Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор
1.1. Общие положения 9
1.2. Влияние бумаги для гофрирования на образование гофрированного слоя 9
1.3. Особенности технологии бумаги для гофрирования из макулатуры 13
1.4. Сравнение свойств бумаги для гофрирования из нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы и макулатуры 20
1.5. Оценка качества компонентов тарного картона 25
1.6. Выводы по обзору литературы и постановка задач эксперимента 30
2. Объекты и методы исследований
2.1. Отбор проб макулатурной массы 33
2.2. Определение бумагообразующих свойств вторичного волокна 35
2.2.1. Способность к размолу 35
2.2.2. Определение средней длины волокна и фракционного состава 35
2.2.3. Определение средневзвешенной длины волокна по методу Иванова 36
2.2.4. Определение водоудерживающей способности волокнистой массы волокнистой массы 37
2.3. Определение стандартных характеристик качества бумаги для гофрирования 37
2.4. Определение жесткости при изгибе 38
2.4.1. Определение приведенной жесткости 38
2.4.2. Определение жесткости на приборе ЖБИ-1 39
2.5. Получение и математическая обработка кривой зависимости «а-є» 40 при испытании на растяжение
2.6. Определение вязкости разрушения целлюлозно-бумажных материалов 41
2.7. Определение сопротивления торцевому сжатию по методу SCT 42
2.8. Планирование лабораторного эксперимента с использованием математических 43 методов
2.9. Статистическая обработка результатов исследований 46
3. Экспериментальная часть
3 1. Общие положения 47
3.2. Исследование деформационных и прочностных характеристик бумаги для гофрирования различных производителей 53
3.3. Статистическая оценка технологических параметров и характеристик 63
бумаги для гофрирования
3.3.1. Общие положения 63
3.3.2. Статистическая оценка вариации характеристик поступающего макулатурного сырья 64
3.3.3. Статистическая оценка вариации технологических параметров размольно-подготовительного отдела 68
3.3.4. Статистическая оценка вариации технологических параметров мокрой части БДМ 71
3.3.5. Статистическая оценка вариации температуры сушильных цилиндров 74
3.3.6. Статистическая оценка вариации характеристик качества бумаги для гофрирования 76
3.3.7. Взаимосвязь сопротивления продавливанию бумаги для гофрирования ехнологическими параметрами работы производственной линии 78
3.4. Исследование влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрировани 81
3.4.1. Исследование процесса разволокнения на свойства макулатурной массы 81
3.4.1.1. Взаимосвязь продолжительности взаимодействия вторичных волокон с водой и водоудерживающей способности макулатурной массы при разволокнении 81
3.4.1.2. Влияние продолжительности взаимодействия вторичного волокна с водой в процессе разволокнения на деформационные и прочностные свойства массы 84
3.4.1.3. Взаимосвязь водоудерживающей способности и характеристикдеформативности и прочности макулатурной массы 87
3.4.1.4. Интенсификация процессов разволокнения 89
3.4.2. Исследование влияния процесса размола на деформационные и прочностные свойства макулатурной массы 90
3.4.3. Исследование влияния процессов фракционирования на физико-механические свойства бумаги для гофрирования из вторичного волокна 102
3.4.4. Исследование влияния основных технологических параметров на свойства бумаги для гофрирования 120
3.4.4.1. Общие положения 120
3.4.4.2. Исследование влияния факторов напуска бумажной массы на сетку БДМ 121
3.4.4.3. Исследование влияния давления прессования и сухости бумажного полотна после прессов БДМ на деформационные и прочностные характеристики 126
3.4.4.4. Исследование влияния температуры поверхности сушильных цилиндров, 128 первой сушильной группы БДМ на деформационные и прочностные характеристики
3.4.4.5. Исследование влияния степени анизотропии структуры бумаги для гофрирования на деформационные и прочностные свойства 129
3.4.4.6. Выводы 131
3.5. Анализ возможности повышения качества бумаги для гофрирования 131
и практические рекомендации
4. Общие выводы 133
Библиографический список
- Влияние бумаги для гофрирования на образование гофрированного слоя
- Определение средней длины волокна и фракционного состава
- Исследование деформационных и прочностных характеристик бумаги для гофрирования различных производителей
- Исследование влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрировани
Введение к работе
Важным условием роста производства тарного картона, т.е. совокупности составляющих видов картона и бумаги - картона для плоских слоев гофрированного картона (картон-лайнер) и бумаги для гофрирования (флютинга), предназначенных для изготовления гофрированной тары, является использование в качестве сырья макулатуры.
