Сопротивление продавливанию бумаги. Анализ свойств гофрокартона. Подготовка к испытанию

102 103 104 105 106 107 108 109 ..

Механическая прочность и деформационные свойства бумаги

Сопротивление бумаги излому

Сопротивление излому. Показатель сопротивления бумаги излому - один из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и прочно связанных между собой волокон (некоторые виды бумаги из синтетических волокон). Из тряпичных волокон для изготовления бумаги с высоким сопротивлением излому наиболее пригодны льняные волокна. Содержание в бумаге древесной массы, лиственной целлюлозы и облагороженной хвойной целлюлозы приводит к снижению показателя сопротивления излому. Волокна сульфатной хвойной целлюлозы дают возможность получить бумагу более прочную по сопротивлению излому, чем волокна сульфитной хвойной целлюлозы.

При чрезмерном увеличении степени помола бумажной массы на показатель сопротивления изготовляемой бумаги излому одновременно в отрицательном направлении действуют два фактора: повышение хрупкости материала и снижение средней длины волокон. При значительном увеличении толщины и массы 1 м2 бумаги (картона) также наблюдается резкое снижение сопротивления излому указанных материалов из-за повышения при этом жесткости и возникновения больших растягивающих напряжений при изломе в поверхностном слое толстого материала по сравнению с тонким.

Введение в бумажную массу немодифицированного минерального наполнителя неизбежно ведет к снижению сопротивления излому изготовляемой бумаги из-за снижения при этом сил связи между волокнами и, возможно, из-за перетирания волокон при многократных изломах бумаги о неровные поверхности частиц наполнителя.

Влияние влажности бумаги на ее сопротивление излому неоднозначно. С увлажнением бумаги силы связи между волокнами уменьшаются, а гибкость бумаги (вследствие набухания волокон) увеличивается. Таким образом, эти факторы влияют на сопротивление бумаги излому в противоположных направлениях. Увеличение относительной влажности окружающего воздуха (следовательно, и влажности бумаги) способствует увеличению сопротивления излому у прочной бумаги и снижению - у слабой бумаги (например, промокательной).

Прочная бумага при увлажнении наряду с увеличением гибкости волокон сохраняет достаточно высокую величину сил

связи между ними, и результирующая этих влияний способствует росту сопротивления бумаги излому, выражаемым числом двойных перегибов бумаги до ее разрыва. При выдерживании такой первоначально прочной бумаги в воде, т. е. в условиях, когда силы между волокнами почти полностью разрушены, она не сможет обнаружить заметное сопротивление излому.

В бумаге со слабо развитыми силами связи между волокнами (фильтровальной, промокательной и т. п.) эти связи настолько уменьшаются при увлажнении бумаги, что положительное влияние роста гибкости волокон и бумаги в целом уже не может преобладать над отрицательным влиянием малой величины сил связи между волокнами, в результате число двойных перегибов при этом заметно уменьшается.

С. Н. Ивановым и Л. Н. Лаптевым установлено, что критическая величина сил связи между волокнами, составляет 490- 588 кПа и дальнейшее снижение ее при увлажнении вызывает уменьшение показателя сопротивления бумаги излому.

Сопротивление бумаги продавливанию

Этот показатель качества бумаги нельзя отнести к числу основных. Он может быть важным для некоторых видов упаковочно-оберточной бумаги, для которых в отдельных случаях должен быть предусмотрен также показатель сопротивления продавливанию во влажном состоянии.

Сопротивление продавливанию является сложной функцией сопротивления разрыву и удлинения бумаги до разрыва. Экспериментально установлено, что рассматриваемый показатель прочности бумаги увеличивается с повышением’ абсолютных; значений показателей ее разрывного груза и удлинения при разрыве и когда отношение удлинения бумаги в машинном направлении к ее удлинению в поперечном направлении приближается к единице.

