La transformation du carton

Le carton compact offre le même potentiel d’excellence dans la reproduction d’images que les plus beaux papiers - et bien plus encore. Il offre autant de possibilités de formes créatives complexes que les autres matériaux d’emballage. Cependant, les exigences imposées lors des divers procédés de transformation se sont fait ressentir avec l’accélération des vitesses d’impression et de finition. Le niveau de tolérance des impuretés ou légers défauts de qualité du produit fini a sensiblement diminué du fait des exigences du consommateur et de l’utilisation de matériel moderne de contrôle de la qualité dans les diverses machines de finition.

La productivité est l’aptitude du matériau et du procédé à répondre aux objectifs attendus ; elle est difficile à définir quantitativement puisque les attentes varient d'une entreprise à l'autre. Le même carton, passant dans le même type de machine, mais pour une utilisation finale différente, peut donner un résultat plus ou moins bon en terme de productivité. Il existe maintes façons de mesurer la productivité, par le biais de chiffres absolus ou relatifs, et pour toute une usine ou une machine en particulier:
• nombres d’heures-homme par feuille transformée.
• efficacité générale de l’équipement, utilisation de la capacité.
• nombre de « bonnes » feuilles transformées par heure-homme.
• taux de gâche.

Le matériau et ses propriétés affectent tous les paramètres ci-dessus : le carton doit supporter des contraintes mécaniques élevées dues aux plus grandes vitesses de transformation et répondre à des exigences précises en matière d’interactivité encre-surface. Ses propriétés doivent aussi être assez régulières pour permettre un traitement sans interruption au cours des opérations de conditionnement.

Les exigences promotionnelles croissantes qui s’appliquent à la conception graphique et l’utilisation d’effets de surface hors impression créent à l’intention du consommateur ou de l’utilisateur du produit des formes innovatrices et des expériences multisensorielles.

Les concepteurs et les transformateurs doivent impérativement connaître les liens entre les propriétés du carton et l’efficacité de la transformation : la conception finale du produit et le choix du carton auront des conséquences sur des propriétés cruciales de transformation comme l’imprimabilité, la planéité et les propriétés de rainage ou pliage. Si l’on examine tous les paramètres, on peut probablement affirmer que la régularité de comportement du carton est capitale pour obtenir un haut rendement. Les presses à imprimer et les machines de conditionnement acceptent toute une gamme de types de carton à des niveaux raisonnables de productivité. Si toutefois leur vitesse et leur complexité augmentent, la tolérance d’irrégularités dans les paramètres critiques diminuera. Ces paramètres critiques où la régularité est impérative pour une haute productivité comprennent:
• l’interaction encre-surface, pour que le séchage de l’encre et la prise de la colle soient uniformes.
• la stabilité dimensionnelle pour obtenir un repérage correct et une découpe précise.
• la planéité pour assurer l’efficacité de l’alimentation et l’alignement des joints de colle.
• la netteté des bords et surfaces pour éviter toute interruption inutile à des fins de nettoyage.
• Un pliage correct pour une mise en volume rapide des étuis avec un bon alignement des joints de colle pour des géométries précises, permettant un conditionnement à haute vitesse.

Les sections suivantes traitent des caractéristiques qui assureront une production de qualité sans problème pour les processus les plus courants.

 

 

Une excellente qualité d'impression

Le carton destiné aux applications graphiques doit assurer une excellente qualité d'impression. Il doit pour cela satisfaire à des exigences strictes en matière d'aspect et de performances au cours du processus d'impression. L'aptitude du carton à répondre à ces conditions est appelée « imprimabilité ». Dans l'ensemble, une excellente qualité d'impression se caractérise par l'uniformité de l'impression, le brillant de l'encre et une reproduction exacte des couleurs.

L'uniformité de l'impression

Pour obtenir une bonne impression, en aplat comme en quadri, il est essentiel que le transfert et la prise de l'encre soient adéquats.

