автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Улучшение деформационных прочностных свойств тарного картона

На правах рукописи

Гурьев Александр Владиславович

УЛУЧШЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ТАРНОГО КАРТОНА

05.21.03 — "Технология и оборудование химической переработки древесины; химия древесины"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 1998

Работа выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета. ■■■-■■"

Научный руководитель - доктор технических наук.

профессор

Чижов Георгий Иванович.

Научный консультант - кандидат технических наук.

профессор

Комаров Валерий Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ковернинский Иван Николаевич

кандидат технических наук

Смолин Александр Семенович

Ведущая организация АО "Архангельский ЦБК"

Защита диссертации состоится 25 сентября 1998 г.

в _ часов на заседании диссертационного совета К 064.60.01

в Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163007, Архангельск, Набережная Северной Двины,17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического;университета.

Автореферат разослан 'ЗУ" июля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Т.Э.Скребец _ ' : •

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей проблемой отечественных предприятий, выпускающих тарный картон, является оценка качества крафт-лайнера и флютинга и обеспечение стабильности потребительских свойств конечной продукции - картона гофрированного и тары из него. Высокое и стабильное качество тарного картона и ящиков во-ыногом обусловлены наличием комплексной системы управления качеством. Современные метода управления качеством продукции, основанные на идеологии ТОМ, требуют не просто обязательного наличия такой системы, но и ее сертификацию на соответствие требованиям одного из основополагающих стандартов ISO серии 9000. Прохождение процедуры сертификации системы управления качеством потребует от производителей тарного картона учитывать не только характеристики физико-механических свойств, нормируемые отечественными стандартами, но и принципиально новые показатели деформативности. Прежде всего это жесткость при растяжении и жесткость при изгибе компонентов гофрированного картона, которые должны быть исследованы и приняты к использованию наряду с общепринятыми характеристиками.

Актуальность и научная значимость теоретических положений в области комплексных исследований деформационных и прочностных свойств тарного картона были подтверждены их включением в подпрограмму "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", а также в работу по Гранту Министерства общего и профессионального образования РФ.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование деформативности картона типа крафт-лайнер при растяжении и изгибе, а также разработка рекомендаций для совершенствования технологических режимов изготовления тарного картона, обеспечивающих необходимый уровень деформационных и прочностных свойств и возможность прогнозирования жесткости гофрированного картона и сопротивления сжатию ящиков из него.

В работе определены следующие задачи исследований: - оценить в производственных условиях стабильность технологических процессов изготовления картона типа крафт-лайнер и, их влияние на деформационные и прочностные свойства;

- изучить влияние основных факторов подготовки бумажной массы на деформационные и прочностные свойства крафт'-лайнера на лабораторных образцах с применением метода математического планирования эксперимента;

- исследовать формирование деформационных и прочностных свойств картона типа крафт-лайнер на картоноделательной машине;

- изучить влияние физико-механических свойств крафт-лайнера, флю-тинга и их совокупности на жесткость и прочность гофрированного картона;

- на основе предлагаемых в работе деформационных характеристик и традиционных физико-механических характеристик крафт-лайнера и флютинга разработать модели для прогнозирования в производственных условиях качества гофрированного картона и тары.

Научная новизна.

Экспериментально доказана необходимость контроля в процессах производства и переработки характера деформирования тарного картона при растяжении и изгибе, прежде всего в упругой области. Количественно деформативность картона следует выражать жесткостью при изгибе и модулем упругости при растяжении. Установлена избирательность влияния технологических факторов производства картона типа крафт-лайнер на его деформационные и прочностные свойства.

Впервые показана возможность предварительной оценки основного потребительского свойства ящика из гофрированного картона -сопротивления сжатию - по известным общепринятым и деформационным характеристикам крафт-лайнера и флютинга.

Практическая ценность.

Практическая апробация результатов исследований проведена в 1997 г рамках хозяйственного договора с ДАО "Картон" АО "Архангельский ЦБК" (с 1998г ДАО "Картон" - структурное подразделение комбината) -в цехе по производству тары из гофрированного картона и позволила увеличить выпуск гофрированного картона высших марок на 4 %, что подтверждено соответствующим Актом.

Установленные в работе закономерности и зависимости являются основой для совершенствования системы управления качеством тарного картона и оптимизации норм расхода крафт-лайнера и флютинга при производстве трехслойного гофрированного картона.