Бумага, изготовленная из длинных волокон, отличается большей величиной сопротивления продавливанию. С увеличением степени помола бумажной массы в бумаге растут силы связи между волокнами. Одновременно увеличивается и сопротивление продавливанию. Однако чрезмерно высокая степень помола бумажной массы снижает сопротивление продавливанию, что связано уже с заметным укорачиванием волокон и снижением степени удлинения бумаги до разрыва.

С увлажнением бумаги ее разрывной груз уменьшается из-за ослабления межволоконных сил связи, но одновременно увеличивается удлинение бумаги.

Таким образом, для получения максимального значения сопротивления продавливанию влажность бумаги должна быть, оптимальной, при которой нет сильного ослабления межволоконных связей и в то же время наблюдается достаточно высокая степень удлинения бумаги. Такая влажность бумаги равна примерно 8-9%.

Пробок можно предупредить, если располагать емкости на высоте, обеспечивающей значительное превышение расчетного сопротивления , возникающего в приемных трубопроводах, или когда такой способ по конструктивным соображениям неприемлем, применять постоянное продавливание в емкости инертным газом , газообразными углеводородами и т, п. 

Относительное сопротивление продавливанию не 

Схематично на рис. 89 изображена полиэтиленовая микроколонка с облегчающим работу с ней автоматическим устройством . Микроколонку загружают ионитом с размером зерна 20- 40 мкм и высотой слоя 50-150 мм. Подобный слой имеет большое гидродинамическое сопротивление , и растворы продавливают через ионит при избыточном давлении в верхней части микроколонки 0,5-1,5 07 . Датчиком счета капель служат две платиновые проволочки , подключенные к 5-10 в. Падающая капля раствора электролита замыкает электрическую цепь и возникающий импульс передается на управляющий блок, составной частью которого (в качестве счетчика капель) служит, например, радиометрическая пересчетная установка. При достижении числа капель, заданного управляющему устройству , последнее с помощью трехходового крана , движимого соленоидом, отключает колонку от источника сжатого воздуха (баллон, компрессор) и продавливание раствора прекращается. Установка удобна как для простых ионообменных разделений при небольших объемах (5- 

Абсолютное сопротивление продавливанию, н,. и-, не ме- 

Абсолютное сопротивление продавливанию в  

Сопротивление продавливанию по Муллену, 

Относительное сопротивление продавливанию, МН/м  

Сопротивление продавливанию материала через головку, достаточное для получения необходимого сжатия порошка плунжером, возникает вследствие термического расширения фторопласта -4 в нагретой зоне головки и трения его о стенки головки. При необходимости по-, высить давление на материал, производится торможение охлажденного изделия около выхода из головки. 

Как уже говорилось, на скорость хроматографического процесса большое влияние оказывает размер зерен ионита. С уменьшением размера зерен пики на выходных кривых обостряются, и эффективность разделений улучшается. Для практических целей достаточно удовлетворительные результаты дает использование зерен размером 0,1-0,25 и даже 0,25-0,5 мм для разделения смесей близких по свойствам ионов (например, редкоземельных элементов) используют иониты с более мелкими частицами . Уменьшение размера зерен имеет тот недостаток, что приводит к резкому увеличению сопротивления потоку жидкости через колонку поэтому при применении мелкодисперсных ионитов приходится прибегать к принудительному продавливанию раствора через колонку (например, сжатым воздухом). 

Существует мнение , что ГМЦ положительно влияют на такие физико-механические свойства бумаги, как разрывная длина , сопротивление продавливанию, сопротивление излому, объемная масса , прозрачность, п отрицательно - иа еоиротивле-ние бумаги надрыву, пористость, светонепроницаемость , постоянство размеров бумаги. 