Производство этих видов бумаги и картона в последнее десятилетие входит в число наиболее развивающихся секторов мировой целлюлозно-бумажной промышленности. По-видимому, такая тенденция сохраниться в ближайшие полтора десятилетия [1-5].
В России выпуск тарного картона за период с 1995 г по 2005 г увеличился в 2,7 раза, а удельный вес тарного картона в общем объеме производства картона вырос с 64 % до 72,9 %. В то же время отечественная промышленность не удовлетворяет полностью спрос российского рынка на тару из гофрокартона, имеет место импорт данной продукции. Кроме того, российский рынок с трудом переходит на мировые стандарты оценки качества целлюлозно-бумажной продукции. Повышение требований, предъявляемых к упаковке продукции, заставляет производителей тары совершенствовать как технологию, так и методы испытаний. Поэтому, установление взаимосвязи технологических параметров с характеристиками деформативности и прочности является важной научной и производственной задачей.
Бумага для гофрирования является составляющей гофрированного картона и играет немало важную роль в формировании прочностных характеристик гофрокартона. В настоящее время систематичесішх исследований направленных на повышение качества бумаги для гофрирования проводится крайне недостаточно. Возникает проблема научно-обоснованного регулирования технологических параметров основных процессов подготовки вторичного волокна к отливу на бумагоделательной машине и формирования структуры бумаги для гофрирования. Исследования влияния этих параметров на деформационные и прочностные характеристики является актуальной задачей.
Целью работы является исследование взаимосвязи технологических параметров производства бумаги для гофрирования из макулатуры с характеристиками де-формативности и прочности для оперативного управления качеством.
Для реализации указанной цели поставлены и решены задачи: выявления показателей характеризующих бумагообразующие свойства вторичного волокна и дефор-мативность бумаги для гофрирования из макулатуры, позволяющие прогнозировать качество; установления отличия в механическом поведении различных образцов бумаги для гофрирования, изготовленных из первичного или вторичного волокна; исследования влияния вариации параметров основных технологических процессов на стандартные характеристики качества бумаги для гофрирования; установления взаимосвязи вариации средней длины вторичного волокна с деформационными и прочностными характеристиками бумаги для гофрирования; установления влияния основных технологических параметров отдела массоподготовки и бумагоделательной машины на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрирования; разработки, используя полученные экспериментальные данные, рекомендации по совершенствованию технологии бумаги для гофрирования из макулатуры с целью повышения ее качества.
Выполненная работа позволила получить новые данные о влиянии технологических параметров на деформационные свойства бумаги для гофрирования из макулатуры, позволяющие усовершенствовать технологию данной бумаги с более высокой деформативностью или прочностью, в зависимости от запросов потребителей. Развиты научные представления о возможности использования характеристики водо-удерживающей способности волокна (WRV) для контроля деформационных свойств бумаги для гофрирования из макулатуры. Показано, что для прогнозирования механического поведения бумаги для гофрирования необходимо в нормативные документы ввести следующие характеристики: модуль упругости (Et) или жесткость при растяжении (,); деформация (s,); время релаксации напряжения (и0); жесткость при изгибе (ЕГ); работа деформирования при растяжении (А,).
Предложенная в данной диссертационной работе концепция по совершенствованию технологии бумаги для гофрирования из макулатуры, применена при разработке плана модернизации производства, реализация которого привела к увеличению производительности и повышению качества. Реальный экономический эффект составил 35 913 720 рублей (акты о внедрении результатов исследований представлены в приложении к диссертационной работе). Разработанная и согласованная нормативно-
техническая документация на бумагу для гофрирования из макулатуры используется при работе по пересмотру общероссийского стандарта на бумагу для гофрирования.
Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях: международных научно-технических конференциях: «Теория и технология бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья» (Караваево-Правда, 2004); «Технология переработки макулатуры» (Караваево-Правда, 2005); «Современные научные основы и инновационные технологии бумажно-картонных материалов с использованием вторичного волокна из макулатуры» (Караваево, 2006); «Новое в технологии и оборудовании для производства гофрокартона и гофротары» (Санкт-Петербург, 2007); «Современные технологии и оборудование промывки, сортирования и размола волокнистых масс в целлюлозно-бумажной промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), а также научно-технической конференции в Архангельском государственном техническом университете (2008).
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе монография «Особенности технологии бумаги-основы для гофрирования из макулатуры и требования к ее потребительским свойствам» и обзор «Научные основы переработки макулатуры». В журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ, опубликовано 3 научных труда.
Диссертационная работа состоит из введения; аналитического обзора; главы -«объекты и методы исследований»; экспериментальной части, включающей 4 раздела; общих выводов; четырех приложений (акты производственных испытаний). Содержание работы изложено на 139 страницах, включая 47 рисунков и 52 таблицы, библиография содержит 110 наименований. Приложений 4.
Автором выносятся на защиту следующие основные результаты диссертационной работы: анализ экспериментальных данных о природе различного механического поведения бумаги для гофрирования, произведенной из первичного или вторичного волокна; экспериментальные данные о влиянии вариации технологических параметров, наблюдаемой в производственных условиях, на стандартные характеристики бумаги для гофрирования; исследования взаимосвязи водоудерживающей способности (WRV) вторичного волокна с деформационными и прочностными свойствами бумаги для гофрирования; анализ влияния параметров основных технологических процессов на деформационные и прочностные свойства бумаги для гофрирования; анализ возможности повышения качества бумаги для гофрирования и практические рекомендации.
Влияние бумаги для гофрирования на образование гофрированного слоя
Современные скоростные гофроагрегаты рассчитаны на рабочую скорость до 300-350 м/мин при ширине полотна до 2570 мм. На них осуществляется образование гофрированного слоя, склеивание его с плоскими слоями и изготовление заготовок для ящиков из гофрированного картона, содержащего 3; 5 и более слоев. Скорость работы гофроагрегата ограничивается, в основном, из-за отставания технологии склеивания бумаги для гофрирования с картоном для плоских слоев, особенно при изготовлении многослойного картона [6].
Быстрое и качественное склеивание гофрированного слоя с плоскими слоями определяется многими факторами: конструкционными особенностями гофроагрегата; степенью автоматического управления технологическим процессом; видом используемого клея и технологией его применения; свойствами склеиваемых поверхностей бумаги и картона.
Применение силикатного клея обеспечивает несколько большую жесткость гофрированного картона, чем крахмальный клей, но при этом наблюдается серьезный дефект - коробление картона. Для устранения этого дефекта стопы листов картона перед укладкой в кипы переворачивают через одну и в кипах подвергают «отлёжке». Причиной коробления картона обычно является различная влажность нижнего и верхнего плоских слоев картона. Кроме того, разная влажность слоев картона приводит к неодинаковому их удлинению при натяжении полотна, что вызывает диагональное коробление картона.
Крахмальный клей применяется обычно при концентрации 20...25 %. С повышением скорости гофроагрегата концентрация клея приближается к верхнему пределу. Наиболее равномерное и минимальное нанесение клея обеспечивается при вязкости крахмального клея равной 55...60 с. Количество наносимого клея в зависимости от марки гофры составляет 7,0...16,5 г/м (при выработке высококачественного трех-слойного картона 10... 11 г/м ). При изготовлении пятислойного картона крахмальный клей наносят в количестве 17...23 г/м . При выработке водостойкого картона его количество увеличивается на 50... 100 %.
Качество склеивания гофрированного слоя с картоном-лайнером зависит не только от вида используемого клея, но и от свойств склеиваемых поверхностей. В связи с этим важными характеристиками бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев являются необходимая пористость, смачиваемость и влажность, а также определенная шероховатость поверхности. Впитывающая способность и влажность бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев регламентируются показателями ГОСТ 7377-85 [7] и ГОСТ 7420-78 [8]. Показатели пористости и шероховатости указанными стандартами не нормируются и должны быть регламентированы в соответствующих технологических режимах производства [9]. Например, для обеспечения надлежащего характера поверхности бумаги для гофрирования на предприятии фирмы "Интернационал Пейпер К" (США) используются: в машинном каландре только один захват; в композиции бумаги 80 % макулатуры, 15 % сульфатной целлю лозы и 5 % бумажного брака; макулатура размалывается до 30 ШР, сульфатная целлюлоза - до 51 ШР; степень помола массы в напорном ящике - 37 ШР.
