автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Влияние характеристик волокон и их относительного содержания в бумажной массе на деформационные и прочностные свойства тарного картона

На правах рукописи

ДЬЯКОВА Елена Валентиновна

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН И ИХ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ В БУМАЖНОЙ МАССЕ НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ТАРНОГО КАРТОНА

05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 2004

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

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Комаров Валерий Иванович Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Гурьев Александр Владиславович

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Чижов Георгий Иванович, кандидат химических наук Шергин Андрей Евгеньевич

Ведущая организация - ОАО «Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат»

Защита состоится "_24_" июня 2004 года

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 008. 02. в Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан "_" мая 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета Т.Э. Скребец -yw < -л_

2006-4

1Ш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Задача формирования композиций по волокну, обеспечивающих оптимальное сочетание жесткости и прочности тарных видов картона, в настоящее время остается актуальной, поскольку предприятия зачастую ограничены в выборе полуфабрикатов, их качестве и в затратах на производство готовой продукции. В настоящее время для производства тарного картона на крупнейших предприятиях отрасли используются сульфатная хвойная небеленая целлюлоза высокого выхода и нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза. Замена классической нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в композиции картона на полуцеллюлозу, полученную по усовершенствованному способу варки, позволяет значительно снизить себестоимость продукции и увеличить относительное содержание лиственного полуфабриката в композиции картона по волокну.

Имеющиеся в настоящее время теории деформативности и прочности бумаги и картона носят, главным образом, качественный характер, что накладывает ограничение на их использование для прогнозирования свойств целлюлозно-бумажных материалов, в том числе тарного картона. В связи с этим, теоретическую и практическую ценность имеют исследования, направленные: во-первых, на изучение деформационных свойств картона при приложении растягивающей и изгибающей нагрузок; во-вторых, на оптимизацию параметров процессов производства с целью получения материала с повышенными характеристиками деформативности; и, в-третьих, на оценку корреляции характеристик картона с целью выявления наиболее надежных способов прогнозирования свойств деформативности.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологических решений, приводящих к снижению себестоимости тарного картона, и развитие научных представлений о механическом поведении данного материала с привлечением концепций теории смесей полимеров.

Для реализации данной цели поставлены и решены следующие задачи:

1) усовершенствовать технологию варки лиственной полуцеллюлозы в аппаратах «Пандия» для повышения физико-механических свойств полуфабриката;

2) исследовать изменение бумагообразующих свойств сульфатной хвойной целлюлозы высокого выхода в процессе разволокнения и сортирования;

3) исследовать влияние процесса размола на деформационные и прочностные характеристики сульфатной целлюлозы высокого выхода и лиственной полуцеллюлозы и на свойства композиций по волокну тарных видов картона;

4) исследовать влияние упругих свойств полуфабрикатов на потребительские свойства тарного картона;

5) оценить возможность применения некоторых концепций механического поведения, вытекающих из теории смесей полимеров, в технологии тарного картона.

Научная новизна. Получили дальнейшее развитие, и экспериментальное обоснование представления об избирательном влиянии основных факторов варки полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и процессов разволокнения и сортирования сульфатной целлюлозы высокого выхода из хвойных пород древесины на характеристики прочности полуфабрикатов с одной стороны, и характеристики деформативности с другой.

РОС • 1 'ТЬНАЯ

' НА

1 з • > рг

гооСг.

Развитые научные представления о свойствах смесей полимеров позволили оптимизировать композицию по волокну тарного картона, основываясь на достижении оптимальных величин упругих характеристик исходных полуфабрикатов

Практическая ценность. Разработанная модификация варки полуцеллюлозы из лиственных пород древесины с использованием в качестве варочного реагента комбинации нейтрально-сульфитного варочного раствора и белого щелока позволяет получить полуфабрикат, обладающий, наряду с требуемым выходом, высокими физико-механическими характеристиками и более низкой, по сравнению с нейтрально-сульфитной полуцеллюлозой, себестоимостью.

Улучшение физико-механических свойств полуфабриката из лиственных пород древесины, полученного модифицированным способом варки, позволило увеличить его относительное содержание в композиции картона, что также привело к получению значительного экономического эффекта.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международных конференциях в г. Архангельске (2001, 2002 гг.) и в г. Москве (2003 г.); на Всероссийской научно-технической конференции в г. Перми (2002 г); а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (2000-2003 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; обзор литературы; методическую часть; экспериментальную часть, включающую пять разделов; общие выводы; приложение (акт производственных испытаний). Содержание работы изложено на 167 страницах, включая 55 рисунков и 39 таблиц, библиография 146 наименований.

Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:

- результаты, полученные при усовершенствовании режима варки лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в лабораторных условиях и в варочных аппаратах «Пандия»;

- установленные закономерности изменения бумагообразующих свойств волокон сульфатной хвойной целлюлозы высокого выхода в процессах разволокнения и сортирования, проводимых после варки и их влияние на прочность и жесткость полуфабриката;

- полученные данные об избирательности влияния основных факторов варки полуцеллюлозы и процессов разволокнения и сортирования целлюлозы высокого выхода, а также размола полуфабрикатов при подготовке бумажной массы на стадии формирования композиций для тарного картона на характеристики прочности с одной стороны, и характеристики жесткости - с другой;

- положение о необходимости контроля упругих свойств полуфабрикатов при подготовке бумажной массы на стадии формирования композиции для тарного картона с оптимальным сочетанием прочности и жесткости;

- экспериментально подтвержденная гипотеза о применимости отдельных положений теории смесей полимеров при исследовании и оптимизации композиции волокнистых полуфабрикатов для тарного картона.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы показано: 1) структура сырьевой базы отрасли требует вовлечения в переработку большего количества лиственной древесины, что определяет необходимость создания новых и совершенствования старых способов производства для интенсификации варки полуфабрикатов и улучшения свойств бумаги и картона; 2) единой теории деформирования целлюлозно-бумажных материалов, которая отражала бы взаимосвязь свойств отдельных волокнистых полуфабрикатов, их композиций, структуры материала, технологии изготовления и характеристик готовой продукции, до настоящего времени создать не удалось. Вследствие этого прогнозирование свойств бумаги и картона, и, в частности, тарного, носит качественный, эмпирический характер; 3) поскольку целлюлозно-бумажные материалы проявляют признаки свойств как полимерных, так и композитных материалов, то для трактовки экспериментальных данных наиболее целесообразно использовать основные положения теорий деформативности и прочности, применяемых для описания механического поведения этих материалов.

Методики исследования. В работе использовались образцы хвойной сульфатной целлюлозы высокого выхода, лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы, а также полуцеллюлозы, полученной по усовершенствованному способу нейтрально-сульфитной варки производственного и лабораторного изготовления.

В экспериментах применяли как стандартные, так и оригинальные методы испытаний, в том числе комплексной оценки механического поведения испытуемого материала при приложении растягивающей нагрузки; определение жесткости при изгибе; сопротивления сжатию короткого участка образца по методу SCT в соответствии со стандартом ISO 9895; метод испытания на трещиностойкость в соответствии со стандартом SCAN - Р 77:95. Были использованы методы статистической обработки и корреляционного анализа. Все математические расчеты выполнены на ЭВМ.

Экспериментальная часть состоит из пяти разделов.

1. Общие положения

На начальном этапе исследований проанализированы варки полуцеллюлозы с использованием различных по составу варочных растворов. При этом варьировались породный и фракционный состав щепы, температурный режим варки и расход химикатов. Для всех образцов полуфабрикатов определен выход, для испытаний изготовлены лабораторные отливки массой 1 м2 125 г при степени помола волокна 30 °ШР и получены значения стандартных физико-механических характеристик: разрывной длины (L), сопротивления продавливанию (П), сопротивления раздиранию (R), сопротивления плоскостному сжатию (СМТ). В таблице 1 представлены обобщенные данные о свойствах полученных полуфабрикатов. В каждой серии варок выбраны образцы с лучшими величинами характеристик с точки зрения выхода и физико-механических свойств.

