Введение к работе
Актуальность темы. Одной из главных задач развития целлюлозно-бумажной промышленности является совершенствование и создание технологий, направленных на получение продукции с высокой добавленной стоимостью. Прежде всего, это относится к тем видам бумаги и картона, которые перерабатываются в готовые изделия на непрерывном, высокотехнологичном и высокоскоростном оборудовании. Стабильность работы и эффективность использования таких линий во многом зависит от способности бумаги или картона перерабатываться без обрывов, т.е. обусловлена уровнем дефектности их структуры.
Дефекты структуры бумаги и картона с одной стороны являются следствием существующей технологии их изготовления, а с другой - возникают непосредственно в процессах переработки. Последнее происходит либо случайным образом (надрывы, проколы, задиры, царапины, складки и т.п.), либо является следствием технологических операций (гофрирования, крепирования, рилевания, резки, высечки и др.).
Для оценки поведения бумаги и картона в процессах производства и переработки представляется важным не только количественно оценивать сопротивляемость их структуры к инициированию и развитию трещиноподобных дефектов, но и прогнозировать возможный характер механизма разрушения.
Таким образом, исследования, основанные на общих принципах современной механики разрушения и направленные на развитие теории механического поведения бумаги и картона как структурно-неоднородных и склонных к возникновению дефектов материалов, являются перспективными с точки зрения получения новых знаний и актуальными для практического применения.
Цель и задачи исследования. Целью работы является развитие научных представлений о трещиностойкости и механизмах разрушения бумаги и картона с позиций нелинейной механики разрушения для последующего направленного регулирования потребительских свойств.
Для реализации данной цели поставлены и решены следующие задачи:
-
установить взаимосвязь между характеристиками, оценивающими трещино-стойкость и вязкоупругость бумаги и картона при разрушении;
-
адаптировать и усовершенствовать графоаналитический метод получения двухпараметрических диаграмм механического поведения применительно к целлюлозно-бумажным материалам;
-
определить вклады хрупкого, смешанного и вязкого механизмов разрушения, наблюдаемые в условиях одноосного растяжения бумаги и картона с трещиноподобны-ми дефектами;
-
исследовать влияние параметров структуры на механизм разрушения при растяжении бумаги и картона;
-
оценить изменения в механизме разрушения бумаги и картона при растяжении в зависимости от технологических факторов.
Научная новизна. Впервые установлено, что разрушение структуры бумаги с тре-щиноподобными дефектами может быть интерпретировано с помощью двухпараметриче-ского критерия разрушения и диаграммы механического поведения при растяжении. Получены новые данные о протекании процесса разрушения бумаги и картона, который может развиваться по хрупкому, вязкому или смешанному механизму.
Количественно определены значения двухпараметрического критерия разрушения тарного картона и бумаги для печати в зависимости от структурно-размерных и технологических параметров.
Экспериментально установлено, что значения относительного критического размера трещин, при которых наблюдается их магистральное распространение и разрушение материала по хрупкому механизму, зависят от особенностей формирования дискретно-анизотропной структуры каждого вида бумаги и картона.
Практическая ценность. Усовершенствован метод получения двухпараметри-ческих диаграмм механического поведения при растяжении применительно к волокнистым целлюлозно-бумажным материалам.
Разработано программное обеспечение, зарегистрированное в Роспатенте, позволяющее проводить математическую обработку экспериментальных данных, анализ вклада различных механизмов в разрушение и расчет двухпараметрического критерия разрушения бумаги и картона.
Установлен характер влияния на механизм разрушения бумаги и картона с тре-щиноподобными дефектами основных структурных и технологических параметров: анизотропии, влажности, степени разработки волокна, добавки упрочняющих химикатов, количества циклов переработки волокна. Полученные данные являются основой для совершенствования технологий получения и переработки бумаги и картона, а также направленного регулирования их потребительских свойств.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международных конференциях в Каравае-во (2006 г.) и в Санкт-Петербурге (2007, 2009 г.); на Всероссийской научно-технической конференции в Красноярске (2006 г); а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (2006 - 2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе обзор и четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; обзор литературы; методическую часть; экспериментальную часть, включающую пять разделов; общие выводы; приложение. Содержание работы изложено на 130 страницах, включая 64 рисунка и 30 таблиц, библиография 155 наименований.