При использовании в композиции бумаги нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы из древесины лиственных пород степень ее помола рекомендуется доводить до 40 ШР, а макулатуры (состав не указан) - в диапазоне 50.. .60 ШР [10].
Величины пористости склеиваемых материалов и их влажности определяют скорость процесса сушки после нанесения клея и, следовательно, скорость работы гофроагрегата. При этом скорость сушильного процесса существенно зависит от конструкции сушильного узла гофроагрегата [11]. Скорость работы гофроагрегата зависит также от продолжительности пропитки бумаги после смачивания клеем.
Обычно при применении картона для плоских слоев из сульфатной целлюлозы и бумаги для гофрирования из полуцеллюлозы, вырабатываемых из первичных, длинноволокнистых полуфабрикатов и имеющих хорошую структуру поверхности, достигается хорошее склеивание. Процесс склейки значительно осложняется при использовании бумаги и картона из макулатуры, содержащей в композиции различные полуфабрикаты.
Проведенные в Швеции исследования [12] показали, что продолжительность смачивания бумаги клеем находится в прямой зависимости от ее шероховатости. Время же пропитки бумаги зависит от величины давления, при котором бумага пропитывается, среднего радиуса пор бумаги и вязкости клея. Последнее в свою очередь зависит от концентрации клея и температуры его применения. При использовании крахмального клея продолжительности смачивания им поверхности картона для плоских слоев в процессе наблюдений составляло 0,1 с, бумаги для гофрирования из макулатуры - до 0,4 с. О времени пропитки бумаги судили по определению ее воздухопроницаемости, которая должна быть не менее 400...450 мл/мин [6].
Для прохождения бумаги через гофроагрегат, как считают в Германии, она должна обладать низким трением по металлу, необходимыми показателями прочности и удлинения до разрыва в машинном направлении, высоким сопротивлением сдвигу, высокой степенью сжимаемости, а также равномерными показателями толщины и массы 1 м .
Традиционно свойства бумаги для гофрирования характеризуются показателями сопротивлением плоскостному сжатию {СМТ- тест Конкора), принятыми во многих странах в качестве стандартного теста. Влажность бумаги после бумагоделательной машины должна быть на 0,5...1,0 % ниже оптимального значения при гофрировании бумаги. В зависимости от композиции бумаги это оптимальное значение влаж ности может быть различным, но обычно оно составляет приблизительно 9 %. Важно, чтобы подача пара, увлажняющего бумагу, осуществлялась в непосредственной близости от зоны гофрирования, чтобы влага не успевала мигрировать из наружных слоев во внутренние. Именно наружные слои претерпевают наибольшее растяжение при гофрировании и должны быть наиболее пластичными [13].
При умеренном увлажнении поверхности бумаги в процессе образования гофрированного слоя прочность ее снижается незначительно, растяжимость и пластичность повышаются, а в результате последующей сушки гофрированный слой становится твердым и жестким. Вместе с тем, при повышенной влажности (примерно 12 % и более) возникают затруднения при склеивании бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев. При чрезмерном увлажнении бумаги гофры разрушаются из-за потери прочности.
В США считают, что скоростное прохождение через гофроагрегат обеспечивает бумага, не содержащая костры и включающая оптимальное количество длинноволокнистой фракции.
Следует отметить факторы затрудняющие процесс гофрирования: неравномерные влажность, масса 1 м2, композиция бумаги, а также вариация концентрации клея; при использовании бумаги изготовленной из массы высокой степенью помола затрудняется пропитка её клеем; не соответствие скорости работы гофроагрегата оптимальной продолжительности воздействия температуры при образовании гофрослоя; самопроизвольная повышенная проклейка бумаги ухудшающая ее впитывающую способность при длительном хранении [6].
Таким образом:
1)для образования качественного гофра, в волокне образующем полотно должно содержаться достаточное количество остаточного лигнина, обуславливающего пластичность бумаги при гофрировании и жесткость готового гофра. Для регулирования процесса гофрообразования, необходимы знания вариации этого показателя в производственных условиях, зависящего от вариации состава и качества поступающей макулатуры;
2) процесс гофрирования и работа по созданию гофра в значительной степени зависит от величины модуля упругости, абсолютной величины деформации разрушения и относительной составляющей упругой и замедленно-упругой деформации. Сведений об этих характеристиках для бумаги для гофрирования недостаточно.
