Технологическое регулирование трещиностойкости целлюлозно-бумажных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат наук Гораздова Виктория Валерьевна

• Гораздова Виктория Валерьевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гораздова Виктория Валерьевна

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные виды и причины дефектов бумаги и картона

1.2 Дефекты, возникающие в процессе производства и переработки тароупаковочных материалов

1.3 Трещиностойкость бумаги и картона. Развитие методики определения

1.4 Выводы по обзору литературы и постановка цели и задач эксперимента

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение структурно-морфологических характеристик волокна

2.2 Изготовление образцов и подготовка их к испытаниям

2.3 Размол целлюлозы в лабораторном ролле

2.4 Размол целлюлозы в мельнице Йокро

2.5 Размол целлюлозы в мельнице PFI

2.6 Определение степени помола массы

2.7 Микроскопический анализ волокон на исследовательском моторизованном микроскопе высокого разрешения Carl Zeiss

2.8 Определение скорости обезвоживания

2.9 Изготовление лабораторных образцов

2.10 Определение шероховатости и воздухопроницаемости по методу Бендтсена

2.11 Определение когезионной способности волокон

2.12 Прочность на разрыв и удлинение при растяжении

2.13 Определение собственной прочности волокон

2.14 Определение прочности на излом при многократных перегибах

2.15 Определение сопротивления раздиранию

2.16 Определение сопротивления сжатию на коротком расстоянии

2.17 Определение сопротивления продавливанию

2.18 Определение разрушающего усилия при сжатии кольца (ЯСТ)

2.19 Определение сопротивления торцевому сжатию (ССТ)

2.20 Метод определения сопротивления раздавливанию образца, гофрированного в лабораторных условиях (СМТ)

2.21 Определение трещиностойкости

2.22 Статистическая обработка результатов исследований

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование трещиностойкости целлюлозных материалов из различных полуфабрикатов

3.1.1 Анализ прочности, деформативности и трещиностойкости беленых полуфабрикатов

3.1.2 Анализ свойств полуфабрикатов для производства картона

3.1.3 Взаимосвязь трещиностойкости со структурно-морфологическими и физико-механическими характеристиками полуфабрикатов

3.2 Влияние характера разработки волокон при размоле на трещиностойкость, прочность и деформативность целлюлозно-бумажных материалов

3.3 Влияние условий прессования на трещиностойкость и растяжимость флютинга

3.4 Многослойность картона как фактор регулирования его физико-механических свойств

3.5 Влияние климатических условий при хранении и эксплуатации на физико-механические свойства тарного картона

3.6 Практический опыт регулирования и повышения трещиностойкости тарного картона

4 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящей работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

SCAN-P77:95 Papers and Boards. Fracture Toughness. Scandinavian pulp, paper and board. Testing Committee

TAPPIT 231 cm-96 Zero-Span Breaking Strength of Pulp (Dry Zero-Span Tensile) TAPPIT 273 pm-95 Zero-Span Breaking Strength of Pulp

ГОСТ ИСО 1924-1-96 Бумага и картон. Определение прочности при растяжении. Часть 1. Метод нагружения с постоянной скоростью

EN ISO 1974:2017 Бумага. Метод определения сопротивления раздиранию (метод Эльмендорфа)

ГОСТ Р ИСО 2758-2017 Бумага. Метод определения сопротивления продавливанию

ГОСТ Р ИСО 5626-97 Бумага. Определение прочности на излом при многократных перегибах (методы Шоппера, Ломаржи, Келер-Молина, MIT)

ГОСТ Р ИСО 7263-2011 Бумага для гофрирования. Метод определения сопротивления раздавливанию образца, гофрированного в лабораторных условиях

ГОСТ Р ИСО 9895-2013 Бумага и картон. Метод испытания на коротком расстоянии между зажимами

ГОСТ 10711-97 Бумага и картон. Метод определения разрушающего усилия при сжатии кольца

ГОСТ 13523-78 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов

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

PD ISO/TS 17958:2013 Бумага и картон. Метод определения трещиностойкости

ГОСТ 19088-89. Бумага и картон. Термины и определения дефектов ГОСТ 27015-86 Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема

ГОСТ 28686-90 Бумага для гофрирования. Метод определения сопротивления торцевому сжатию (ССТ) гофрированного образца

ГОСТ Р 50068-92 Волокнистые полуфабрикаты. Ускоренный метод определения концентрации массы