На защиту выносятся:

- теоретическое положение о необходимости наряду с прочностными свойствами тарного картона при контроле его качества в процессах

производства и переработки определять характеристики деформативности, и прежде всего жесткость при растяжении и жесткость при изгибе;

- установленная избирательности влияния технологических параметров производства на формирование деформационных и прочностных свойств картона типа крафт-лайнер и данные о вариации характеристик деформативности и прочности;

- установленные закономерности влияния количества нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в основном слое крафт-лайнера, степени помола, массы 1 м2 и доли покровного слоя на деформационные и прочностные характеристики и практические рекомендации;

- данные о корреляции характеристик деформативности отдельных компонентов гофрированного картона и его физико-механических показателей;

- разработанные эмпирические регрессионные модели для прогнозирования жесткости трехслойного гофрированного картона, полученные на основе характеристик жесткости, деформативности или прочности его плоских и гофрированного слоев;

- предложенный способ предварительной оценки сопротивления сжатию ящика из гофрированного картона по известным характеристикам крафт-лайнера и флютинга.

Апробация работы. Основные положения диссертации работы докладывались на всероссийском научно-техническом семинаре в г.Коряжма (1992). международной (1997) и региональной (1998) конференциях в г.Архангельске, на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета и получили положительную оценку

Публикации. Ло результатам проведенных исследований опубликованы 11 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит: из введения; обзора литературы; методической части; экспериментальной части, включающей пять разделов; общих выводов и приложения. Содержание работы.изложено на 207 страницах, включая 52 рисунка и 15 таблиц, библиография содержит 204 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы показано, что до настоящего времени в производстве картона, в том числе тарного су-

ществует проблема оценки качества и прогнозирования свойств. Для выбора характеристик, оценивающих качество, важен вопрос о наличии и тесноте связи между различными показателями, который применительно к конкретным видам картона и бумаги этот вопрос в большинстве случаев остается открытым. Преобладающей является точка зрения о различии физической природы упругого деформирования и разрушения различных материалов. Упругие свойства в основном обусловлены межмолекулярными силами связи, а процесс разрушения (прочность) - наличием дефектов в структуре материала.

При переработке и эксплуатации гофрированного картона и тары большое значение имеют такие характеристики, как модуль упругости при при растяжении, который во многом определяет устойчивость стенок ящиков, и жесткость крафт-лайнера и флютинга при изгибе. В отечественных стандартах на соответствующие виды продукции подобные характеристики не используются, а следовательно - отсутствуют методы их определения и соответствующее оборудование.

Методика исследования. В работе использовали 'образцы картона типа крафт-лайнер производственного и лабораторного изготовления, образцы флютинга, трехслойного гофрированного картона и ящиков производственного изготовления. Применялись стандартные и оригинальные методики, в том числе усовершенствованный способ оценки деформационных характеристик крафт-лайнера и флютинга при помощи математической обработки кривой зависимости "б - е" при испытании на растяжение и метод определения жесткости материалов при статическом двухточечном изгибе.

Применяли методы: математического планирования эксперимента; корреляционного анализа; множественного регрессионного анализа; статистического анализа. Все расчеты выполнены на ЭВМ по стандартным и специально разработанным программам.

Часть экспериментов проведена на кафедре целлюлозно-бумажного производства Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Экспериментальная часть состоит из 5 разделов.

1. Предварительные опыты по оценке величин деформативности и прочности картона типа крафт-лайнер

В ходе экспериментов на Котласском и Архангельском ЦБК -крупнейших в России предприятиях, выпускающих тарный картон, проанализированы данные технологических параметров производства и лабораторного контроля стандартных характеристик качества продукции. Статистический анализ показал значительную нестабильность

свойств полуфабрикатов, используемых в композиции слоев крафт-лайнера массой 175 г/м2, основных параметров подготовки массы и структурно-размерных факторов, что приводит к существенной вариации (более 5 %) характеристик качества - сопротивления продавливанию (П) и разрушающего усилия при сжатии кольца (ЙСТ).

В технологическом потоке КДМ № 4 Котласского ЦБК отбирали производственные и изготавливали лабораторные образцы для определения значений характеристик деформативности и прочности при различной массе 1 мг и соответствующих технологических параметрах -степени помола и композиции основного слоя, доли покровного слоя в общей массе картона. Данные для промышленных образцов представлены в табл. 1 (результаты в виде дроби: в числителе - для машинного направления, в знаменателе - для поперечного).

Таблица 1.