Определение средней длины волокна и фракционного состава
Система KAJAAN1 FS - 200 является анализатором длины волокна, автоматически измеряющими распределение волокон по длине, удельный вес единицы длины волокна (coarseness) и отношение древесных пород [61]. Определение длинны волокна и грубости волокна на анализаторе KAJAANI FS - 200 полностью автоматизированный анализ длины волокон, а также измерение рассеянности волокон, шероховатости массы и соотношения лиственной/хвойной древесины на основе тестового метода TAPPI Т 271. Лазерный источник света, позволяет выполнять быстрые и воспроизводимые измерения с 0 до 7,2 мм с разрешающей способностью 50 мкм.
Принцип измерения (рисунок 2.4) заключается во втягивании волокна из раствора через капилляр. В капилляре диаметром 0,4 мм волокна двигаются через оптику, где с помощью лазера и детектора измеряют длину волокна. Сигнал из детектора усиливается и переводится в цифровой вид для вычислений в микропроцессоре. Клавиатура и принтер: с клавиатуры вво- Рисунок 2.4 - Принципиальная схема опре дят команды анализатору. В этом же Деления средней длины волокна на анализа 2 - оптика содержит вакуумный насос, резервуар для измеренных проб и устройство опорожнения резервуара (подключенный блок насоса к сетям водоснабжения и канализации, создает давление и вакуум для анализатора). Максимальное давление системы водоснабжения составляет 600 кПа, а минимальное 150 кПа. Температура воды должна быть внутри пределов +3...+25 С. Нельзя употреблять дистиллированную или бензиновую воду, так как датчики с такой водой не работают. При взвешивании пробы стремятся к тому, чтобы частотой измерения анализатора была 40...60 волокон в се торе KAJAANI FS - 200: 1 - лазер; корпусе установлен принтер. Блок насоса кунду. Количество взвешиваемой массы, для обычных длинноволокнистых масс хвойного дерева составляет 0,8 ... 1,3 г.
Определение весовой доли двух компонентов массы в FS - 200 основано на распределении длины волокна пробы смеси с весами по длине или на использовании таблицы Custom Results.
Определение средневзвешенной длины волокна по методу Иванова По методу Иванова С.Н. измерение основано на улавливании волокон ножами рамки при прохождении через неё специально приготовленной бумажной массы и последующего взвешивания рамки с нависшими на ножах волокнами [62].
Для анализа используют 2 литра волокнистой суспензии, содержащей 6 г. а.с.в. Масса сырых волокон задержавшихся на ножах, выраженная в дециграммах, даёт так называемый «весовой показатель», который характеризует относительную длину волокна, в мм (таблица 2.1).
Недостатком данного метода является невысокая точность полученных результатов, кроме того данные приведенные в таблице 2.1. рекомендованы разработчиком прибора для анализа сульфитной целлюлозы. Однако, следует отметить, что использование вышеизложенной методики носило общий характер, а полученные результаты использовались лишь для оценки динамики изменения средневзвешенной длины макулатурных волокон.
Под водоудержанием (WRV - сокращение с нем. Wasserruckhalten-vermogen) волокна понимается объём воды в волокне, который не может быть удалён из него механическими средствами (при обработке на центрифуге). Этот объем выражается в процентах к абсолютно сухой массе навески волокна. Показатель водоудержания характеризует степень набухания и гидратации волокон при размоле [58].
Измерение водоудерживающей способности волокнистой массы основано на обезвоживании навески на центрифуге с последующим высушиванием и взвешиванием.
Для анализа отбирали объем суспензии содержащей 5 г а.с.в. (концентрацию в исследуемой массе определяли заранее). Обезвоживание проводили в два этапа. На первом этапе отобранную суспензию обезвоживали на вакуумной установке, состоящей из колбы Бунзена, воронки Бюхнера и вакуумного насоса, до исчезновения зеркала залива. Для этого использовали фильтровальную бумагу с номером 388. Далее полученную отливку количественно переносили с вакуумной установки в специальные стаканчики с сетчатым дном и отжимали на центрифуге при скорости вращения ротора 6000 мин"1 в течение 15 минут. По окончании центрифугирования стаканчики с сырой массой взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Взвешенные пробы доводили до постоянной массы в сушильном шкафу. Водоудержи-вающую способность (WRV) волокнистой массы вычисляли по формуле где Мвл, Мсух - масса навески после центрифугирования и сушки соответственно, г.