ГОСТ Р 50779.21-2004 Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным

ГОСТ Р 52901-2007. Картон гофрированный для упаковки продукции. Технические условия

ГОСТ Р 53207-2008 Картон для плоских слоев гофрированного картона.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В настоящей диссертации используются следующие определения, обозначения и сокращения:

l - средняя длина волокна, мм;

w - средняя ширина волокна, мкм;

f - фактор формы, %;

M - содержание мелкой фракции, %;

Г - грубость, мкг/м;

Уизл - средний угол излома, °;

N - число изломов на волокно, шт;

^^ - средняя длина сегмента, мм;

ПР - пористость, мл/мин;

Ш - шероховатость, мл/мин;

ВПН - воздухопроницаемость, с;

3 - толщина, мкм;

р - плотность, г/см3;

ер - деформация, %;

ор - разрушающее напряжение, МПа;

L - разрывная длина, м;

St - жесткость при растяжении, кН/м;

E1 - начальный модуль упругости, МПа;

Aр - работа разрушения, мДж;

FT - трещиностойкость, Дж/м;

IFT - индекс трещиностойкости, Джм/кг;

П - сопротивление продавливанию, кПа;

Fсв - межволоконные силы связи, МПа;

P0 - собственная прочность волокон, Н/см;

R - сопротивление раздиранию, мН;

N - сопротивление излому, ч.д.п.;

Руд - удельное сопротивление разрыву, кН/м;

SCT - сопротивление сжатию на коротком расстоянии, кН/м;

СМТ - сопротивление плоскостному сжатию, Н;

ССТ - сопротивление торцевому сжатию, кН/м;

RCT - разрушающее усилие при сжатии кольца, Н;

т - продолжительность, мин;

t - температура, °С;

ЛБЦ - лиственная беленая целлюлоза;

ХБЦ - хвойная беленая целлюлоза;

БХТММ - беленая химико-термомеханическая масса;

ЭБЦ - эвкалиптовая беленая целлюлоза;

ЦВВ - целлюлоза высокого выхода;

ПЦ - полуцеллюлоза;

СЗФО - Северо-Западный федеральный округ.

ВВЕДЕНИЕ

Целлюлозно-бумажные материалы, как и любые другие, имеют дефекты структуры, которые инициируют процессы разрушения бумаги и картона при их производстве, обработке и переработке. К производственным дефектам следует отнести трещины и складки на кромках полотна, костру и узелки волокон в структуре, которые вызывают обрывность и другие проблемы при натяжении бумаги в процессах прессования, сушки и каландрирования. В ходе обработки и переработки бумаги и картона явные и скрытые дефекты структуры приводят к обрывам при прохождении полотна через транспортные системы печатных и копировальных устройств, растрескиванию гофрированного картона при рилевке и биговке, разрушению бумажных мешков и пакетов при их наполнении и транспортировании и т.д.

При изучении указанных проблем следует учитывать, что с конца XX в. происходит непрерывное увеличение производительности БДМ/КДМ, гофроагрегатов, автоматических линий для гофро- и коробочной тары, полиграфического оборудования и др. Одновременно для всех массовых видов бумаги происходит постепенное уменьшение массоемкости и смещение баланса полуфабрикатов в сторону использования сырья с более низкими бумагообразующими свойствами. При этом требования к физико-механическим свойствам бумаги и картона не снижаются, а, напротив, ужесточаются, прежде всего, за счет расширения номенклатуры показателей.

Вместе с тем, отметим, что традиционно при оценке механических свойств целлюлозно-бумажных материалов применяются условные характеристики, которые не являются постоянными. Прогноз работоспособности материала невозможен без выявления и использования основных физических констант, полученных при испытании образца в простом напряженном состоянии. Для этого

необходимо систематическое изучение взаимосвязи между механическими свойствами и структурой.

Для анализа и учета влияния дефектов в практике оценки потребительских свойств бумаги и картона используется характеристика FT (Fracture Toughness) -трещиностойкость, оцениваемая с помощью энергетического критерия разрушения - J-интеграла, на основе стандартизованной процедуры. Значимый вклад в исследования теоретических и прикладных вопросов трещиностойкости целлюлозно-бумажных материалов внесли работы профессора В.И. Комарова [1...10], который первым из отечественных ученых обратил внимание на актуальность и перспективность данного направления механики разрушения бумаги и картона.