Un bon transfert de l’encre de la plaque d’impression au carton est primordial. L'uniformité de la tension de surface assure un mouillage suffisant par l'encre. Ceci est particulièrement important dans les applications flexo, l'impression numérique (encre liquide), ou l’impression sur des surfaces de plastique extrudé ou d’autres surfaces enduites avant l'impression.

Une bonne prise d'encre est importante quel que soit le processus d'impression. On l'obtient en assurant une absorption uniforme d'huile et/ou d'eau (selon le véhicule de l’encre utilisé). Pour les encres à base d'huile, en offset conventionnel, l'absorption de l'eau et de l'huile est nécessaire, car le transfert de l'encre risque d'être obstrué par la présence d'eau de mouillage à la surface du substrat. En offset, les irrégularités de prise d'encre peuvent causer un moutonnage ou un défaut de superposition.

Pour obtenir l'uniformité du transfert et de la prise d'encre, il est important que le carton soit enduit d'un couchage d'épaisseur régulière - ceci est particulièrement important pour le couchage à lame - et avec un haut degré d’uniformité. Une surface de base irrégulière avant le couchage cause des variations locales d’épaisseur de couche qui entraînent à leur tour des variations de calandrage et de lustrage. La bonne surveillance de l'opération de couchage au cours du processus de fabrication du carton contribue à l’obtention de bons résultats d'impression en assurant l'uniformité du poids de la couche et la maîtrise de sa composition.

Le haut brillant de l'encre

Une eau de mouillage non émulsifiée ou non
absorbée peut obstruer le transfert d’encre
sur les surfaces imprimées ou non imprimées.
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Le haut brillant de l'encre caractérise un film d'encre très plat, égalisé. Ceci s'applique à tous les films d'encre et ne doit pas être confondu avec les « encres à brillant élevé ». Il est essentiel d’avoir un couchage aux propriétés d’absorption uniformes. Le film d'encre sera mieux égalisé si la surface du carton est bien lisse, car le processus d'égalisation sera plus rapide et plus facile. Un film d'encre épais peut remplir les cavités de la surface du carton, ce qui signifie que plus ce film est épais, plus l'encre produira une surface lisse. C'est pour cette raison que les films d'encre épais de sérigraphie donnent souvent un haut brillant.

Un bon moullage entraîne une bonne adhérence
et prise de l'encre.

Zones de carton et de couche compressées
induisant localement des variations de densité.
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La clé d’un haut brillant tient souvent au temps qu’on laisse au film d’encre pour s’aplanir avant de se fixer. Pour cela, il faut permettre à l’encre de rester humide un peu plus longtemps. On doit pourtant noter qu’une bonne prise d’encre demande une absorption rapide et par conséquent le niveau de brillant obtenu est dans une certaine mesure limité par la nécessité de la prise d’encre. La composition du couchage du carton est le facteur principal qui affecte la vitesse de séchage de l’encre. Un couchage à gros pores absorbe l’encre plus lentement, lui donnant plus de temps pour bien s’égaliser.

La reproduction exacte des couleurs

Les facteurs qui ont le plus d'impact sur la reproduction exacte des couleurs sont la densité de l'encre, le contrôle de l'engraissement des points de trame (mécanique et optique) et l'amplitude de la gamme des couleurs qu'il est possible d'obtenir avec un ensemble donné d'encres.
• La densité de l'encre résulte directement de la quantité de pigments transférés à la surface du carton. Dans certains cas, le résultat dépend de l'absorption d'huile et d'eau par le couchage. Trop d'humidité à la surface du carton risque d'entraîner un mauvais transfert d'encre pour une encre à base d'huile (appelé « refus d'encre »). Cette humidité peut être due à la condensation de l'eau sur une palette froide, ou un excès d'eau de mouillage venant d'une unité d'impression précédente en polychromie, ou encore un excès d'eau de mouillage insuffisamment émulsifiée avec l'encre.
• Il existe deux sortes d'engraissement des points : mécanique et optique. En impression offset, la plus grande partie de l'engraissement mécanique des points se produit avant que l'encre n’arrive sur le carton. Il est donc rarement nécessaire de considérer la surface du carton comme un facteur. Par contre, dans les applications flexo ou l'impression numérique (encre liquide), la tension de surface et la perméabilité du carton peuvent induire un étalement plus ou moins important de l’encre à la surface ou à l'intérieur du support.

