Estimado leitor,

Continuamos a nossa viagem pelo “admirável mundo novo” (para alguns já não tão novo) dos ensaios em cartão canelado. Neste post vamos abordar outro dos ensaios mais comuns no controlo de qualidade de cartão, o Edge-Crush Test (ECT).

Muitos operadores e produtores debatem-se com algumas dificuldades no ensaio, nomeadamente na hora de produzir amostras (bem cortadas) e de garantir resultados fiáveis para apresentar aos seus clientes finais finais.

O roteiro deste post inclui uma parte dedicada a considerações gerais sobre o ECT. Em seguida, fazemos uma breve apresentação dos vários tipos de ensaio. Prosseguimos mas com mais detalhe pelo FEFCO, pois é o mais usual.

Por fim, apresentamos as nossas conclusões na qual explanamos os benefícios, mas também algumas limitações que podem ser apontadas ao método em análise.

Qual a importância do ensaio ECT?

O ECT é um aspeto fundamental de avaliação usado para determinar a resistência e durabilidade do cartão canelado, que é amplamente utilizado nas indústrias de embalagens e transporte. Este teste mede especificamente a resistência ao empilhamento do cartão canelado para garantir que ele possa suportar os rigores do transporte e armazenamento.

O ensaio de ECT é particularmente importante porque o cartão canelado não é apenas um material de embalagem; é também um componente crítico na segurança e integridade das mercadorias transportadas. O teste garante que o cartão usado na embalagem será de alto padrão e possa proteger o conteúdo contra possíveis danos que possam ocorrer durante o transporte. Com efeito, isto é especialmente vital para itens frágeis ou valiosos que requerem cuidados adicionais durante o transporte.

Além disso, o edge crush procura ajudar fabricantes e transportadores a melhorarem as suas soluções de embalagem. Ao compreender as limitações e os pontos fortes do seu material de cartão, eles podem tomar decisões informadas sobre o design de embalagens. Isto pode incluir a escolha da espessura adequada de cartão, a opção por materiais de reforço adicionais ou o redesenho da estrutura da caixa de modo a aumentar sua resistência.

De que forma o ECT impacta o packaging e a escolha de materiais?

O Edge Crush Test (ECT) influencia significativamente o design da embalagem e a seleção de materiais de várias maneiras importantes. Compreender como a ECT impacta essas áreas é, pois, crucial para qualquer pessoa envolvida na indústria de embalagens.

Impacto no design da embalagem:

1. Integridade a nível estrutural: os designers resultados de ECT afetam diretamente o design estrutural da embalagem. Os designers de embalagens têm em consideração os dados do ECT para determinar quanto peso e pressão uma caixa pode suportar. Isto é particularmente importante porque as mercadorias viajam frequentemente longas distâncias e estão sujeitas a manuseamento e transporte constantes.
2. Otimização do uso de materiais: com os dados do ECT, os projetistas podem otimizar o uso de materiais. Por exemplo, se a classificação ECT for elevada, poderão reduzir a utilização de material sem comprometer a integridade da embalagem. Esta abordagem é económica e está alinhada com a crescente consciência ambiental no mercado.
3. Personalização para necessidades específicas: diferentes produtos requerem diferentes níveis de proteção. O ECT permite que os designers personalizem soluções de embalagem com base nas necessidades específicas do produto; seja ele leve e frágil ou pesado e robusto.

Impacto na seleção de materiais:

1. Escolha do tipo de cartão: o valor de ECT é um fator crucial na seleção do tipo de cartão canelado. Valores ECT mais elevados indicam materiais mais robustos, que são essenciais para itens mais pesados e/ou mais valiosos.
2. Fatores de Sustentabilidade: o ECT permite que os fabricantes selecionem materiais que não sejam apenas robustos, mas também ecologicamente amigos do ambiente, como cartão reciclado ou de origem sustentável.
3. Custo-benefício: A seleção de materiais também envolve equilibrar custo de produção e desempenho. Os dados do ECT ajudam os fabricantes a escolher materiais que ofereçam a resistência necessária sem serem excessivamente caros.
4. Inovação: Dado que o Edge-Crush Test é um ensaio padrão, ele incentiva a inovação contínua em materiais de embalagem. Os fabricantes estão sempre em busca de novos materiais que possam atingir valores de resistência ECT mais levados, o que resulta na criação embalagens mais robustas, mais leves e mais económicas.

Como é realizado um ensaio ECT?