Характеристики прочности и деформативности крафт-лайнера, изготовленного на КДМ-4 Котласского ЦБК

Параметры и характеристики Масса 1 м2, г

167 183 207 221

1. Количество покровного слоя, % 2. Сульфатной целлюлозы в композиции основного слоя, % 3. Степень помола массы, °ШР 16,4 53 26 13.3 66 21 14,4 50 19 10.0 69 22

4. Сопротивление продавливанию,кПа 689 719 772 781

5. Разр. усилие при сж. кольца, Н 223 240 272 269

6. Разрывная длина (Ь), м 9200 8900 8700 7650

7. Сопротивление раздиранию (Ю.мН 1780 1870 2120 2790

8. Модуль упругости (Ел), МПа 8950 37Ш 9250 4100 8450 2ВШ 6950 ЗЬЬО

9. Модуль в области предразрушения (Е2), МПа 2320 420 3180 1820 300 2270 МО

11.Общая деформация (ер) % 1,50 1,90 1,25 1.63 1,60 2,30 1,40 1,40

12. Работа разрушения (Ар), мДж 214 тти 169 ~т 175 161 199 88

13.Коэффициент Пуассона (-V) 0,29 0,16 ЯР Н" ТО 0.24 0,13 0,22 0,16

14.Время релаксации напряжения(п), с 8.2 14.2 7.4 575 24 9,4 770

2. Влияние композиции и параметров процесса подготовки массы на деформационные и прочностные свойства картона типа крафт-лайнер

В разделе представлены данные о влиянии количества нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы (НСПЦ) в композиции основного слоя крафт-лайнера, степени помола массы основного слоя, массы 1 м2 и количества покровного слоя на деформационные и прочностные свойства данного вида тарного картона. Результаты получены при реализации в лабораторных условиях многофакторного планированного эксперимента. Диапазоны варьирования факторов были выбраны с учетом реального технологического режима производства крафт-лайнера на КДМ К 4 Котласского ЦБК. Количество НСПЦ изменяли от 30 до 50 %. степень помола - от 18 до 28 °ШР, массу 1 м2 - от 150 до 200 г, количество покровного слоя - от 10 до 20 % от общей массы образцов картона. Пятым варьируемым фактором является зольность картона в пределах от 0 до 8 %. Наполнитель (каолин) подавали в основной слой. При этом проверяли возможность применения наполнителя для увеличения жесткости картона при изгибе. У лабораторных двухслойных образцов определяли характеристики деформативности и прочности с последующим получением расчетных моделей на ЭВМ.

Анализ полученных моделей показал, что изменение содержания НСПЦ в композиции основного слоя крафт-лайнера от 30 до 50 % оказывает различное влияние на его стандартные характеристики качества. Для предотвращения снижения сопротивления продавливанию необходимо ограничивать долю НСПЦ в основном слое на уровне 38...40 %. Для увеличения жесткости гофрированного картона в основном слое можно использовать до 50 % НСПЦ.

Увеличение растяжимости крафт-лайнера и, вследствие этого, 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 жесткостного типа с пониженными прочностными свойствами. Более высокая степень помола массы основного слоя необходима для картона, используемого для производства тары повышенной прочности, однако упругие, жесткост-ше-свойства и растяжимость в этом случае могут ухудшиться.

■ Значения стандартных показателей качества крафт-лайнера возрастают при повышении как общей массы 1 м2 картона, так и массы покровного слоя. С повышением массы 1 м2 наблюдается увеличение

общей деформации и значительный рост работы разрушения. Для придания картону большей упругости также необходима повышенная масса масса 1 мг. 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, при одновременном резком снижении прочности.

Подтверждено предположение об избирательности влияния технологических факторов на характеристики деформативности и прочности картона типа крафт лайнер.

3. Формирование деформационных и прочностных характеристик картона типа крафт-лайнер в технологическом потоке КДМ Формирование деформационных и прочностных свойств крафт-лай-нера исследовали при проведении второго этапа производственного эксперимента на КДМ № 4 Котласского ЦБК. Картон имел массу 1 м2 175 г. Композиция его основного слоя включала сульфатную небеленую хвойную целлюлозу и НСПЦ. Покровный слой изготавливался из сульфатной целлюлозы того же вида с более высокой степенью помола. Средние значения полученных характеристик прочности и деформативности для всех видов образцов представлены в табл. 2 и 3.

