La fórmula McKee

ECT: Desde 1991, el mejor pronosticador de resistencia al apilado
Por Bill Kahn
E
n 1906 se aprobaron por primera vez las cajas
corrugadas para el transporte ferroviario de cajas de
cereal. Los ferrocarriles, que tenían intereses creados
en el negocio de la madera, de inmediato comenzaron a
cobrar una sanción fuerte a los embarques que iban en
cajas de cartón corrugado en vez de cajas de madera.
En 1914, la decisión Pridham de la Comisión Interestatal
de Comercio, eliminó la sanción y permitió al corrugado
evolucionar de su rol anterior como solo un substituto a
la madera, a ser el material de embalaje de elección.
Antes de 1991 las especificaciones para cartón
ondulado se regían por el artículo 41 de la Clasificación
Uniforme de Carga de los ferrocarriles y el casi idéntico
Artículo 222 de la Clasificación Nacional de Carga
motorizada. Estas especificaciones arcaicas, detallaban
sólo el peso base mínimo de los liners, la resistencia a
la penetración, las limitaciones en la suma de las
dimensiones de la caja (L + A + A), y el peso máximo
total del contenido de la caja.
Hoy en día: el embalaje de rendimiento
especificado
Desde 1991, la industria se ha movido hacia el Embalaje
de Prestaciones Especificadas. Este movimiento ocurrió
con la aprobación de iniciativas patrocinadas por la
industria del corrugado para permitir el uso de la prueba
“Edge Crush Test “(ECT) en lugar de los requisitos
tradicionales de peso base del papel y resistencia a la
penetración.
El ECT mide la capacidad de una muestra pequeña de
cartón combinado, colocados verticalmente, a soportar
una carga en dirección vertical. El ECT es la propiedad
más importante en la predicción de compresión de la
caja y la prueba que ayuda a validar la calidad de las
materias primas.
La prueba de penetración tiene un valor
limitado
La prueba de resistencia a la penetración puede ser
importante como una medida de contención para
predecir la fuerza que se produce cuando una caja se
cae, pero ofrece muy poco valor en la predicción de la
resistencia al apilado del paquete de cartón
corrugado. El valor de esta prueba, a excepción de fines
específicos limitados, es cuestionable.
La fórmula McKee
La compresión de caja se pronostica o se calcula
utilizando una fórmula. La fórmula más utilizada es
conocida como la fórmula McKee. Utiliza el ECT, el calibre,
y el perímetro de la caja para predecir la compresión caja.
Una versión de la fórmula McKee
C = 5.87 x P x √ Hz
donde:
P = valor de ECT
h = calibre del cartón ondulado
Z = perímetro de la caja 2 (L + W)
El fallo de las muestras de ETC es a menudo
acompañado por una deflexión entre las flautas
(arriba izquierda). Este defecto es similar al patrón
de pandeo de los liners, que se produce durante el
ensayo de compresión de caja.
Mejores adhesivos, valores de ECT más
altos ECT, cajas mas fuertes.
Con la introducción de los liner de alto rendimiento,
los fabricantes de cajas han podido reducir el peso
combinado del cartón mientras mantienen el ECT y los
valores de compresión. Es lógico que las innovaciones
en los aditivos para los adhesivos de almidón pueden
también contribuir a estos valores. Mediante el uso de
nuestro moderno laboratorio de pruebas de cartón y al
establecer un proyecto dedicado de investigación y
desarrollo. Harper/Love está muy activo en el desarrollo
de nuevos productos que nos dará una mejor
comprensión de la tecnología de adhesivos necesaria
para mejorar el ETC y los valores de compresión de
caja.
Preparando muestras para ECT
Por Rex Woodville-Price
La prueba de ECT o “Edge Compresión Test” por sus
siglas en ingles, mide la carga de compresión vertical que
una muestra de tamaño estándar puede soportar. Los
resultados de la prueba generalmente se expresan en
libras.
Hay tres maneras de preparar una muestra (ver foto):
encerada, con cintura y con un soporte. Los tres métodos
son válidos y cada uno tiene sus ventajas y
desventajas. En cualquier caso, el tamaño es el mismo
(generalmente es un cuadrado de 2 pulgadas).
prueba.
Método con aparato sujetador (TAPPI T839)
El método más moderno, la prueba T839 utiliza un pedazo
de cartón de 2" x 2" que se sujeta firmemente en un
aparato sujetador. La fuerza de sujeción en la parte
superior e inferior de la pieza a ser probada, la mantiene
perpendicular a la fuerza de compresión para que no haya
posibilidad de que se ladee. Esto asegura que el fallo
ocurra en el centro. Este método da los resultados más
confiables, eliminando la mayor parte de los errores en la
preparación.
Para que la prueba mida con precisión la fuerza potencial
del cartón, hay que asegurarse de que el fallo no ocurra en
el borde, que generalmente es la parte más débil, debido a
la facilidad con la que se puede desviar. Esto se logra
aislando a los bordes por completo. Los tres tipos de
pruebas logran hacer eso.
Muestra encerada (TAPPI T811)
Los bordes de la muestra encerada se sumergen en cera
derretida (ver foto). Cuando la cera se endurece, los bordes
se convierten en la parte más fuerte, lo que previene el fallo
en ese punto. La ventaja de este método es que no se
requiere un aparato sujetador, la desventaja es que la
preparación requiere tiempo y esfuerzo adicional.
La altura de la pieza para la prueba T811, debe cortarse
con precisión utilizando navajas con su bisel lateral en
ángulo contrario a la muestra para asegurarse de que el
borde de corte sea perpendicular a la superficie del
cartón. Con sólo un .015" de ángulo en el corte, se pueden
bajar los resultados de las pruebas más del 10%. También
la temperatura de la cera y la cantidad de cera que
permanece en la muestra pueden alterar los resultados.