Em poucas palavras, o Edge-Crush Test pode ser definido como sendo a força máxima de compressão que uma amostra (com dimensões padronizadas) é capaz suster sem ceder.  A força é aplicada entre dois pratos paralelos a uma determinada velocidade, geralmente de 10 a 15 mm/min, a amostra numa borda com as caneluras perpendiculares aos pratos e a força a ser aplicada à outra borda. O resultado da resistência máxima ao esmagamento (o edgewise crush resistance) é dado como força por unidade de comprimento, por exemplo, kN/m.

Existem várias normas internacionais que descrevem em detalhe como o ensaio deve ser executado. Hoje, e conforme já reiterado acima não restam dúvidas, de que o ensaio ECT é uma das propriedades mais importantes do cartão. Com efeito, de acordo com a equação de McKee, existe uma forte conexão entre o valor de ECT da amostra e a força de compressão da caixa/produto final. Por outras palavras, podemos inferir o valor BCT da nossa caixa; e essa informação foi já confirmada por numerosas investigações.

Uma extensa investigação realizada no Instituto sueco de Pesquisa de Embalagens, mais de 11000 caixas de cartão foram submetidas a testes práticos de transporte. A investigação teve como objetivo determinar quais propriedades do cartão dariam a melhor correlação com o desempenho real da caixa. Esta investigação estabeleceu claramente uma boa conexão entre a força do ECT e o desempenho geral da caixa durante o transporte.

Diferentes métodos de ensaio

Para a realização deste ensaio, existem diversas normas globais que incorporam nas suas diretrizes o Edge-Crush Test como um componente-chave.

Para a realização deste ensaio, existem três metodologias diferentes que passamos a explicitar abaixo:

• O método TAPPI

Nas normas T-811 e T-823, as bordas da superfície são reforçadas através do imersão das extremidades da amostra em cera de parafina derretida. O método TAPPI funciona pelo menos na medida em que a falha da borda pode ser eliminada em pranchas com uma força de compressão de borda de até 15 kN/m. Para cartões com resistência superior, a de cera de parafina não pode, com total certeza, impedir a falha da borda.

Na nossa opinião, a maior desvantagem desse método é, no entanto, a complexidade do procedimento de ensaio (preparação de materiais, incluindo, por exemplo, recondicionando a amostra).

• Método Clamping Jaw

Uma alternativa ao método de TAPPI é preparar uma amostra presa em garras. Com esse intuito, foram desenvolvidos diferentes dispositivos de fixação. No entanto, é demonstrado que a força de fixação é extremamente crítica e que deve ser adaptada para diferentes tipos de ondulado. Também somente em circunstâncias excepcionais falha de compressão da borda pode ser evitada pelo método J-clamp.

Existem várias falhas que podem ser apontados a este método. De fato, foi possível mostrar que os resultados dos testes correspondentes podem ser obtidos com esse método e o método de TAPPI, mas esses ensaios foram realizados sob condições muito especiais em laboratórios de pesquisa, onde foi possível cortar as amostras com muito alta precisão e ajustar a força de fixação das garras com dispositivos especiais. Uma fonte de erro está nas garras, que geralmente são direcionadas com rolamentos de esferas lineares. Isso não deve contribuir com nenhuma força adicional devido ao atrito, que provavelmente surgirá se as mesmas não tiverem a a devida manutenção. Os rolamentos de esferas desse tamanho são extremamente sensíveis ao pó de papel, o que pode causar bloqueio e dar uma força adicional indesejada.

Por último, mas não menos importante, vamos passar em análise o método FEFCO, ou ISO 3037. Este é o procedimento mais difundido e utilizado pelos vários laboratórios espalhados pelo mundo.

Para a realização de um ensaio ECT pelo método FEFCO, com recurso a um cortador pneumático (imagem à esquerda), precisamos de cortar amostras com um comprimento de 100 mm e a largura de 25 mm de uma prancha de cartão (conforme imagem acima).

Na RMP Consulting utilizamos e recomendamos o cortador tipo Billerud produzido pela nossa empresa parceira IDM-Test.

O ensaio é realizado num compressómetro de amostras. Para isso colocamos o nosso provete, obtido no cortador tipo Billerud, entre os pratos do equipamento e seguro por dois blocos (ver imagem da esquerda abaixo). O teste inicia-se com a descida do prato superior a descer a velocidade padrão de 10 mm/min.

