Бумажные втулки, гильзы и аналогичные изделия изготавливаются путём намотки слоёв высокопрочной бумаги или картона, чаще всего бурой крафт-бумаги. Для достижения необходимой толщины стенки и конструкционной прочности, используемой в таких областях, как транспортировка, упаковка и переработка, применяются однослойные или многослойные конструкции.

Внутренний слой, называемый лайнером, и внешний — обёрткой, могут быть выполнены из износостойких материалов, таких как фольга, полиэфирная плёнка или специальная обработанная бумага для обеспечения дополнительной защиты. Эти внешние покрытия придают изделиям такие свойства, как влагостойкость, маслостойкость, улучшенные графические характеристики, глянцевая поверхность и индивидуальная цветовая гамма. Такие защитные качества делают бумажные втулки и втулки оптимальными как для потребительской упаковки, так и для промышленного использования.

Существуют два основных типа конструкции: спиральная намотка и параллельная (конволютная) намотка. Спирально намотанные втулки производятся путём намотки бумажных полос под углом к оси, что обеспечивает высокую однородность, контроль по длине и прочность. Эти изделия применяются, например, в качестве тубусов для отправки, тубусов для плакатов, бумажных трубочек и втулок-вставок. Параллельно намотанные втулки изготавливаются путём намотки материала встык вдоль оси изделия. Такие конструкции отличаются повышенной жёсткостью, высокой стойкостью к сжатию и устойчивостью к динамическим нагрузкам, что делает их особенно полезными в качестве промышленных втулок для переработки и производства.

В спирально намотанных гильзах слои соединяются под углом с помощью клея, что обеспечивает высокую осевую прочность. Такая конструкция особенно эффективна для почтовых тубусов, защитной упаковки и демонстрационных стоек. В параллельно намотанных гильзах прямолинейное расположение слоёв обеспечивает более прочное соединение, что даёт высокую устойчивость к сжатию и изгибу. Это особенно важно в инженерных бумажных втулках, используемых в текстильной промышленности, гибкой упаковке, на бумажных фабриках, при производстве пластиковых плёнок и самоклеящихся этикеток.

Как правило, бумажные втулки имеют более тонкие стенки и в основном используются в качестве лёгких контейнеров или упаковки для потребительских товаров, а также для пересылки и специализированной продукции. Типичными примерами являются втулки для клейкой ленты, тубусы для творчества и хобби, а также бумажные банки для пищевой упаковки.

В то же время бумажные втулки обладают существенно более толстыми стенками. Такая усиленная конструкция делает их незаменимыми в качестве намоточных втулок в переработке рулонных материалов, таких как плёнки, текстиль, нетканые материалы, ковры, фольга и технические виды бумаги. Эти прочные втулки выдерживают вес и натяжение больших по диаметру или высокоскоростных рулонов, не деформируясь.

В бумажной промышленности машины производят огромные рулоны-«родители» — их часто называют машинными рулонами, jumbo-рулонами или тамбурными рулонами. Впоследствии они разрезаются или перематываются на рулоны потребительского размера с использованием специализированного оборудования и картонных втулок. Такие крупногабаритные втулки также широко применяются в других отраслях, включая гибкую упаковку, производство пластиковых плёнок, текстиля и абразивных материалов.

Однако бумажные втулки используются не только для упаковки — многие из них выполняют важную роль в промышленных машинах. Например, высокопрочные бумажные втулки специально разрабатываются для эксплуатации в прокатных станах или на линиях по экструзии плёнки, где критически важны высокая устойчивость к сжатию, стабильность размеров и сопротивление деформации. Такие решения из бумаги предназначены для работы с большими нагрузками, на высоких скоростях и в сложных производственных условиях.

Для намотки малых рулонов — таких как клейкая лента, этикетки, алюминиевая фольга, туалетная бумага или плёнка для коммерческого использования — предпочтение отдают тонкостенным спирально намотанным втулкам, обеспечивающим стабильность размеров и плавную подачу при разматывании. Эти изделия малого диаметра широко используются в офисах, быту, розничной торговле и специализированной упаковке.

Производство индивидуальных бумажных гильз и втулок включает в себя использование точных методов резки — таких как ротационная или дисковая резка — для изготовления широкого спектра готовой продукции. В их числе: композитные банки, экологичные почтовые тубусы, выдвижные тубусы для косметики, пиротехнические втулки, демонстрационные стойки, втулки для ковров, опалубки для заливки бетонных колонн и другие специализированные изделия из бумаги.

Крупные волокнистые барабаны, композитные барабаны и бумажные трубочки также производятся с использованием аналогичного метода намотки. Для изготовления композитных и волокнистых барабанов чаще применяются аппараты с параллельной (кольцевой) намоткой, которые позволяют создавать прочные, но лёгкие контейнеры — экологически чистую альтернативу стальным бочкам для транспортировки и хранения сыпучих материалов и химикатов. Бумажные трубочки, признанные устойчивой заменой одноразовым пластиковым, изготавливаются на высоких скоростях с помощью спиральных намотчиков и соответствуют санитарным нормам пищевой промышленности.

Для конечных потребителей и заказчиков из сфер упаковки, переработки, производства и логистики индивидуальное производство бумажных гильз и втулок предлагает решения, адаптированные к точным требованиям по размеру, характеристикам, материалам и экологическим стандартам. Ведущие производители бумажных гильз и поставщики втулок предлагают услуги по разработке, прототипированию и мелкосерийному выпуску для поддержки инноваций и удовлетворения разнообразных промышленных и потребительских нужд.

