Imax maximo. La Figura 1 muestra un ondulado recto, lo que significa que las secciones 12 inclinadas forman un borde afilado en cada valor de anchura extremo (lmin, lmax). En contraste, la segunda realizacion mostrada en la Figura 3 muestra una version curvada del ondulado.
La variacion de anchura en la direccion y tiene una longitud l de onda sobre la que la longitud de las secciones rectas forman una superficie hexagonal (en caso del ondulado recto, vease Figuras 1 y 2) y un area similar (en el caso del ondulado curvo, vease Figura 3). El acanalado 10 se pega con sus secciones 12 rectas al primer revestimiento 1 o al segundo revestimiento 2.
Como se puede derivar de la Figura 2, el penodo de la seccion 12a recta superior se desplaza por medio de su longitud I de onda con respecto a la seccion 12b recta inferior. De acuerdo con ello, las secciones 13 inclinadas que conectan la seccion 12a recta superior con la seccion 12b recta inferior no solo discurren no perpendiculares al plano xz sino que tambien estan ligeramente retorcidos alrededor de un eje paralelo al eje z.
El carton corrugado de la invencion como se representa en la Figura 1 y 2 se comparo con otras estructuras en terminos de sus propiedades mecanicas utilizando un modelo de elementos finitos.
Las Figuras 1, 2, 5 y 6 muestran esquemas de las tres formas basicas analizadas: la forma de nucleo trapezoidal ondulado de la invencion (Figuras 1, 2.), de arco-tangente (Figura 5) y semiesferico (Figura 6). En el modelo de elementos finitos el nucleo tiene una altura de 2,03 mm en todos los casos. El espesor de las laminas en ambos revestimientos 1, 2 y del acanalado 10 es de 0,2 mm. Por lo tanto, la altura tota1H de toda la estructura (es decir, dos revestimientos y el acanalado) es igual a 2,43 mm.
La longitud L lateral de la celda unitaria, igual tanto en la direccion x como y, depende de la forma del acanalado. La seccion transversal del acanalado trapezoidal de la invencion con l = L = A utilizada para el modelado se define por el radio r = 0,5 mm y la longitud (L) de los segmentos rectos en la parte superior e inferior. Esta longitud vana linealmente a lo largo del eje y de una manera simetrica, en la que lmin = 0,5 mm en y = 0 e y = L mientras que lmax = 1,0 mm en y = L/2. La longitud L lateral para este nucleo es tambien L = 5 mm.
El nucleo de arco-tangente (vease Figura 5) se compone de dos arcos de radio r = 1,0 mm conectados por segmentos rectos. Este acanalado es similar al acanalado de banda corrugada tradicional utilizada en la industria. El acanalado tiene geometna constante a lo largo de la direccion transversal (direccion y) y tiene la longitud lateral L = A = 5 mm.
El acanalado semiesferico que se muestra en la Figura 6 se define por su radio principal R = A/2 = 2,5 mm y el radio del arco r = 0,5 mm. Las posiciones de los hemisferios siguen un patron cuadrado en el plano xy con una distancia de centro-centro L = 8/5 A = 8 mm.
El comportamiento estructural de los paneles intercalados de nucleo de banda con tres tipos de formas de nucleo se analizo mediante modelos de elementos finitos empleando grandes deformaciones y giros. Las capas intercaladas se supone son elastica-plastica ortotropica con un comportamiento de endurecimiento por deformacion cinematico bilineal isotropico. Los modelos de cizallamiento de placa y de aplastamiento plano se utilizan para simular las cargas de cizallamiento y de compresion de las estructuras. Las propiedades de los materiales utilizados en los analisis son tfpicas para los materiales de papel acanalado en un carton corrugado. El material de papel constituyente se describe como un material continuo elastico-plastico ortotropico con un comportamiento de endurecimiento cinematico bilineal. El comportamiento se supone que es simetrico con respecto a la tension/compresion. Por simplicidad, el material se supone que igual en los revestimientos y en el acanalado. El papel se considera un material ortotropico con una rigidez elastica en el plano Ex = 4,75 GPa, Ey = 1,56 GPa y rigidez de cizallamiento Gxy = 1,05 GPa. La rigidez elastica fuera del plano Ez = 0,03 GPa y rigidez de cizallamiento fuera del plano Gyz = Gxz = 0,06 GPa.