Таблица 1. Характеристики образцов полуцеллюлозы, полученных с использованием раз-

личных варочных растворов

Расход химикатов, Характеристики НСПЦ

Состав варочного раствора % от массы а.с.д. Выход, L, п, СМТ, R,

в ед. Na2C03 % м кПа H мН

Нейтрально-сульфитный раствор 12,0 81,7 7100 460 310 1240

Нейтрально-сульфитный раствор /

ЫаОН (1/4) 14,0 80,1 5500 340 230 820

Красный щелок / белый щелок 12,9 77,7 7900 540 285 960

Зеленый щелок 14,0 79,8 7700 505 290 860

Зеленый щелок / белый щелок (8/2) 14,0 78,9 6300 450 280 1100

Нейтрально-сульфитный раствор / бе-

лый щелок (9/1) 14,2 77,0 7350 530 305 1220

Анализ вариантов усовершенствования нейтрально-сульфитной варки показал, что только варка на смеси нейтрально-сульфитного варочного раствора и белого щелока не оказывает отрицательного влияния на комплекс физико-механических свойств полуцеллюлозы. Полуфабрикат с наибольшим значением сопротивления плоскостному сжатию получен при варке на нейтрально-сульфитном варочном растворе с добавкой 40 % белого щелока, что особенно важно, если учесть, что данный полуфабрикат используется как для изготовления картона для плоских слоев, так и для бумаги для гофрирования. Кроме того, добавка белого щелока к нейтрально-сульфитному раствору смягчает отрицательное влияние присутствия в сырье хвойной древесины.

В лабораторных условиях отработаны два варианта усовершенствования технологии нейтрально-сульфитной варки полуцеллюлозы, результаты которых представлены в разделе 2.

2. Усовершенствование режима варки лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы (НС11Ц)

На следующем этапе исследований проведено усовершенствование режима варки лиственной полуцеллюлозы в лабораторных условиях и в варочных аппаратах «Пандия».

В лабораторных условиях эксперимент проводили на основе четырехфактор-ного ротатабельного композиционного униформ-плана второго порядка. В качестве варьируемых факторов приняли соотношение сульфита натрия и соды (от 3:1 до 7:1); температуру варки (от 165 до 185 °С); расход реагента на варку (от 14 до 26 % в ед. Na2C03); продолжительность стоянки на конечной температуре (от 15 до 75 мин.). Постоянными поддерживались гидромодуль 4,5; продолжительность подъема до конечной температуры 45 минут.

Получены образцы полуфабриката, выход которых варьировался от 63 до 90 %, а степень делигнификации от 55 до 106 ед. Каппа. У лабораторных отливок полуцеллюлозы определены стандартные характеристики прочности (L, П) и характеристики жесткости: разрушающее усилие при сжатии кольца (RCT), разрушающее усилие при сжатии короткого образца (SCT), жесткость при изгибе (El), жесткость при растяжении (St). Характер влияния факторов варки на характеристики полуцел-

люлозы устанавливали, используя в качестве моделей полученные уравнения регрессии в кодированной форме. Значения коэффициентов уравнений регрессии для характеристик прочности, жесткости и деформативности представлены в таблице 2. Установлена избирательность влияния параметров варки на характеристики полуцеллюлозы и одних и тех же параметров на характеристики деформативности и прочности.

Таблица 2. Коэффициенты уравнений регрессии для характеристик прочности и жесткости

лиственной полуцеллюлозы

Коэффи- Выход, Число Каппа, L, п, SCT, RCT, СМТ, EI, s„

циент % ед. м кПа кН/м Н Н мН-см2 кН/м

Ьо 70,7 89,0 10030 570 6,26 360 337 420 1040

ь, -0,96 - - - - - 5,83 - -

Ь2 - -6,19 - 8,41 - 4,55 - 3,69 -

Ьз - -2,01 300 29,74 0,09 - 6,04 - 20,89

Ъ4 - -3.71 - 18,24 0,20 4,72 12,20 - 14,39

Ъп -1,53 - -189 - - - -11,83 -34,59

Ь,3 - - - - - 6,99 - 11,05 -

Ь]4 1,69 -4,18 - - - - - - -17,96

Ьз - - 201 18,99 - - - - -22,37

Ъг 4 -3,29 - - - - -4,09 9,48 - -15,56

Ьз4 - - - - - 8,20 - -9,59 -

Ьп -1,07 2,12 157 22,45 - -4,11 - -3,85 -10,65

Ъц - -2,77 132 - - - - - 23,35

Ьзз 3,18 -2,26 132 - - -6,42 -8,96 -2,60 -

Ь44 -2,64 2,10 - - -0,09 -5,96 -6,82 10,21 -

Ртабл 3,90 3,92 3,88 3,90 3,85 3,92 3,88 3,90 3,92

Рвасч- 0,71 1,50 3,32 1,43 2,54 1,10 3,43 0,57 0,54

0,85 0,92 0,57 0,83 0,61 0,72 0,66 0,86 0,84

С помощью адекватных моделей подобраны режимы варки, обеспечивающие получение полуфабриката с максимальными характеристиками прочности и жесткости. Данные таблицы 3 свидетельствуют, что режимы усовершенствованного способа варки для получения лиственной полуцеллюлозы с максимально возможными характеристиками жесткости при растяжении, изгибе, сопротивления сжатию в плоскости листа, а также прочности существенно отличаются. Таким образом, наблюдается избирательность воздействия технологических параметров на характеристики деформативности или прочности.

Дальнейшее усовершенствование режима варки полуцеллюлозы было связано с необходимостью получения полуфабриката более темного цвета при безусловном сохранении выхода, требуемых прочности и жесткости. Для этого в лабораторных условиях была проведена серия варок с заменой части нейтрально-сульфитного варочного раствора на белый щелок.

Исследовали влияние двух факторов: продолжительности варки и добавки белого щелока. Основной диапазон варьирования продолжительности варки составил от 30 до 60 минут, добавки белого щелока от 57 до 92 %. Постоянные параметры варки (соотношение сульфита натрия и соды в варочном растворе, температура,

продолжительность варки и расход варочного реагента) соответствовали значениям, при которых были получены наиболее высокие характеристики жесткости и прочности полуцеллюлозы, сваренной по классическому способу.

Таблица 3. Избирательность влияния параметров варки на характеристики лиственной по-

луцеллюлозы

Характеристика Максимально возможная величина характеристики Параметры варки, соответствующие максимальной величине характеристики Выход, % Число Каппа, ед.

КагСОз Расход реагента, % Температура варки, "С ^ стоянки, мин.

Ь, м 12700 3,0 23,0 185,0 15,0 134 74,5

П, кПа 813 3,0 22,0 185,0 75,0 98 96,8

ЯСТ, Н 359 5,0 20,0 175,0 45,0 100 89,0

СМТ,Н 353 7,0 20,0 175,0 60,0 99 87,5

БСТ, Н 6,53 7,0 20,0 175,0 60,0 99 87,5

Е1, мН-см2 499 5,0 25,0 165,0 75,0 92 67,0

Бь кН/м 1251 5,0 16,0 185,0 75,0 120 80,2

Получены образцы полуфабриката с выходом от 76 до 91 %. Стандартные физико-механические характеристики образцов вне зависимости от продолжительности варки и добавки белого щелока превысили требования технологического регламента производства НСПЦ на ОАО «Архангельский ЦБК».

Для комплексной оценки способности к деформированию лабораторных образцов полуцеллюлозы использовали кривые зависимости «с-е». Они представлены на рисунке 1. В зависимости от состава варочного раствора изменялся выход полуфабриката. Для традиционной НСПЦ он составил 74 % При использовании варочного раствора с содержанием 50, 75 и 100 % белого щелока выход полуфабриката составил 77, 85 и 91 % соответственно (таблица 4). Вместе с тем существенно изменяются и деформационные свойства данных образцов. Причиной этого является различный характер и степень химического воздействия белого щелока и нейтрально-сульфитного варочного раствора на древесину.

Рисунок 1 Влияние изменения состава варочного раствора на кривые зависимости «ст-е», полученные при испытании образцов полуфабриката на растяжение' содержание белого щелока в варочном растворе 1 - отсутствует; 2 - 50 %; 3 - 75 %; 4 -100%

Из рисунка 1 видно, что при замещении 50 и 75 % нейтрально-сульфитного варочного раствора белым щелоком одновременно с увеличением выхода повышается растяжимость образцов полуфабрикатов. Полуфабрикат, полученный при тех же условиях варки, но с использованием только белого щелока в целом по своим свойствам занимает промежуточное положение между образцами НСПЦ и полуцеллюлозы, получаемой с добавкой белого щелока. Существенное уменьшение начального модуля упругости отмечено при замещении 75 % нейтрально-сульфитного раствора на белый щелок.

Таблица 4 Влияние добавки белого щелока на свойства полуцеллюяозы

Характеристика Ед. изм. Содержание белого щелока в варочном растворе, %

0 50 75 100

Выход % 74 77 85 91

Е, МПа 7820 7090 6300 6480

ар МПа 83,12 85,82 83,44 72,16

е» % 1,85 2,78 2,73 2,27

На основе лабораторных исследований для производственных испытаний на «Архангельском ЦБК» был рекомендован режим, при котором необходимо замещать не менее 50 % нейтрально-сульфитного варочного раствора белым щелоком, как оптимальный по выходу и свойствам полуфабриката.

