La machinabilité et l'efficacité

Une bonne machinabilité repose sur les différents facteurs qui vous permettent d’effectuer le travail avec efficacité dans la presse et le matériel de finition, avec peu d'arrêts machine et peu de déchets. Le carton multijet présente de nombreux avantages pour obtenir des opérations d'impression et de finition rentables, et une image de grande qualité sur les produits finis. La base principale, pour la transformation efficace du carton, est un produit qui se comporte de manière uniforme pendant la transformation, à l’impression comme en finition. Cette uniformité rend le produit prévisible, ce qui signifie souvent un délai de mise en route plus court. Cette fiabilité aidera aussi à maintenir les taux de production attendus lot après lot et année après année.

 

L'alimentation et le roulage

La rapidité de réglage de la marge et l'aptitude au roulage du support sont des facteurs qui affectent la rentabilité d'un travail d'impression ou de transformation. Les facteurs principaux liés au carton sont la planéité des feuilles, la stabilité dimensionnelle et l'absence de poussière.

Une alimentation efficace

Attraction électrostatique.

Surface rugueuse favorisant
l'enclenchement mécanique
et la friction.

Surface lisse avec des charges
locales dues à une attraction chimique.
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Les propriétés du carton qui affectent principalement l'uniformité de l'alimentation d’une palette ou d’une bobine à l’autre sont la friction, l'uniformité de l'épaisseur et la planéité du carton (cette dernière caractéristique sera l'objet de la section suivante). La friction découle de plusieurs sources différentes, mais les facteurs principaux sont la chimie de surface et la topographie de surface.

Les feuilles risquent de coller les unes aux autres par attraction électrostatique. Ceci s'applique surtout au papier, qui est plus fin, mais peut arriver au carton de faible grammage. La meilleure manière d'éviter l'accumulation de charges électrostatiques est de ne pas laisser le carton se désécher.

Si la surface est un peu rugueuse, il risque de se produire un enclenchement mécanique entre les feuilles, ce qui obstruerait l'alimentation. Au contraire, une surface trop lisse pourra créer une zone de contact plus large entre les feuilles, qui pourrait augmenter l'enclenchement causé par la chimie de surface. On peut comparer cet effet à la force qui rend difficile de séparer deux plaques de verre collées l'une sur l'autre.

L'uniformité de l'épaisseur est importante pour plusieurs opérations. Lors de l’alimentaion du carton dans une presse ou une machine de finition, la fonction de détection de double feuille peut se déclencher si des variations d'épaisseur trop importantes sont présentes. La machine s'arrêtera et causera une perte d'efficacité. Dans une opération de piqûre à cheval, une grande variation d'épaisseur d'une couverture en carton épais peut, quand on utilise un papier d'encart très fin, déclencher également la fonction qui assure le nombre correct de pages assemblées. L'épaisseur peut aussi influencer la qualité d'impression, car une réduction soudaine d'épaisseur peut minimiser la pression de contact entre le cylindre d'impression et le support. Ceci entraînera des variations de qualité d'impression et des pertes d'efficacité et de qualité.

Des feuilles planes

La planéité de la feuille affecte la vitesse de la presse et parfois la qualité d'impression. Les irrégularités de planéité sont décrites en termes de vrillage ou tuilage. Ces deux caractéristiques provoquent des difficultés d'alimentation et de roulage de la presse ou de la machine de finition. La meilleure manière d'éviter le vrillage et le tuilage est de maintenir le taux d'humidité d'origine du carton (voir le chapitre « Manutention »).

La planéité est une propriété cruciale du carton qui affecte l'efficacité des opérations de toute la chaîne de transformation. Au cours du processus de fabrication du carton, la maîtrise du vrillage et du tuilage est une opération très complexe. Elle commence par la formation de la structure multijet, jusqu’à la fin de la machine à carton, où les facteurs suivants contribuent à minimiser les contraintes intégrées à la feuille :

  • la composition en fibres des différents jets de la construction multijet
  • l'orientation des fibres
  • le taux de petites particules (« fines »)
  • l'extraction contrôlée de l'eau et le remouillage
  • la tension de bande dans la partie séchage de la machine à carton.

L'optimisation de ces facteurs permettra de produire une feuille plane et minimisera le risque de tensions inégales causées par des changements hygrodimensionnels (relatifs à l'humidité) qui se produiraient plus tard au cours des processus d'impression ou de finition, responsables de la déformation de la feuille.