Las relaciones de Poisson son vxy = 0.168 y vxz = Vyz = 0,01 (vease documento Erkkila AL, Leppanen T., Hamalainen J., modelos de plasticidad empmcos aplicados para laminas de papel que tienen diferente anisotropfa y niveles de contenido de solidos secos, Int. J. Solids Struct. 50, paginas 2151-2179, 2013). Para el regimen plastico, el criterio de flujo clasico de Hill para la plasticidad ortotropa se aplico de acuerdo con Isaksson P., R. Hagglund, P. Gradin, Mecanica de Danos Continuos aplicada al papel., Int. J. Solids Struct. 41, paginas 4731-4755, 2004, Hill R., La Teona Matematica de la Plasticidad, Clarendon Press, Oxford Reino Unido, 1950, y Ansys 14, Sistemas de analisis de Swanson, Houston, PA. 2011.
Para la implementacion de elementos finito se utilizan elementos de cubierta isoparametrica que son capaces de manejar tanto las estructuras cubierta generales gruesa como fina, material y comportamiento no lineal geometrico, asf como grandes giros y deformaciones utilizando una formulacion Lagrangiana total (vease Teona y Gma de modelado, ADINA R&D Inc., Watertown MA, Estados Unidos. 2005, y Dvorkin E., Bathe K.J., Una mecanica continua basada en elemento de cubierto de cuatro nudos para el analisis no lineal general, Engng Comp. 1, paginas 77-88, 1984). El elemento tiene 4 nodos, cada uno con 6 grados de libertad: 3 traslaciones y 3 giros alrededor de las direcciones x, y e z global. Una descripcion completa de este elemento de cubierta se puede encontrar en Bathe (vease Bathe K.J., procedimientos de elementos finitos, Prentice-Hall, Nueva Jersey, 2006, Teona y Gma de Modelado, ADINA R&D Inc., Watertown MA, Estados Unidos 2005, y Dvorkin E., Bathe K.J., Una mecanica continua basada en elemento de cubierta de cuatro nodos para el analisis no lineal general., Engng Comp. 1, paginas 77-88, 1984). Los acanalados arco-tangente, trapezoidales ondulados y semiesfericos fueron representadas por los elementos 900, 900 y 2304, respectivamente. Por lo tanto, las relaciones de longitud a espesor de los elementos son de aproximadamente 1, lo que esta bien dentro del lfmite para el elemento (vease la Teona y gma de modelado, ADlNA R&D Inc., Watertown MA, Estados Unidos, 2005). Las laminas de revestimiento se conectan a las crestas de acanalado en los nodos comunes. Para evitar la interpenetracion entre las laminas de revestimiento y el acanalado en grandes deformaciones y giros, se utilizan pares ngido-ngido de contacto sin friccion (vease Teona y Gma de modelado, ADINA R&D Inc., Watertown MA, Estados Unidos, 2005]). El algoritmo de contacto utiliza funciones de restriccion para hacer cumplir todas las condiciones de un contacto de deslizamiento sin friccion en los nodos en contacto. Para resolver el problema no lineal, un procedimiento iterativo de Newton-Raphson modificado se aplica a cada etapa de carga hasta que se cumplan todas las condiciones de contacto y el equilibrio de fuerza prevalece en toda la estructura.
