Carton ondulé

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Contexte

La plupart des articles de votre supermarché, magasin discount ou centre commercial préféré ont été livrés en toute sécurité dans des boîtes en carton ondulé, et beaucoup sont exposés dans les mêmes boîtes, qui ont été fabriquées de manière à pouvoir être ouvertes et utilisées à cette fin. D'autres articles peuvent arriver dans leurs propres boîtes en carton ondulé ou non ondulé. Le carton ondulé étant un matériau d'emballage si polyvalent, des millions de tonnes sont utilisées chaque année pour protéger et présenter les produits. En 1992, plus de 25 millions de tonnes de carton ondulé ont été produites aux États-Unis. 6 millions de tonnes supplémentaires de carton plat ou de carton ont également été produites pour être utilisées dans des boîtes pliantes.

Le carton ondulé est un matériau rigide, solide et léger composé de trois couches de papier kraft brun. En 1884, le chimiste suédois Carl F. Dahl a mis au point un procédé pour réduire en pâte les copeaux de bois en un papier solide qui résiste à la déchirure, au fendillement et à l'éclatement. Il l'a nommé le processus kraft parce qu'il produit un papier solide qui résiste à la déchirure, au fendillement et à l'éclatement.

De la papeterie, les rouleaux de papier kraft sont transportés vers une usine de carton ondulé ou de transformation. À l'usine, des couches de papier kraft sont serties et collées pour former du carton ondulé, qui est ensuite coupé, imprimé, plié et collé pour faire des boîtes. Au début de ce processus, les rouleaux de papier kraft de la papeterie sont chargés dans une énorme machine appelée onduleuse. Une onduleuse typique est aussi longue qu'un terrain de football :91,44 mètres (300 pieds). Certains rouleaux de papier kraft sont utilisés comme support d'ondulation, et d'autres sont utilisés comme doublures, les couches de papier kraft collées de chaque côté du support. Une fois que l'onduleuse a chauffé, collé et pressé le papier kraft pour former du carton ondulé, la feuille de carton continue est découpée en grands flans de boîte qui sont ensuite envoyés à d'autres machines pour l'impression, la découpe et le collage. Enfin, des lots de boîtes finies sont regroupés pour être expédiés au robot culinaire, au fabricant de jouets, à l' automobile distributeur de pièces détachées ou l'une des milliers d'entreprises qui dépendent des emballages en carton ondulé.

Matières premières

Les pins à croissance rapide constituent la principale matière première utilisée pour fabriquer du carton ondulé. Les plus grandes entreprises d'emballage possèdent des milliers d'acres de terres où les arbres sont mûris, récoltés et remplacés par des semis. Une fois les arbres abattus, ils sont dépouillés de leurs branches; seuls les troncs seront expédiés par camion à une usine de pâte à papier. Les plus grandes entreprises d'emballage possèdent également les usines où les arbres sont convertis en papier kraft. À l'usine, les troncs d'arbres récoltés sont soumis au procédé kraft, également connu sous le nom de procédé au sulfate en raison des produits chimiques utilisés pour décomposer les copeaux de bois en pâte fibreuse. Après la réduction en pâte et d'autres traitements, les fibres sont envoyées directement à la machine à papier où elles sont formées, pressées, séchées et enroulées dans les larges et lourds rouleaux de papier kraft envoyés aux usines de carton ondulé pour être transformés en carton.

À l'usine de carton ondulé, seules quelques autres matières premières sont nécessaires pour fabriquer une boîte finie. La colle d'amidon de maïs est utilisée pour coller le support ondulé aux feuilles de doublure. En raison de la quantité de colle utilisée, les wagons ou les gros camions-citernes la livrent sous forme de poudre sèche qui sera stockée dans d'énormes silos à l'usine de carton ondulé jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire. Tiré du silo, l'amidon de maïs sec est mélangé avec de l'eau et d'autres produits chimiques et pompé dans l'onduleuse pour être étalé sur le support ondulé au fur et à mesure que les couches de revêtement sont ajoutées. D'autres matières premières sont utilisées pour finir le carton ondulé après la production. Des cires à base de paraffine ou d'huiles végétales peuvent être appliquées pour fabriquer un récipient résistant à l'eau ou aux graisses pour les produits alimentaires. Des encres aux couleurs vives sont également appliquées pour créer des conceptions graphiques audacieuses pour des écrans autoportants comportant le nom du produit, des informations, ainsi que le nom et le logo de l'entreprise. Des équipes de vendeurs et de designers travaillent ensemble pour créer les modèles de fabrication et d'impression, appelés matrices, qui sont utilisés pour découper et imprimer un design de boîte spécifique. Les matrices sont créées dans un atelier de modélisme et transférées vers l'équipement de découpe rotative et les imprimantes qui finissent les ébauches de boîte.