Производство бумажных гильз и втулок представляет собой перерабатывающий процесс, включающий продольную резку бумажного полотна, его намотку и последующую ламинацию или склеивание. Несколько слоев бумаги или картона наматываются вокруг стальной оправки в несколько витков, формируя жесткие и прочные втулки или волокнистые втулки за счёт ламинирования. Ширина отдельных слоев обычно составляет от 2 до 10 дюймов (50–250 мм), хотя в некоторых случаях она может достигать 20 дюймов (500 мм). Толщина каждого слоя колеблется в диапазоне от 0,008 до 0,050 дюйма (0,2–1,3 мм). Общее количество слоев может варьироваться от 1 до более чем 50, но чаще всего встречаются втулки, состоящие из 3–30 слоев.

Прочность бумажной втулки зависит от нескольких факторов: прочности связи между слоями картона, толщины самих слоев, площади перекрытия и прочности клеевого соединения. Интересно, что бумажные основы могут изготавливаться как одним более толстым слоем на бумагоделательной машине, так и путём склеивания нескольких более тонких слоев. В результате, некоторые бумажные втулки состоят из ламинированных слоев или проклеек.

Этапы технологического процесса производства бумажных гильз и втулок (с указанием применяемого оборудования):

Производство спиральных бумажных гильз и втулок

В процессе производства спиральных бумажных гильз или втулок большие рулоны бумаги, картона и облицовочных материалов сначала разрезаются на узкие ленты с помощью ротационного резального оборудования. Затем эти бумажные ленты перематываются в узкие рулоны с использованием размоточно-намоточных станций.

Рисунок 4. Процесс намотки спиральной втулки

Узкие рулоны бумажной ленты укладываются в стопки, напоминающие большие «стопки фишек для покера». Эти «стопки фишек» затем транспортируются и загружаются в машину для производства бумажных гильз.

Узкие бумажные ленты с нескольких рулонов направляются и прикрепляются, приклеиваются или фиксируются к стальному шпинделю. Ленты укладываются либо внахлест, либо с зазором между ведущими краями. Такая укладка («гармошкой») или чередование с зазором обеспечивает плавную подачу лент без взаимных помех. При наклеивании переднего края ленты под углом, отличным от 90 градусов к оси шпинделя, во время намотки формируется спираль. Внешний диаметр стального шпинделя определяет внутренний диаметр готовой бумажной втулки. Толщина стенки втулки зависит от толщины бумажных лент, толщины клеевого слоя и количества используемых лент в процессе.

Производство бумажных гильз или втулок методом параллельной (прямой) или «конволютной» навивки отличается от спиральной навивки шириной используемых лент и направлением их подачи.

В этом процессе бумажные, картонные и подкладочные материалы подаются с широких рулонов (в отличие от очень узких лент, используемых при спиральной намотке) и разрезаются на широкие ленты. Далее передний край ленты ориентируется параллельно оси шпинделя, на который осуществляется навивка. В результате формируется гильза или втулка с одним продольным швом или нахлёстом, проходящим вдоль всей длины изделия.

Рисунок 6. Производство бумажной втулки методом прямой (конволютной) навивки

Вместо ременного привода для создания давления может использоваться внешний металлический ролик. Это помогает устранить пустоты или воздушные карманы и обеспечивает лучший контакт клея, что приводит к более прочному склеиванию слоёв бумаги.

Поскольку бумажное полотно при конволютной (прямой) навивке шире, в процессе можно применять более высокое давление и натяжение. Эти повышенные параметры способствуют получению гильз с большей прочностью по сравнению с гильзами, изготовленными методом спиральной навивки.

Прямошовные (конволютные) бумажные втулки обладают большей прочностью на изгиб по сравнению со спирально навитыми втулками, что делает их особенно востребованными в производстве и переработке рулонных материалов. Процессы производства прямошовных бумажных втулок применяются для создания высокопрочных, усиленных сердечников, используемых при намотке и размотке больших рулонов гибких материалов, таких как:

• бумага и картон,

• шлифовальные материалы с покрытием,

• пластиковые плёнки и резиновые листы,

• тканые и нетканые текстильные материалы,

• металлические листы и фольга,

• ковровые и напольные покрытия.

При выборе бумажной втулки важно рассматривать её не просто как упаковочный элемент, а как вращающийся компонент, аналогичный подшипникам, шестерням, патронам и валам. В тяжёлых производственных условиях такие втулки функционируют как элементы оборудования, обеспечивая надёжность работы и стабильность машин для обработки рулонных материалов. В свою очередь, спирально навитые бумажные втулки подходят для менее нагруженных задач, таких как упаковка и дозированная подача небольших рулонов этикеток, скотча, фольги, тиссью, бумаги и пластиковых плёнок.

Согласно определению TAPPI:

• Картон — это материал толщиной от 12 пунктов (0,012 дюйма ≈ 0,3048 мм) и выше,

• Бумага — имеет толщину менее 12 пунктов.

По стандарту ISO, картон — это бумага с плотностью более 250 г/м².

Крафт-бумага — наиболее широко используемый вид бумаги для производства бумажных гильз и втулок благодаря своей прочности. Она изготавливается из древесной целлюлозы хвойных пород, содержащей длинные волокна, что делает её прочнее белой и других типов бумаги.