Деформативность целлюлозно-бумажных материалов

• Автор: Комаров, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 55 с. : ил.; 20х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы, Деформативность целлюлозно-бумажных материалов является важным потребительским свойством, в значительной мере обусловливающим цену ..и спрос на готовую продукцию.
Проведенный анализ и обобщение данных источников литературы и монографий отечественных и зарубежных специалистов (Акима Э.Л., Ерыхова Б.П., Киприанова А.И., Терентьева O.A., Фейгина В.Б., Фролова М.В., Фляте Д.М., Шустова А.Д., .Cajsey I.P., Poppel E., Clark J., WaterhoH.se J.F., Markström H. и др.) показали, что деформационные свойства целлюлозы, бумаги и картона являются важной технологической и материаловедческой проблемой, до сих пор изученной явно недостаточно, что обусловливается как сложностью задач, стоящих на стыке многих наук, так и многостадийностью и многофакторностью, характерными для производства, целлюлозно-бумажных материалов и определяющими высокие вариационность и неоднородность их структуры.
Совершенствование технологий производства технической целлюлозы, бумаги и картона позволит решить проблему обеспечения стабильно высоких характеристик. деформа-тивности, обусловливающих заданные потребительские свойства этих материалов. Другим, не менее важным, направлением исследований с точки зрения оптимизации технологий является создание современных способов контроля качества данных материалов, необходимых при создании сертифицированной системы управления качеством продукции.
Актуальность и значимость развития исследований, направленных на производство целлюлозы, бумаги и картона с повышенными свойствами деформативности, обусловило их включение в ряд научно-технических программ АН СССР и Минлесбумпрома СССР, а с 1991 года в Российскую научно-техническую программу "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья" и с 1996 года в федеральную целевую научно-, техническую программу "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения”, подпрограмму “Комплексное использование древесного сырья”.
Цель и задачи работы. Целью работы является и разработка теории механического поведения волокнистых целлюлозно-бумажных материалов при растяжении или изгибе, и создание научных основ производства целлюлозы, бумаги и картона с повышенными характеристиками деформативности
При реализации данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1) _развить и экспериментально обосновать представления о влиянии структуры на деформа-: тонные свойства целлюлозно-бумажных материалов при растяжении или изгибе;
•Цгвить факторы, определяющие деформативность целлюлозно-бумажных материалов, и /стать оптимальную технологию производства этих материалов с заданной деформа-
— /чью; '
'тшовить количественные соотношения между фундаментальными, деформационными
g . честными характеристиками целлюлозы, бумаги и картона и разработать методоло-Ц г jV;активного прогнозирования свойств деформативности;
г* аудировать представления о механизме явлений, происходящих в структуре целлю-

I ."‘ии на деформативность;

5) на основе экспериментальных данных разработать программно-математическое обеспечение, позволяющее объединить разрывную машину и ПЭВМ в испытательный комплекс, в целях повышения надежности получаемых экспериментальных данных и увеличения числа расчетных характеристик деформативности и прочности.
Методологические основы исследований. Методологической основой исследований, представленных в диссертационной работе, служат современные достижения физики, физической химии, механики разрушения полимерных и композитных материалов, а также результаты научных работ отечественных и зарубежных ученых в области деформационных и прочностных свойств целлюлозных волокнистых материалов. Для получения первичных экспериментальных данных применялись: микроскопия; ИК-Фурье спектроскопия; многообразные механические испытания (на растяжение, изгиб, сдвиг). Для их обработки широко использованы методы статистического, корреляционного и регрессионного анализов. Для решения технологических задач применены методы математического планирования эксперимента. Все расчеты выполнялись на ЭВМ по стандартным и оригинальным специально разработанным программам. Разработанные в лабораторных и производственных условиях рекомендации приняты к внедрению на Архангельском и Соломбальском ЦБК и Сыкгыв-карском ЛПК
Научная новизна. Автором диссертационной работы впервые получены следующие научные результаты.
Установлен эффект избирательного влияния фундаментальных свойств целлюлозного волокна и технологических факторов на характеристики деформативности материала и показана невозможность получения целлюлозно-бумажных материалов, обладающих одновременно высокими показателями и деформативности, и прочности. Развитые научные представления о механическом поведении целлюлозно-бумажных материалов явились теоретической основой для совершенствования технологий производства Технической целлюлозы, бумаги и картона, разработки новых применительно к целлюлозно-бумажным материалам методик определения характеристик структуры, создания моделей для прогнозирования характеристик деформативности, выдвижения гипотез о механизме деформирования и разрушения данных материалов при растяжении и изгибе. Разработана методика и программно-математическое обеспечение для обработки сложных для математйческого описания кривых зависимости “усилие-удлинение” и “напряжение-деформация” с целью получения набора характеристик.
Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:
- представления о механическом поведении, обусловленном различными технологическими факторами, целлюлозно-бумажных материалов при растяжении и изгибе;
- представления об особенностях корреляции фундаментальных, деформационных и прочностных характеристик целлюлозно-бумажных материалов;
- технологические режимы получения волокнистого полуфабриката, гофрированного картона и тары, книжно-журнальной бумаги для офсетного способа печати с повышенными характеристиками деформативности;
- модели прогнозирования характеристик деформативности целлюлозно-бумажных материалов;
- гипотезы деформирования целлюлозно-бумажных материалов при растяжении или изгибе.

