Les lois de la nature

Deux des propriétés physiques fondamentales qui définissent un carton sont le grammage et l’épaisseur. Elles indiquent la quantité de fibres et de couchage utilisée par mètre carré de carton et l’épaisseur qui en résulte. Sur la base du grammage et de l’épaisseur, on calcule la densité ou le bouffant, qui est l’inverse de la densité et sert souvent à exprimer si le carton a une forte ou faible épaisseur pour un grammage donné. Par exemple, faible densité = fort bouffant = forte épaisseur.

La plupart des différences d’aspect et de performances résultent des types et quantités de pâtes utilisées. Dans chaque type de carton, on trouve un éventail de propriétés déterminées par la composition exacte des fibres, la composition de la pâte, l’application de couche et la méthode de fabrication. À l’intérieur de certaines limites dictées par la nature, le fabricant de carton peut obtenir diverses combinaisons. Leurs traits principaux découleront de leur épaisseur, leur grammage et leur densité.

Avec une quantité donnée de fibres et de couchage, le grammage est fixé. Sur cette base, le fabricant de carton essaie d’optimiser la rigidité tout en maintenant la résistance de la feuille. Pour un même grammage, l’optimisation de la résistance par l’ajout de pâte chimi-que entraînera une augmentation de densité et une perte d’épaisseur. Quand on optimise la rigidité, l’épaisseur ou le bouffant jouent un rôle important, ainsi que les propriétés de résistance des jets extérieurs dans une construction multijet. Le couchage et le calandrage diminuent l’épaisseur, mais favorisent l’aptitude à l’impression et à la finition. Une grande quantité de couchage limite également la quantité de fibres dans un grammage donné, ce qui réduit la résistance ou la rigidité selon le type de fibres éliminées pour compenser le poids.

Les propriétés de résistance sont souvent décrites et examinées en rapport avec la densité, et les propriétés de rigidité en rapport avec l’épaisseur, comme dans le chapitre qui suit.

Propriétés mesurables

Grammage (ISO 536)
Le grammage est le poids du carton par unité de surface en g/m².

Méthode d’essai et matériel
Lors de la fabrication, le grammage est mesuré en continu sur la machine, et sa mesure est directement reliée au contrôle de l’humidité et du débit de pâte. En laboratoire, on procède à des tests réguliers pour vérifier l’étalonnage des instruments de mesure en continu. Ces tests consistent à peser sous atmosphère contrôlée des feuilles de carton de dimensions données.

Grammage (produits à enduction plastique)
Le poids de l’enduction plastique est le poids par unité de surface, normalement en g/m².

Méthode d’essai et matériel
Pendant la fabrication, on mesure en permanence le grammage sur la machine par des capteurs à infrarouges. Pour l’étalonnage et autres tests, on utilise une méthode gravimétrique, dont le principe est le suivant:
1. On découpe un échantillon de surface donnée (normalement à l’aide d’un emporte-pièce de 0,5 ou 1 dm²).
2. On débarrasse soigneusement le film plastique de toutes les fibres présentes en plongeant l’échantillon dans une solution de NaOH.
3. On le sèche et on le place sur une balance (précision minimale : 0,001 g).
4. Par calcul, on exprime le résultat en g/m²

Propriétés déterminantes

Le grammage se contrôle par le débit de pâte dans les caisses de tête (unités de distribution des fibres) de la machine à carton. Puisque le grammage varie avec la quantité de fibres et d’humidité dans le carton, ces deux éléments jouent un rôle important dans la régularité et l’uniformité des propriétés du carton. On entend par ‘régularité’ le maintien à un faible niveau de la variation dans le temps de la qualité de fabrication et par ‘uniformité’ le maintien à un faible niveau de la variation de qualité dans la laize.

Propriétés mesurables

Épaisseur (ISO 534)
L’épaisseur est la distance en micromètres entre deux capteurs de mesure parallèles se déplaçant sur toute une étendue spécifiée de chaque côté de la feuille.