La prueba de cizallamiento de placa es un procedimiento comun para determinar la respuesta al cizallamiento de una estructura intercalada. Como se describe en la norma ASTM C273 (vease norma ASTM C 273-00, Procedimiento de prueba estandar para las propiedades de cizallamiento de los materiales de nucleo intercalados. ASTM, West Conshohocken (PA, Estados Unidos.), ASTM International, 2000), esta prueba consiste en un elemento del panel intercalado adhesivamente unido a dos placas de metal. Mediante el desplazamiento de las placas a lo largo de sus planos, pero en direcciones opuestas, la muestra se cargara en cizallamiento fuera del plano.
Con respecto al cizallamiento a lo largo de la direccion de la maquina (direccion x), la estructura se orienta de modo que los desplazamientos de cizallamiento actuan en la direccion de la maquina de la estructura, vease Figura 7. Para simular la prueba de la placa, la amina de la cara inferior de la celda unitaria se fija (es decir, desplazamientos Ux = Uy = Uz = 0 de todos los nodos), donde (x, y, z) es el sistema de coordenadas cartesiano global. Para promover la distorsion de cizallamiento de la celda unitaria en el plano xz transversal, un desplazamiento Ux se da en etapas sucesivas a todos los nodos de la cara superior hasta que un desplazamiento total de Ux/A = 0,1 se consigue. Para llegar a una carga de cizallamiento constante en el plano xz de la estructura de celda unitaria, los desplazamientos de los nodos en la parte superior se ven limitados en la direccion y (Uy = 0) y sus giros 9x y 9y alrededor de los ejes x e y se limitan a cero. Ademas, se aplican condiciones de contorno periodicas de los giros de borde de modo que 9x (y = 0, z) = 9x (y = L, z) y 9y (x = 0, z) = 9y (x = L, z). La fuerza Nx horizontal total a lo largo de la direccion x se obtiene sumando las fuerzas de reaccion nodales de todos los nodos en la cara superior.
El modelo de cizallamiento de bloque en la direccion transversal (direccion y, vease Figura 8, es similar al de la direccion x. Las laminas inferiores son fijas. Para promover la distorsion de cizallamiento de la celda unitaria en el plano yz transversal, un desplazamiento Uy se da en etapas sucesivas en todos los nodos de la cara superior hasta que un desplazamiento total de Uy/A = 0,1 se logra. El desplazamiento de los nodos en la cara superior se limita en la direccion x (Ux = 0) y sus giros 9x = 9y = 0. Se aplican condiciones de lfmite periodicas de los giros de borde de modo que 9x (y = 0, z) = 9x (y = L, Z) y 9y (x = 0, z) = 9y (x = L, z). La fuerza Ny horizontal total a lo largo de la direccion y se obtiene sumando las fuerzas de reaccion nodales de todos los nodos en la cara superior.
La prueba de aplastamiento plano (FCT, vease Figura 9) es un procedimiento utilizado frecuentemente para medir la resistencia a la compresion fuera del plano de los paneles intercalados. De acuerdo con la norma ISO 3035 (vease ISO 3035, carton corrugado de una sola pared y una sola cara - Determinacion de la resistencia al aplastamiento plano, segunda edicion, 12.01.1982, Ginebra, Suiza), la prueba de aplastamiento plana consiste en comprimir un panel intercalado rectangular entre dos placas metalicas planas hasta que se produce el colapso de la estructura. Para simular la prueba, los nodos de las laminas de las caras inferiores son fijos (es decir, desplazamientos Ux = Uy = Uz = 0 de todos los nodos, vease Figura 9). Ademas, no se permiten desplazamientos en el plano en la cara superior e inferior, es decir, condiciones de contorno Ux = Uy = 0 se aplican a los nodos de la cara. Un desplazamiento -Uz a lo largo de la direccion z se aplica sucesivamente a todos los nodos en la cara superior hasta que un desplazamiento total de -Uz/h = 0,5 se logra. La fuerza Nz vertical total a lo largo de la direccion z global se obtiene sumando las fuerzas de reaccion nodales de todos los nodos en la cara superior.