Перед определением показателей качества образцы бумаги кондиционировали согласно требованиям ГОСТ 135230-79 [64] (СТС ЭВ 443-83) при относительной влажности воздуха 50±2 % и температуре 23±1 С в течение 24 часов. Эти же условия сохраняли во время испытаний.
Показатели качества лабораторных образцов и готовой продукции определяли по методикам, регламентированным стандартами: толщину образца по ГОСТ 27015-86 [65]; масса 1 м2 по ГОСТ 13199-88 [66]; сопротивление продавливанию по ГОСТ 13525.8-86 [67]; разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении по ГОСТ 10711-74 [68]; сопротивление плоскостному сжатию, при ширине полоски 12,7 мм, (СМТ) по ГОСТ 20682 - 75 [69]; сопротивление торцевому сжатию (ССТ) по ГОСТ 7377 - 85 [70].
Исследование деформационных и прочностных характеристик бумаги для гофрирования различных производителей
Как было показано в аналитическом обзоре, процесс гофрирования на гофроаг-регате при производстве гофрированного картона, и деформационные и прочностные свойства гофрированного слоя, зависят от таких характеристик бумаги для гофрирования, как: модуль упругости (Е\), деформация (єр), относительной составляющей упругой и замедленно-упругой деформации (еу и s3.y), а также времени релаксации напряжений (п).
На ООО «Сухонский ЦБК» бумага для гофрирования производится из вторичного волокна, кроме того на свойства бумаги влияет применяемая технология и установленное в технологическом потоке оборудование. Вырабатываемая на комбинате бумага не удовлетворяла производителей по качеству, которое было ниже по сравнению с импортными образцами и образцами некоторых российских производителей. Кроме того, характеристики, используемые для оценки качества продукции (удельное разрушающее усилие, абсолютное сопротивление продавливанию, разрушающее усилие при сжатии кольца), не позволяют контролировать свойства, реально характеризующие потребительские свойства данной продукции.
В ряде работ [56,82-85] обоснована необходимость расширения характеристик для оценки качества тарного картона (в эту группу входит и бумага для гофрирования). Прежде всего, это касается характеристик, получаемых при испытании на растяжение и изгиб, так как эти виды нагрузок воздействуют на структуру материала при его переработке и потреблении.
С целью оценки физико-механических свойств бумаги для гофрирования, произведенной из первичного, первичного + вторичного и вторичного волокна на различных предприятиях были испытаны образцы, перечень которых представлен в таблице 3.2.
На рисунке 3.3 представлены кривые зависимости «напряжение - деформация», полученные при приложении растягивающей нагрузки.
При приложении растягивающей нагрузки в капиллярно-пористом материале (образцы целлюлозы, бумаги и картона) наблюдается несколько стадий развития деформаций, предшествующих окончательному разрушению (рисунок 3.4): I- упругая зона; II - зона вязкоупругих деформаций; III - зона предразрушения, деформация в ней происходит в условиях интенсификации процессов разрушения и заканчивается разделением образца на части; Э - точка, усреднено характеризующая замедленно упругую составляющую вязкоупругой зоны. Алгоритм обработки представлен в разделе 2.5.
Мировой опыт показывает, что для оценки качества бумаги для гофрирования этих характеристик крайне недостаточно. Поэтому, для сравнительного анализа образцов бумаги для гофрирования различных производителей был получен широкий спектр характеристик деформативности при испытаниях на растяжение и изгиб, результаты представлены в таблице 3.3.
Известны два фундаментальных факта [86]: во-первых, процесс разрушения материалов определяется разрывом химических связей, а процесс деформирования -преодолением сил межмолекулярного взаимодействия; во-вторых, разрушение и деформирование связаны с различными компонентами тензора разрушения (разрушение - с нормальным растягивающим напряжением, а деформирование - со сдвиговыми напряжениями).
