Различные комбинации слоёв материалов позволяют создавать множество вариантов бумажных втулок. Ещё больше вариаций можно достичь за счёт обработки поверхности: нанесения покрытий, пропиток и др. Обработка поверхности втулок может включать окунание или пропитку воском, силиконом или другими водоотталкивающими составами с целью повышения влагостойкости.

В зависимости от требований намотки внутренний или внешний диаметр втулки может быть отполирован, а заусенцы на краях удалены, чтобы обеспечить лёгкую установку втулки на оборудование и её свободное вращение.

Графика и этикетки могут наноситься на втулку как в составе производственной линии (inline), так и отдельно (offline). Для этого применяются как спиральная, так и прямая (конволютная) навивка.

Свойства и испытания бумажных гильз

Влагопоглощение и водостойкость являются важными характеристиками для многих областей применения бумажных втулок. Для оценки влагопоглощающих свойств бумаги обычно используется испытание по Коббу. Также важна размерная стабильность втулки: её устойчивость к набуханию или усадке при поглощении или отдаче влаги.

Проблемы, вызванные деформацией втулки

Усадка или разбухание могут привести к искривлению или деформации

Это особенно критично при использовании бумажных втулок в качестве сердечников, на которые наматываются рулонные материалы (бумага, плёнка, клейкая лента, фольга и т.д.), кривизна или несоосность может вызвать образование морщин, складок или разрывов полотна.

Критичность качества втулки

Опрос TAPPI показал, что 50% разрывов полотна в бумажных комбинатах были вызваны дефектами рулонов или втулок.

Если втулки не соответствуют требованиям по прямолинейности, геометрической круглости, прочности, это может привести к быстрой потере больших объёмов продукции и переработке в отход.



Рис.1. Бумажные втулки испытывают радиальные нагрузки 

Испытания и стандарты прочности

Для оценки качества втулок применяются различные механические тесты:

- CCTI T-150 – Жесткость на изгиб

Модуль изгиба (flexural modulus) и жёсткость на изгиб определяются по методике трёхточечного изгиба. Рассчитывается критическая скорость втулки при высокоскоростной печати. Прогнозирует устойчивость втулки к вибрациям и взрывам.

- CCTI-108 – Боковое сжатие (Flat/Side-to-Side Crush)

Имитирует сдавливание втулки при транспортировке рулонов. Измеряется устойчивость стенок втулки к сжатию между двумя плоскостями.

- CCTI-148 – Радиальное сжатие (Radial Crush)

Моделирует реальные нагрузки при намотке материала на втулку. Особенно важно для определения пригодности втулки под рулоны большого диаметра.


Рис. 2. Испытания на боковое и радиальное сжатие бумажных гильз 

- CCTI T-149 – Испытание на динамическую нагрузку (Dynamic Load Test)

Это испытание применяется для оценки поведения втулок под цилиндрической нагрузкой, возникающей при намотке и размотке рулонов на бумажных фабриках, в производстве плёнки и других рулонных материалах.

Суть метода:

- Измеряется максимальный вес рулона, который втулка способна выдержать между втулочными патронами (chucks).
- Учитывается длительность эксплуатации или количество оборотов до разрушения.
- Испытание имитирует циклические нагрузки, возникающие при натяжении и высокоскоростном вращении рулонов.

- CCTI T-156 – Сопротивление разрушению втулки втулочным патроном (Static Chuck Chew-Out Resistance)

Во время намотки крупные рулоны бумаги, плёнки и других материалов создают значительный момент инерции. При резком разгоне или торможении вся сила передаётся через патроны к втулке.

Проблема:

При передаче крутящего момента и натяжения полотна на втулку происходит разрушение или разрыв внутреннего диаметра втулки втулочным патроном.