Los paneles intercalados con diferentes acanalados de banda se cargan en modelos de elementos finitos tanto en el cizallamiento como en la compresion consistente con las condiciones de carga por cizallamiento de placa y aplastamiento plano como se ha descrito en las secciones anteriores. Las capas en el carton se orientan siempre de manera que el eje x se encuentra en la direccion de la maquina y el eje y se encuentra en la direccion transversal.
La Figura 10 muestra la tension de compresion P = -Nz/A frente al esfuerzo medio Uz/H para los diversos acanalados, donde A es el area de las laminas de caras de la celda unitaria.
Como se ve en la Figura 10, la respuesta de compresion de los diferentes nucleos es muy diferente. El nucleo trapezoidal ondulado tiene la mayor rigidez inicial, aproximadamente 2 - 5 veces mayor que los nucleos de arcotangente y semiesfericos. A aproximadamente el 10 % de la contraccion, la carga del nucleo trapezoidal cae significativamente y asume un nivel cercano al del nucleo de arco-tangente y continua despues aumentando de nuevo.
Los procedimientos de deformacion de los diversos acanalados son bastante diferentes. El acanalado de arcotangente se deforma simetricamente y la forma sigue siendo trapezoidal durante la compresion. Se observa que la deformacion se inicia por la flexion de los arcos curvos, mientras que los segmentos rectos giran. A deformaciones muy grandes el nucleo se pandea y asume una forma esencialmente plana. El comportamiento del acanalado trapezoidal es similar con la importante diferencia de que el acanalado es en ese caso capaz de llevar una carga inicial sustancialmente mayor y es inicialmente mas ngido. Ademas, la forma deformada sigue siendo trapezoidal, aunque se ha observado algo de flexion entre los arcos y las laminas de las caras a gran deformacion. El acanalado semiesferico tiene una rigidez inicial mas baja que los nucleos de arco-tangente y trapezoidal.
Esto no es sorprendente puesto que inicialmente tiene mucha menor area de contacto entre el nucleo y la lamina de la cara.
La Figura 11 muestra la tension de cizallamiento transversal Txz = Nx/A frente al desplazamiento Ux/A horizontal para los modelos de prueba de cizallamiento de placa cargados en cizallamiento a lo largo de la direccion de la maquina (direccion x).
Como se observa en la Figura 11, el acanalado de arco-tangente tiene la rigidez de cizallamiento inicial mas baja a lo largo de la direccion x, mientras que el acanalado trapezoidal tiene la rigidez de cizallamiento inicial mas alta a lo largo de la direccion x. El acanalado semiesferico tiene una rigidez inicial en algun lugar entre los dos. El acanalado semiesferico tiene una rigidez de cizalladura casi constante en la direccion x a lo largo de todo el regimen de carga. Como se observa en la Figura 12, los acanalados de arco-tangente y trapezoidal tienen una rigidez de cizallamiento inicial muy similar cuando se cargan en cizallamiento a lo largo de la direccion y.
Se ha demostrado mediante le modelado de elementos finitos que los nucleos de arco-tangente y trapezoidal ondulado se deforman de manera compleja.
