Propriedades Físico-Mecânicas de Papel e Cartão: Resistência à Flexão ou Rigidez 1t115c

Em papel ou cartão utilizado para embalagem é necessária uma resistência adequada à flexão de forma a assegurar um bom desempenho na própria máquina de papel, na impressora e nas convertedoras. Por um lado, os materiais impressos suficientemente rígidos são mais fáceis de manusear e apresentam maior resistência durante a utilização da embalagem comparando com aqueles que apresentam baixa rigidez. Por outro lado, os papéis ou cartões utilizados para acondicionar alimentos líquidos ou outros produtos, tendo uma maior resistência à flexão, apresentam melhor desempenho nas máquinas envasadoras do produto final. 6q6553

Em resumo, valores baixos desta propriedade em papéis ou cartão acarretam problemas de qualidade na embalagem, em termos de aparência, estabilidade e resistência. A resistência à flexão ou rigidez de papel ou cartão é o momento de flexão necessário para flexionar 15° de sua linha central a extremidade livre de uma amostra de 38,1 mm de largura, quando uma carga é aplicada 50 mm abaixo do seu ponto de fixação.

A gramatura é uma variável que controla, de forma primária, a resistência à flexão. Uma alta gramatura resulta em uma alta resistência à flexão, mas, usualmente, não é eficiente utilizar a gramatura com este objetivo, pois na prática (em termos econômicos) é desejado que esta variável tenha o menor valor possível, porém, claro, sem perda de qualidade.

A resistência do cartão à flexão, ‘Sb’, é calculada a partir da expressão padrão para uma viga uniforme:

onde ‘z’ é a coordenada na direção da espessura e ‘E’ é o módulo de elasticidade do material. O valor de ‘z’ é igual a zero no plano neutro de resistência, onde não existe nenhuma tensão. Um caso especial é aquele com módulo de elasticidade constante, que resulta em,

onde ‘d’ é a espessura.

Deve ser notado que o módulo de elasticidade e a espessura do cartão são variáveis que estão acopladas. Como exemplo podemos observar que na operação de calandragem a diminuição de espessura resulta num aumento do módulo de elasticidade (‘E’ e ‘d’ variam inversamente). Portanto, tal operação diminui a resistência à flexão com a diminuição de ‘d’, mas, ao mesmo tempo, a aumenta com o correspondente aumento de ‘E’. Este acoplamento desaparece quando se utiliza o módulo de elasticidade específico (E/r=E.d/b), onde ‘r’ é a densidade do material e ‘b’ é a sua gramatura. Neste caso a equação (2) fica:

Desta forma a resistência à flexão varia durante a calandragem na proporção da espessura ao quadrado.

O índice de resistência à flexão é um outro parâmetro que possibilita a comparação de papéis e cartões com diferentes gramaturas. O índice ‘Sb,s’ é resultante da divisão da resistência à flexão pela gramatura elevada ao cubo:

As unidades da resistência à flexão e do índice de resistência à flexão são N.m e N.m7/kg3, respectivamente.

A melhor tecnologia disponível atualmente para fabricação de cartão utiliza o processo de confecção da folha em multicamadas, de forma a explorar as propriedades físicas de polpas oriundas de diferentes espécies de madeira e diferentes processos. Em tais papéis e cartões as propriedades elásticas variam descontinuamente na direção ‘z’ (espessura). A equação (2) não pode ser utilizada no cálculo da resistência à flexão de cartões multicamadas e a equação (1) indica que se cada camada é homogênea esta propriedade pode ser calculada do seguinte conjunto de equações,

onde

N é o número de camadas e ‘zi’ são as coordenadas na direção ‘z’ do cartão.

A mais simples e a mais importante das estruturas multicamada é a simétrica, com três camadas, na qual pode-se utilizar a seguinte equação para calcular a resistência à flexão,

onde ‘E2’ e ‘E1’ são os módulos de elasticidade das camadas meio e exteriores, respectivamente, e ‘d2’ e ‘d’ são as espessuras da camada meio e total.