Conception

Le papier kraft est fabriqué depuis 1906. Depuis lors, les opérations de traitement de la pâte, de fabrication de papier et de carton ondulé ont été développées pour atteindre un niveau élevé d'efficacité et de productivité. Aujourd'hui, dans l'industrie du carton ondulé, les concepteurs créent des contenants innovants qui nécessitent une impression en quadrichromie et une découpe complexe. Ces conteneurs innovants sont conçus avec des logiciels sophistiqués tels que des programmes de conception assistée par ordinateur (CAO), permettant à un concepteur d'emballages de réfléchir à différentes conceptions d'emballages avant le début de la fabrication. Un concepteur utilisant un programme de CAO peut appeler et modifier différentes conceptions qui ont été stockées dans une bibliothèque de conception informatique. Ainsi, les packages existants peuvent générer de nouvelles conceptions. De nombreux magasins de détail utilisent directement ces contenants légers, solides et colorés comme présentoirs de point de vente.

Le processus de fabrication

Dépulpage des copeaux de pin

• 1 La fabrication d'une boîte en carton ondulé commence par la réduction en pâte des copeaux de bois selon le procédé kraft (sulfate). Tout d'abord, les troncs d'arbres sont dépouillés de leur écorce et déchiquetés en petits copeaux. Ensuite, ces copeaux sont placés dans un grand réservoir à haute pression appelé digesteur discontinu, où ils sont cuits dans une solution ou liqueur composée d'hydroxyde de sodium (NaOH) et de plusieurs autres composés ioniques tels que sulfates, sulfures et sulfites. . Ces produits chimiques fortement alcalins dissolvent la lignine, la substance semblable à de la colle qui maintient les fibres de bois individuelles ensemble dans un tronc d'arbre.
• 2 Lorsque la pression est relâchée après plusieurs heures, les copeaux de bois explosent comme du pop-corn en des masses de fibres pelucheuses.

Faire du papier kraft

• 3 Après des étapes supplémentaires de nettoyage et de raffinage, une suspension homogène de pâte de bois est pompée vers la machine à papier, également connue sous le nom de machine Fourdrinier. De gigantesques structures carrées pouvant atteindre 600 pieds de long (182,88 mètres), ces machines contiennent un treillis métallique dans lequel le papier est initialement formé. Ensuite, le papier est introduit dans des rouleaux massifs chauffés à la vapeur et de larges blanchets en feutre qui éliminent l'eau. À la fin, le support fini, ou la doublure, est enroulé pour l'expédition.

Expédition et stockage du papier kraft

• 4 rouleaux de papier kraft pour le carton ondulé sont disponibles dans de nombreuses tailles pour s'adapter à l'équipement de production de différentes usines de carton ondulé. Les tailles de rouleaux les plus courantes sont de 67 pouces (170,18 centimètres) de large et 87 pouces (220,98 centimètres) de large. Un rouleau de papier plus lourd de 87 pouces peut peser jusqu'à 6 000 livres (2 724 kilogrammes). Jusqu'à 22 rouleaux de papier de 87 pouces peuvent être chargés dans un wagon couvert pour être expédiés vers une usine de carton ondulé.
• 5 A l'usine, le papier kraft est séparé en différentes qualités, qui seront utilisées pour le support et le liner. Ces différentes qualités de carton ondulé peuvent être réalisées en combinant différentes qualités de papier kraft. Un spécialiste de l'emballage bien informé travaille avec un client pour déterminer la résistance requise pour le conteneur en carton ondulé en cours de planification. Ensuite, lorsqu'une usine reçoit une commande de conteneurs, un ingénieur produit spécifie la combinaison de support et de doublure pour produire un carton répondant aux exigences du client.

Ondulation du carton

• 6 À l'aide de puissants chariots élévateurs à fourche, les opérateurs d'équipement qualifiés sélectionnent, déplacent et chargent des rouleaux de papier kraft à une extrémité de l'onduleuse. La fabrication du carton ondulé comprend deux étapes clés :la fabrication du papier kraft et l'ondulation du carton. Le papier kraft consiste à réduire en pâte des copeaux de bois, puis à introduire la substance de papier résultante dans des rouleaux à vapeur massifs qui éliminent l'eau.
  L'ondulation se fait également dans une machine qui utilise des rouleaux lourds. Un rouleau de carton est ondulé puis collé entre deux autres couches (liners) par la même machine. La colle est ensuite durcie en passant le carton sur des rouleaux chauffés.
• 7 Un rouleau de support est chargé pour passer à travers les rouleaux d'ondulation, et un rouleau de doublure est introduit dans l'onduleuse pour être joint au support ondulé. La doublure d'un autre rouleau remonte sur les rouleaux de carton ondulé le long d'une structure plate appelée pont. Ce revêtement sera collé au support ondulé plus tard dans le processus.
• 8 Pour une grande série de production, des rouleaux supplémentaires sont chargés dans des soudeuses automatiques. Des détecteurs sensibles contrôlent l'alimentation des rouleaux de papier dans l'onduleuse. Lorsqu'un rouleau est presque vide, le système de contrôle de l'onduleuse démarre une colleuse et le papier du nouveau rouleau est joint à l'extrémité du papier passant par la machine. Ainsi, la production de carton ondulé est continue et aucune vitesse de production n'est perdue.
• 9 Le support à onduler est introduit dans les rouleaux géants à entraînement électrique de l'onduleuse, d'abord à travers les rouleaux de préchauffage, puis dans les rouleaux à onduler. De la vapeur à une pression de 175 à 180 livres par pouce carré (psi) est forcée à travers les deux jeux de rouleaux et, lorsque le papier les traverse, les températures atteignent 350 à 365 degrés Fahrenheit (177 à 185 degrés Celsius).
• 10 Les rouleaux de cannelure sont recouverts de cannelures I O — des arêtes horizontales et parallèles comme les dents d'engrenages massivement larges. Lorsque le papier chaud passe entre les rouleaux de carton ondulé, les cannelures le piègent et le plient, formant la partie médiane d'une feuille de carton ondulé. Chaque machine à onduler est dotée de rouleaux à onduler interchangeables présentant différentes tailles de goujures. Installer un autre Un morceau de carton ondulé fini se compose d'une seule couche ondulée prise en sandwich entre deux couches de revêtement. la taille de la cannelure dans l'onduleuse modifie la largeur du support ondulé.
• 11 Le support se déplace à côté d'un ensemble de rouleaux appelé station de colle simple face. Ici, une couche de liner est collée au support. La colle d'amidon est soigneusement appliquée sur les bords ondulés du support et la première couche de doublure est ajoutée. Du simple face, le médium et le liner vont au poste de colle double-support où l'autre couche de liner du bridge est ajoutée en suivant la même procédure. En continuant à travers l'onduleuse, le carton passe sur des plaques chauffées à la vapeur qui durcissent la colle.

