Karaktärisering av kartong vid bigning och vikning

För att forma en förpackning med önskade egenskaper bigas och viks kartong. Bigning skapar delamineringssprickor som under vikning får skikten att buckla och forma ett permanent hörn. Delamineringssprickorna underlättar vikningen men minskar förpackningens lastbärande förmåga. Processerna måste därför vara kontrollerade. Resultatet påverkas såväl av ingående materialegenskaper som av själva bignings- och vikningsprocesserna. God förståelse för dessa förlopp skapar möjligheter till att resurseffektivt tillverka förpackningar som uppfyller högt ställda krav. Utvärdering och utveckling av processer och kartongmaterial underlättas av modeller och simulering med korrekta materialmodeller. Materialdata för delaminering har varit svåra att ta fram eftersom de experimentella metoderna ofta är instabila. Under senare år har vi tillsammans med Tetra Pak, utvecklat en för kartong ny experimentell metod. Metoden utvecklade vi tidigare för lim (Pressure-sensitive adhesive). Resultaten ser lovande ut men vissa kritiska egenskaper fångas inte av de nuvarande modellerna. Detta leder fram till frågan: Vilka mekaniska egenskaper saknas för att bättre fånga bignings- och vikningsegenskaperna för kartong?

I detta projekt vill vi undersöka två faktorer som troligen har stor inverkan: 1) Inverkan av spänningar i kartongens plan. Under bigning utsätts kartong för kombinerad drag- och skjuvlast. Hur lasterna samverkar och hur detta inverkar på bigningen är i dagsläget okänt; 2) Volymökning av kartong under delaminering. Från tidigare studier av sprickbildning i andra material under skjuvlast har volymökning observerats. För limskikt har dess inflytande kvantifierats. Om liknande mekanismer är verksamma för kartong är i dagsläget inte utrett. Men den potentiella inverkan på processerna är betydande och inte beaktad i befintliga modeller. Inom projektet finns goda möjligheter till miljöbyggande och samproduktion. En ny miljö i samverkan med Örebro Universitet har etablerats. Karlstads Universitet har utrustning och erfarenhet av de aktuella experimentella metoderna för att ta fram materialdata. Örebro Universitet har erfarenhet av kartong och har experimentell utrustning (micro-CT) som kan användas för att studera kartongens mikrostruktur. BillerudKorsnäs och Holmen, som båda producerar kartongmaterial, bistår med material och materialkännedom samt expertis inom modellering och simulering av processerna. Tetra Pak har erfarenhet av simuleringar av formningsprocessen och därmed kan resultatet direkt implementeras i en modell av processerna. Genom samverkan går det att koppla samman kartongens uppbyggnad med materialegenskaper på ett för den industriella processen relevant sätt och som är vetenskaplig intressant.