На большинстве предприятий отрасли (в том числе на ООО «Сухонский ЦБК» в период проведения эксперимента) технологические режимы были отработаны на получение продукции с заданными прочностными свойствами. При наличии избирательного влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики необходимо изучение взаимосвязей конкретных параметров и характеристик на каждой БДМ отдельно. На 000 «Сухонский ЦБК» контролируются только нормируемые ГОСТом показатели (см. таблицу 1.3).
Анализ данных таблицы 3.3 позволяет сделать следующие обобщения. Для успешной переработки на гофроагрегате бумага для гофрирования должна иметь определенные вязкоупругие свойства, которые в первом приближении характеризуются модулем упругости и временем релаксации напряжения. Начальный модуль упругости (Е[) бумаги для гофрирования из вторичного волокна колеблется в пределах 2300...4150 МПа, а бумаги из первичного и первичного + вторичного-500...4450 МПа. Время релаксации напряжения (и) в точке начала развития пластических деформаций (П) соответственно, бумаги для гофрирования из вторичного волокна колеблется в пределах 14,1...21,3 с, и бумаги из первичного и первичного + вторичного - 17,0...23,8 с. Таким образом, у бумаги из вторичного волокна отношение Е\тЫ1Е\тах составляет 0,55, а из первичного и первичного + вторичного - 0,79, отношение пт-т/птах соответственно - 0,66 у бумаги из вторичного волокна и 0,71 из первичного и первичного + вторичного.
Известно, что релаксация - это процесс перераспределения основных элементов структуры (волокон) материала находящегося в деформированном состоянии под воздействием нагрузки, для принятия наиболее выгодного, с энергетической точки зрения, положения, при котором напряжения сводятся к нулю. Этот процесс во многом обусловлен геометрическими размерами и формой волокна, а главное межволоконными силами связи.
Деформация разрушения бумаги из вторичного волокна колеблется в пределах 1,32...2,18 %, из первичного и первичного + вторичного волокна - 1,48...2,30 %, т.е. разбег этой характеристики обоих видов бумаги достаточно большой и обусловлен существующей деформацией. Отметим, что бумага с меньшей деформацией разрушения является более хрупкой.
На рисунке 3.5 представлены изменения величин характеризующих вязкоупругие свойства бумаги для гофрирования в процессе деформирования до разрушения образца. Ход кривых характеризующих изменения величин исследуемых характеристик в процессе деформирования практически идентичен. В таблице 3.4 представлены характеристики, определяющие жесткость бумаги для гофрирования. Жесткость при растяжении, обусловленная модулем упругости и толщиной образца, имеет высокую вариацию как образцов из вторичного волокна, так и из первичного и первичного + вторичного. Более жесткое вторичное волокно дает и большую вариацию толщины бумаги.
Энергия, поглощаемая при растяжении (TEA) является мерой вязкоупругости бумаги, влияющей на жесткость при растяжении бумаги. Рассчитывается эта характеристика как площадь под кривой зависимости «ст-є». Разница в толщине у бумаги из вторичного волокна достигает 2,7 раза, TEA - 2,9 раза, в то время как у бумаги из первичного и первичного + вторичного 1,5 и 4,0 раза соответственно. Отсюда можно предположить, что жесткость при растяжении бумаги из вторичного волокна определяется главным образом жесткостью отдельного волокна, а бумаги из первичного волокна - его прочностью.
Исследование влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрировани
В данном разделе экспериментальной части рассматривается влияние на физико-механические свойства бумаги для гофрирования некоторых основных технологических факторов: обуславливающих отлив бумаги на сетке и формирование структуры бумажного листа (сНя - концентрация бумажной массы в напорном ящике; 7 -коэффициент напуска бумажной массы на сетку); сухость бумажного полотна после прессовой части; температура поверхности сушильных цилиндров в различных сушильных группах.
Кроме того, перечисленные технологические факторы влияют на степень анизотропии структуры бумаги, а значит й на ее свойства. Как правило, количественное влияние этих факторов на характеристики бумаги для каждой бумагоделательной машины индивидуально и подлежит изучению в данных конкретных условиях.
