автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Разработка метода определения основных структурно-физических параметров бумаги на основе исследования её механического поведения при одноосном растяжении

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИГЕРАТУРН . . . . 10 1.1. Структура и структурно-физические параметры бумаги.

1*2» Механические свойства бумаги и их взаимосвязь с её струкаурно«4>и8ическими параметрами. • . • •

1.3» Методы определения струк«?урно~физических параметров бумаги. .".

1.3.1. Степень связанности волокон •

1.3.2. Прочность межволоконных связей.

1.3.3. Механические свойства волокон

1.3.4. Геометрические размеры волокон. . . • • •

1.3.5. Ориентация волокон. . . • ••••••••.

1.3.6. Изогнутость волокон • •••••.••• 59 ¿•3.7. Распределение волокнистых и неволокнистых компонентов в объеме бумаги • ••••••.•••••»

4. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исследован процесс разрушения волокон и межволоконных связей в структуре бумаги при ее одноосном растяжении.

2. Выявлено количественное отличие механического поведения бумаги при различных базах одноосного деформирования. Установлено, что при таких испытаниях оптимальной является база деформирования, равная удвоенной средней длине волокон, так как они позволяют получить более точную и полную информацию о механическом поведении бумаги.

3. Предложена модель структуры бумаги, основными характеристиками которой являются: относительная связанная поверхность волокон; прочность и удельная энергия разрушения межволоконных связей; прочность, модуль упругости и деформация разрыва волокон; средние длина, периметр и поперечное сечение волокон; коэффициенты ориентации, изогнутости волокон в плоскости листа бумаги; коэффициент вариации масс участков в плоскости листа бумаги.

4. Получены уравнения для расчета относительной связанной поверхности волокон, прочности и удельной энергии разрушения межволоконных связей, прочности, модуля упругости и деформации разрыва волокон.

5. Разработаны и внедрены в практику исследований Пермского филиала ВНИШ ВНПОбумпрома методы определения основных структурно-физических параметров бумаги и оценки ее механических характеристик при малых базах деформирования.

6. Разработаны и изготовлены измерительная установки и вычислительный комплекс, которые позволяют реализовать созданные методы как в- лабораторных, так и в производств венных условиях, 7, Исследования, проведенные на различных видах бумаги показали, что созданные методы и устройство позволяют оп- , ределить относительную связанную поверхность волокон, прочность и энергию разрушения межволоконных связей, прочность, модуль упругости и деформацию разрыва волокон с достаточной для практических целей точностью и надежностью,

8» Разработанные методы и приборы использованы в техническом задании на создание автоматизированной системы контроля механических свойств бумаги, которое сдано по акту Пермскому СПНУ по АСУ В/О "Союзоргбумпром".

1. Материалы Ш1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981.

2. Ребивдер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. М., 1966, 367 с.

3. Borwiecki S.T. Problemy sterowania jakoscia w papierni

4. Przeglad Papicrniczy. 1971.-27. N8, 281-284.

5. Цутырин В.П., НепеинВ.Н., Симонов B.C., Шафиков В.Г.

6. Автоматизированная система контроля качества волокнистых материалов. В кн.: Системные исследования проблем управления качеством и автоматизации процессов управления качеством. Львов, 1981, с.35-37.

7. НепеинВ.Н., Симонов В.С* Новая система прогнозрфования качества волокнистых материалов/Довгич A.A. "Целлюлоза, бумага и картон". Реф.сб./. ВНИПИЭЙлеспром, 1981,1. Ш 14, с.11.

8. Фляте Д.М. Свойства бумаги. М.: Лесная промышленность, 1976, 648 с.

9. Ерыхов Б.П. Неразрушающие методы исследования целлюлозно-бумажных и древесных материалов. М»: Лесная промышленность, 1977.

10. Финкельштейн Г.Э., Фляте Д.М. Структура бумаги. М.: ЦНИИТЭМ, 1969, 56 с.

11. Фролов М.В. Структурная механика бумаги (бумажных текстильных материалов из химических и натуральных волокон). М.: Лесная промышленность, 1982, 272 с«

12. Ю.Андрейченко В.Я. Структура и механические свойства бумажного листа. 4.1, П, Ш. Сборник трудов ВНЙЙБ, 1970, вып.58, с.80-100.