При сравнении образцов, изготовленных до и после размола, наблюдается закономерный рост значений прочностных характеристик. Наибольшее влияние размол оказывает на прочность образцов покровного слоя картона. Сопротивление продавливанию в этом случае увеличивается на 72 %, разрывная длина - на 87 %, а разрушающее напряжение - в 2,4 раза. Это обусловлено прежде всего более высокой степенью помола массы покровного слоя. Показатели прочности образцов основного слоя картона с увеличением степени помола также возрастают: П на.39 35, Ь и бр - соответственно на 34 и 81 %. Стандартная характеристика жесткости картона-лайнера - 1?СТ, увеличивается на 21 %,

Прочностные свойства двухслойных образцов несомненно зависят от прочности отдельных слоев, но вклад каждого из различен. Явной аддитивности свойств не наблюдается, как в числовых значениях показателей, так и в относительном их изменении в результате воздействия технологических факторов. У двухслойных образцов большее

Таблица 2.

Изменение характеристик прочности крафт-лайнера в потоке КДМ

Характеристики Вид образцов Поступающая масса Масса из БПУ Масса из напорного ящика Картон

Сопротивление продав-ливанию, (П), кПа Осн. слой 459 638 679 619

Покр. слой 58 100 96

Двухслойные 584 843 885

Разрушающее усилие при сж. кольца шею, Н Осн. слой 268 325 342 233

Двухслойные 338 419 436

Разрывная длина (Ь), м Осн. слой 4300 5750 6100 8600*

Покр. слой 3550 6650 6450..,

Двухслойные 4700 6500 6650

Разрушающее напряжение (бр), МПа Осн. слой 27 37 42 51*

Покр. слой 14 34 33

Двухслойные 29 44 47

* - значения показателей для машинного направления

влияние размол оказывает на сопротивление продавливают, которое возрастает на 44 %. ИСТ увеличивается на 24 %.

Значения характеристик деформативности образцов картона после размола (табл.3) также имеют тенденцию к увеличению. Однако, если для образцов покровного слоя заметен значительный рост значений (например, Ед, Ег и Ар увеличиваются примерно в два раза по сравнению с образцами из неразмолотой массы), то для основного слоя картона это наблюдается в значительно меньшей степени. Так, Е2 возрастает на 9 %, Еиз - на 24 %. Значение Е1 практически не изменяется, а Е1 уменьшается на 12 %. Относительное увеличение характеристик деформативности у двухслойных образцов картона после размола также несколько ниже, чем у прочностных показателей.

Таким образом, свойства покровного слоя оказывают большее влияние на формирование деформативности крафт-лайнера, чем на его прочность. В то же время при сопротивлении различным видам нагрузок ведущая роль несомненно принадлежит основному слою картона.

Таблица 3.

Изменение характеристик деформативности крафт-лайнера в потоке КДМ

Характеристики Вид образцов Поступающая масса Масса из БПУ Масса из напорного . ящика Картон

маш. напр. попер напр.

Модуль упругости (Е^, МПа Осн. слой 4950 4350 3600 4200 2200

Покр. слой 2550 5050 4900

Двухслойные 5050 6500 5200

Модуль в области предразру-шения (Е2), МПа Осн. слой 791 862 957 1500 320

Покр. слой 583 1192 1132

Двухслойные 773 1135 1076

Деформация разрушения (£р), % Осн. слой 1.4 2.0 2.2 2.0 2.4

Покр. слой 1.0 1.3 1.3

Двухслойные 1.6 1.8 2.3

Работа разрушения (Ар), мДж Осн. слой 106 195 221 226 140

Покр. слой 13 25 24

Двухслойные 126 142 178

Жесткость при изгибе (Е1), МПа Осн. слой 664 671 646 1675 565

Двухслойные 1043 1083 1037

Модуль упругости (Е„3), МПа Осн. слой 2450 3000 3200 3250 1750

Двухслойные 2700 3750 3800

Испытания образцов картона из массы, отобранной из БПУ, с

одной стороны, и из напорных ящиков основного и покровного слоев - с другой, позволило оценить влияние на характеристики деформативности и прочности разбавления целлюлозной суспензии оборотной водой и увеличения количества мелкого волокна (табл.2, 3). Выявлено отрицательное влияние данного фактора, на прочность образцов покровного слоя. Значения П, I, бр снижаются на 3...4 %. На прочность образцов основного слоя картона и двухслойных добавление мелкого волокна при разбавлении регистровой водой влияет положительно, вызывая рост значений характеристик на 4...6 %.

Характеристики деформативности, изготовленные из разбавленной оборотной водой массы, изменяются неоднозначно. У образцов

покровного слоя отмечено небольшое снижение и Ег. Значения Ер и Ар не изменяются. Деформационные характеристики образцов основного слоя картона и двухслойных изменяются более значительно, чем показатели прочности, и разбавление приводит к снижению одних характеристик (Е1, Е1 образцов обоих видов, Ег образцов основного слоя) и увеличению других (£р, Ар, Екз образцов основного слоя и двухслойных). Полученные ~результаты показывают различное влияние добавления мелкого волокна с регистровой водой на прочность и де-формативность исследованных образцов. Причем большее влияние этот фактор оказывает на формирование деформационных свойств.