La stabilité dimensionnelle

Pour une production à opérations multiples (ou même dans l'impression polychrome), il est important d'utiliser un support doté d'une excellente stabilité dimensionnelle. Le support est exposé à de nombreuses forces différentes qui peuvent causer des contraintes à sa structure, à tel point que la feuille change de dimensions. Ces forces peuvent découler d'une hygro-expansion due à une exposition à l'humidité ou de contraintes mécaniques imposées à la feuille durant l'impression ou les opérations de finition. Différents types de carton sont plus ou moins sensibles aux changements d'humidité ou aux contraintes mécaniques.

Un support sans poussière

Pour assurer le fonctionnement optimal de la presse ou des opérations de finition, il vous faut un support libre de poussière et de débris fibreux. On minimise la poussière et les débris (venant principalement des bords de la feuille) en contrôlant le processus de fabrication de la pâte et en optimisant la rétention des plus petites fibres.

  • La propreté des bords dépend en grande partie de l'aptitude des fibres à adhérer les unes aux autres. Les fibres venant de pâte chimique sont souples et s'entrelacent facilement avec les autres fibres pour former un réseau résistant. Dans le cas de la pâte mécanique, le processus de raffinage joue un rôle essentiel dans l'augmentation des capacités d'adhérence du réseau de fibres en fournissant de plus grandes zones de contact entre les différentes fibres. Un réglage très précis de ce processus garantira la bonne cohésion du réseau.
  • Avec l'aide de produits chimiques de rétention, les petites parties des fibres (« fines ») sont maintenues à l'intérieur du réseau. Ceci augmente le nombre de points de contact dans le réseau fibreux et contribue à l'adhésion des fibres les unes aux autres. La rétention des fibres est essentielle pour la pâte chimique comme pour la pâte mécanique.

 

Pour obtenir un roulage sans interruption sur la presse ou lors des opérations de finition, il vous faut un substrat libre de poussière et de débris fibreux.

L'application de l'encre

Les propriétés du carton qui sont importantes pour assurer une bonne application de l'encre sont une bonne résistance de surface et une bonne cohésion interne des jets fibreux.

Bonne résistance de surface

En impression offset, les encres ont un très fort tirant. Pour résister aux forces présentes dans la zone d’impression et éviter l'arrachage de la couche, celle-ci doit être bien accrochée à la surface du carton. Une bonne adhérence de la couche sera favorisée par les propriétés suivantes du carton :

  • Pour fournir une bonne adhérence au couchage, les fibres de surface doivent bien adhérer les unes aux autres. Si les fibres ne sont pas suffisamment collées, la couche risque de se détacher, en emportant des fibres en même temps (c'est ce qu'on appelle l'arrachage de couche). La bonne adhérence entre les fibres est favorisée par une bonne rétention des fines.
  • Un encollage de surface uniforme contribue également à créer une base résistante pour le couchage, sinon, certaines zones fragiles risquent de rompre lors de l'impression. 
  • Une bonne adhérence interne du couchage est un facteur crucial. Cela ne dépend pas simplement de la sauce de couchage, mais aussi de possibles interactions avec le support de base. Des variations de porosité de surface risquent de causer la migration du liant à l'intérieur de la couche et par conséquent d’entraîner des variations de résistance interne.

Une pénétration non uniforme de l'encollage
de surface entraînera la formation de zones
fragiles.

Une variation locale dans la distribution des
composants de la couche peut être due à des
variations dans la porosité de surface, soit
indirectement du fait de la densité du carton
soit directement en raison d'une distribution
inégale de l'encollage de surface.
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Une bonne cohésion interne

Une bonne cohésion interne est principalement nécessaire à l'impression offset, car les encres poisseuses imposent des contraintes élevées au support. Il s’agit d’une combinaison de traction et de cisaillement à la sortie de la zone d'impression, pouvant provoquer un délaminage. À la différence de l'arrachage de couche, qui peut se produire dans l'interface entre le couchage et les fibres, le délaminage se produit à l'intérieur de la structure du carton, soit à l'intérieur d'un jet fibreux, soit entre différents jets, souvent proche de la surface.