Усовершенствованный режим варки отработан и внедрен в производственных условиях на двух установках «Пандия». В таблице 5 представлены характеристики качества полуцеллюлозы для трех вариантов варки.

Таблица 5 Влияние состава варочного раствора на характеристики качества полуфабриката

Характеристики полуфабриката Ед. изм. Вид варочного раствора

Нейтрально-сульфитный раствор Нейтрально-сульфитный раствор / смесь крепкого и слабого белого щелоков Нейтрально-сульфитный раствор / крепкий белый щелок

Число Каппа ед. 127 122 125

П кПа 445 430 490

Ь м 7300 7200 7750

СМТ Н 290 270 325

Я мН 810 810 860

В результате опытно-промышленной выработки были достигнуты следующие цели: произведено затемнение полуцеллюлозы, что в несколько раз снизило отбраковку картона по внешнему виду. Значения характеристик прочности полуфабриката возросли на 10 %, жесткость по показателю СМТ на 12 %. При этом использование полуцеллюлозы в композиции бумаги для гофрирования увеличилось в среднем с 52,3 до 57,6 %, а в композиции картона универсального с 44,2 до 50,2 % без ухудшения их качества. Получен значительный экономический эффект за счет снижения себестоимости полуцеллюлозы и увеличения ее относительного содержания в композиции тарного картона.

3. Бумагообразующие и физико-механические свойства сульфатной небеленой хвойной целлюлозы высокого выхода и их вариация в производственных условиях ОАО «Архангельский ЦБК»

Исследования проведены в технологическом потоке двухступенчатого горячего размола и замкнутой системы сортирования и переработки отходов сульфатной целлюлозы высокого выхода (ЦВВ), используемой в композиции тарного картона. Схема отбора проб представлена на рисунке 2. Статистическая оценка изменения свойств волокон ЦВВ при прохождении технологического потока представлена в таблице 6. Показано, что разработка поверхности волокон ЦВВ в узле горячего размола отличается крайней нестабильностью (максимальный коэффициент вариации отмечен у показателя межволоконных сил связи - 42,3 %).

ступающая на вторую ступень горячего размола; 2 - масса после второй ступени горячего размола; 3 - масса после сортирования; 4 - отходы сортирования: 5 - отходы сортирования после их размола

Показано, что при обработке ЦВВ в технологической схеме горячего размола и сортирования полуфабрикат, наряду с разволокнением, подвергается не только фибриллирующему воздействию, но и сжатию поперек оси волокна и скручиванию. Установлено, что в совокупности это может приводить к снижению характеристик жесткости, как полуфабриката, так и готовой продукции - тарного картона в связи со снижением устойчивости волокна.

На рисунке 3 представлены данные, отражающие парное влияние соответственно межволоконных сил связи и нулевой разрывной длины, а также сил связи и средней длины волокна на прочность и жесткость образцов ЦВВ. Поверхности построены по уравнениям регрессии линейного вида.

Как и в случае с полуцеллюлозой установлен избирательный характер воздействия свойств волокна с одной стороны на прочность, а с другой - на жесткость сульфатной ЦВВ. Вместе с тем, наиболее существенное влияние на изменение физико-механических характеристик сульфатной ЦВВ при горячем размоле и сортировании оказывает вариация значений Рсв. Вторым по значимости фактором является

изменение собственной прочности волокна (Ьо), а третьим - снижение средней длины волокна (1ср).

Таблица 6. Статистическая оценка фундаментальных свойств волокон сульфатной ЦВВ

Харак- Размер- Статистиче- Точки отбора проб

тери- ность ские харак- До После Сортиро- Отходы до Отходы после

стика теристики размола размола ванная размола размола

1ср мм X 2,48 2,33 2,34 2,34 2,15

а, 0,19 0,27 0,32 0,25 0,15

V, % 7,6 11,7 13,6 10,7 6,9

1срвзв мм X 2,92 2,83 2,82 2,89 2,74

Ох 0,14 0,20 0,23 0,15 0,11

У,% 4,8 7,0 8,2 5,1 3,9

Ьо м X 6437 6624 7052 6529 6815

о* 797 762 1215 639 947

V,0/« 12,4 11,5 17,2 9,8 13,9

Рс» МПа X 0,38 0,44 0,53 0,39 0,52

Ох 0,089 0,187 0,148 0,087 0,149

У,% 23,8 42,3 28,0 22,4 28,4

5129

/-.• '—. У-;.'- /""-л

7648

1*СТ,Н

Рисунок 3 Влияние фундаментальных свойств волокна (Рсв, Ь0, Ьср) на сопротивление про-давливанию - П (а, б) и разрушающее усилие при сжатии кольца - ЯСТ (в, ?)

4. Влияние упругих свойств сульфатной целлюлозы высокого выхода и полуцеллюлозы, полученной по усовершенствованному режиму варки, на их характеристики прочности и деформативности

Составление композиции бумаги и картона, по сути, является созданием смеси с оптимальными характеристиками из разнородных по составу и свойствам волокнистых полуфабрикатов. В случае если к материалу одновременно предъявляются повышенные требования по прочности и жесткости, то на стадии формирования композиции следует учитывать упругие свойства полуфабрикатов. Прежде всего, это относится к важнейшему массовому виду продукции ЦБП - тарному картону.

Проведены испытания образцов полуфабрикатов с различными значениями начального модуля упругости (Ei), полученных в результате лабораторного размола в диапазоне 13...3 О °ШР для полуцеллюлозы и 13... 36 °ШР для ЦВВ.

Обнаружено снижение начального модуля упругости сульфатной ЦВВ при достижении степени помола 30 °ШР, что объясняется совместным влиянием при лабораторном размоле двух факторов - межволоконными силами связи и собственной прочностью волокна (рисунок 4).

Lo, м

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 О

Рисунок 4. Влияние степени помола на бумагообразующие свойства полуфабриката: 1 -Б,;, сульфатной ЦВВ; Г - Ьо сульфатной ЦВВ; 2 - Рсв полуцеллюлозы; 2' - Ьо полуцеллюлозы

Величина межволоконных сил связи непрерывно возрастает, в то время как собственная прочность волокна в исследованном диапазоне достигает максимума при 18 °ШР, а далее снижается. Таким образом, существенная потеря прочности отдельных волокон ЦВВ компенсируется приростом межволоконных сил связи лишь при размоле до 24 °ШР.

Считается, что величина начального модуля упругости при испытании на растяжение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов обусловлена, главным образом, межволоконными силами связи и собственной прочностью волокна. Следовательно, можно утверждать, что при составлении смесей компонентов композиции

2,50 2,00 1,50 1,00 0,50

0,00

А ^.....

/ 2' -

1v •

V 1

■i 2

1 ■

10 15 20 25 30 35 ^ Степень помола, °ШР

картона по волокну, недостаточно опираться только на традиционную характеристику - степень помола массы.

На рисунке 5 представлены кривые зависимости «ст-е» для хвойной ЦВВ (а) и лиственной полуцеллюлозы (б) при изменении степени помола полуфабрикатов. Из рисунка следует, что хвойная сульфатная целлюлоза является не только более прочным, но и более вязкоупругим материалом, чем полуцеллюлоза (деформация разрушения сульфатной ЦВВ практически в 2 раза превышает деформацию разрушения полуцеллюлозы при одинаковой степени помола полуфабрикатов).

Это также подтверждается характером влияния начального модуля упругости полуцеллюлозы и ЦВВ на показатели прочности и жесткости полуфабрикатов. Зависимости проиллюстрированы на рисунке 6.

е,%

а б

Рисунок 5 Влияние степени помола на ход кривых зависимости «ст-е» полученных при испытании образцов полуфабрикатов, используемых для производства тарного картона- а -сульфатная ЦВВ; б - полуцеллюлоза, полученная по усовершенствованному режиму варки, 1-13 "IUP; 2-18 "IUP; 3-24 °ШР; 4-30 °ШР; 5 - 36 ЧИР

Для удобства сопоставления значений различных характеристик сульфатной ЦВВ и лиственной полуцеллюлозы и степени влияния на них начального модуля упругости, данные представлены в условных единицах. Для каждой исследованной характеристики за единицу принято абсолютное значение соответствующей характеристики для образца лиственной полуцеллюлозы, не подвергнутой размолу (13 °ШР). Данные представлены в таблице 7.