Un film d’encre bien égalisé donne un brillant
spéculaire uniforme qui augmente le degré de
brillant de la surface.



Réflexion et absorption de la lumière idéales
sur une surface imprimée.

Engraissement des points par l’étalement
dans le couchage.

Concept d’engraissement optique des points,
où la quantité de lumière est diminuée par
diffusion et absorption par rapport à la
réflexion idéale.
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• L'engraissement optique des points est influencé par l'absorption de la lumière de la couche et du carton, et par leurs propriétés de diffusion de la lumière. On considère qu'une surface bien lisse a un effet positif sur l'engraissement optique des points, mais cela n’a pas été démontré de manière concluante.
• La gamme de couleurs reproductibles dépend principalement de la qualité de l'encre, de l'épaisseur de la couche d'encre et de la densité d'encre obtenue. D'autres facteurs qui affectent la gamme de couleurs sont le brillant de l'encre et la blancheur de la surface du carton. Pour les couleurs secondaires et tertiaires, les propriétés d'accroche de l'encre sont cruciales. Une accroche bien nette permettra la reproduction d'une plus grande gamme de couleurs. Il est essentiel que la plus grande quantité possible des deuxième et troisième couches d'encre soit transférée uniformément au-dessus de la première encre, sans irrégularité de densité. Les propriétés de prise et de tirant des diverses couches d’encres s'influencent mutuellement ; pour cette raison, la séquence des couleurs peut être importante.

La machinabilité et l'efficacité

Une bonne machinabilité repose sur les différents facteurs qui permettent un travail efficace dans la presse et le matériel de finition, avec peu d'arrêts machine et peu de déchets. Le carton multijet présente de nombreux avantages en matière de rentabilité des opérations d'impression et de finition, ainsi qu’en terme de qualité globale des produits finis. L’essentiel, pour la transformation efficace du carton, tient à ce que le produit se comporte de manière uniforme pendant la transformation, à l’impression comme en finition. Cette uniformité rend le produit prévisible, ce qui réduit souvent le délai de mise en route. 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 du travail d'impression ou de transformation. Les facteurs principaux liés au carton sont l’efficacité de l’alimentation, la planéité des feuilles, la stabilité dimensionnelle et l'absence de poussière.

Une alimentation efficace

Les propriétés du carton qui affectent principalement la régularité de l'alimentation, d’une palette ou d’une bobine à l’autre, sont la friction, l'uniformité de l'épaisseur et la forme/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 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 dessécher. Si la surface est un peu trop rugueuse, il risque de se produire un enclenchement mécanique entre les feuilles, ce qui obstruerait l'alimentation. Au contraire, une surface trop lisse créerait une zone de contact plus large entre les feuilles, qui augmenterait 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 placées l'une sur l'autre.

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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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 ca-ractéristiques provoquent des difficultés d'alimentation et de roulage de la presse ou des équipements de finition. La meilleure manière d'éviter le vrillage et le tuilage est de maintenir le taux d'humidité d'origine du carton.

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, où les facteurs suivants contribuent à minimiser les contraintes intégrées à la feuille:

• la composition fibreuse 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
• le séchage contrôlé de la bande
• 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 qui se produiraient plus tard au cours des processus d'impression ou de finition, et qui seraient 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 l’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 climatiques.

Un support sans poussière

Pour assurer le fonctionnement optimal de la presse ou des opérations de finition, il 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 tranches 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 de la feuille, ce qui 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.

L'application de l'encre

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

Une 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. L’uniformité de l’encollage de surface contribue également à créer une base résistante pour le couchage, sinon certaines zones fragiles risquent de rompre lors de l'impression.
• La 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 surtout 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 près de la surface.

Le délaminage est très préjudiciable en cours d'impression, et la cohésion interne doit donc être suf-fisamment résistante 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, influencé par les caractéristiques des fibres et la formation de la feuille. L'emploi de fibres présentant des différences de résistance, de rigidité, de forme et d'aptitude à la liaison 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.

