Metodo y aparato de ensayo de rigidez al cizallamiento en carton.

Método de ensayo de la rigidez torsional de cartón ondulado, que incluye las etapas de sujetar y retorcer una muestra de cartón ondulado,

caracterizado porque dicho método también incluye las etapas de:

sujetar la muestra (6) de cartón ondulado en una parte y unir una masa (7) inercial a otra parte de la muestra (6) de cartón ondulado;

hacer rotar inicialmente la masa (7) inercial alrededor de un eje de la muestra (6) de cartón ondulado;

permitir que la masa (7) inercial oscile libremente;

medir el periodo de tiempo para una o más oscilaciones de la muestra (6) de cartón ondulado detectando el paso de la masa inercial por una región de ángulo cero a medida que oscila la muestra; y

obtener una indicación de la rigidez de la muestra (6) de cartón ondulado en referencia al periodo de tiempo de dichas una o más oscilaciones.

Método y aparato de ensayo de rigidez al cizallamiento en cartón

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método para evaluar la rigidez al cizallamiento de cartón ondulado.

Antecedentes El cartón ondulado es una construcción de tipo sándwich de papel realizada mediante la combinación de tres o más hojas de cartón. En su forma más común, se adhieren dos caras de cartón a cada lado de una hoja de cartón interna que se ha conformado en una forma sinusoidal. Esta construcción consigue una elevada rigidez y resistencia con un bajo peso y a bajo coste.

La rigidez al cizallamiento es una propiedad importante del cartón ondulado. Si un cartón ondulado tiene las especificaciones adecuadas, con forros y tripa fuertes, tendrá el rendimiento diseñado, pero si la tripa se daña durante o después de la fabricación, su resistencia puede ser inferior a la estándar.

A menudo se utiliza un aplastamiento en plano del cartón ondulado para medir la “resistencia” del cartón ondulado. El ensayo de aplastamiento en plano se realiza sobre una muestra circular de área estándar. Las especificaciones para este ensayo están indicadas en la norma australiana 1301.429s-89. Una desventaja de este método de ensayo es que no discriminará entre cartón no dañado bueno y cartón ondulado dañado durante el procesamiento, que parece blando al tacto. Esto se debe a que el resultado de aplastamiento más alto se produce después de que las ondas se hayan apretado bastante. Un daño del material de núcleo por una presión lateral excesiva puede debilitar gravemente la estructura del núcleo. Un núcleo aplastado presenta una drástica pérdida de rigidez al cizallamiento global, en la dirección de la máquina, del núcleo y también carecerá de dureza y rigidez a la flexión.

La rigidez al cizallamiento es una propiedad estructural fundamental de un panel de tipo sándwich y viene definida por:

fuerza _ cizalladura

Rigidez _ cizalladura = Ec. 1

deformación_ cizalladura La rigidez al cizallamiento en la dirección de la máquina se designa como Gxz y en la dirección transversal, de manera global, como Gyz.

La patente estadounidense 3.955.409 da a conocer un dispositivo para ensayos de oscilación torsional de materiales de plástico.

La patente estadounidense 4.958.522 describe un método para determinar la rigidez al cizallamiento de cartón ondulado montando y retorciendo una pieza de ensayo entre dos prensas de sujeción. Se realizan mediciones del ángulo de torsión y de la fuerza aplicada utilizando un codificador rotatorio y una célula de carga. Al utilizar esta técnica para la evaluación de la calidad de cartón ondulado se supone que, siendo todo lo demás igual (compresión de forro etc.) , el daño durante la conversión es la principal causa de un mal rendimiento del cartón ondulado y el ensayo de cizallamiento mostrará este daño.

Sumario de la invención La presente invención se define en y por las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención consiste, en términos generales, en un método de ensayo de la rigidez torsional de una muestra de cartón, que incluye:

sujetar una muestra de cartón ondulado en una parte y unir una masa inercial a otra parte de la muestra;

hacer rotar inicialmente la masa inercial alrededor de un eje de la muestra y después;

permitir que la masa inercial oscile libremente;

medir el periodo de tiempo para una o más oscilaciones de la muestra; y

obtener una indicación de la rigidez de la muestra en referencia al periodo de tiempo de dichas una o más oscilaciones.

Preferiblemente dicha indicación de la rigidez de la muestra es la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones o un valor derivado de la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones.

Preferiblemente el método incluye evaluar el módulo torsional de la muestra en referencia a la frecuencia angular de las oscilaciones, el momento polar de inercia de la masa inercial así como el área de sección transversal y la longitud de la muestra.

Un aparato para su uso en el método de ensayo de la rigidez torsional de una muestra de cartón ondulado puede incluir:

medios para sujetar las muestras de modo que una parte de la muestra que lleva una masa inercial pueda hacerse rotar en relación con otra parte de la muestra alrededor de un eje de la muestra y después permitirse que oscile;

un detector para detectar cuándo pasa la masa inercial por una región de ángulo cero cuando oscila la muestra; y

medios de procesamiento electrónico dispuestos para obtener una indicación de la rigidez al cizallamiento de la muestra en referencia al periodo de tiempo de una o más oscilaciones de la muestra.