Le délaminage est très préjudiciable en cours d'impression, et la cohésion interne doit donc être suffisamment élevée pour éviter ce problème. Toutefois, un délaminage est nécessaire pour les opérations de rainage, pliage et gaufrage, et la cohésion interne ne doit donc pas être trop forte. Les propriétés du carton doivent donc être bien équilibrées.

Une bonne cohésion interne repose sur la formation d'un réseau élastique résistant à l'intérieur du support. Ceci est influencé par les caractéristiques des fibres et la formation de la feuille. L'emploi de fibres dotées de résistance, de rigidité, de forme et d'aptitude à la liaison différentes affecte la résistance du réseau fibreux final. Pour produire un réseau fibreux doté de la résistance voulue, il est impératif d'utiliser des fibres vierges et de maîtriser la formation de la feuille sur la machine à carton.

 

Une structure fibreuse plus dense favorise
la résistance. Cliquez pour agrandir.

Un « basculement » rapide

Pour obtenir une bonne vitesse d'impression et une bonne rentabilité, il est important de pouvoir retourner la feuille et imprimer le verso aussitôt que possible après le premier passage. Le facteur le plus important pour pouvoir imprimer le verso rapidement est le séchage de l'encre. Trop d'encre ou un mauvais pH dans l'eau de mouillage risquent de réduire la vitesse de séchage.

Différents types d'encre étant conçus pour sécher de manières différentes, le processus de séchage est influencé par diverses propriétés de surface du support. Il est donc crucial d'adapter soigneusement l'encre aux propriétés d'absorption du carton. Avec l'encre offset pour les surfaces couchées, l'encre doit se fixer assez vite pour permettre le processus de séchage. Les pores plus petits du couchage absorbent plus rapidement la partie à faible viscosité des huiles de l'encre, et le volume total des pores affecte la vitesse de prise e'encre.

Phases de séchage de l'encre. L'absorption
du véhicule permet l'oxydation.

Les encres modernes prennent et sèchent
souvent par une combinaison d'absorption
et d'évaporation.
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Pas de maculage

La rapidité de la prise et du séchage de l'encre est cruciale pour minimiser le risque de maculage. Les propriétés d'absorption requises correspondent à celles qui ont été mentionnées plus haut. Les autres propriétés du carton qui influencent le maculage sont le lissé de la surface et la faible densité.

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  • Le lissé de surface dépend des caractéristiques du recto et du verso du carton. Avec une surface rugueuse, seul un maculage des « pics » de la topographie de surface peut se produire. Avec une surface très lisse, au contraire, la large zone de contact entre les feuilles peut augmenter le risque de maculage. Il est donc extrêmement important d'adapter le type d'encre au lissé du carton.
  • Un support de haute densité, tel qu’un papier épais sans bois, exercera une pression plus élevée sur les feuilles inférieures de la pile de réception qu'un carton très bouffant. Avec une même hauteur de pile en sortie de presse, un support bouffant tel que le carton diminue le risque de maculage.

 

La machinabilité en générale

En plus des facteurs examinés ci-dessus (planéité, stabilité dimensionnelle, absence de poussière), une bonne machinabilité lors des opérations de finition dépend principalement d'une bonne résistance au frottement et à l'absence de poudrage.

Une bonne résistance au frottement

Il est essentiel que l'encre ou le film de vernis soit durable et survive aux opérations de finition et de manutention du produit fini. Les facteurs qui influencent la résistance au frottement sont le type d'encre et l'abrasivité de surface.

  • La meilleure façon d'obtenir une bonne résistance au frottement est de choisir une encre dotée d'une teneur en cire un peu plus élevée. Là aussi, il est très important d'adapter le type d'encre aux propriétés d'absorption de la surface du support. 
  • Une surface lisse favorise la résistance au frottement, car elle a moins de pics dans sa topographie, ce qui contribue à éviter la perte d'encre ou de vernis dans les opérations de finition. L'abrasivité de la surface est également influencée par la formulation et le choix des pigments du couchage.

Pas d'effacement par frottement

Les pigments des encres doivent bien adhérer à la surface et ne pas se détacher lors des opérations de finition. Là encore, ceci nécessite d'adapter soigneusement le type d'encre aux propriétés d'absorption du support. La surface ne doit pas absorber le liant de l'encre, ce qui diminuerait l'adhérence des pigments. Ceci risque de se produire avec un support qui absorbe trop d'encre, ou trop vite – on maîtrise principalement ce problème par la taille des pores du couchage et leur volume total.

 

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