13. Фляте Д.М. К вопросу о механической прочности бумажного листа.- Труды ЩИИБ, 1948, вып.Зб, с.137-166.

14. Corte H.Faserstruktur und Physikalische Eigenschaften von Papier. Das Papier. 1962, NlOb, s. 576-587.

15. Van den Akker J.A.Some theoretical considerations on the •mechanical properties of fibrous Structure.-Formation and

16. Structure of Paper.London.1962.p.205-241.

17. Clark J.d.A.Components of the Strength qualities of Pulps

18. TAPPI" 1973, 56, N7, p.122-125.

19. Hatton J.V.»Samkova M.Relationship between bubk and handsheet physical properties for kraft pulps.-"TAPPI",1972,55,Hl,p.73-96,

20. AlgarW.H.Effect of Structure on the Mechanical.properties of Paper.-"Consolidâtion of Paper Web".London,1966,p.814-849.

21. Clark J.d A.Effects of Fiber Coarseness and Length.1 Bulk, Burst,Tear,Fold and Tensile Tests "TAPPI"vol.45,H8,August,1962

22. PageD.H. A theory for the tensile strength of paper-"TAPPI" 1969, 52, N4, 674-681.

23. Cowan W.F.,Cowbrey E.J.K.Evaluation of paper strength components by short span tensile analisis "TAPPI", 1974, 57, N2, 90-93.

24. Van den Akker J.A. Lathop A.L. Volker M.H. and Dearth M.R. Importanke.of Fiber Strength to sheet Stfength "Tappi" 1958,41, N8, p. 416.

25. Przybysz K. Rze^wista Zdolnoec papierotwércza p<Slproduktow wï<5knistych.-"Przegl|d papierniczy", 1977,t.33, H4,s. 138-143.

26. Непеин В.H. Оценка прочностных свойств бумаги с учетом ее структурно-физических характеристик.- Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.- JITA, Л., 1975.

27. Непеин В.Н. Взаимосвязь структурных и прочностных характеристик бумаги.- Сб.тр.ЩИИБ "Исследование в области технологии бумаги, 1976, № 11, с.66-71.

28. Пен Р.Н., Пиядина Е.А. Факторная модель прочности бумажного листа. Лесной журнал, 1979, № 2, с.90-94.

29. Van den Akker J,A. Structure and tensile characterictics of paper.- "TAPPI", 1970, 53, N3, p.388-400.

30. Perez N. Model for the Stress Strain properties of Paper - "TAPPI", 1970, 53, N12, p.2237-2242.

31. Pink В., Schweizer R., "Falsfestigkeits bestiinmungen und papieren Textilrundsch.au".

32. Das Papier, 1958, N12, s.694-704.

33. Böhmer Б., "The analogy between burst testing and conicalsheels".Norsh Skogindustri,1962, 16, N9, p.382-387.

34. Иванов C.H. Технология бумаги. M.: Лесная промышленность, 1970, 695 с.

35. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. -M.V Лесная промышленность, 1973, 152 с.

36. O.I.Kallmes, G.Bernier. The structure of paper V. The free fiber length of ^multiplanar sheet "iappi",1963, t.46, N2, p.108-114.

37. Зутырин В.П., Непеин В.Н., Валеев Р.Ф., Симонов B.C., Сосновский Р.Й. Выбор метода оперативного контроля качества древесной массы. В кн.: Проблемы производства волокнистых полуфабрикатов. Сб.научн.тр. ВНЙИБа ВНПОбумпрома, М., 1981, с.72-76.

38. Korn R., Bürgst aller Р. Handbuch der Werkstoffprüfimg. Berlin. 1953.

39. П35• Справочник бумажника. T.l. MU: Лесная промышленность, 1964, с .259.

40. Jayme G.Jn. "The Formation and Structure of Paper (Bolam, ad), Techn. Sect, of the BPBMRA, London, 1962

41. Непеин B.H., Киприанов А.И., Бабурин C.B. Роль ориентации волокна в формрфовании прочности промышленной бумаги. Сб.научн.трудов ЦНИИБ "Новое в технологии бумаги, 1973, №. 8, с.234-238.