Таблица 7. Величины характеристик, принятые за единицу

L, м П, кПа RCT, Н SCT, кН/м а, МПа St, кН/м

2000 280 130 1.9 9,8 365

Рост начального модуля упругости полуфабрикатов приводит к значительному улучшению их прочностных характеристик. Например, сопротивление продав-ливанию ЦВВ возрастает в 3 раза, разрывная длина в 4 раза, сопротивление продав-ливанию ПЦ возрастает в 1,5 раза, разрывная длина - в 4 раза

7 б . 5 " 4

3 : 2 1 О 1000

1 :

1л 2 '

| •

2000 3000 4000 3000 6000 7000

Е,,МПа

2000 3000 4000 5000 6000 7000

Е^МПа

4

С3 ! 2 С 1

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Е], МПа

2000 3000 4000 5000 6000 7000

Е], МПа

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Е|, МПа

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Е|, МПа

Рисунок свойства

6. Влияние величины начального модуля упругости на физико-механические полуфабрикатов: 1 - сульфатная хвойная ЦВВ; 2 - лиственная полуцеллюлоза

Характеристики жесткости компонентов также возрастают при увеличении начального модуля упругости, но существенно меньше. Вместе с тем, не смотря на значительные отличия полуфабрикатов и используемых методов определения жесткости, влияние Е] на представленные характеристики проявляется практически одинаково. Аналогичным образом изменение начального модуля упругости влияет на характеристики деформативности. Однако, их уровень для сульфатной ЦВВ заметно выше, чем для полуцеллюлозы.

Таким образом, установлено, что упругие характеристики исходных компонентов могут быть использованы при моделировании смесей и прогнозировании их свойств. Установлено также, что изменение начального модуля упругости более существенное влияние оказывает на величину характеристик прочности.

5. Исследование свойств смесей волокнистых полуфабрикатов с целью получения картона повышенной жесткости

Влияние соотношения начальных модулей упругости исходных компонентов на свойства смесей изучали на образцах картона, содержащих равное количество ЦВВ и полуцеллюлозы (1:1). Это позволило на данном этапе исследований исключить влияние количества каждого компонента на свойства смесей и одновременно проверить положение о том, что для композиций с равным (или близким) относительным содержанием компонентов физико-механические характеристики материала будут тем выше, чем ближе по величине модули упругости компонентов. Эксперимент проводили, полагая, что сульфатная хвойная ЦВВ является аналогом полимерной матрицы, а лиственная полуцеллюлоза - дискретной армирующей составляющей. Такой выбор системы волокно-матрица обусловлен тем, что согласно литературным данным, наибольшее упрочнение достигается, когда армирующий компонент имеет волокна с высокой механической жесткостью, а матрица обладает более высоким удлинением до разрушения. Именно такие свойства характерны соответственно для лиственной полуцеллюлозы, полученной усовершенствованным способом, и для сульфатной ЦВВ.

Исследовано 4 вида смесей с различным соотношением начальных модулей упругости исходных компонентов (величины начальных модулей упругости приведены в таблице 8). Результаты испытаний представлены в таблице 9.

Таблица 8. Величины начальных модулей упругости образцов полуфабрикатов, используемых при составлении смесей_

Характеристика Вид смеси

с 11Д т? ЦВВ с 11Ц р ЦВВ Апах " мпт о Щ р цив E-max "J-inax giiiUgUBB

Е] полуцеллюлозы, МПа 1600 5230 5230 5230

Е|Сульфатной ЦВВ, МПа 5990 1880 5990 5080

Е,а/Е,м 0,3 2,7 0,9 1,0

Максимальные значения характеристик жесткости, прочности и деформатив-ности при смешивании волокнистых компонентов в соотношении 1:1 получены для смеси (3) при максимальных и смеси (4) при относительно равных значениях модуля упругости и матрицы и дискретной армирующей составляющей. Соотношение величин начальных модулей упругости в этих случаях оказались близкими к 1,0.

Таблица 9. Влияние соотношения Eia/EiM на свойства смесей

Вид смеси и м п, кПа RCT, Н Еь МПа El, мН-см2 s„ кН/м Fe, МПа Ар, мДж 6р, %

1. Р 11Ц О ЦВН i-min "С-тах 5800 393 183 3160 387 598 0,762 143 2,21

2. Р ПЦ р ЦВВ Стпах " Mim 5300 338 201 3370 425 625 0,587 106 1,82

3 с ПЦ с цвв миах "^тпах 10200 660 256 5760 316 810 1,323 306 2,73

4. £ПЦ_£ЦВВ 9800 629 258 5580 446 834 0,937 266 2,53

При максимальной степени разработки волокон и полуцеллюлозы и ЦБВ (смесь 3) значения таких показателей, как начальный модуль упругости, межволо-

конные силы связи, деформация и работа разрушения являются наибольшими из рассмотренных вариантов смесей.

Присутствие в смеси неразмолотого полуфабриката (смеси 1 и 2) дает низкие значения всех деформационных показателей. При этом практически не имеет значения, какой из компонентов (полуцеллюлоза или ЦВВ) не подвергался дополнительному размолу.

Ход кривых зависимости «ст-s» смесей при соотношении компонентов 1:1 показан на рисунке 7.

100 80 Я 60 40

tT 20 0

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 S,%

Рисунок 7. Зависимость «ст-е» образцов картона при соотношении компонентов 11

Разрушающее напряжение для смесей (1) и (2) находятся на одном уровне, причем эти значения в 2 раза ниже, чем у смесей (3) и (4). Деформация разрушения образцов смеси (1) значительно превосходит значение смеси (2) за счет максимальной степени разработки более вязкоупругого полуфабриката (сульфатной ЦВВ)

Установлено, что для композиций с относительным содержанием компонентов 1:1 наилучшие результаты достигаются при соотношении начальных модулей упругости армирующего компонента и матрицы E)A/EiM приблизительно равном 1,0.

В заключительном эксперименте исследовано влияние содержания дискретной армирующей составляющей (полуцеллюлозы) на свойства смесей. При этом и матрица, и армирующая составляющая имели максимальные значения начального модуля упругости, а также наиболее высокие показатели жесткости и прочности. Результаты испытаний представлены в таблице 10.

При анализе данных оценивали степень отклонения значений характеристик, полученных экспериментально, от теоретических значений, рассчитанных в соответствии с правилом аддитивности. Расчет производили с учетом вклада каждого компонента в состав смеси. На рисунке 8 представлены зависимости, характеризующие динамику изменения прочности и жесткости образцов картона в зависимости от доли дискретного армирующего компонента. В качестве базы для сравнения использовали характеристики сульфатной ЦВВ, величины которых приняты за 100 %.

Таблица 10. Характеристики прочности и деформативности образцов картона при _различном соотношении компонентов_

Содержание полу- ь, п, ИСТ, Бь Е1, 8ь Рее»

целлюлозы, % м кПа н МПа мН-см2 кН/м МПа

0 11950 890 255 5990 280 790 0,84

10 12100 840 285 6000 285 830 1,25

20 12400 820 280 6170 275 845 1,48

30 11400 760 280 6090 270 835 1,23

40 11000 730 280 5820 260 770 1,21

50 10200 660 255 5760 315 810 1,32

100 8200 420 240 5230 230 790 0,84

О 10 20 30 40 50 о 10 20 30 40 50

Содержание полуцеллншозы, ЧЬ Содержание полуцеллюлозы, %

Рисунок 8 Влияние содержания армирующего компонента на характеристики прочности и жесткости образцов из смесей целлюлозных полуфабрикатов при соотношении Е1А/Е1М=1,0- 1,2- значения, полученные экспериментальным и теоретическим путем соответственно

Установлено, что правило аддитивности для смесей волокнистых компонентов применительно к производству тарного картона не соблюдается. Добавка до 50 % дискретной армирующей составляющей позволяет получить материал с характеристиками жесткости и деформативности выше расчетных (прогнозируемых) значений. Наибольшая прочность смесей достигается при добавке армирующего компонента до 20 %. Таким образом, подтверждено положение о том, что улучшение прочностных и деформационных свойств смеси по сравнению со свойствами исходных компонентов, достигается, когда относительное содержание компонента с по-

ниженными упругопласгическими свойствами (независимо от того, какой это компонент: коротко- или длинноволокнистый) не превышает 15-25 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан и внедрен усовершенствованный режим варки полуцеллюлозы из лиственных пород древесины, позволивший получить полуфабрикат, пригодный для использования в повышенном количестве в композиции тарного картона. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной варки составил 12 млн. руб. в год.

2. Повышение использования полуцеллюлозы из лиственных пород древесины, обладающей цветом близким к цвету сульфатной ЦВВ и высокими физико-механическими характеристиками, позволило увеличить использование этого полуфабриката в композиции тарного картона в среднем на 5 %. Экономический эффект от использования в технологии получения тарного картона составил 6,2 млн. руб. в год.