При анализе изменчивости значений всех использованных показателей картона машинной выработки выявлено, что коэффициенты вариации деформационных характеристик, за исключением ер, выше, чем прочностных. Это позволяет сделать вывод о меньшей стабильности показателей деформативности, поскольку в производственных условиях их формирование не принимается во внимание, а уровень не регулируется. Следовательно, неизбежны их значительные колебания для картона, удовлетворяющего по прочности требованиям стандарта. Прежде всего, это относится к упруго-пластическим свойствам картона-лайнера, входящего в состав тары жесткостного типа.

4. Прогнозирование жесткости гофрированного картона на основе деформационных и прочностных свойств его компонентов

Анализ международных и региональных систем стандартов и изучение опыта работы -с зарубежными партнерами АО "Архангельский ЦБК" позволили сделать вывод о ■ значительных отличиях в подходах к оценке качества картона-лайнера и флютинга, особенно по сравнению с требованиями отечественных стандартов.

Гофрированный картон при эксплуатации часто подвергается воздействию изгибающих нагрузок. При изгибе в машинном и поперечном направлениях у плоских слоев на выпуклой стороне возникают усилия растяжения, а на вогнутой стороне - усилия сжатия. При изгибе в поперечном направлении усилия возникают также и в гофрированном слое. Таким образом, сопротивление сжатию готового гофроя-щика зависит от жесткости при изгибе гофрированного картона, которая, в свою очередь зависит от жесткости при растяжении или при изгибе компонентов (крафт-лайнера и флютинга) преимущественно в поперечном направлении.

В разделе представлены результаты исследований по выявлению парных взаимосвязей между стандартными показателями качества гоф-

рированного картона и упругими характеристиками его компонентов. Получены адекватные линейные зависимости между сопротивлением продавливанию (Пгк), сопротивлением торцовому сжатию (ЕСТ) гофрокартона и упругими характеристиками его компонентов.

Уравнение связи между сопротивлением продавливанию гофрированного картона и средним модулем упругости двух слоев картона-лайнера в машинном направлении имеет вид:

Пгк = О, 191Х10"3 Ei + 0,230 (1)

Коэффициент парной корреляции г = 0,78, средняя относительная погрешность аппроксимации составила Дс = 5,3 %.

Уравнение связи между сопротивление продавливанию трехслойного гофрированного картона и средней жесткостью при изгибе всех его компонентов в машинном направлении имеет вид

Пгк = 0,865х10~3 El + 0,609 , Г = 0, 78 , Дс = 4,6 % (2) Взаимосвязь между сопротивлением торцовому сжатию гофрированного картона и модулем упругости флютинга в поперечном направлении может быть представлена в виде уравнения

ЕСТ = 0,663х10~3 Е1бг + 2,486 , Г = 0,82 , Дс = 4,1 55. (3) Взаимосвязь между сопротивлением торцовому сжатию гофрированного картона и жесткостью при изгибе флютинга в поперечном направлении имеет вид

ЕСТ = 5,96х10~3 Е1бг + 3.36, Г = 0,80 , Ас = 3,3 %, (4)

Для нахождения двух последних зависимостей Ei6r и Е1ег были не случайно выбраны в поперечном направлении, поскольку при определении значения ЕСТ нагрузка прилагается вдоль гофров, т. е. флю-тинг сжимается в направлении перпендикулярном машинному.

Таким образом, показатели качества гофрированного картона, используемые в отечественном стандарте, обнаруживают достаточно тесную взаимосвязь с характеристиками упругих свойств картона-лайнера и флютинга. Принимая во внимание, что сопротивление торцовому сжатию гофрированного картона есть характеристика устойчивости, обусловливающая жесткость тары, а сопротивление продавливанию - комплексная функция прочности на разрыв и растяжимости. полученные зависимости представляются закономерными. Это обстоятельство необходимо учитывать при прогнозировании жесткости гофрированного картона и тары и при оптимизации их свойств.

Проверка существующих в настоящее время моделей для прогнозирования жесткости гофрированного картона показала недостаточную их точность для применения в производственных условиях.