Вместе с тем, исследования, направленные на развитие механики деформирования и разрушения целлюлозно-бумажных материалов в большинстве случаев носят качественный характер. Поэтому внимание должно быть сконцентрировано на тех методах, которые могут быть использованы для количественной оценки.

Целью диссертационной работы является выявление и изучение совокупности параметров, характеризующих прочность и деформативность целлюлозно-бумажных материалов для установления способов повышения и регулирования их трещиностойкости.

Для реализации поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проанализировать основные разновидности целлюлозных полуфабрикатов с позиции количественной оценки трещиностойкости.

2. Исследовать влияние характера и степени разработки волокон на формирование трещиностойкости в совокупности с прочностью и деформативностью целлюлозных материалов.

3. Оценить влияние основных технологических факторов формирования структуры целлюлозных материалов на их трещиностойкость.

4. На основе теоретических предпосылок и экспериментальных данных разработать технологические решения для регулирования и повышения трещиностойкости тарного картона.

Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:

- новые данные о типичных значениях и диапазонах варьирования трещиностойкости для широкого ассортимента волокнистых полуфабрикатов, используемых в композиции массовых видов бумаги и картона и предложенный порядок их ранжирования;

- экспериментальные данные о взаимосвязях трещиностойкости со структурно-морфологическими и физико-механическими характеристиками волокнистых полуфабрикатов;

- результаты оценки избирательности влияния основных технологических процессов формирования структуры целлюлозно-бумажных материалов на характеристики трещиностойкости, прочности и деформативности;

- данные о практической реализации технологических способов регулирования и повышения трещиностойкости целлюлозно-бумажных материалов.

Основная часть работы выполнена на оборудовании Инновационно -технологического центра «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» (Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова), созданного при финансовой поддержке Минобрнауки России.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные виды и причины возникновения дефектов бумаги и картона

Понятие о качестве бумажно-картонной продукции со временем претерпевает изменения. Продукция, которая в какой-то период времени считалась вполне качественной, в будущем может относиться к дефектной в связи с возросшими требованиями потребителей. Причины изменения требований могут быть различными: использование потребителями более совершенных и производительных машин для переработки бумаги, другие изменения в технологии обработки, переработки или непосредственного использования бумаги, повышение эстетических требований и пр. Таким образом, качество бумажной продукции характеризуется совокупностью свойств, определяющих ее пригодность для практического использования по целевому назначению в рассматриваемый период времени.

Одно и то же свойство для некоторых видов бумаги будет являться преимуществом, а для других - недостатком или даже может оказаться дефектом. Так, прозрачность является положительным свойством для прозрачных видов бумаги и, в тоже время, отрицательным - для бумаг, предназначенных для двусторонней печати. К примеру, использование древесной массы и каолина в композиции некоторых видов бумаги для печати желательно с целью снижения просвечивания текста на противоположную сторону листа, однако, применение этих же технологических приемов при выработке высокопрозрачных видов бумаги неприемлемо.

Также, например, высокая впитывающая способность необходима для фильтровальной или промокательной бумаги, но она же будет дефектом для таких видов бумаги, как писчая, печатная и бумага для письма, которые должны быть проклеены.

Жесткость - важнейшее потребительское свойство многих видов бумажно -картонной тары, но, в тоже время, недостаток - для большинства видов изделий из бумаги санитарно-гигиенического назначения (салфеток, носовых платков, пеленок и пр.).

Таким образом, если значения показателей некоторых свойств бумаги выходят за пределы нормативных уровней, предусмотренных техническими требованиями для данного вида бумаги, ее употребление по целевому назначению либо затруднено, либо в принципе невозможно. В таких случаях бумагу бракуют, а ее несоответствующие нормам свойства прямо или косвенно относят к дефектам. Например, если для какого-то вида бумаги допустимо колебание массы 1 м в пределах ±2,5% от номинала, то бумага этого вида считается дефектной при колебаниях ее массы выше указанной величины [11].

Помимо несоответствия нормируемых показателей качества может наблюдаться ухудшение внешнего вида бумаги или изделий из нее: наличие сорности, пятен, отверстий, морщин, складок, облачного просвета, разнооттеночности и т.д. Все эти и другие негативные характеристики бумаги безусловно сказываются на ухудшении качества продукции. В существующих на сегодняшний день условиях производства бумаги и картона указанные недостатки неизбежны. Но дефектами они становятся лишь в случае, если величина показателей этих свойств выходит за пределы норм, предусмотренных соответствующими техническими требованиями для данного вида продукции.