3. Установлено, что параметры производств полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и сульфатной целлюлозы высокого выхода из хвойных пород древесины оказывают избирательное влияние на характеристики прочности и деформативности данных полуфабрикатов.

4. Показано, что при обработке ЦВВ в технологической схеме, включающей двухступенчатый горячий размол в щелочной среде и сортирование с возвратом размолотых отходов в основной поток, полуфабрикат, наряду с разволокнением, подвергается не только фибриллирующему воздействию, но и сжатию волокон поперек оси и их скручиванию. Установлено, что в совокупности это может приводить к снижению характеристик жесткости как полуфабриката, так и готовой продукции - тарного картона в связи со снижением устойчивости волокна в структуре материала.

5. Установлено, что начальные модули упругости сульфатной ЦВВ и лиственной полуцеллюлозы при составлении композиций по волокну тарного картона должны иметь соотношение Е]"^/ЕIСФА=0,9-1,0. В этом случае добавка до 50 % дискретной армирующей составляющей (лиственной полуцеллтолозы) позволяет получить картон с характеристиками деформативности с максимально возможными значениями

6. Обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения при составлении композиции по волокну тарного картона некоторых концепций теории смесей полимеров. Контроль величины начального модуля упругости наряду степени помола волокна позволяет улучшить прогнозирование физико-механических свойств производимой продукции.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1 Получение лиственной полуцеллюлозы высокого выхода нейтрально-сульфитным способом / Е.В. Дьякова, В.И. Комаров, Я.В. Казаков, Л.А. Миловидова // В сб.: Материалы междун. молодежного форума стран Баренц-региона. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2001. - С. 194-195.

2. Использование модифицированной лиственной полуцеллюлозы в композиции тарного картона / Е.В. Дьякова, В.И. Комаров, Л.А. Миловидова, A.B. Гурьев, В.П. Елькин // В сб.: «Экология Северных территорий России. Проблемы, прогноз, ситуации, три развития, решение». Материалы междун. конф. ИЭПС УрО РАН. - Архангельск: Изд. «Правда Севера», 2002. - 339-343.

3. Дьякова Е.В., Комаров В.И., Гурьев A.B. Получение и свойства модифицированного полуфабриката для тарного картона // В сб.: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Выпуск 8. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 40-45.

4. Влияние технологических факторов варки на выход и свойства лиственной ЦВВ / Е.В. Дьякова, В.И. Комаров, Я.В. Казаков, A.B. Гурьев // В сб.: «Аэрокосмическая техника и высокие технологии». Материалы Всероссийской научно-техн. конф.. -Пермь: Изд-во ПГТУ, 2002. - С.93.

5. Влияние различных модификаций нейтрально-сульфитной варки на физико-механические свойства полуцеллюлозы / Е.В. Дьякова, В.И. Комаров, Л.А. Миловидова, Т.Н. Коробейникова, М.Н. Лукина // ИВУЗ, «Лесной журнал» - 2002. - №6. -С. 85-91.

6 Разработка и внедрение технологии варки полуфабриката для тарного картона / Е.В. Дьякова, В.И. Комаров, A.B. Гурьев, В.П. Елькин, В.А. Горшков, H.A. Кауни-хин // ИВУЗ, «Лесной журнал» - 2003. - №2. - С. 53-61.

7 Дьякова Е.В., Гурьев A.B., Комаров В.И. Деформационные свойства смесей волокнистых полуфабрикатов для тарного картона // В сб.: «Проблемы развития российской целлюлозно-бумажной промышленности». Материалы междун. научно-техн. конф. - Москва: РАО БУМДРЕВПРОМ, 2003. - С. 22-28.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью и подписями просим направлять по адресу:

163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, АГТУ, диссертационный совет Д 212. 008.02.

/-u-

У

ск.

Y

РНБ Русский фонд

2006-4 1661

Сдано в произв. 05.05.2004. Подписано в печать 05.05.2004. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,25 Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 93. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ. 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Возможность применения теорий деформирования и разрушения многокомпонентных полимеров и композитов и возможность для оценки деформационной способности бумаги и картона.

1.2. Разновидности и свойства полуфабрикатов для тарного картона.

1.3. Современные методы определения прочностных и деформационных свойств тарного картона.

1.4. Выводы по обзору литературы и постановка задачи эксперимента.

2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Лабораторные варки полуцеллюлозы.

2.1.1. Планирование лабораторного эксперимента с использованием математических методов.

2.1.2. Анализ варочных растворов.

2.2. Отбор проб в условиях производства.

2.3. Химический анализ используемых полуфабрикатов.

2.4. Изготовление образцов и подготовка их к испытаниям.

2.5. Определение фундаментальных (по Кларку) свойств волокна.

2.5.1. Определение размеров волокон и фракционного состава по длине волокна.

2.5.2. Когезионная способность волокон.

2.5.3. Собственная прочность волокон.

2.6. Определение стандартных характеристик прочности.

2.7. Определение характеристик жесткости и деформативности.

2.7.1. Жесткость при изгибе.

2.7.2. Получение и математическая обработка кривой зависимости «а-е» при испытании на растяжение.

2.7.3. Определение вязкости разрушения целлюлозно-бумажных материалов.

2.7.4. Определение сопротивления торцовому сжатию короткого участка образца в плоскости листа (метод SCT).

2.8. Статистическая обработка результатов исследований.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Общие положения.

3.2. Усовершенствование режима варки лиственной нейтрально-сульфитной полу целлюлозы.

3.2.1. Варка нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в лабораторных условиях и ее свойства.

3.2.2. Модификация режима варки полуцеллюлозы в лабораторных условиях.1.

3.2.3. Модификация режима варки полуцеллюлозы в аппаратах «Пандия».

3.3. Бумагообразующие и физико-механические свойства сульфатной небеленой хвойной целлюлозы высокого выхода и их вариация в производственных условиях ОАО «Архангельский ЦБК».

3.3.1. Изменение бумагообразующих свойств сульфатной целлюлозы высокого выхода в процессе разволокнения и сортирования.

3.3.2. Изменение физико-механических характеристик сульфатной целлюлозы высокого выхода в процессе разволокнения и сортирования.

1 3.3.3. Взаимосвязь свойств волокна сульфатной целлюлозы высокого выхода с характеристиками прочности и жесткости образцов. 126

3.4. Влияние упругих свойств сульфатной целлюлозы высокого выхода и полуцеллюлозы, полученной по усовершенствованному режиму варки, на их характеристики прочности и деформативности.

3.5. Исследование свойств смесей волокнистых полуфабрикатов с целью получения тарного картона повышенной жесткости.

3.5.1. Влияние соотношений величин начальных модулей упругости исходных компонентов композиции по волокну тарного картона на характеристики деформативности и прочности.

3.5.2. Влияние относительного содержания полуцеллюлозы на характеристики деформативности и прочности крафт-лайнера.

Задача формирования композиций по волокну, обеспечивающих оптимальное сочетание жесткости и прочности тарных видов картона, в настоящее время остается актуальной, поскольку предприятия зачастую ограничены в выборе полуфабрикатов, их качестве и в затратах на производство готовой продукции.

Для производства тарного картона на крупнейших предприятиях отрасли используются сульфатная хвойная небеленая целлюлоза высокого выхода и нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза. Последняя, обладая более низкой себестоимостью и более высоким выходом по сравнению с сульфатной ЦВВ, имеет ряд особенностей, которые зачастую ограничивают повышение ее относительного содержания в композиции тарного картона.

Замена классической нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в композиции картона на полуцеллюлозу, полученную по усовершенствованному способу варки, позволяет значительно снизить себестоимость продукции и увеличить использование лиственной древесины.

До настоящего времени подготовка полуфабрикатов и составление композиции картона по волокну для каждой отдельной картоноделательной машины и в целом носит эмпирический интуитивный характер. Научно-обоснованный подход к решению данной проблемы может базироваться на использовании некоторых концепций механического поведения, вытекающих из теории смесей полимеров. Это особенно важно, если учесть, что имеющиеся в настоящее время теории деформативности и прочности бумаги и картона носят, главным образом, качественный характер, что накладывает ограничение на их использование для прогнозирования свойств целлюлозно-бумажных материалов. В связи с этим, теоретическую и практическую ценность имеют исследования, направленные: во-первых, на изучение деформационных свойств картона при приложении растягивающей и изгибающей нагрузок; во-вторых, на оптимизацию параметров процессов производства с целью получения материала с повышенными характеристиками деформативности; и, в-третьих, на оценку корреляции характеристик картона с целью выявления наиболее надежных способов прогнозирования свойств деформативности.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка технологических решений, приводящих к снижению себестоимости тарного картона, и развитие научных представлений о механическом поведении данного материала с привлечением концепций теории смесей полимеров.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Усовершенствование технологии варки лиственной полуцеллюлозы в аппаратах «Пандия» для повышения физико-механических свойств полуфабриката.