Méthode d’essai et matériel
Comme pour le grammage, l’épaisseur est contrôlée en continu sur la machine à carton. Des tests sont également effectués en laboratoire pour vérifier l’épaisseur de l’échantillon et vérifier l’étalonnage de l’équipement de mesure.

Densité

La densité est une valeur représentative de la compacité du carton. La densité en kg/m3 est le rapport entre le grammage et l’épaisseur. La densité étant inversement proportionnelle à l’épaisseur, une augmentation d’épaisseur à grammage constant diminue la densité.

Propriétés mesurables

Densité (ISO 534)

L’indice de bouffant est l’inverse de la densité et s’exprime en cm3/g.

Méthode d’essai et matériel
Cette propriété se calcule à partir des mesures de grammage et d’épaisseur.

Propriétés déterminantes

Cliquez pour agrandir.

Le facteur décisif de la densité est le type de fibres utilisé. Les fibres obtenues par réduction mécanique produisent un carton de densité plus faible que celles obtenues par réduction chimique. La formation multijet permet aussi de diminuer la densité pendant le processus de formation. Le traitement des fibres et leur mélange permet d’obtenir la densité optimale.

Le lissé de surface et la rigidité sont des propriétés antagonistes, car un fort calandrage, favorable au lissé, diminue l’épaisseur et augmente du même coup la densité en diminuant donc la rigidité.

Pour une même catégorie de carton et à densité constante, l’épaisseur augmente avec le grammage. Les fibres obtenues par réduction mécanique donnent normalement un carton plus épais que celles obtenues par réduction chimique. La formation multijet donne des cartons plus épais que la formation simple jet. Un calandrage accentué diminue l’épaisseur mais améliore le lissé.

Corrélations essentielles

Le carton destiné aux applications graphiques ou d’emballage est confronté à des exigences qui portent tant sur son aspect que sur son comportement. Le type et la quantité de fibres, ainsi que la technique de fabrication, sont autant de variables qui multiplient les possibilités. Le nombre des combinaisons exploitables est toutefois limité par les contraintes qu’imposent les lois de la nature. La présente section présente quelques-uns des facteurs déterminants et leur influence respective. Elle met en lumière certaines corrélations essentielles et devrait faciliter la question délicate du choix du carton.
Pour décrire les propriétés d’aspect et de performance du carton, on utilise notamment les termes suivants:
• blancheur, lissé et brillance
• composition chimique et pureté
• élasticité, résistance et densité.

Cliquez pour agrandir.

Propriétés des fibres et du carton

La plupart de ces propriétés dépendent directement ou indirectement du type et des caractéristiques de la matière première, en l’occurrence les fibres.

Il existe deux grandes catégories de fibres, à l’aide desquelles on fabrique toutes les qualités de carton : celles obtenues par réduction mécanique du bois, d’une part, celles obtenues par réduction chimique, de l’autre. Les grandes différences entre les propriétés des fibres (ou pâtes comme on dit dans l’industrie) s’expliquent par les traitements très divers qu’elles peuvent subir.

L’illustration ci-dessous résume quelques propriétés essentielles des fibres et du carton. Pour répondre aux exigences d’aspect et de comportement, tous les cartons doivent présenter un certain degré de blancheur et de résistance.

Les types de pâte les plus courants permettent les combinaisons illustrées en page précédente. En incorporant en une structure multijet des fibres mécaniques et des fibres chimiques, le fabricant de carton peut optimiser la consommation de matières premières et adapter les propriétés du carton aux exigences de l’utilisation finale. La situation est toutefois plus complexe, car certaines exigences sont totalement contradictoires. Par exemple, trouver à la fois résistance maximale et rigidité maximale dans la même composition de fibres.

Les fibres réduites chimiquement sont solides et souples. Elles présentent une excellente cohésion ; on en fait des produits denses, résistants, aux formes nettes. Les fibres mécaniques possèdent des caractéristiques tout à fait opposées. Elles donnent naissance à des produits épais et peu résistants, mais très rigides. En raison de l’importance de la rigidité et de la résistance, le fabricant doit rechercher des compromis. Il traite et mélange donc les fibres en recourant à une technique multijet. Les quatre illustrations montrent quelques combinaisons de propriétés physiques pour des feuilles mono jet.