El resultado interesante es que a pesar de que el acanalado trapezoidal ondulado tiene un diseno muy similar al acanalado de arco-tangente, tiene un mejor rendimiento mecanico. Por lo tanto, con acciones relativamente simples, los fabricantes de carton pueden aumentar el rendimiento mecanico y ofrecer mejores envases a sus clientes sin aumentar su consumo de material. Las aplicaciones de carton corrugado con propiedades mecanicas mejoradas pueden no solamente encontrarse en la industria del embalaje, sino tambien por ejemplo en la industria de mobiliario o del automovil como un reemplazo para las estructuras de plastico o madera costosas. Por ultimo, pero no menos importante, se debe hacer hincapie en que la invencion se puede utilizar tambien con un carton corrugado de doble pared o un carton corrugado de triple pared.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un carton corrugado que comprende al menos un revestimiento, preferentemente al menos dos revestimientos (1, 2), y al menos un acanalado (10), en el que cada acanalado (10) se encuentra en un revestimiento adyacente, preferentemente entre dos revestimientos (1, 2) adyacentes, en el que la al menos un acanalado (10) forma un perfil trapezoidal en una direccion de la maquina (direccion x) que comprende secciones (12) rectas que se extienden basicamente paralelas al revestimiento (1, 2) adyacente alternando con secciones (13) inclinadas que discurren inclinadas con respecto al revestimiento (1, 2) adyacente, caracterizado porque las secciones (12) rectas y las secciones (13) inclinadas del acanalado comprenden un ondulado en una direccion (direccion y) transversal a la direccion de la maquina (direccion x) y una direccion del espesor (direccion z), de tal manera que la anchura de cada seccion (12) recta vana periodicamente entre un valor (Un) mmimo y un valor (lmax) maximo.
    2. El carton corrugado de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que un penodo de una variacion de anchura de una seccion (12a) recta superior se desplaza con respecto a un penodo de una variacion de anchura de una seccion (12b) recta inferior del mismo (10) acanalado, preferentemente por la mitad de la longitud (l) de onda de la variacion de anchura.
    3. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud (l) de onda de la variacion de anchura es inferior a 50 mm, preferentemente inferior a 10 mm.
    4. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el valor (
    acanalado (10) esta comprendido e Un) mmimo del ondulado del ntre L/50 y L/5, preferentemente entre L/20 y L/5, en el que L es una longitud celda del nucleo del perfil trapezoidal en la direccion de la maquina (direccion x).
    5. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el valor (lmax) maximo del ondulado del acanalado (10) esta comprendida entre L/10 y L/2, preferentemente entre L/5 y L/2.
    6. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la relacion entre el valor (lmax) maximo y el valor (
    1,5), preUn) mmimo del ondulado del acanalado (10) en la direccion transversal es mayor que o igual a 1,5 (lmax/Un ^ ferentemente mayor que o igual a 2 (lmax/Un ^ 2).
    7. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ondulado del acanalado (10) en la direccion transversal es recta o curva.
    8. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acanalado (10) comprende, en la direccion de la maquina (direccion x) un radio (r) predefinido en una seccion de transicion entre cada seccion (12) recta y su seccion (13) inclinada adyacente, en el que el radio (r) esta comprendido preferentemente entre L/20 y L/5, lo mas preferentemente entre L/10 y L/5.
    9. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud (L) de la celda del nucleo del perfil trapezoidal del acanalado (10) en direccion de la maquina (direccion x) es menor que o igual a 20 mm (L < 20 mm), preferentemente menor que o igual a 6,5 mm (L < 6,5mm)
    10. El carton corrugado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material del revestimiento (1, 2) y/o del acanalado (10) comprende al menos uno de los materiales del siguiente grupo, que contiene
    • todos los tipos de papel (Kraftliners, Testliners), preferentemente con un gramaje entre 40 g/m2 y 500 g/m2, incluyendo papeles con una alta magnitud de estiramiento (deformacion a la rotura) entre el 5 % y el 15 % (bolsa de papel, papel ligero),
    • papeles de acanalado basados en desechos o papeles semi-qmmicos, preferentemente con un gramaje entre 40 g/m2 y 250 g/m2,
    • todo tipo de material plastico termoconformable, material preferentemente no tejido que contiene al menos uno cualquiera de fibras de PE, fibras de PP o fibras de PET, preferentemente fibras largas cardadas, materiales agujeteados, materiales termounidos o qmmicamente unidos,
    • materiales extruidos, y
    • metales, preferentemente aleaciones de hierro y de aluminio,
    en el que preferentemente el material del revestimiento (1,2) y del acanalado (10) comprende papel y es diferente en cuanto a su composicion.
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