Для получения новых моделей для расчета ЕСТ гофрированного картона по известным свойствам компонентов использовали многоуровневый статистический регрессионный анализ. В большинстве случае для описания взаимосвязи между ЕСТ гофрокартона и параметрами исходных компонентов достаточно нахождения модели линейного вида.

Получены более точные, по сравнению с предлагаемыми в литературе, эмпирические уравнения, связывающие ЕСТ и характеристики прочностных или деформационных свойств крафт-лайнера и флятшга Прежде всего это уравнение, проверка и использование которого может быть сразу осуществлена на практике, т.е. на основе стандартных характеристик качества исходных компонентов:

ЕСТ = 0,41 RCTrM - 0,46 ССТ + 0,15 RCTKM + 4,27 Мпр - 2,49 (5) В уравнении (5) ив представленных ниже индексы ГМ и КМ приняты для характеристик двух плоских слоев гофрированного картона, подаваемых соответственно на гофрировальную и клеильную машины. Средняя относительная погрешность аппроксимации по отношению к экспериментальным данным составила Дс = 2,6 %. Коэффициент парной корреляции (Reco между расчетным значением ЕСТ и вычисленным по уравнению (5) составил 0.90 и его значение сопоставимо с данными других исследователей.

В уравнение (5) наряду с характеристиками торцовой жесткости исходных компонентов входит расчетный параметр Мпр (приведенная масса образца гофрокартона), использование которого дает меньшую ошибку аппроксимации по сравнению с использованием значения толщины гофрированного картона. Большая точность уравнения с использованием в качестве одного из параметров Мпр объясняется тем, что толщина гофрированного картона в использованной выборке имела размах 5 %, т.е. оставалась практически стабильной, в то время как у Мпр разница между максимальным и минимальным значением составляла 15 %, так как применялись различные комбинации масс 1 мг картона-лайнера и флютинга. Кроме того, параметр Мпр можно более точно учесть еще до изготовления гофрокартона.

Положение о важности учета деформационных свойств компонентов при производстве и оценке потребительских свойств гофрокартона нашло дополнительное подтверждение при использовании в качестве параметров эмпирических уравнений регрессии различных характеристик деформативности. Поскольку крафт-лайнер и флютинг в составе гофрированного картона и тары из него в основном подвергаются нагрузкам поперек основной оси ориентации волокон, то и значения

характеристик деформативности лучше использовать в поперечном направлении картонного (бумажного) полотна. В результате многофакторного регрессионного анализа получен ряд уравнений. С использованием El всех компонентов и Мпр (6)

ЕСТ = - 0,0005 Е1ГМ - 0,0007 Е1км - 0,0049 Е1бг +7,7 Мпр - 4,22; Ас =3,2 %, Rect = 0,853.

С использованием Ej всех компонентов и Мпр (7)

ЕСТ = 0,0024Е1ГМ - 0,0007Е1КМ + 0,0014Е16г + 0,0179Мпр - 0,89 Дс = 2,5; Reot = 0.914

С использованием значений работы разрушения Ар (8)

ЕСТ = 0,0013 АрГМ + 0,0011 Аркм + 0,0012 Арбг +6,0 Мпр - 3,18 Дс = 3,00; Rect = 0.88

С использованием упругой деформации при растяжении (9)

ЕСТ = 0,550 £1г„ + 0,054 Е1км + 0,783 £16г + 5,69 Мпр - 3,34 Дс = 2,5; Rect = 0.911

Полученные результаты доказывают, что наряду с общепринятыми показателями качества картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования для прогнозирования сопротивления торцовому сжатию гофрокартона могут быть использованы характеристики упругости и деформативности, получаемые при испытаниях на изгиб и растяжение.

5. Оценка сопротивления сжатию ящиков из гофрированного картона На сопротивление сжатию ящиков влияет еще большее количество факторов по сравнению с промежуточным продуктом -. гофрированным картоном: свойства картона-лайнера и флютинга; тип и свойства гофрированного картона (тип гофр, толщина, ЕСТ и др.); геометрические размеры ящиков и дефекты, возникающие при их изготовлении. Следовательно, при предварительной оценке их важнейшей характеристики качества - сопротивления сжатию (ВСТ - box compression strength test) необходим комплексный учет важнейших влияющих факторов во всей системе производства тары. Основная проблема при разработке эмпирических моделей статистическими методами заключается в правильном выборе влияющих параметров,, поскольку внутри системы между отдельными факторами наблюдаются прямые и достаточно тесные взаимосвязи. Как показано выше, свойства исходных материалов напрямую обусловливают ЕСТ гофрокартона, которое, в свою очередь, непосредственно влияет на ВСТ ящиков. Поэтому объединение в одной модели и свойств исходных материалов (RCT, ССТ) и сопротивления торцевому сжатию ЕСТ, по нашему мнению, практически невозможно. При нахождении эмпирических зависимостей это предпо-

ложение полностью подтвердилось. В результате разработка моделей для прогнозирования сопротивления сжатию ящиков может строиться либо на использовании в качестве основного параметра ЕСТ гофрокартона, либо на использований характеристик прочности и жесткости исходных компонентов. Дополнительными независимыми параметрами могут служить толщина и масса гофрированного картона (или их производные) и геометрические размеры - длина, ширина, высота ящика.