Стойкость к деформахщи при продавливании под нагрузкой 4,8 Н при 200°С, % Удельное объемное электрическое сопротивление . Ом -см Диэлектрическая проницаемость при 10 Гц Тангенс угла диэлектрических Потерь при 10 , Гц 

В составе композиции концентрация ПАА и сшивателя подбираются таким образом , чтобы реакция сшивки произошла через период времени, достаточный для проведения закачки и продавливания композиции. Медленная скорость сшивки позволяет применять большеобъемные оторочки растворов ПАА. В случае ВУС применяют более концентрированные растворы ПАА и сшивателя, что приводит к быстрому образованию полимерных гелей. Образовавшиеся в пласте полимерные гидрогели обладают очень низкой подвижностью, высоким остаточным фактором сопротивления и ярко выраженными вязкоупругими свойствами . Особенно эффективны ВУС в резко неоднородных и трещиноватых пластах со слабой гидродинамической связью между отдельными продуктивными прослоями, содержащих нефть повышенной вязкости. Полимерные технологии второй группы эффективны на поздней стадии разработки, когда обводненность добываемой нефти более 60%. В последние годы разработана и применяется технология СПС в виде большеобъемных оторочек . 

Установлено, что при прочих равных условиях с повышением содержания в целлюлозе ГМЦ растет сопротивление изготовленной из нее бумаги продавливанию . Предполагается, что здесь проявляется склеивающее действие ГМЦ, подобное склеивающему действию крахмала , вводимого в бумажную массу . Это подтверждено зксиериментами по искусственному введению ГМЦ в бумажную массу . Предиолагается, что ГМЦ при набухании создают поперечные гибкие связи между соседними волокнами. С набухаемостью в воде связана пластичность волокон при погружении в воду. Чем выше содержание ГМЦ, тем большую пластичность приобретают волокна при погружении в воду. С повыше  

В, И. Андреев и Е. С. Зимина , изучая бумагообразующие свойства целлюлозных волокон из древесины лиственницы в зависимости от содержания в них лигнина и ГМЦ, показали, что с увеличением содержания ГМЦ с 6,6 до 19,87о возрастали разрывная длина , сопротивление излому и продавливанию, в то время как показатели сопротивления раздиранию и растяжению снижались, По другим данным , для получения целлюлозы с высоким сопротивлением раздираиию следует обеспечить высокое содержание ксилана. 

В. К- Малышкина и А. И. Бобров , изучая прочностные характеристики волокнистых полуфабрикатов , полученных из древесины лиственницы сульфитными методами , пришли к заключению, что их прочностные характеристики зависят от pH варочного раствора . В частности, полуфабрикат бисульфитной варки (pH 4,5) имел лучшие прочностные показатели , чем при кислой сульфитной варке (pH 2) полуфабрикат, полученный в условиях щелочной сульфитной варки (pH 12), обладал более высокой прочностью по сравнению с полуфабрикатом от моносульфитной варки. Повышение содержания ксилана вызывало увеличение коэффициента сопротивления отливок разрыву и продавливанию, а увеличение содержания глюкоманнана сопровождалось сниже- 

Установлено, что добавление ГМЦ сокращает время размола, необходимое для достижения максимальной прочности бумаги , ведет к повышению разрывнор1 длины, сопротивления излому и продавливанию, в то время как сопротивление раздиранию часто снижается, 

По данным Е. В. Новожилова и соавт. , ГМЦ, сорбированные из моносульфитных варочных щелоков, улучшают размалываемость и бумагообразующие свойства небеленой сульфитной целлюлозы , повышают разрывную длину , сопротивление продавливанию и излому отливок бумаги. Наибольшее повышение прочностных показателей достигалось ири добавлении 1-3 мг ГМЦ на 1 г целлюлозы. 

Интересные опыты были проведены по нейтральной проклейке с использованием черных щелоков от вискозного производства . Содержащий ГМЦ черный щелок , полученный после диализа отжимной щелочи , после концентрирования смешивался с квасцами, в результате чего образовывался раствор алюмината натрия с 10-12 г ГМЦ на I г NaOH. Раствор добавляли к целлюлозе при размоле в мельнице Иокро. В результате наблюдалось значительное сокращение продолжительности размола, улучшение физико-механических показателей и стеиени проклейки получаемой бумаги. По данным исследователей, благодаря этой добавке , составляющей около 25 кг ГМЦ на 1 т волокнистого материала , повышение разрывной длины составило 25-30%, сопротивление продавливанию увеличилось на 30-40%, число двойных перегибов - в 2-4 раза и степень проклейки - на 10-15%. 