Former les blancs en cases

• 12 À la sortie de l'onduleuse, une refendeuse-compteuse coupe le carton et le découpe en grandes feuilles appelées flans de boîte. Les ébauches de boîtes sortent de la refendeuse-compteuse comme de larges tranches de pain grillé et glissent dans un empileur automatique qui les charge sur une grande plate-forme roulante. De là, ils seront transportés vers les autres machines qui les transformeront en conteneurs finis. Les ouvriers de production qualifiés utilisent un terminal informatique et une imprimante pour préparer un bon de travail pour chaque pile de découpes de boîtes produites par l'onduleuse. Avec le bon de travail, les travailleurs peuvent acheminer la pile vers les bonnes machines de fabrication, appelées flexos (le nom est l'abréviation de machine flexographique). Une flexo est une machine large et plate qui traite les ébauches de boîtes.
• 13 Les matrices d'impression et les patrons de découpe I 3 sont préparés dans un atelier de patronnage sur de grandes feuilles souples de caoutchouc ou d'étain. Les matrices et les motifs sont chargés sur les grands rouleaux de la flexo, et les ébauches de boîtes y sont automatiquement alimentées. Au fur et à mesure que chaque flan passe dans les rouleaux de la flexo, il est rogné, imprimé, découpé, entaillé et, dans une imprimante-plieuse-colleuse, plié et collé pour former une boîte. À partir de la flexo, les boîtes finies sont automatiquement empilées et envoyées à une banderoleuse pour être emballées pour l'expédition. Les autres équipements d'une usine de carton ondulé comprennent des découpeuses autonomes, des découpeuses avec stations d'impression et des machines appelées coucheuses à rideaux qui appliquent une couche de cire sur les contenants de fruits, de légumes et de viande. Les ébauches de boîtes ne nécessitant qu'une impression et une découpe simples en une couleur peuvent être passées dans une machine de découpe autonome, une station d'impression et une coucheuse à rideau pour produire des conteneurs résistants à l'eau ou à la graisse.

Contrôle qualité

Le contrôle qualité commence avec les fournisseurs du papier kraft utilisé pour fabriquer le carton ondulé. Le papier kraft doit être lisse et résistant. Une fois que le papier a traversé l'onduleuse et est transformé en ébauches de boîte, les ébauches individuelles sont extraites d'une pile et testées. Le test Cobb mesure l'humidité dans la doublure et le support. La résistance de la colle, la résistance à l'éclatement, la compression et des tests dimensionnels très précis déterminent la qualité du processus de fabrication. Un test de déformation détermine la planéité du flan de boîte, garantissant que chaque flan se déplacera en douceur à travers les machines flexo. Au fur et à mesure que les travailleurs qualifiés font passer des lots de découpes de boîtes dans les machines flexo, les boîtes individuelles sont tirées et inspectées. Le rognage, la coupe et l'entaillage doivent être corrects. Aucun dommage au carton n'est autorisé. Aussi, les différentes couches d'encres colorées utilisées dans l'impression couleur doivent être parfaitement alignées.

Le futur

Les futurs conteneurs en carton ondulé seront fabriqués à partir de papier kraft produit à partir d'emballages recyclés plutôt que d'arbres. Le recyclage et d'autres procédés respectueux de l'environnement continueront de prendre de l'importance dans l'avenir du carton ondulé. Aujourd'hui, les encres à base d'huile de soja et de cires biodégradables et autres revêtements commencent à être utilisées dans la fabrication de contenants. Les principales entreprises d'emballage exploitent déjà des usines de papier qui fabriquent du papier kraft frais et propre en désencrant et en réduisant en pâte les contenants usagés.