На рисунке 1.1 представлена градация основных видов дефектов бумаги и картона.

Разносторонностью бумаги и картона называют различие в свойствах сторон бумажного листа [13]. В той или иной степени, разносторонность наблюдается у каждого вида бумаги, изготовленной на обычной плоскосеточной бумагоделательной машине. Причина ее заложена в существующей технологии бумажного производства. Ориентация волокон по толщине бумаги неодинакова. В связи с тем, что сетка ориентирует волокно преимущественно в машинном направлении, расположение волокон в этом направлении на сеточной стороне больше, чем на верхней стороне полотна. Обычно сеточная сторона является более шероховатой, а значит, и менее гладкой по сравнению с верхней стороной.

Дефекты поверхности полотна бумаги и картона

Маркировка от сетки или сукна Полосы

Скручиваемость

Механическое повреждение

Морщины

Разносторонность

Лепесток

Электризация

Складка

Пятна

Расслаивание

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое регулирование трещиностойкости целлюлозно-бумажных материалов»

Сорность

Коробление

Пылимость

Трещины

Разнооттеночность

Дефекты рулона бумаги и картона

Внутрирулонный дефект Неровный обрез кромки

Неровный торец рулона Неформатная(ый)

Поврежденный рулон Обрыв

Склеивание слоев Залощенность

Неравномерная плотность

Дефекты гофрированного картона

Падающий гофр Разрыв гофров

Рисунок 1.1 - Основные виды дефектов бумаги и картона [12-20]

Скручиваемость бумаги (рисунок 1.2, а) в большинстве случаев является одним из видов проявления ее разносторонности. Чем больше различие в ориентации волокон на двух сторонах бумажного листа при одной и той же массе 1 м2 бумаги и при всех прочих равных условиях, а также чем сильнее различается влажность сторон бумаги, тем заметнее проявляет себя скручивание [13]. Поскольку растительные волокна при полном их набухании увеличиваются по длине всего на 12 %, а в тех же условиях по ширине - на 20.. .30 %, то в результате

Расклеивание гофрированного картона

Неравномерность гофров

неравномерной ориентации волокон на обеих сторонах листа даже при одинаковой степени увлажнения возникают различные по величине напряжения. Под воздействием большего напряжения или, скорее, под влиянием разности этих напряжений и происходит скручивание бумаги.

Бумага односторонней гладкости имеет склонность к повышенному скручиванию. У такой бумаги (бумага этикеточная, для спичечных коробков, афишная и др.) более пористой и влагопроницаемой является матовая сторона листа - именно поэтому ее подвергают проклейке.

Волнистость (рисунок 1.2, б) и скручиваемость бумаги - явления во многом сходные, основные причины их возникновения одинаковы: неравномерная влажность бумаги, неоднородность массы 1 м2, просвета, распределения наполняющих и проклеивающих веществ [13]. Причина также может быть в различии свойств верхней и сеточной сторон, неравномерном и чрезмерно высоком натяжении бумажного полотна на бумагоделательной машине, сильной проклейке, повышенной усадке и деформации, а также жирном помоле массы с наличием большого количества фибриллированных волокон. Существует еще несколько факторов, которые могут стать причиной возникновения волнистости и скручиваемости бумаги, - это различная влажность сушильных сукон в соответствующих группах верхнего и нижнего рядов сушильных цилиндров, механическое скручивание при длительном хранении бумаги в рулонах, хранение чрезмерно влажной или пересушенной бумаги, либо свисание края бумаги при ее хранении на стеллажах или в кипах.

Рисунок 1.2 - Дефекты листа бумаги: а - скручиваемость, б - волнистость

Одним из существенных недостатков бумаги является ее пылимость (рисунок 1.3, а). Во-первых, пылимость характеризуется отделением с ее поверхности или кромок мелких обрывков волокон, а также частиц наполнителя, проклеивающих веществ или красителей, происходящее под влиянием механических воздействий (трения, перегиба, удара). Во-вторых, с поверхности бумаги, на которую нанесена печать, может отделяться печатная краска. Как правило, на поверхностном слое бумаги оказывается относительно мало связующего, что облегчает отделение пигмента краски от поверхности бумаги.