Исследование влияния факторов напуска бумажной массы на сетку БДМ
Свойства изготовляемой на БДМ бумаги в сильной степени обусловлены условиями поступления бумажной массы на сетку бумагоделательной машины, важными факторами при этом являются концентрация и скорость массы [19]. Как правило, увеличение разбавления массы в напорном ящике приводит к получению бумаги с более равномерной структурой, так как при этом снижается склонность волокна к хлопье-образованию. Однако, в конкретных производственных условиях существует оптимум разбавление массы. Этот оптимум обусловлен возможностью ведения оптимального процесса обезвоживания в регистровой части сеточного стола БДМ и определяется технологическими факторами.
В тоже время качество бумаги в значительной степени зависит от относительной скорости поступления массы на сетку БДМ по сравнению со скоростью движения сетки, которая характеризуется так называемым коэффициентом напуска массы. Этот фактор во многом определяет степень анизотропии структуры бумаги.
Было проведено исследование влияния этих факторов на характеристики де-формативности и прочности бумаги для гофрирования, вырабатываемой на БДМ-2 ООО «Сухонский ЦБК». Данные эксперимента представлены на рисунках 3.21.. .3.26.
Из рисунка 3.21 следует, что оптимальная концентрация массы в напорном ящике для получения повышенной величины характеристик Е\, St, SCT должна поддерживаться около 0, 75 %; єр, Sb - 0,60 %; RCT - 0,90 %. Для прочностных характеристик ор, Ар - 0,75 %; П - 0,60 %.
Анализ зависимостей, представленных .на рисунке 3.20, показал, что при Kif=0,93 значения характеристик Е\, St, Sb, стр имеют наибольшую величину, а при Kn=l,l6-SCTnRCT.
Данные представленные на этих рисунках свидетельствуют, что и в данном случае форма поверхностей отклика для различных характеристик различна. Таким образом, настройка технологии должна происходить исходя из требований потребителя к гофротаре (необходимо прочнаяПовышение средней температуры с 69 до 82 С, т.е. на 13С позволило повысить: Ех - на 11 %; S, и Sb - на 15... 17 %; єр - на 18 %; Р - на 24 %; Лр - 50 %.
Это можно объяснить тем, что удаление большего количества воды в начале сушки в щадящих условиях позволит сохранить структуру бумаги, а значит и повысить физико-механические свойства, при более жесткой сушке с усиленным парообразованием. Наличие информации о степени анизотропии структуры производимого материала позволяет контролировать работу напорного ящика бумагоделательной машины, а значит, и регулировать качество продукции.
Характеристикой степени анизотропии является отношение коэффициента жесткости при растяжении в машинном (TSIMD) и поперечном (TSICD) направлении [104]. На рисунке 3.29 представлены зависимости между параметрами напуска бумажной массы на сетку БДМ и степенью анизотропии. или жесткая тара).
Отметим, что при использовании наибольшую нагрузку испытывают стенки ящика. При этом компоненты гофрокартона, в том числе и бумага для гофрирования, образующая гофр, будет испытывать нагрузку в направлении CD. Из рисунка 3.30 б следует, что все исследуемые характеристики, обеспечивающие переработку бумаги для гофрирования на гофроагрегате, и потребительские свойства гофрокартона с увеличением степени помола уменьшаются.
1) установлено, что поверхности отклика, отражающие влияние концентрации массы в напорном ящике и коэффициента напуска массы на сетку БДМ для каждой из характеристик деформативности и прочности имеют отличающиеся формы, что свидетельствует о необходимости настройки технологии бумаги для гофрирования по характеристикам, регламентируемым потребителями в каждом отдельном случае;
2) показано, что при сухости бумажного полона после прессовой части 47...48% характеристики деформативности и прочности бумаги для гофрирования имеют повышенные значения;
3) установлено, что повышение средней температуры греющего поверхности сушильных цилиндров в первой сушильной группе с 69 до 82 С позволяет повысить величины характеристик деформативности на 11... 18 %, а прочности на 24... 50 %;
4) при модернизации БДМ для создания оптимальной величины анизотропии структуры бумаги особое внимание необходимо уделить таким параметрам как: во-первых, горизонтальность и параллельность расположения элементов мокрой части; во-вторых, пульсации массы в напорном ящике; в-третьих, устранешпо поперечных струй массы в напорном ящике; в-четвертых, оптимизации величин коэффициента напуска и угла контакта струи массы с сеткой.