Preferiblemente, el aparato puede incluir además medios para medir el desplazamiento angular de la masa inercial en relación con el eje de la muestra.

Preferiblemente, la indicación de la rigidez de la muestra es la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones o un valor derivado de la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones.

Preferiblemente, el detector comprende un captador óptico fijado al armazón y un dedo fijado a la masa inercial para detectar cuándo pasa la masa inercial por la región de ángulo cero cuando oscila la muestra.

El término ‘que comprende/comprendiendo’ tal como se utiliza en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones significa ‘que consiste al menos en parte en’, es decir, en la interpretación de reivindicaciones independientes que incluyen ese término, tienen que estar presentes todas las características precedidas por este término en cada reivindicación, pero también pueden estar presentes otras características.

Breve descripción de los dibujos A continuación se describirá la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 muestra una tira de cartón ondulado sometida a momento de torsión; la figura 2 muestra una curva de amortiguación típica de un primer aparato prototipo con una ecuación modelo

aplicada a los datos; la figura 3 muestra una vista frontal de un primer aparato prototipo; la figura 4 muestra una vista lateral de un primer aparato de ensayo prototipo; la figura 5 muestra una vista en perspectiva de un segundo aparato de ensayo prototipo; la figura 6 muestra una muestra fijada en el segundo aparato de ensayo prototipo; la figura 7 muestra los pulsos eléctricos producidos durante el uso del primer aparato de ensayo prototipo; la figura 8 representa gráficamente la pendiente deformación-esfuerzo de la rigidez a la torsión con respecto a la

frecuencia angular al cuadrado, resultados obtenidos a partir de ensayos de tres muestras de cartón ondulado

diferentes, de diferentes anchuras; y la figura 9 representa gráficamente la frecuencia angular con respecto a la anchura de la pieza de ensayo para dos muestras de cartón de buena calidad.

Descripción detallada La figura 1 muestra una tira de cartón ondulado sometida a un momento de torsión, M, que es simétrico alrededor del eje del cartón. Se desarrolla un campo de cizallamiento en el ondulado, de manera que no existe cizallamiento a lo largo del centro de la muestra y la magnitud de cizallamiento a cada lado del centro es igual y opuesta.

La rigidez al cizallamiento es una propiedad estructural fundamental de un panel de tipo sándwich y, tal como se mencionó anteriormente, viene definida por:

fuerza _ cizalladuraRigidez _ cizalladura = deformación _ cizalladura

Por tanto, la rigidez a la torsión de la muestra puede definirse como ML

DQM e = w Ec. 3

donde

DQM = rigidez a la torsión (Nm) en la dirección de la máquina (MD)

M = momento de torsión (Nm)

e = ángulo de torsión (radianes)

L = longitud de la muestra entre prensas de sujeción (m)

w = anchura de la muestra (m)

La rigidez a la torsión total es una combinación de la rigidez a la torsión de los forros y el ondulado. Sin embargo, si el ángulo de torsión se mantiene suficientemente pequeño y el espesor de los forros es delgado en relación con la altura del ondulado, las tensiones de cizallamiento de los propios forros pueden considerarse despreciables. Por tanto, es posible introducir una fuerza de cizallamiento relativamente grande en el ondulado, pero sin que se produzca gran cizallamiento en las caras. El análisis de elementos finitos dado a conocer por McKinlay (Amcor) , en el 10th Fundamental Research Symposium, Oxford, sept. 1993, se ha utilizado para mostrar que existe una relación fundamental entre la rigidez al cizallamiento MD... [Seguir leyendo]

1. Método de ensayo de la rigidez torsional de cartón ondulado, que incluye las etapas de sujetar y retorcer una muestra de cartón ondulado, caracterizado porque dicho método también incluye las etapas de:

sujetar la muestra (6) de cartón ondulado en una parte y unir una masa (7) inercial a otra parte de la muestra (6) de cartón ondulado;

hacer rotar inicialmente la masa (7) inercial alrededor de un eje de la muestra (6) de cartón ondulado;

permitir que la masa (7) inercial oscile libremente;

medir el periodo de tiempo para una o más oscilaciones de la muestra (6) de cartón ondulado detectando el paso de la masa inercial por una región de ángulo cero a medida que oscila la muestra; y

obtener una indicación de la rigidez de la muestra (6) de cartón ondulado en referencia al periodo de tiempo de dichas una o más oscilaciones.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha indicación de la rigidez de la muestra es la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones o un valor derivado de la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones.

3. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, que incluye además evaluar el módulo torsional de la muestra en referencia a la frecuencia angular de la (s) oscilación/oscilaciones, el momento polar de inercia de la masa inercial así como el área de sección transversal y la longitud de la muestra.

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye la etapa de evaluar la rigidez de la muestra en referencia a una o dos oscilaciones de la muestra.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cartón ondulado comprende dos capas enfrentadas de cartón a cada lado de una capa central ondulada.