Muestras con cintura (TAPPI T838)
El método de prueba con cintura tiene un área más
pequeña en el centro que por diseño es más débil, por lo
que es seguro que
el fallo se produzca
allí. Aunque este
método no requiere
de un sujetador, se
requiere un aparato
que le corte la
cintura a la muestra
con precisión.
Se deben mantener
las navajas de estos
aparatos limpias y
filosas para que no
rompan el cartón, ya que esto bajaría los resultados de la
Con cualquiera de los tres métodos, es importante que la
carga se aplique en una línea recta a lo largo de las
paredes del cartón. (Esto no sólo es cierto para la prueba
de ECT, pero también para una caja. Las paredes de la
caja que soportan la carga, deben estar rectos y
perpendiculares a la base. Cualquier deflexión en el cartón
se convertirá en el punto de inicio para el fallo.) Es
importante que los bordes se corten rectos y
perpendiculares a los costados para asegurarse de que la
carga se aplica a lo largo de las paredes.
Variables que pueden afectar los resultados
• La pieza a ser probada debe ser apoyada y en posición
vertical en el aparato.
• Los bordes de la muestra deben tener cortes
perpendiculares.
• El contenido de humedad del cartón afectará a su
resistencia. Mayor humedad por lo general, da valores
menores. El cartón que es analizado apenas se toma del
corrugador tiene valores más bajos, ya que generalmente
contienen más humedad. Al comparar valores de diferentes
laboratorios, puede ser útil acondicionar todo el cartón por
igual, por ejemplo, tantas horas a una temperatura y
humedad estándar.
• Si el cartón se aplasta, ya sea en el proceso de
fabricación o en el manejo de las muestras, producirá
valores más bajos. A veces, el cartón se aplasta durante el
proceso de fabricación. A pesar de que vuelva a su
condición original y no presenta pérdida de calibre medible,
este daño mecánico puede afectar los valores de la
prueba. La medición del calibre es un pronosticador útil de
las posibles pérdidas de la ECT en el proceso.
• El cartón que está mal pegado (valores bajos en la
prueba de pin adhesión) producirá valores bajos de ECT,
porque el liner se separa del medium y se deflexiona. El
fallo comienza con la deflexión.
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ECT Pruebas y variabilidad
Por John Kohl
Los tres diferentes métodos de prueba (aprobados
por TAPPI) que se usan actualmente para determinar
los valores de ECT entregan resultados ligeramente
diferente. La preparación de muestras puede afectar
enormemente los resultados de la prueba, así que el
cuidado y la precisión son muy importantes. Se debe
cortar las muestras exactamente cuadradas
(paralelas y perpendiculares a las flautas) para
obtener resultados fiables.
Repetible y reproducible.
El ECT es el
factor más
importante en
predecir la
resistencia a
la compresión.
de una caja.
Hay cierta variabilidad intrínseca en un laboratorio, y
de un laboratorio a otro, para cada método utilizado.
Cada prueba tiene cierta repetibilidad dentro de un
laboratorio y otra reproducibilidad cuando se hace en
otro laboratorio.
Prueba
TAPPI T811
(Con Cera)
TAPPI T838
(Con Cintura)
TAPPI T839
(Aparato Sujetador)
Repetible
6%
Reproducible
23%
6%
18%
3.5%
19%
(el Porcentaje representa la deviación estándar de variación)
Esto demuestra que no sólo existe una gran
variabilidad entre cada grupo dentro de un
laboratorio, pero también hay una gran variabilidad de
un laboratorio a otro. La variabilidad dentro de un
laboratorio determinado es más baja para el método
de sujeción T839, lo que indica que usted tendrá
menos error y una desviación estándar más baja
dentro de cada grupo de prueba cuando se utiliza
este método.
Resultados diferentes del laboratorio de su
cliente?
Un factor que a menudo se pasa por alto es la gran
variabilidad de la prueba entre un laboratorio y otro.
Sus resultados probablemente no coincidan con otros
laboratorios, por esto hay que incorporar un mayor
margen de seguridad en sus cajas.
La ecuación de McKee fue desarrollada utilizando el
método de inmersión en cera (T811). Hoy en día,
muchos laboratorios han cambiado al método de
sujeción (T839) para reducir su variabilidad. Con el
cambio en los papeles en los 40 años desde que
la fórmula de McKee fue derivada, hay un nuevo
dilema: aun es precisa la ecuación o es necesario
actualizarla para dar cabida a mejores valores de
ECT con los mismos cartones?
Fabricar para un promedio, un
promedio mínimo, o un mínimo?
Las Fábricas de caja también deben educar a sus
clientes sobre las variaciones naturales en los
papeles y no asumir que los resultados promedio de
compresión de caja siempre van a ofrecer el nivel de
resistencia necesario para una caja determinada. El
usuario final tiene que entender la diferencia entre
valores de compresión promedio, valores promedio
mínimos, y valores mínimos.
Los estudios originales de McKee mostraron una
variación natural en las materias primas y el proceso
de un ± 17% en la resistencia a la compresión. Si un
cliente requiere una caja con 1.200 libras de
compresión, algunas de las muestras de prueba
tendrán valores tan bajas como 996 lb. Si la
especificación de 1200 lb. es el requisito mínimo
para la caja, puede ser necesario mejorar los
papeles (con un costo adicional) para cumplir con el
promedio mínimo. La nueva especificación deberá
ser de 1446 lb. para compensar por esas cajas que
se encuentran por debajo de la media.