Esse método não procura evitar o edge failure. Aliás, o nº. 8 do ensaio FEFCO nem sequer menciona que o edge failure fornece um resultado incorreto. No entanto, é geralmente conhecido que o resultado do teste depende, em grande parte, se as superfícies da borda da amostra estão ou não paralelas. O enfraquecimento, perceptível durante o ensaio, que surge devido a uma distribuição desigual da carga compressiva resulta em resultados muito baixos e, portanto, incorretos do teste. Podemos imaginar que, se, por um lado, pudéssemos cortar as amostras suficientemente paralelas e, por outro, os pratos de compressão do compressómetro de amostras estivessem paralelos, não teríamos este problema.

Isso foi tentado em vários lugares, mas sem sucesso. Quanto mais paralelas são cortadas, o valor da força de compressão da borda aumenta. Contudo está relacionado ninguém foi capaz de indicar tolerâncias de paralelismo para as amostras. Ou seja, não foi possível, desta maneira, evitar totalmente a falha.

Os estudos mais exaustivos nessa área provavelmente foram levados a cabo por Lars-Erik Eriksson. Os seus estudos, citados por Håkan Markström indicaram que, em geral, é difícil obter amostras com um desvio de paralelismo inferior a 0,1 mm. É também sabido que a compressão da falha da maioria das pranchas de cartão ondulado é de magnitude 0,5 – 1%. Para uma amostra FEFCO, com uma altura de 25 mm, isso permite “apenas” uma compressão máxima na falha de magnitude 0,1 – 0,2 mm. Para uma amostra segundo a norma TAPPI, a compressão é o dobro desse valor. Os erros de corte provavelmente devem ser, no máximo, uma décima parte desses valores, ou seja, 0,01-0,02 mm, para evitar sérias influência devido à falta de paralelismo nas bordas.

No entanto, mesmo que fosse possível alcançar a precisão de cortar amostras cujas medidas estivessem dentro dessa tolerância, a falha de borda provavelmente ainda surgiria, já que as fibras de papel nas superfícies finais e o encolamento das caneluras são prejudicadas por tensões mecânicas que surgem durante o corte e, assim, constituindo a parte mais fraca da amostra.

Antes de passarmos às conclusões, é de todo conveniente alertar que várias empresas de transporte também exigem o cumprimento de critérios específicos:

Por exemplo, a UPS e a FedEx estipulam que as embalagens com peso até 30 libras (13,6 kg) devem cumprir um mínimo de 32 ECT e aderir aos padrões ISTA. Para embalagens mais pesadas, essas organizações exigem cartão de qualidade superior ao normalmente usado para transporte ferroviário ou rodoviário.

Além disso, certas companhias aéreas têm os seus próprios padrões abrangentes, especialmente para o transporte de produtos especializados. Estas normas estão intimamente ligadas aos requisitos específicos do transporte aéreo.

Conclusão

Em forma de conclusão, podemos considerar resistência ao edgewise compressive strength é, sem dúvida, uma das propriedades mais importantes do cartão canelado. Relaciona-se tanto com a resistência ao empilhamento quanto com o desempenho geral de transporte de uma caixa de cartão. O ECT deve, portanto, ser medido da maneira mais precisa possível. No entanto, diferentes métodos de teste estão em uso e podem fornecer resultados diferentes.

Uma maneira simples e correta de determinar qual método de ensaio de compressão de borda fornece a resistência à compressão pura de uma placa de cartão canelado é investigar qual método fornece os resultados mais altos dos testes. As potenciais falhas, como amostras mal cortadas, peças de teste muito altas em relação à espessura da prancha de cartão, concentrações de tensão não controladas na amostra, compressómetro de fraca qualidade, com placas instáveis etc. Tudo isto resulta na subestimação da resistência à compressão edgewise. A única exceção (exceto a calibração de força incorreta do testador de compressão) é quando os garras do rolamento de esferas são usadas, pois estas podem dar uma força adicional incorreta devido ao atrito.

Outra forma de avaliar se o método edge compression realmente mede a resistência à compressão pura do cartão canelado é investigar o quão bem a resistência à compressão, calculada a partir das matérias-primas, está em conformidade com o valor ECT medido. Isso, é claro, pressupõe que as resistências à compressão dos vários componentes podem ser medidas com grande precisão e que a deformação compressiva até à falha também pode ser medida, de modo que as resistências à compressão de todos os componentes podem ser adicionadas na mesma deformação de compressão.

Em face do exposto, este é um dos ensaios nucleares para podermos ambicionar produzir cartão de grande qualidade. Qualquer dúvida ou questão que tenha, não hesite em entrar em contacto connosco.