2. Исследование изменения бумагообразующих свойств сульфатной хвойной целлюлозы высокого выхода в процессе разволокнения и сортирования.

3. Исследование влияния процесса размола на деформационные и прочностные характеристики сульфатной целлюлозы высокого выхода и лиственной полуцеллюлозы и на свойства композиций по волокну тарных видов картона.

4. Исследование влияния упругих свойств полуфабрикатов на потребительские свойства тарного картона.

5. Оценка возможности применения некоторых концепций механического поведения, вытекающих из теории смесей полимеров, в технологии тарного картона.

Отличаются существенной новизной и выносятся на защиту:

- результаты, полученные при усовершенствовании режима варки лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы в лабораторных условиях и в варочных аппаратах «Пандия»;

- установленные закономерности изменения бумагообразующих свойств волокон сульфатной хвойной целлюлозы высокого выхода в процессах разволокнения и сортирования, проводимых после варки и их влияние на прочность и жесткость полуфабриката;

- полученные данные об избирательности влияния основных факторов варки полуцеллюлозы и процессов разволокнения и сортирования целлюлозы высокого выхода, а также размола полуфабрикатов при подготовке бумажной массы на стадии формирования композиций для тарного картона на характеристики прочности с одной стороны, и характеристики жесткости - с другой;

- положение о необходимости контроля упругих свойств полуфабрикатов при подготовке бумажной массы на стадии формирования композиции для тарного картона с оптимальным сочетанием прочности и жесткости;

- экспериментально подтвержденная гипотеза о применимости отдельных положений теории смесей полимеров при исследовании и оптимизации композиции волокнистых полуфабрикатов для тарного картона.

Основная часть работы выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета, отдельные эксперименты и испытания — в лабораториях ОАО «Архангельский ЦБК».

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

Разработан и внедрен усовершенствованный режим варки полуцеллюлозы из лиственных пород древесины, позволивший получить полуфабрикат, пригодный для использования в повышенном количестве в композиции тарного картона. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной варки составил 12 млн. руб в год.

Повышение использования полуцеллюлозы из лиственных пород древесины, обладающей цветом, близким к цвету сульфатной ЦВВ, и высокими физико-механическими характеристиками, позволило увеличить использование этого полуфабриката в композиции тарного картона в среднем на 5 %. Экономический эффект от использования полуцеллюлозы в технологии получения тарного картона составил 6,2 млн. руб. в год.

Установлено, что параметры производств полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и сульфатной целлюлозы высокого выхода из хвойных пород древесины оказывают избирательное влияние на характеристики прочности или деформативности данных полуфабрикатов.

Показано, что при обработке ЦВВ в технологической схеме, включающей двухступенчатый горячий размол в щелочной среде и сортирование с возвратом размолотых отходов в основной поток, полуфабрикат, наряду с разволок-нением, подвергается не только фибриллирующему воздействию, но и сжатию волокна поперек оси и их скручиванию. Установлено, что в совокупности это может приводить к снижению характеристик жесткости как полуфабриката, так и готовой продукции - тарного картона, в связи со снижением устойчивости волокна в структуре материала

Установлено, что начальные модули упругости сульфатной ЦВВ и лиственной полуцеллюлозы при составлении композиции по волокну тарного картона должны иметь соотношение Е]А/Е]М в пределах 0,9-1,0. В этом случае добавка до 50 % дискретной армирующей составляющей (лиственной полу целлюлозы) позволяет получить картон с характеристиками деформативности с максимально возможными значениями.

6. Обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения при составлении композиции по волокну тарного картона некоторых концепций теории смесей полимеров. Контроль величины начального модуля упругости наряду со степенью помола волокна позволяет улучшить прогнозирование свойств производимой продукции.

1. Фляте Д.М. Свойства бумаги. Изд. 3-е, переработанное и дополненное. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 680 с.

2. Иванов С.Н. Технология бумаги. М.: Лесн. пром-сть, 1970. - 696 с.

3. Фляте Д.М., Финкельштейн Г.Э. Структура бумаги. М.: ЦНИИТЭИлеспром, 1969.-57 с.

4. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. Архангельск: Издательство АГТУ, 2002. - 440 с.

5. Аким А.Л. Обработка бумаги (основы химии и технологии обработки и переработки картона). М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 232 с.

6. Успехи химии целлюлозы и крахмала. / Под ред. Дж. Хонимена. М.: Иностранная литература, 1962. - 443 с.

7. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. М.: Лесная промышленность., 1973. - 152 с.

8. Аким Э.Л., Романов В.А. Структура и релаксационные свойства бумаги как основы целлюлозных композиционных материалов // Химия древесины, 1986, №4.-С. 12-17.

9. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. - 544 с.

10. Ю.Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. М.: Химия, 1978. - 400 с.

11. П.Аким Э.Л. Целлюлозные композиционные материалы и бумагоподобные композиты прошлое, настоящее и будущее // Бум. пром-сть - 1991. - №3. - С. 1-3.

12. Фудзии Т., Дзако М. Механика и разрушение композиционных материалов. -М.: Мир, 1967.-284 с.

13. Абакина С.А. Влияние технологических факторов на динамическую прочность мешочной бумаги. Автореф. дис.канд. техн. наук. Л.: ЛТИ ЦБП, 1968. - 18 с.

14. Бывшев А.В., Левшина В.В., Мельничук Н.М. Влияние композиционного состава бумаги на когезию листа // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. - №7.8, С. 18-19.

15. Griffith А.А. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. Phil. Trans, of Royal Soc. of London, 221,-London, 1921. P.163-198.

16. Griffith A.A. The theory of rupture // Proc. First Int.Congr. Appl. Mech. Delift. -1924.-P. 55-63.

17. Леонов М.Я. Упрощенная модель хрупкого тела // Инф. бюл. / Науч. совет по пробл. «Научн. основы прочности и пластичности». 1960. - №1. - С. 85-92.

18. Баренблатт Г.И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении // Журн. прикл. механики и техн. физики. 1961. -№4.-С. 3-56.

19. Dugdale D.S. Yielding of steel sheets containing slits // J. Mech. and Phts. Solids. -I960.-№2.-P. 100-104.

20. Irwin G.R. Analysis of stresses and strains near the and of a crack traversing a plate // J. Appl. Mech. 1957.-№3.-P. 361-364.

21. Черепанов Г.П. О распространении трещин в сплошной среде // Прикл. математика и механика. 1967. - №3. - С.476-488.

22. Rice J.R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and crack // J. Appl. Mech. 1968. - № 4. - P. 379-386.

23. Леонов М.Я., Панасюк B.B. Розвиток найдр1бшших трщин в твердому тип // Прикл. мехашка. 1959. -№4. -С. 391-401.

24. Wells A.A. Application of fracture mechanics at and beyond general yielding // Brit. Weld. J. 1963. - № 11. - P. 563-570.

25. Irwin G.R. Crack-Extension Force for a Port-through Crack in a Plate. Trans. -ASME, - Ser. E, v. 29, No. 4, 1962, p. 651.

26. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. - 640 с.

27. Черепанов Г.П. Инвариантные J-интегралы и некоторые их приложения в механике // Прикл. математика и механика. 1977. - №3. - С. 399-412.

28. Райе Дж. Не зависящий от пути интеграл и приближенный анализ концентрации деформаций у вырезов и трещин // Тр. Амер. о-ва инженеров-механиков. Е. Прикл. механика. 1968. - №4. - С. 340-350.

29. Райе Дж. Математические методы в механике разрушения // Разрушение. М.: Мир, 1975. - Т. 2. - С. 204-335.

30. Knaus W.G. On steady propagation of a crack in a viscoelastic sheet: Experiment and analysis // Deformation and fracture of high polymers. New York: Plenum press. -1974.-P. 501-541.

31. Schapery R.A. A theory of crack initiation and growth in viscoelastic media // Int J. Fract.- 1975.-№ l.-P. 141-159.

32. Либовиц Г., Джонс Д.Л. Некоторые исследования нелинейных эффектов механики разрушения // Механика деформируемых тел и конструкций. М.: Машиностроение, 1975.-С. 251-273.