42. Silvy L.Effects of degigng on web characteristics. Part 1 The conditioning of.the structure during drying:.effects on web characteristics. "Pap Technol", 1971,12,U6,p.445-451.

43. Corte H. Formation and the distribution of the mass density of Paper, Pap-Maker (Gr.Brit) 1971, Int. Humb. p.81-85.

44. Финкельштейн Г.Э. Исследования неравномерности просвета и ее влияния на электрические и механические свойства бумаги. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. М., 1970 РТА им.С.М.Кирова).

45. Ястребов О.И., Кундзич Г.А. Непрерывный контроль физико-механических свойств и дефектов бумажного полотна. -М.: Лесная.промышленность, 1975, 216 с.

46. Kallmes O.J., Bernier G. The Structure of Paper Part.8. . Structure of Idealred nonrandom Mtworks, "Tappi" 1964, 47, N11, p. 694-704.45, .Van den Akker J.A. "Instrumentation studies XLVI TeoringT

47. Wrist Р.Е. Hew Concepts Concerning Paper Structure and Paper Physies• -Tappi,1966,vol.49 »No.7, p. 287-292.

48. Kraft G. Zur Frage der Zwischenfaserfaserbindungen und Papierfestigkeit- "Zellstoff und Papier" ,1965,N3,e. 78-84.

49. Steenberg B.Paper is a visco-elastic bodg.Part 2« SvenskPapperstidn,1947,vol.50,Ho.6,Ho.15,p.127-141f346-351.

50. Ivarsson B.»Steenberg B.Svensk Papperstidn. 50,419 (1947)

51. Nisson A.H. Tappi 39, 93 (1956).

52. Ranee H.F.The mechanical properties of Paper.Tappi 39,104(1956)

53. Nordman L.»Makkanen P.,Вalas J.P. Das Papier 19,36,(1963)

54. Nimura T.,Kido K.:Sci Rep KITU,B-(Elect.Camm.)1б-45(1954)

55. Onogi S.,Sasaguri K.tTappi 44, 874 (1961).

56. Page D.H.,Tydeman P.A.,Hunt M. A Study of fibre to-fibre bonding by direct observation.-"The Formation and Stucture of Paper".-London, 1962, p.171-193.

57. Vidova M. Reologicka sttidium papiera 1-"Papier a celulosa" 1975,30 (7-8), s. 25-28.

58. Kallmes 0.j.,Eckert C.The structure of Paper.Part 7.The Application of the Relative Bonded Area Concept to Paper Paper Evaluation", Tappi, 1964, 47, N9,p. 540-548.

59. Boesen C.E.The Surface area of pulp fibers and a method forits estimation-"Svensk Paperstidning",1968,71,H7,p.278-287.

60. Haselton W.R.Comparison of gas adsorbtion and opticalmethods used to measure relative areal of interfiber bonds "Tappi", 1955, 38, N12, p.716-723.

61. Smith.Determenation of the Relative Bonded area Handsheets by

62. Direct Current Electrical Conductivity "Tappi",1965, 48, U8, p. 476-480.

63. Фляте Д.М., Грунин Ю.Б. Применение метода ядерной магнитной релаксации для определения удельной поверхности целлюлозы.-Сб.трудов "Химия и технология древесины, целлюлозы, бумаги", вып.2, Л., 1974, с.28-30.

64. Przybysz K.Wplyw miellnica па wytzsymalose wlokien cellulosowych oznaczana metoda wpiecia zerowega.-"Przeglad papierniczy". 1979, N2, s. 44-47.

65. Stewart R.G.S. »Beaxley K.M.Beobachtungen iiber das verhalten von Papier bei Zugbelastung "Wochenbl. Papierfabr.".1977, 105, H4, s.113-116.

66. Непеин B.H., Бабурин C.B., Пономарев B.M. Способ определения связанной поверхности волокон в листе бумаги. Авт. св.414528. Б.И., 1974, № 5, с.146.

67. Пономарев В.М., Непеин В.Н., Акимов В.И., Бабурин С.В. Устройство для определения относительной связанной поверхности волокон в волокнистых материалах. Авт.св. СССР424044. Б.И., 1974, Л» 14, с.129.

