Towards zero defects in packaging materials

Modern produktutveckling är till allt större del virtuell vilket innebär att datormodeller används för att förutspå en förpacknings beteende innan den existerar fysiskt. Fördelen med att använda datormodeller är att produktutvecklarna kan pröva nya ideer och koncept virtuellt utan att tillverka dyra fysiska verktyg samt att ledtiden från ide till produkt kan kortas avsevärt. Vidare tilllåter denna metod, “virtuel engineering”, att ett stort antal varianter av en maskin och varianter på material simuleras och utvärderas till en relativt låg kostnad. För att vara tillförlitliga krävs det att de numeriska modellerna är baserade på noggranna experiment och att de är tillräckligt enkla för att kunna användas industrin.Virtuell produktutveckling har under lång tid använts i t ex bilindustri för att exempelvis förutspå bilars krockbeteende. Materialet som utgör stommen i bilen kan i de flesta fall approximeras som riktningsoberoende. Komplexiteten i kartongmaterial är dock betydligt högre än stålet i en bil eftersom kartong består av fibrer som har en storlek som inte är försumbar i förhållande till t ex tjockleken. Vidare tillverkas kartong på ett sådant sätt att fibrerna orienterar sig i distinkta riktningar. Dessa effekter leder till att kartongmaterial är extremt riktningsberoende och därmed betydligt svårare att modellera än t ex stålet. Förutom att vara riktningsberoende så utsätts kartongen som formas till t ex en mjölkförpackning för en rad komplicerade processer. För att viklinjerna skall vara raka och fria från skador såsom veck och rynkor fördeformeras materialet i en så kallad bigningsprocess. Vi bigning skadas materialet på ett kontrollerat sätt som gör att vikningen inte leder till skador som kan vara förödande för förpackningen. I detta projekt kommer både experimentell metodik och numeriska modeller utvecklas. I den experimentella delen av projektet skall moderna experimentella tekniker såsom röntgenbaserade metoder att användas. Dessa metoder har fördelen att mikrosktrukturen, d v s fibernätverket, kan studeras i detalj under belastning vilket leder till en avsevärd ökad förståelse i jämfört med klassiska metoder där oftast bara förändringar på kartongens utsida kan observeras. I projektet kommer vi t ex att studera hur belastningshastighet och inhomogeniteter påverkar den slutliga produkten. Matematiska modeller som används för att förutspå det mekaniska beteendendet måste uppfylla fysikaliska lagar såsom balanslagar, invariansprinciper och termodynamiska lagar. Dessa lagar begränsar hur modellerna matematiskt kan vara utformade men ger i gengäld en mer korrekt bild av det verkliga materialbeteendet. T ex kan en termodynamisk formuleringen ta hänsyn till fukt och temperatur, vilket är avgörande eftersom den relativa luftfuktigheten i t ex Sverige och Asien skiljer sig avsevärt åt.