33. Витвицкий П.М., Панасюк В.В., Ярема С.Я. Пластические деформации в окрестностях трещин и критерии разрушения: (Обзор) // Пробл. прочности. - 1973. - №2. -С. 3-18.

34. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев: Наук, думка, 1968.-246 с.

35. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестн. АН СССР. 1968. - №3. - С. 46-52.

36. Бартенев Г.М., Зуев Е.С. Прочность и разрушение высокоэластических материалов. М.; Л.: Химия, 1964. - 387 с.

37. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1971. - 344 с.

38. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров: Учеб. пособие для втузов.-М.: Высш. школа, 1983.-391 с.

39. Фляте Д.М., Бланк М.Г. Прогнозирование долговечности бумаги // Бум. пром-сть 1986. - №3. - С. 6-8.40.3обнин А.И. Распространение трещины в полимерном материале // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1974. - №1. - С. 53-56.

40. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977. -383 с.

41. Латишенко В.А. Диагностика жесткости и прочности материалов. Рига: Зи-натне, 1968.-320 с.

42. Волков С.Д. Статистическая теория прочности. М.: Машгиз, 1960. - 176 с.

43. Weibull W.A. Statistical theory of the Strength of Materials. Stockholm, 1939. -210 p.

44. Комаров В.И. Применение статистической теории прочности при испытании целлюлозных материалов // Бум. пром-сть. 1987. - №3. - С. 13-14.

45. Комаров В.И., Личутина Т.Ф. Оценка качества сульфатной небеленой целлюлозы // Бум. пром-сть. 1984. - №8. - С.11-12.

46. Папков С.П., Файнберг Э.З. Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой. М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 232 с.

47. Корт X. Пористая структура бумаги, ее определение, значение и изменение при размоле // Основные представления о волокнах, применяемых в бумажной промышленности. М., 1962. - С. 314-345.

48. Статистика прочностных свойств целлюлозных материалов. / М.Я. Иоелович, З.В. Ивуленок, А.Д. Гойхман, И.Д. Колпакова // Химия древесины. 1988, -№5.-С. 40-45.

49. Karlo Niskanen Papermaking Sience and Technology. book 16 Paper Physics. -Printed by Gummerus Printing, Jyvaskyla, Finland 1998 - 324 p.

50. Page D.H. A teory for the tensile strength of paper // Tappi 1969 - № 4 - P. 674681.

51. Кларк Д. Технология целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1983. - 456 с.

52. Непеин В.Н. Оценка прочностных свойств бумаги с учетом ее структурно-физических характеристик. Афтореф. дис.канд. техн. наук. JL: JITA. 1975. -19 с.

53. Комаров В.И. Критическая длина волокна фактор деформативности и прочности целлюлозно-бумажных материалов //ИВУЗ. Лесн. журн. - 1993. - №4. - С. 79-84.

54. Van den Akker J.A. Some theoretical considerations on the mechanical properties of fibrous structure // In: Formation and structure of paper. London, 1962. - P. 205241.

55. Scott W.E., "Properties of paper: An Introduction // TAPPI PRESS, Atlanta, GA 1989.

56. Waterhouse I.F. The Mechanical Properties of Paper // Pulp and Paper Manufacture. Vol. 9. Tappi. Atlanta, GA, USA. 30348-54113.

57. Markstrom H. The elastic properties of paper Test methods and measurement instruments - Stockholm: Lorentzen and Wettre, 1993 -45p.

58. Севере Э. Реология полимеров. M.: Химия, 1966. - 340 с.

59. Scowronski J., Robertson A. A. A phenomenological study of the tensile deformation properties of paper // Tappi Proceedings. 1983 International Paper Phisics Conference-S. 95-103.

60. Сторе С. Описание поведения бумаги с помощью реологических моделей // Przeglad Papierniczy. 1984. - №11. - С. 328-384.

61. Гермелис А.А., Латишенко В.А. Определение реологических характеристик полимерных материалов из статических кривых «ст-е», кривых ползучести и релаксации // Механика полимеров 1967. - №6. - С. 977-988.

62. Малмейстер А.К. Статистическая интерпретация реологических уравнений // Механика полимеров. 1966. - №2. - С. 151-158.

63. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тегерс Т.А. Сопротивление жестких полимерных материалов Рига: Зинатне, 1972. - 500 с.

64. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. -М.: Стройиздат, 1968. 418 с.

65. Комаров В.И., Казаков Я.В. Использование феноменологической модели деформирования для прогнозирования деформативности сульфатной небеленой целлюлозы // Целлюлоза, бумага, картон. 2000. - №9-10. - С. 38-41.

66. Казаков Я.В., Комаров В.И. Математическая обработка кривых зависимости «напряжение деформация», полученных при испытании целлюлознобумажных материалов при растяжении // ИВУЗ. Лесной журнал. 1995. - №1. -С. 109-114.

67. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 1980. - 304 с.

68. Полимерные смеси / Под ред. Д. Пола и С. Ньюмена. Т.1 и 2. -М.: Мир, 1981.

69. Филиппов И.Б. Деформативность книго-журнальной бумаги для офсетного способа печати. Дис. .канд. техн. наук. Архангельск: АГТУ, 1998. — 18 с.

70. Атлас древесины и волокон для бумаги / Е.С. Чавчавадзе, З.Е. Брянцева, Е.В. Гончарова и др. -М.: Ключ, 1992. 336 с.

71. Фляте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 136 с.

72. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Т. 2. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1990. - 600 с.

73. Пен Р.З. Технология целлюлозы. В 2-х томах. Т. 1. Подготовка древесины. Производство сульфатной целлюлозы: Учебное пособие для студентов специальности 260300 всех форм обучения. 2-е изд., дополненное - Красноярск: СибГТУ, 2002. - 340 с.

74. Paper making Science and Technology. Chemical Pulping. Book 6A / Book Editor Johan Gullichen / Printed by Gummerus Printing, Jyvaskyla, Finland, 2000, 693 p.

75. Поляков Ю.А., Рощин В.И. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесная пром-сть, 1979.-234 с.

76. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. Т. 1. Оборудование для производства волокнистых материалов. / Под ред. В.А. Чичаева. М.: Лесная пром-сть, 1981. — 368 с.

77. Смоляницкий Б.З. Варка сульфатной целлюлозы. М.: Лесная пром-сть, 1983. -200 с.

78. Непенин Ю.Н., Жалина В.А., Курятников А.Б. Сравнительная оценка различных способов производства полуцеллюлозы из лиственной древесины // Лесн. журн. 1987.-№1.-С. 75-78.

79. Пономарев О.И., Ляпина Ф.Д., Шапиро Б.О. Современное состояние целлюлозно-бумажного производства в ведущих странах мира. Обзор, инф. - М.: ВНИ-ПИЭИлеспром, 1989, вып. 14, - С. 52.

80. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы, т.1. М.: Лесн. пром-сть, 1976, с. 475496.

81. Современные способы производства полуцеллюлозы. / Ю.Н.Непенин, В.А. Жалина, В.Г. Кенин, А.Б. Курятников. Обзор, инф. Вып. 3. - М.: ВНИПИЭИлес-пром, 1985,-С. 36.

82. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины / А.И. Бобров, М.Г. Мутовина, Т.А. Бондарева, В.К. Малышкина. М.: Лесн. пром-сть, 1984.-248 с.

83. Галеева П.А. Производство полуцеллюлозы и целлюлозы высокого выхода. -М., Лесн. пром-сть, 1970. 317 с.

84. Получение полуцеллюлозы из лиственной древесины с использованием зеленого щелока / Ю.Н. Непенин, В.А. Жалина, В.Г. Кенин, Ю.В. Сугоняев // Бумажная пром-сть. 1980. - №9. - С. 12-13.

85. Гизетдинова НА., Сергеев А.Д. Перспективы развития нейтрально-сульфитной варки. Обзор, инф. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987.

86. Алехин В.Е., Розенбергер Н.А. Полуфабрикаты высокого выхода для производства бумаги-основы для гофрирования. // Бум. пром-сть. 1970. - № 9. - С. 3-5.

87. Буртная Н.Ф., Личман В.Ф. Действие лигнина на жесткость бумаги для гофрирования. // Бум. пром-сть. — 1972. №12. - С. 15.

88. Личман В.Ф. Факторы, определяющие структурную жесткость тарного картона. // Бум. пром-сть 1975. - № 9. - С. 8-9.

89. Гурьев А.В., Комаров В.И., Чижов Г.И. Влияние композиции и степени помола массы основного слоя на деформационные и прочностные свойства тарного картона // ИВУЗ. Лесн. журн. 1993. - №1. - С. 93-95.