68. Skowrai ski J. Wiazania miedzy wloknami w papierze.-Przeglad Papierniczy, 1980, N2, s. 45-47.

69. Sutermeister E., Osgood H.W. Jr. :Paper Trade J'. 113, nr.21, 270 (1941).

70. Blockman A.P.,Wikstrand W.C.:Tappi 41, nr.3, 19U (1958)

71. Wink E.,Van Eperen F.:Tappi 50, nr.8, 393 (1967)

72. Brecht W., Ba&er A.: Papier, 2, nr.13/14, 225 (1948).

73. Hoffman Jacobsen P.M.Determination of fibre strength "Paper Trade J", 1925, 22, p.216-217. 3

74. Moyhood C. The Mechanical Properties of Paper, Part Measured strength of Individual Fibre Fibre Contacts

75. Pulp and Paper Mag of Can",1961, 162, N11, 0? 479-T484. g5e Schniewind A.P.,Nemeth L.j'., Brink D.L.:Tappi, 47» nr 4, 244 (1964)

76. Monlin Ulla-Britt.Cellulose fibre bonding.Determination of interfibre bond strength."Sven»papperstidn. och Shen. pappersforadlingstidshr".1974, 77, N4, 131-137.

77. Thorpe I.L. Mork R.E. Eusufzal A.R.K.,Perfeins R.W. Mechanical properties of fiber bonds"Tappi"1976,59,N5,p.96-100

78. Nordman L., Gustaffson Ch,01ofsson G.:Paper and Timber

79. Paperi ja Рш*),пг 8, 315,(1954).

80. Щустов А.Д. Процессы деформации бумажного полотна. -М.: Лесная промышленность, 1969.

81. Kinsman SheparcL Some particle size measuring possibilities for nonwovens fabric binders "Honwovens Ind"1980,11,N1,36-38

82. Eriksson Lennart.Research projects at STFI."Paper"1974, 182,Suppl."World Res and Develop Number".37,40,43,77.

83. Мурато Macao, Наката Кодзиро. Сравнительное изучение методов измерения. "Камика гикёси", 1972, т»26, № 2, с.13-19.

84. Анализатор длины и. с'ечения волокон. Разработчик: УкрНИИБ, Киев. М.: 1975 , 3 с. (ВНМИЭЙлеспром. ВДНХ, СССР). Нов.пром.каталоги. С-ерь.8, 1976-, Ш 14.

85. Богомол Г.М. Исследование ориентированного формования на сеточном цилиндре. "Бумажная промышленность", 1968, № 5, с.8-11.

86. Budström L., Sillin U. A method for determining fibre orientation in paper by using laser light."Sven.papperstidn" 1970, 73, N5, 117-121.

87. Роговина A.A. О применении метода определения скорости1распространения звука для исследования химических волокон. -М., "Химические волокна", 1972, № 6, с.11-12.

88. Chatter;} ее P.K. Sonic pulse propagation in a paperlike Stzucture "Tappi",1969,52, H4,p. 689-704.

89. Зальцман М.Г. и др. Способ оценки ориентации волокон в прозрачных и полупрозрачных материалах. Авт.сидетельство № 264158, "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1970, №8»

90. Прибор для определения ориентации волокон в бумаге и т,п. материалах. Австр.пат.к. 0.04. 04. 6.56.6I6026, 6014, 601).

91. Kallmess O.J. Technigue for determining the fiber orientation distribution throuhout the thickness of a sheet "ШАРР1", 1969, 52, N3, 482-488.

92. Hiwell J.M. Analysis'of the amallscale distribution of massidensity by beta radiography"Paper Technolody",1973,14, N1, p. 118-121.

93. ГОСТ 7629-77. Бумага и картон. Метод определения содержания золы.