Как и в случае с гофрированным картоном проверка существующих моделей показала их недостаточную точность. Для выборки, содержащей различные типы ящиков получен коэффициент парной корреляции между экспериментальными и расчетными значениями сопротивления сжатию по уравнению МсКее Rbct = 0.48, для ящика с постоянными размерами - Rbct = 0,35, в то время как по литературным данным он составляет 0.90 и выше. Принимая во внимание неработоспособность имеющихся моделей, в качестве независимых параметров при разработке более точных зависимостей для прогнозирования ВСТ были приняты стандартные и деформационные показатели исходных компонентов гофрированного картона (крафт-лайнера и флютинга) и его толщина (Тгк). Основные зависимости получены для ящика одного типа, что позволило исключить из числа влияющих на ВСТ параметров геометрические размеры тары. Ниже приводятся основные уравнения. ВСТ =7,8 RCTrM + 1669 ССТ - 7,4 RCTK„ -1037 Тгк + i960 (10) Ас = 1,6 %. Rbct = 0,98 С использованием значений Ej всех компонентов ВСТ = 0,18 EirM + 0,51 EJKM - 0,008 Е1бг +- 2430 Тгк - 8356 (11) Ас = 5,0; Rbct = 0,874

С использованием значений Ар всех компонентов ВСТ = 4,22 Аргм - 0,11 Аркм + 11,29 Арбг - 1089 Тгк - 3450 (12) Де = 2,2; Rect = 0.978;

С использованием значений ер крафт-лайнера и флютинга ВСТ = 441,8 Ергм - 3,1 £ркм + 909,5 £рбг - 1166 Тгк + 2036 (13) Дс = 1,4; Rect = 0-990

Также получены уравнения, показывающие, что для оценки ВСТ ящика могут быть использованы разные параметры деформативности для плоских и гофрированного слоев. Например, деформативность картона-лайнера можно характеризовать Ар, а бумаги для гофрирования - El. Тогда значение ВСТ подчиняется зависимости

ВСТ = 4,42 Аргм + 7.25 Аркм - 6.54 Е1бг + 754 Тгк - 888 (14) Ас = 4,9; Rect = 0.918

Представленные результаты доказывают, что при контроле качества исходных компонентов наряду с прочностными свойствами тарного картона при контроле его качества в процессах производства и переработки необходимо определять характеристики деформативности крафт-лайнера и флютинга, и прежде всего жесткость при изгибе и жесткость при растяжении. Последнюю обусловливает модуль упругости, определяемый при анализе зависимости "напряжение-деформация".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально доказано, что наряду с прочностными свойствами тарного картон при контроле его качества в процессах производства и переработки необходимо определять характеристики деформативности, и прежде всего жесткость при растяжении и жесткость при изгибе.

2. Установлена избирательность влияния основных технологических факторов производства тарного картона типа крафт-лайнер на его деформационные и прочностные свойства. Характеристики деформативности картона машинного и лабораторного изготовления обладают большей изменчивостью по сравнению с прочностными.

3. Для получения тары из гофрированного картона с повышенной прочностью можно рекомендовать крафт-лайнер с содержанием НСПЦ в основном слое не более 40 %, степенью помола массы основного слоя не менее 28 % и количеством покровного слоя около 18 %.

4. Для получения тары с повышенной жесткостью содержание НСПЦ в основном слое можно увеличить до 50 %, степенью помола массы основного слоя поддерживать на уровне 20...24 %, количество покровного слоя на уровне 13...15 %.

5. Установлено, что стандартные показатели качества крафт-лайнера возрастают при повышении как общей массы 1 м2 картона, так и массы покровного слоя. С повышением массы 1 м2 наблюдается увеличение жесткости при изгибе, общей деформации и значительный рост 'работы разрушения.

