Содержание к диссертации
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
Общие положения 9
Бумагообразующие свойства вторичных волокон 18
Технология подготовки вторичного волокна к отливу 32
Теоретические подходы к описанию деформации и прочности 44
Выводы по обзору литературы и постановка задачи эксперимента 57
2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 59
Материалы подвергнутые испытанию 59
Изготовление образцов и подготовка их к испытаниям 60
Определение характеристик волокна 61
Определение стандартных характеристик тест-лайнера 64
Определение характеристик деформативности 64
2.6. Фракционирование вторичного волокна в центробежно-
гидродинамическом фракционаторе (теоретические представления) 75
Планирование лабораторного эксперимента с использованием математических методов 88
Статистическая обработка данных эксперимента 91
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 93
3.1. Предварительные опыты по уточнению параметров работы усовер
шенствованного фракционатора и их влияния на характеристики тест-
лайнера.. 93
3.2. Исследование механического поведения картонов-лайнеров, произве-
денных из первичного или вторичного волокна 98
Статистическая оценка параметров производства и характеристик качества тест-лайнера 107
Влияние технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики тест-лайнера 112
Влияние процессов фракционирования и размола вторичного волокна
на деформационные и прочностные свойства тест-лайнера 138
Анализ возможности повышения качества тест-лайнера и практические рекомендации 152
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 155
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 157
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт о создании и освоении в производстве фракциона-
тора бумажной массы 171
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт о создании и освоении линии подготовки макула
турной массы для модернизируемой бумагоделательной машины № 1 174
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт о проведении модернизации бумагоделательной машины № 1
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
MD — машинное направление;
CD - поперечное направление;
RCT - разрушающее усилие при сжатии кольца, Н;
SCT - сопротивление сжатию короткого участка образца вдоль плоскости, кН/м;
П - сопротивление продавливанию, кПа;
TEA - энергия, поглощаемая при растяжении образца до разрушения, Дж/м2;
N - сопротивление излому, ч.д.п.;
Jic - трещиностойкость, кДж/м;
JjCw - индекс трещиностойкости, кДж-м/кг;
TSOyrojl+MD - угол между мксимальным коэффициентом жесткости и
направлением MD или полярный угол, ;
TSImd/cd - степень анизотропии;
St - жесткость при растяжении, кН/м;
EI - жесткость при изгибе, мН-см2;
Еизг - модуль упругости при изгибе, МПа;
Ei - начальный модуль упругости, МПа;
Et - текущий модуль упругости, МПа;
Еод. - модуль общей деформации, МПа;
а - напряжение, МПа;
о"р - разрушающее напряжение, МПа;
Р - разрушающее усилие, Н;
Д1 - удлинение, мм;
є - деформация, %;
5 єр -деформация разрушения, %; Ар - работа разрушения, мДж;
Ау- упругая составляющая работы разрушения, мДж; А3.у- работа в замедленно-упругой зоне деформирования, мДж; Ап— работа, затрачиваемая на деформирование образца от начала развития пластических деформаций до зоны предразрушения, мДж; Ат- работа, затрачиваемая на развитие трещины до разрушения, мДж; 1 ср_ средняя длина волокна, мм; 1 ев - средневзвешанная длина волокна, мм; 1 кр - критическая длина волокна, мм;
FCB- адгезионная способность (межволоконные силы связи) волокна, МПа; L0 - собственная прочность волокна (нулевая разрывная длина), м; 8 - толщина образца, м; р - плотность, г/см ; с - концентрация, %; VB - впитывающая способность, г/м2;
ОСкв - относительное содержание коротковолокнистой фракции, %; СПКВ - степень помола коротковолокнистой фракции, ШР; СПдв - степень помола длинноволокнистой фракции, ШР;
X - средняя величина характеристики;
ах - среднее квадратическое отклонение;
v - коэффициент вариации, %;
R - коэффициент множественной корреляции;
Дс - средняя относительная погрешность аппроксимации;
т - продолжительность процесса.
Введение к работе
Во второй половине 20 века в мировой практике производства бумаги и картона значительно возрос интерес к использованию макулатуры в качестве источника вторичного волокна, что объясняется с одной стороны, ужесточением законодательства по охране окружающей среды, а с другой - экономической целесообразностью. Кроме того, использование вторичного волокна для производства различных целлюлозно-бумажных материалов позволяет существенно снизить общий уровень энергопотребления.
Основным видом потребляемой макулатуры является упаковка из гофрокартона. Анализ имеющейся информации показывает, что при возрастающем сборе макулатуры ее использование в технологии тест-лайнера затрудняется, так как вторичное волокно заметно ухудшает деформационные и прочностные характеристики, т.е. снижаются потребительские свойства. В связи с этим первостепенное значение приобретают такие процессы подготовки бумажной массы из вторичного волокна, как: набухание до оптимального состояния; фракционирование с последующей раздельной обработкой длинно- и коротковолокнистой фракций; напуск и формование листа картона на сеточном столе и другие.
Важнейшим потребительским свойством тест-лайнера наряду с определенной прочностью, является способность к деформированию при приложении растягивающей или изгибающей нагрузки. В Российской Федерации характеристики деформативности у тест-лайнера не нормируются отечественными стандартами и фактически не контролируются. В то же время ряд потребителей картона требует представления ряда деформационных характеристик. Это определяет целесообразность проведения комплексных исследований свойств вторичных волокон, деформационных и прочностных свойств тест-лайнера и корреляции их характеристик.
7 Актуальность и значимость выполнения исследований, направленных на повышение качества тест-лайнера, обусловили их включение в Государственный контракт Минпромнауки России с ОАО «ЦНИИБ» по теме № 02.190.11.005 «Разработка и промышленное освоение технологии производства новых видов высококачественного картона с использованием вторичного волокна». Основанием для заключения договора является решение Конкурсной комиссии по организации и проведению конкурсов на право заключения государственных контрактов на выполнение в 2003-2006 годах важнейших инновационных проектов государственного значения от 18 февраля 2003 г. (пункт № 1 протокола № 3 от 03 марта 2003 г.).
Целью настоящей диссертационной работы является разработка обоснованной технологии получения тест-лайнера с повышенными деформационными и прочностными характеристиками и развитие научных представлений о механическом поведении данного материала.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработать усовершенствованный способ центробежно-гидродинамического фракционирования вторичного волокна, отличающийся повышенной надежностью в эксплуатации;
исследовать деформационные и прочностные характеристики длинно- и ко-ротковолокнистой фракций вторичного волокна, полученных при различных режимах фракционирования;
установить различия в механическом поведении различных образцов крафт- и тест-лайнеров, обусловливающих их деформационные и прочностные характеристики;
исследовать влияние вариации величин параметров основных технологических процессов на деформационные и прочностные свойства тест-лайнера;
оценить возможность применения некоторых теоретических аспектов разрушения композитов в технологии тест-лайнера;
анализ возможности повышения качества тест-лайнера и практические рекомендации.
8 Автором выносятся на защите следующие основные положения диссертационной работы:
разработка и использование усовершенствованного центробежно-гидродинамического фракционатора для фракционирования вторичного волокна;
теоретические представления и экспериментальные данные о природе различного механического поведения крафт- и тест-лайнеров;;
данные о влиянии вариации технологических параметров на деформационные и прочностные свойства тест-лайнера;
исследование влияния основных технологических параметров на деформационные и прочностные свойства тест-лайнера;
анализ возможности повышения качества тест-лайнера и практические рекомендации.
Работа выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета и на ОАО «Вторресурсы - Караваево».