94. Wrist Н. On-line ash meter imporoves control of fillers content. Pulp and Paper Int.1972, 14. N12. p.55-56.

95. Mayhood С.Н.,Kallmes 0.«T.,Couley M.M.The Mechanical Properties of Paper.Part 11.Measured Shear Strength of Individual Fiber to Fiber Contacts"."TAPPI",1962,45,N1,p.69-73

96. Keays J.L.,Hatton J.V.Tests used in world pulp and paperresearch."TAPPI",1973,56, N5, 146-149.

97. Непеин B.H., Симонов B.C., Староверова T.A., Киприанов

98. А.й. Особенности механического поведения бумаги при ма-— лой базе деформирования. В кн.: Химическая переработка древесины. -Л.: ЛТА, 1983, с.21-26.

99. Непеин В.Н., Симонов B.C., Староверова Т.А., Киприанов А.И. Метод построения истинных диаграмм напряжение-деформация в зоне разрыва. В кн.: Химическая переработка древесины. - Л.: ЛТА, 1983, с.26-30.

100. ArtbmjßT 7j . Диэлектрические свойства целлюлозы и бумаги. "Electroizolacria a kablova technika".-1967,T.20,IT3,p.213-218

101. Милов Б.Г., Китаева С.Х., Бобров С.К., В'айсман JI.M., Еременко Р.К. Электроизоляционные бумаги. М.: Лесная промышленность, 1974.

102. Непеин В.Н., Симонов B.C., Валеев Р.Ф., Плотников Й.А., Соколкин Ю.В., Скачков В.А. Способ оценки механических характеристик бумаги. Авт.св.СССР № 1032415. Б.И., 1983, № 28, с.

103. Непеин В.Н., Самарин Г.Ф., Шафиков В.Г., Симонов B.C. Способ определения структурно-физических характеристик волокнистого материала. Авт.св.СССР № 742793, Б.И., 1981, № 23, с.218.

104. Непеин В.Н., Симонов B.C., Староверова Г.А., Плотников И.А., Валеев Р.Ф., Мухина Е.А. Метод исследования структурно-механических свойств целлюлозных материалов. В кн.: Физика и физико-химия целлюлозы. Т.Д. -Ташкент, изд-во "Фан", 1982, с.20-21.

105. Симонов B.C., Непеин В.Н. Установка для исследования механических и структурных характеристик бумаги» « "Заводская лаборатория", 1982, т.48, № 11, с.86-88.

106. Апсит С.О., Килиненко A.B. Бумагообразующие свойства волокнистых полуфабрикатов. М.: Лесная промышленность, 1972, с.88.

107. Swenson H.A.Viscosity-strength relation in bleached pulps 1.-"Sven. papperstidn. och.Sven.pappersförädlingstidskr" 1975, v.78, N2, p.61-65.

108. Hordmann L.,Göttsching L. Die Festigkeit der Faser-zuFaser Bindungen in Papier aüs Birken-Halbzellstoff.-Das Papier, 1963, Иб, s.237-246.

109. Möhlin U.B.Cellulose fibre bonding.Part. The effect of papperstidn. och Sven, papperförädlingstidshr",1975, 78, N9, p.338-341.

110. Mokoto U, Motohiro 0 "Iunzo N. and Nobihiko M.Studies on the Fiber Bonding strength of sheet "Kamipa Gekyshi", 1969, 23, N3, p.125-134.1. Oi lt.it.Cv.

111. УТВЕРЗгДАЮ Директор Пермского СШУпо 'аейчвЬ" Союзоргбумпром¿4 f S.А.Гусев "24" деь^.о\)я 1982 г.

112. Директор Пермского филиала ВШИБ ВШЮбушрОМп1. АКТсдачи-приёмки технической документацииот 24 декабря 1982 г.

113. Разработка проведена в соответствии с программой работ по теме 7-81, выполняемой по заказ-наряду № 006/8185*

114. При этом первые сдали , а вторые приняли ниже-следующее: Техническое задание на создание вычислительного комплекса для расчета параметров волокнистых материалов на базе микроэвм " Злектроника-60 "

115. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной раз» работки в Пермском филиале ВНИИБ ВНШбумпром составит 7,0 тыс.руб1. СДАЛИ: • Я*^®105

116. Непеин B.H.^r^^^. /fobf*^" Севостыш>* Симонов B.C. tf'-'x' . Ощепков Н.Т.

117. Зарубин Ф.И. " •"■' j^^ 'V у.1. Шь

118. Союзорг6умиром iiiouoB В. А.1ЬЬЗг.