6. Изучение формирования характеристик деформативности и прочности на КДМ показало, что процесс размола полуфабрикатов оказывает большее влияние на уровень.деформативности, чем прочности. Внесение в массу с оборотной водой мелкого волокна вызывает снижение значений характеристик деформативности и прочности у образцов покровного слоя картона, в то же время свойства покровного слоя оказывают преимущественное влияние на формирование деформативности картона в целом.

7. Экспериментально подтверждено, что физико-механические характеристики трехслойного гофрированного картона тесно коррелируют с деформационными характеристиками его компонентов.

8. Показано, что существующие в настоящее время принципы прогнозирования жесткости гофрированного картона и предлагаемые на их основе модели в реальных производственных условиях обладают недостаточной точностью и должны быть пересмотрены. Б качестве альтернативных получены регрессионные модели, учитывающие характеристики жесткости всех компонентов гофрированного картона и его структурные параметры, в частности толщину или массу.

9. Установлено, что характеристики жесткости крафт-лайнера и флютинга, получаемые при испытаниях на растяжение и изгиб наряду со стандартными могут быть непосредственно использованы для предварительной оценки важнейшего показателя качества тары из гофрированного картона, предназначенной для упаковки продукции не способной воспринимать внешние нагрузки - сопротивления сжатию.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1.Влияние качества целлюлозных полуфабрикатов на характеристики картона (тезисы) /А.В.Гурьев, В.И.Комаров, Г.И.Чижов и др.// В сб.: Новые достижения в технологии волокнистых полуфабрикатов". Российский научно-технический семинар. Коряжма, 9-10 сентября 1992. -М.,1992. -С.22...23.

2. Гурьев A.B., Чижов Г.И., Комаров В.И. Влияние композиции и степени помола массы основного слоя на дефорнационные и прочностные свойства тарного картона. // ИВУЗ, "Лесн. журн." - 1993.- N1. -С.93...96.

3. Гурьев A.B., Чижов Г.И., Комаров В.И. Влияние соотношения масс основного и покровного слоев на деформационные и прочностные .свойства тарного картона. // ИВУЗ, "Лесн. журн." -1993.- N4.-С.69...71.

4. Гурьев A.B., Комаров В.И., Чижов Г.И. Формирование характеристик деформативности и прочности картона-лайнера в технологическом потоке КДМ. // ИВУЗ, "Лесн. журн." -1994.- N1.- С.86...91.

5. Зависимость качества гофрированного картона от стабильности свойств картона-лайнера и флютинга по ширине рулона. /А.В.Гурьев, В.И.Комаров, В.П.Елькин, В.В.Касьяненко // ИВУЗ, "Лесн. журн." -1996.- N1-2.- С.82...85.

6. Методы оценки качества компонентов гофрированного картона. /A.B. Гурьев, В.И.Комаров, В.П.Елькин, В.В.Касьяненко // "Целлюлоза. Бумага. Картон." -1996. - N7___8. - С.16...18.

7. Оценка качества в системе производства тары из гофрированного картона с помощью современных методов. / В сб.: А.В.Гурьев, в.И.Комаров, В.П.Елькин, В.В.Касьяненко // Поморье в Баренц регионе: экология, экономика, специальные проблемы, культура: Тезисы докл. 3 Международ, конференции. - Архангельск: 1997. -С.58...59.

8. Гурьев A.B., Комаров В.И. Связь упругих характеристик компонентов гофрированного картона с его потребительскими свойствами. //"Целлюлоза. Бумага. Картон." -1997. - N9...10. - С.22...24.

9. Гурьев A.B., Комаров В.И. Предварительная оценка качества ящиков из гофрированного картона. // В сб.: "Экология - 98": Тезисы докл. конференции молодых ученых и специалистов, 23...25 июня.-Архангельск, 1998. - С.24...25.

10. Комаров В.И., Гурьев A.B. Эмпирические модели для оценки качества гофрированного картона /В кн.: Технология химико-механиЧеской переработки древесины// Сб. тр. МГУЛ, вып. 298 - И.: МГУЛ, 1998. - (в печати).

11. Прогнозирование жесткости гофрированного картона. / А.В.Гурьев, В.И.Комаров, В.П.Елькин, В.В.Касьяненко// Pap For-98. Пятая международ, науч.-техн. конфер. 16...17 ноября 1998г. С.-Петербург, Россия, - (в печати).

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу:

163007, г.Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, АГТУ, диссертационный совет К 064.60.01

Лицензия ЛР № 020460 ОТ 10.04.97 Г. Сдано в произв. 09.07.98. Подписано в печать 09.07.98. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 87. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Издательстве АГТУ.

163007, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17.