Материал рам и плит-алюминий АЛ9В. Все поверхности, соприкасающиеся с продуктом, покрыты бакелитовым лаком . Для фильтрации применяют диатомит (ТУ 6-08-1-62). Опорный целлюлозный картон с меламиновой смолой должен соответствовать следующим условиям толщина-1,8-2 мм

Постоянное расширение областей применения гофрокартонной упаковки приводит к появлению новых и более жёстких требований к качеству гофрокартона. Повышенное сопротивление сжатию, хорошее сопротивление изгибу, хорошие печатные свойства, повышенная влагостойкость - часть из таких требований.

Оптимизация свойств упаковки в соответствии с требованиями рынка - одна из насущных задач производителя. Ясно, что оптимизировать свойства при минимизации затрат можно только при отличном знании свойств как самого гофрокартона, так и материалов, из которых он производится. Если учесть, что затраты на исходные материалы могут составлять 50 и более процентов от всех затрат гофрокартонной фабрики, то станет очевидно, что даже небольшая экономия на материалах даст значительный потенциал прибыли.

Контроль свойств поступающих на предприятие картона для плоских слоёв и бумаги для гофрирования часто рассматривают как способ проверить соответствие фактических данных спецификациям поставщика. Однако знание параметров исходных материалов оказывается полезным для расчёта теоретически достижимых показателей гофрокартона (сопротивления торцевому сжатию, сопротивления продавливанию).

Сопротивление гофрокартона торцевому сжатию (ECT = edge crush test) может быть рассчитано по эмпирическим формулам:

ECT=K 1 x (RCT 1L +K 2 x RCT Fl +RCT 2L) (1)

ECT = K 1 x (SCT 1L +K 2 x SCT Fl +SCT 2L) (2),

Где K 1 - константа, определяемая эмпирически для каждого отдельного производства, и находящаяся обычно в пределах 1,5-1,2 в уравнении (1), и близкая к 1 в уравнении (2).

RCT - сопротивление сжатию кольца (L - для картона для плоских слоёв, Fl - бумаги для гофрирования); вместо K 2 x RCT Fl в формулу (1) можно подставить значение ССТ (сопротивление торцевому сжатию гофрированного образца).

SCT - величина сопротивления сжатию на коротком расстоянии

K 2 - фактор гофрирования (конкретная величина, определяемая гофрирующими валами, обычно сообщается поставщиком валов).

Сопротивление торцевому сжатию гофрокартона измеряется в лаборатории предприятия, и затем можно провести сравнение расчётных и средних практических величин за определённый период, и выяснить, насколько полно используются возможности исходного сырья. При нормальной работе гофроагрегата практическая величина сопротивления сжатию по торцу составляет от 90% до 95% от расчётной. Когда разница между расчётными и практическими значениями превышает 10%, необходимо устранить причину снижения прочности, которая, как правило, заключается в неоптимальной работе гофроагрегата.

Конечно, только использование точных приборов, у которых результат измерения не зависит от оператора, даёт уверенность в правильности полученных данных. Приборы фирмы Лорентцен и Веттр обеспечивают получение стабильных и точных результатов измерения различных показателей бумаги, картона и гофрокартона при практически полном исключении ошибок оператора. Это достигается за счёт автоматизации процесса измерения.

Так, прибор для определения сопротивления сжатию код 248 (см. каталог), сам определяет момент разрушения образца, прекращает измерение и передаёт данные в компьютер и на свой дисплей. На данном приборе можно выполнять все виды измерений сопротивления сжатию - по кольцу, сопротивление гофрированного образца по торцу, сопротивление плоскому сжатию гофрированного образца и гофрокартона, а также сопротивление гофрокартона сжатию по торцу.