La technique multijet permet d’obtenir la rigidité optimale et l’aspect extérieur et les propriétés de surface souhaités, tout en consommant un minimum de fibres. Avec le carton intérieur bois, on arrive à ce résultat en plaçant au centre les jets de pâte mécanique à haut pouvoir bouffant et, à l’extérieur, les jets de pâte chimique dense, résistante et lisse. On améliore l’aspect par un couchage pigmenté. Même en cas d’utilisation de pâte chimique à 100%, les jets subissent un traitement différent pour tirer le meilleur parti de la technique multijet.

À composition de fibre et structure identiques, la rigidité est largement dépendante de l’épaisseur du carton. Théoriquement, la rigidité est proportionnelle au cube de l’épaisseur. La résistance est normalement proportionnelle au poids (grammage).

Cliquez pour agrandir.

 

Les différents types de carton et leurs propriétés

Les pâtes les plus couramment employées pour le carton sont celles obtenues à partir de fibres vierges de bois réduit mécaniquement et chimiquement et celles provenant de fibres recyclées. En raison de leurs caractéristiques différentes, ces pâtes s’emploient pour quatre types de carton distincts:
• pâtes chimiques blanchies – carton homogène blanchi (SBB)
• pâtes chimiques non blanchies – carton homogène non blanchi (SUB)
• prédominance de pâtes mécaniques – carton intérieur bois (FBB)
• prédominance de pâtes recyclées – carton intérieur gris (WLC).

En matière d’aspect et de propriétés physiques, les différences essentielles découlent du choix des pâtes et des quantités utilisées. Pour un type de carton donné, les propriétés seront influencées par la composition précise des fibres et le procédé de fabrication. Dans les limites fixées par la nature, le fabricant de carton peut obtenir un grand nombre de combinaisons. Dans chaque cas, il est important de confronter l’aspect et la performance recherchés aux caractéristiques spécifiques du carton. En effet, l’expérience et les résultats des tests portant sur différentes qualités de fibres ont révélé certaines différences persistantes entre divers types de fibres. Si ces différences peuvent être amplifiées ou atténuées, elles ne peuvent pas varier au-delà des limites fixées par le type et la quantité de fibres, la composition des jets et les conditions de fabrication.

Rigidité – Résistance – Aspect

La rigidité et la résistance sont deux propriétés fondamentales. Elles exercent une influence prépondérante sur le comportement mécanique du carton, non seulement en matière de protection mais aussi de forme et d’aspect.

Les lois de la nature interdisent l’optimisation simultanée de la résistance et la rigidité. Il s’agit de trouver le meilleur compromis pour chaque application.

Types de fibres

Les propriétés du carton dépendent largement des types et de la quantité de fibres utilisés et, plus spécifiquement pour la rigidité, du nombre de jets composant le carton. La rigidité est la propriété la plus dépendante de la composition des fibres et de la constitution des jets.

Les deux principaux types de fibres entrant dans la composition du carton ont été réduits mécaniquement ou chimiquement. Comme le bois subit dans ces procédés des traitements différents, les propriétés des cartons obtenus par l’une ou l’autre pâte seront très différentes, elles aussi.

Les fibres recyclées proviennent également de ces deux sources – fibres mécaniques et fibres chimiques. Au fil des recyclages, les fibres deviennent contaminées et s’usent (leur résistance diminue). Suivant l’utilisation qui en est faite, le nombre maximal des cycles possible est théoriquement de 7 à 8 mais dans nombre de cas il se limite à entre 2 et 4 selon la méthode de première fabrication de la pâte, etc. Il s’ensuit qu’il faut toujours des fibres vierges pour maintenir la qualité des produits recyclés. Les illustrations suivantes présentent des valeurs typiques pour différents types de fibres.

Cliquez pour agrandir.

Contact

Iggesund Paperboard
825 80 Iggesund
Sweden

+46 650 - 280 00
info@iggesund.com

Connect with Iggesund

  • Holmen.com
  • Cookies
  • MyPages
  • Imprimer

© Iggesund 2016