90. Методы оценки качества компонентов гофрированного картона // А.В. Гурьев, В.И. Комаров, В.П. Елькин, В.В. Касьяненко // Целлюлоза. Бумага. Картон. -1996.-№7-8.-С. 16-18.

91. Vergunst A. Corrugated Quality Demands Standarts // Boaxboard Containers. 1989. -№ 12. - P. 34-35.

92. Kainulainen M., Toroi M. Optimum composition of corrugated board with regard to the compression resistance of boxes // Paperi ja Puu.- 1986. № 9. - P. 666-668.

93. Markstrom H. Testing Methods and Instruments for Corrugated Board. Stockholm: Ljunglofs Offset AB, 1992. - 77 p. ,

94. Личман В.Ф., Высота A.M. Анализ формул жесткости и прочности как основы стандартов гофрированного картона // Бум. пром-сть. 1991. - № 8-9. - С. 30-32.

95. Личман В.Ф., Высота A.M. Жесткость и прочность как основа определения надежности картонной тары // В кн.: Системы управления качеством продукции и автоматизация целлюлозно-бумажного производства: Сб. науч. тр. Киев: УкрНИИБ, 1991.-С. 12-15.

96. Личман В.Ф. Два подхода при одном научном решении классификации картонной тары и тарного картона по нагрузкам // Бум. пром-сть. 1990. - № 7. - С. 23-24.

97. Личман В.Ф. Изменение требований к картонной таре и тарному картону // Бум. пром-сть. 1986.-№3.-С. 14-15.

98. Личман В.Ф. Проблемы надежности картонной тары для продукции народного хозяйства // Бум. пром-сть. 1991. - № 8-9. - С. 35-36.

99. Markstrom Н. Testing Methods and Instruments for Corrugated Board. — Elanders Tofters AB.- 1999.-103 p.

100. Чикирисова H. Давайте определяться в терминах: картон // Бумага и жизнь. -2001.-№3.-С. 40-43.

101. Козлов М. Упаковочные картоны. Правильно ли мы их выбираем? (по материалам сайта http://www.kursiv.ru/paket/archive/06/karto l.html).

102. Данилевский В.А. Картонная и бумажная тара. М.: Лесн. пром-сть, 1979. -216 с.

103. Конопов Б.Е., Ландау Г.Е., Погребов Е.М. Гофрированный картон. М.: Лесн. пром-сть, 1971. - 192 с.

104. Комаров В.И. Деформативность целлюлозно-бумажных материалов при изгибе // ИВУЗ "Лесной журнал" 1994 - № 1 - С. 96-103.

105. ГОСТ 9582-75. Бумага и картон^Летод определения жесткости при статическом изгибе. — Введ. 01.01.77. ограничение срока действия снято 11.95. 4 с.

106. Фляте Д.М., Финкельштейн Г.Э., Холоденко Л.Б. Авторское свидетельство № 288396, кл. 42К.52 // «Бюллетень изобретений» 1970. - № 36.

107. Комаров В.И. Опыты по уточнению методики работы на приборе ЖБИ-1 // Химия и технология бумаги: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 3. Л.: РИО ЛТИ ЦБП, 1975. —С. 7-9.

108. Brecht W., Blicstad F. // Papierfabricant. 1940. - vol. 38 - S. 17.

109. Brecht W., Muller F. Fiber die Steifigkeitsprufung von Papier, Karton und Pappen // Das Papier. 1960. - vol. 14 - S. 7-9.

110. Комаров В.И. Жесткость при изгибе целлюлозно-бумажных материалов. Анализ методов измерения и влияние технологических факторов // Изв. вузов. Лесн. журн.- 1994.-№3.-С. 112-142.

111. ИЗ. Комаров В .И., Личутина Т.Ф. Лабораторная оценка физико-механических свойств сульфатной небеленой целлюлозы // Изв. вузов. Лесн. журн. 1985. - № 6. -С. 85-90.

112. Ерыхов Б.П. Неразрушающие методы исследования целлюлозно-бумажных и древесных материалов. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 246 с.

113. Комаров В .И ., Прокшин Г.Ф. Бумагообразующие свойства сульфатной целлюлозы из опилок древесины // Основы теории варки целлюлозы: Конспект лекций. Л.: РИО ЛТА, 1979. - С. 35-41.

114. Paper Testing and Process optimization. Catalog. Lorentzen and Wettre. - 1997. -200 p.

115. Основные представления о волокнах, применяемых в бумажной промышленности: Материалы симпозиума в г. Кембридж, 1957. М., 1962. - 500 с.

116. К вопросу об идентификации процесса производства тарного картона для целей управления / М.Р. Сафонова, И.В. Бондаренкова, А.А. Карлицкий и др. // Химия и технология бумаги: Межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1985. - С. 116-119.

117. Кацнельсон А.Д., Агафонова З.А., Демьяновская Н.В. Влияние некоторых факторов работы КДМ-1 Архангельского ЦБК на изменение качества тарного картона / Исследования в области технологии бумаги и картона. Сб. тр. Л: ВНИИБ, 1982. -С. 59-62.

118. Математические модели для показателей качества тарного ккартона / Р.А. Соловьева, Т.М. Жданова, Т.А. Гришко и др. // Бум. пром-сть. 1987. - № 9. - С. 14-15.

119. Тарасова О.И., Антонов В.В. О требованиях к бумаге для гофрирования // Бум. пром-сть. 1982. - № 9. - С. 19-20.

120. Фляте Д.М., Жирнова Г.Н. Пути улучшения качества бумаги для гофрирования / Совершенствование технологии тарного картона и картонной тары: Сб. тр. -М: ВНИПИЭИлеспром, 1986. С. 21-25.

121. SCAN С 1:77 Chemical Pulps Kappa Number.

122. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics. Красноярск: СибГТУ-Кларетианум, 2003. - 246 с.

123. Богданович Н.И. Расчеты в планировании эксперимента. Учебное пособие. -Л: РИО ЛТА, 1978.- 80 с.

124. Справочник бумажника. Т. 1. -М.: Лесная пром-сть, 1964. 841 с.

125. Правилова Т.А. Химический контроль производства сульфатной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 256 с.

126. ГОСТ 11960-79 Полуфабрикаты волокнистые и сырье из однолетних растений для целлюлозно-бумажного производства. Метод определения лигнина. Введ. 01.01.81.

127. ГОСТ 6841-77 Целлюлоза. Метод определения смол и жиров. Введ. 01.01.79.

128. ГОСТ 14363.4-89. Целлюлоза. Метод подготовки проб к физико-механическим испытаниям. Введ. 01.01.91.

129. ГОСТ 13523-78. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов. Введ. 01.10.78. -М., 1989.

130. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия.-М.: Медицина. 1990. 384 с.

131. Иванов С.Н. Силы сцепления волокон в бумаге // Бум. пром-сть — 1948. №3. -С. 8-17.

132. ГОСТ 27015-86. Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема. Взамен ГОСТ 13199-67, ГОСТ 12432-77. Введ. 01.07.87.

133. ГОСТ 13525.8-86. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения сопротивления продавливанию. — Взамен ГОСТ 13525.8-78, ГОСТ 13648.7-78. Введ. 01.07.87.

134. ГОСТ 10711-74 (СТ СЭВ 4164-83) Бумага и картон. Метод определения разрушающего усилия при сжатии кольца (RCT). Взамен ГОСТ 10711-63. Введ. 01.07.75.

135. ГОСТ 20682 75. Бумага для гофрирования. Метод определения сопротивления плоскостному сжатию гофрированного образца (СМТ). Введ. 01.01.76.

136. ГОСТ 13525.1-79. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении. Взамен ГОСТ 13525.1-68. Введ. 01.01.79.

137. Комаров В.И., Гурьев А.В., Елькин В.П. Механика деформирования целлюлозных тароупаковочных материалов Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 145-150.

138. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки // Лесной вестник. 2000. - №3(12). - С. 52-62.

139. Оптимизация качества. Сложные продукты и процессы / Э.В. Калинина, А.Г. Лапига, В.В. Поляков и др. М.: Химия, 1989. - 256 с.

140. Комаров В.И., Ленюк Н.А. Статистические методы контроля и управления качеством на предприятиях ЦБП: Учебное пособие Л.: ЛТА, 1987 - 76 с.

141. Влияние различных модификаций нейтрально-сульфитной варки на физико-механические свойства полуцеллюлозы / Е.В. Дьякова, Л.А. Миловидова, В.И. Комаров и др. // ИВУЗ. Лесн. журн. 2002. - № 6. - С. 85-91.

142. Ласкеев П.Х. Производство древесной массы. М.: Лесн. пром-сть, 1967. -581 с.