Для получения точных результатов необходимо качественно подготовить образец для испытания - кромки должны быть идеально ровными и взаимнопараллельными. Для картона для плоских слоев и бумаги удобно использовать штамп для вырубки полосок код 108 (см. каталог),

образцы гофрокартона для испытания на сжатие по торцу используют пневматический нож код 008 (см. каталог), для круглых образцов с точно определённой площадью - круговой резак код 123 (см. каталог).

В российских стандартах до сих пор показатель прочности при сжатии кольца является одним из важнейших для картона для плоских слоёв. Метод прост, и одним из его достоинств является возможность проведения испытаний на том же приборе, на котором проводятся и остальные измерения сопротивления сжатию.

Однако для образцов с низкой массой квадратного метра разрушение образца может при испытании по кольцу произойти за счёт изгиба, а не за счёт сжатия. Более точным методом является измерение сопротивлению сжатию на коротком расстоянии, когда изгиб испытуемого образца исключён. Это метод (метод SCT) принят в мире и внесён во многие европейские стандарты. В России такие измерения проводят наиболее передовые предприятия, которые стремятся знать даже те свойства своих продуктов, которые не предусмотрены стандартами. Измерения проводятся на специально разработанном приборе L&W код 152 (см. каталог). По методу SCT можно измерять прочность при сжатии не только картонов, но и бумаги для гофрирования, и прямо подставлять найденные значения в расчётную формулу (2). При производстве бумаги на экспорт потребители почти всегда требуют указывать значения SCT.

Разумеется, потребителя гофрокартонной упаковки интересуют не отдельно взятые характеристики картона, а прочность самой коробки. С точки зрения производителя упаковки прочность короба должна быть необходима и достаточна, а затраты на исходные материалы - минимизированы. Следовательно, в каждом конкретном случае имеет смысл рассчитать оптимальную композицию гофрокарона (массу квадратного метра по слоям, тип гофры, вид картона или бумаги - из новой целлюлозы или из макулатуры).

Существует несколько вариантов формулы Мак-Ки, где для расчёта прочности короба при сжатии используются различные показатели:

BCT = K 2 x (ECT) 0.75 x (T) 0,25 x Z 0.5 (3),

Где BCT - прочность короба при сжатии, Н

К 2 - постоянная (определяется эмпирически)

ECT - величина сопротивления при сжатии по торцу, кН/м

Z- периметр короба, м

Т- толщина гофрокартона, м

Мой опыт работы в отделе качества современного гофрокартонного предприятия показал, что формула (3) при корректном выборе коэффициента дает надежный результат, при этом сравнение расчётных значений ВСТ (по формуле 3) и этой же величины, определённой с помощью пресса для испытания коробов, показало хорошую корреляцию результатов.

Работа с приборами фирмы L&W позволяет значительно сэкономить время сотрудников отдела качества, поскольку все результаты измерений автоматически заносятся в компьютер, данные по каждому образцу программа сама подготавливает в виде отчета с расчётом средних значений, а база данных может быть экспортирована в любую программу Windows для дальнейшей обработки. В программу внесены все расчётные формулы, так что прочность короба при сжатии рассчитывается сразу при подготовке отчёта.

Алгоритм действий отдела качества по выбору оптимальных композиций для производства гофрокартона и одновременной оценки качества работы гофроагрегата и машин конвертации может выглядеть так:

Входной контроль материалов (прочность при сжатии на коротком расстоянии, прочность при сжатии кольца, прочность при сжатии гофрированных образцов, масса квадратного метра, толщина, водопоглощение, влажность, сопротивление продавливанию и другие возможные измерения)Текущий контроль - Накопление базы данных по свойствам производимого гофрокартона (сопротивление торцевому и плоскостному сжатию, сопротивление продавливанию, жёсткость при изгибе, толщина, масса квадратного метра). В базе данных рекомендуется подразделять картон не только в зависимости от типа гофры и массы квадратного метра его составляющих, но и с учётом того, какое сырье использовано (крафлайнер или тестлайнер, гофра полухимическая или макулатурная). По каждому виду картона рассчитываем средние показатели за месяц и за квартал.