слоя) на деформационные и прочностные свойства данного вида тарного картона [45...47]. Результаты получены при реализации в лабораторній: условиях многофакторного планированного эксперимента. Анализ полученных моделей показал, что для предотвращения снижения сопротивления продавливанию необходимо ограничивать долю НСПЦ в основном слое на уровне 38...40 %. Для увеличения жесткости картона в основном слое можно использовать до 50 % НСПЦ. Увеличение деформации разрушения крафт-лайнера и, след-довательно, работы разрушения при возрастании доли НСПЦ в основном слое компенсирует падение абсолютных значений показателей прочности, что позволяет использовать картон с высоким содержанием дешевого полуфабриката для изготовления гофротары жестко-стного типа с пониженными прочностными свойствами. Более высокая степень помола массы основного слоя необходима: для картона, используемого для производства тары повышенной прочности, однако упругие, жеегкосгные свойства и растяжимость в этом случае могут ухудшиться.
Таблица
Изменение характеристик прочности и деформатнвности картона-лайнера
Вид образца п, кПа К, Н и м МПа Еь МПа Е* МПа Бр> % Ар, % ЕІ, мН'см2 Е|ВГ» ' МПа
Поступающая масса: основного слоя 459 268 4300 27 4950 791 І.4 106 664 2450
покровного слоя 58 - 3550 14 2550 583 1.0 13
двухслойная 584 338 4700 29 5050 773 1.6 126 1043 2700
Масса из БІТУ: основного слоя 638 325 5750 37 4350 862 2.0 195 671 3000
покровного слоя 106 - 6650 34 5050 1192 1.3 25
двухслойная 843 419 6500 44 6500 1135 1.8 142 1083 3800
Масса из напорного ящика основного слоя 679 342 6100 42 3600 957 2.2 221, 646 .;*}£)/ 3200
покровного слоя 96 - 6450 33 4900 1132 1.3 24
двухслойная 885 436 6650 47 5200 1076 2.3 178 1037 3800
Картон направления: машинного 8600 51 4200 1500 2.0 226 1675 3250
поперечного 619 233 - 2200 320 2.4 140 565 1750
Значения стандартных показателей качества крафт-лайнера возрастают при повышении как общей массы 1 м2 картона, так и массы покровного сдоя. С повышением массы 1 м2 наблюдается увеличение деформации разрушения и значительный рост работы разрушения. В исследованном диапазоне соотношений масс покровного и основного слоев жесткость картона практически не меняется, а упругость и растяжимость обнаруживают максимумы. Для первого показателя он имеет место, когда покровный слой составляет 13... 15 % от общей массы крафт-лайнера, а для второго - 17..18 %. Использование в композиции основного слоя картона наполнителя не приводит к увеличению его жесткости, но резко снижает прочность. Установлена избирательность влияния технологических факторов на характеристики деформативности и прочности картона типа крафт-лайнер.
Одной из причин вариации качества гофрированного картона является нестабильность свойств исходных материалов - картона-лайнера и флютинга. Особенно сильно это проявляется в двух случаях: при использовании картона одной и той же марки, но от разных производителей; при вариации свойств картона-лайнера и флютинга по ширине рулона, обусловленной существующей технологией производства [48]. Наблюдаемая нестабильность свойств картона-лайнера и флютинга по ширине рулонов в совокупности с действующей