Суть метода:

Испытание оценивает устойчивость втулки к разрыву изнутри, вызванному усилием со стороны втулочного патрона. Это особенно важно при работе с тяжёлыми и быстро вращающимися рулонами. Две организации по стандартизации — Международная организация по стандартизации (ISO) и Институт композитных банок и гильз (CCTI) — предлагают методы испытаний для оценки прочности бумажных втулок на боковое сжатие. Стандарт ISO 11093-6:2005 «Бумага и картон — Испытания гильз — Часть 6: Определение прочности на изгиб методом трёхточечного изгиба» описывает один из таких методов. В свою очередь, стандарт CCTI T108 «Core Compression» охватывает испытания на боковое сжатие втулки (Side-to-Side Flat Crush).

Техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности (TAPPI) разрабатывает стандарты, касающиеся бумажного сырья, такого как бумага и картон, которые применяются для производства бумажных гильз, втулок, дисков, крышек, торцевых заглушек и шпуль.

Испытания бумажных гильз и втулок играют ключевую роль в обеспечении надёжности и безопасности продукции при её эксплуатации в различных производственных условиях. Разнообразие методов тестирования отражает сложность механических и эксплуатационных нагрузок, которым подвергаются втулки в процессе намотки, транспортировки, хранения и размотки рулонных материалов.

Испытания на сжатие (боковое, радиальное, статическое и динамическое), изгиб, устойчивость к разрушению внутреннего диаметра и короблению позволяют оценить прочностные характеристики втулки с учётом реальных условий эксплуатации. Такие параметры как модуль упругости, критическая скорость, устойчивость к деформации, влагостойкость и стабильность размеров, определяют качество втулки и её пригодность для конкретных задач от лёгких упаковочных применений до тяжёлых промышленных нагрузок.

Соответствие международным стандартам (ISO, CCTI, TAPPI) обеспечивает воспроизводимость, объективность и высокую надёжность результатов. Регулярное проведение испытаний позволяет предотвратить производственные потери, повреждение оборудования и снизить риски для персонала, повышая общую эффективность и устойчивость технологических процессов.

Переработка и устойчивое развитие

Промышленные отрасли всё чаще внедряют экологичные и устойчивые упаковочные решения, такие как бумажные втулки, чтобы сократить углеродный след и улучшить восприятие своего бренда потребителями. Многие покупатели отдают предпочтение экологичной упаковке, что может влиять на их решения о покупке.


Рис. 3. Бумажные втулки — это безопасная, устойчивая и экологичная упаковка

Маркетинговые преимущества, потребительское одобрение и экономическая выгода использования бумажных гильз в упаковке и выборе продукции очевидны. Кроме того, применение бумажных гильз помогает снизить затраты, связанные с соблюдением экологических норм в отношении пластмасс и металлов, поскольку такие втулки не содержат летучих органических соединений (ЛОС) и тяжёлых металлов, которые часто подлежат регулированию.

Производство бумажных гильз и втулок является экологичным и устойчивым процессом по ряду причин. Бумага и картон изготавливаются из древесины, целлюлозы и растительного сырья, которые являются возобновляемыми ресурсами и могут устойчиво выращиваться и воспроизводиться. Отходы, возникающие в процессе производства, а также использованные втулки, втулки, бумага и картон возвращаются на бумажные фабрики и перерабатываются, что снижает потребление первичной целлюлозы. Кроме того, многие производители бумажных гильз внедряют программы сбора и повторного использования, направленные на сбор использованных втулок у клиентов и бумажных отходов в сообществах, где они работают.

Бумажные втулки и гильзы являются биоразлагаемыми материалами. Даже если они не были отправлены на переработку и попали на свалку, они разложатся естественным образом, не причиняя вреда окружающей среде. Поскольку такие изделия изготавливаются из натурального растительного сырья, они экологически безопасны и не содержат токсичных химических веществ или тяжёлых металлов. Бумажные втулки, оказавшиеся в почве, полностью разлагаются в течение одного-двух месяцев и обогащают почву питательными веществами.


Рис. 4. Переработка в процессе производства бумажных втулок