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 d'encre.

Une structure fibreuse plus dense favorise la
résistande.

Les encres modernes prennent et sèchent
souvent par une combinaion 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.
 • 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 graphique diminue le risque de maculage.

 

Tirez le meilleur parti des options de finition

Le carton graphique est un matériau de base accommodant. On s'en rend particulièrement compte lors des opérations de finition. Sous sa surface lisse, résistante et blanche, on trouve toute la force nécessaire à l’exécution des travaux les plus exigeants. Qu'il s'agisse d’utiliser un simple vernis pour faire ressortir la présentation graphique ou de produire les modèles les plus élaborés à l’aide d’opérations multiples, l'excellence des résultats est assurée.

La machinabilité en général

En plus des facteurs examinés ci-dessus dans la section Alimentation et roulage, une bonne machinabilité lors des opérations de finition dépend principalement d'une bonne résistance au frottement et de 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. Il semble que l'abrasivité de la surface soit 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.

Phases de séchage de l'encre. L'absorption du
véhicule permet l'oxydation.
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Toute une gamme d’options de finition

La construction multijet et les caractéristiques de surface des cartons permettent toute une gamme d'options de finition. Ces techniques très diverses et leur influence sur la machinabilité seront traitées dans ce chapitre. En général, les caractéristiques suivantes du carton permettront à l’imprimeur de tirer le meilleur parti des options de finition:
• la résistance et la ténacité se mesurent en termes de résistance à la traction, résistance au déchirement, résistance au délaminage et résistance à la compression. Ces propriétés sont cruciales pour concevoir des modèles élaborés, avec du gaufrage et des formes complexes.
• l'aptitude au rainage et au pliage dépend d'une combinaison complexe de facteurs tels que la résistance à la traction, à la compression, au délaminage et à la flexion, ainsi que la planéité et la stabilité dimensionnelle. Ces facteurs sont cruciaux pour permettre au carton de supporter la déformation permanente causée par des rainures profondes et étroites et garder la forme voulue des plis.
• la planéité et la stabilité dimensionnelle sont essentielles à l’obtention d'excellents résultats dans les opérations de finition. Le choix et la composition des matières premières, associés à la maîtrise parfaite des processus industriels, aboutissent à un carton qui garde sa planéité et sa stabilité dimensionnelle au cours de toutes les opérations. Toutefois, le carton étant un matériau hygroscopique, il ne faut pas l'exposer à des conditions qui affecteraient sa teneur en humidité. Consulter la section « Mise en œuvre » pour trouver des informations qui permettront d’éviter les problèmes liés à l'humidité.

Good plybond
Good plybond is primarily applicable to offset litho printing, since the tacky inks impose a high force on the substrate. This force is a combination of pulling and shearing in the exit of the printing nip, which may cause delamination. Unlike coating picking, which may occur in the interface between the coating layer and the baseboard surface, delamination occurs within the baseboard structure, either within a ply or between different plies, often close to the surface.
Delamination is least of all desirable in the printing process, so the plybond must be sufficiently strong. However, in the creasing, folding and embossing operations delamination is necessary, so the plybond must not be too strong either. Therefore the properties of the baseboard need to be very well balanced.
Good plybond depends on the forming of a strong and elastic network inside the baseboard. This is influenced by the fibre characteristics and the formation of the sheet. The use of virgin fibres with different tensile strength, stiffness, shape and bonding abilities affects the strength of the final fibre network. The basis for producing a fibre network with the right strength is the use of virgin fibres in itself, together with controlled sheet forming on the paperboard machine.
Quick turn around and reverse side printing
To achieve high print speed and good economy it is important to be able to turn the sheet around and print the reverse side as soon as possible after the first print run. The most important factor for quick reverse side printing is ink drying. Too much ink, or the wrong pH in the fountain water may decrease the drying speed.
Since different ink types are designed to dry in different ways, the drying is influenced by various surface properties. Therefore it is vital to match the ink type carefully to

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