Качество печати при использовании пылимой бумаги резко ухудшается. Печать становится недостаточно четкой или, по терминологии полиграфистов, «рябой». Бумажная пыль прилипает к печатной форме, забивает ее, вследствие чего возникает необходимость часто останавливать печатные машины для чистки. Минеральная же пыль (частицы наполнителя) по причине абразивной структуры оказывает разрушающее воздействие на печатную форму, особенно при глубоком способе печати.

Иногда трудно разграничить пыление бумаги и выщипывание при печати с ее поверхности отдельных волокон (рисунок, 1.3, б). Силы, вызывающие выщипывание, действуют кратковременно и обычно направлены вертикально к поверхности бумаги. При этом может произойти отрыв участка поверхностного слоя с расщеплением бумаги в плоскости, параллельной к поверхности. В случае использования мелованной бумаги можно наблюдать как местное отделение покровного слоя, так и отдельных волокон и частиц наполнителя, что говорит о недостаточной связанности структуры бумаги-основы, прилегающей к покрытию.

а б

Рисунок 1.3 - Дефекты бумаги: а - пылимость, б - выщипывание при печати с ее

поверхности отдельных волокон

Дефекты пыления и выщипывания бумаги часто имеют одну и ту же причину - недостаточную прочность ее поверхности.

При отливе бумажного полотна одним из нежелательных компонентов массы является воздух. Воздушные пузыри в бумаге и картоне (рисунок 1.4, а) легко обнаружить при рассмотрении их на просвет. Бумага и картон с воздушными пузырями из-за своей неоднородности имеет неравномерную структуру по массе 1 м2 и, как следствие, более низкую механическую прочность.

При выработке многослойного картона наличие воздуха в бумажной массе приводит к заметному снижению межслоевой прочности, вследствие чего зачастую происходит расслаивание картона.

Лабораторными опытами В. Брехта и У. Кирхнера [13] установлено также, что наличие в бумажной массе большого количества воздуха способствует уменьшению механической прочности бумаги, снижению ее гладкости, ухудшению структуры листа, и увеличению воздухопроницаемости.

Такой дефект, как пятна, образуется в результате попадания в бумажную массу инородных включений. Источниками пятен могут быть клей, масла, смолы, капли грязной воды, красителя, парафина и др., а также раздавленные при каландрировании сгустки волокон, слизи и пузырьков воздуха (рисунок 1.4, б). Этот дефект снижает эстетические характеристики готовой продукции.

Наличие в бумаге пятен чаще всего свидетельствует о неисправной работе очистного и сортирующего оборудования.

Сорность - это дефект, характеризуемый наличием в бумаге и картоне контрастных посторонних включений разнообразных оттенков, например песка, минеральных включений, угля, коры, костры и т.п. (рисунок 1.4, в).

Для определения сорности подсчитывают число соринок и пятен на небольшом участке испытуемой бумаги, а затем их число пересчитывают на 1 м2. Для каждой марки бумаги и картона устанавливается допустимое количество соринок на 1 м2. При высокой сорности и слабой поверхностной прочности бумаги и картона возможно выпадение соринок и появление «марашек» на оттисках [21].

Маркировка от сетки или сукна характеризуется образованием на поверхности полотна бумаги и картона отпечатков от одежды БДМ и КДМ (рисунок 1.5, а).

I

ёлЪаалу 10, 19ДО-(л. ыам.г ^¡л, ЫиЛсг каНАу* кочг'л, чм.

Ья.„ 0°*- оиля. \\lot г

виясл ал кч^Л /«те. ^рь иклл. уеи ас

ц, ла пА/яу ыалк. у

Ьои£ лояХ. я/МЫ1)1

\/!«к О/ уллалс. \DllL )1шь Я/2 \v.My л/С кМх! ек ига.

¿Алла ■гл Ш->- кО-ук*.

ъл. Л ълллМЪ/И: ълл

а

б

Рисунок 1.4 - Дефекты бумаги и картона: а - воздушные пузыри; б - пятна; в - соринки

Электризация - это слипание листов, вызываемое высоким электростатическим зарядом изготовленного материала (рисунок 1.5, б). Подобное явление наиболее ярко выражено на обычных сортах бумаги и картона, в меньшей степени - на мелованных. Высокая электризация способствует прилипанию к бумажному полотну пыли, препятствующей хорошему нанесению краски при печати, а также приводит к трудностям при машинной печати на высоких скоростях из-за слипания листов. Причиной электризации чаще всего является пересушивание материала в процессе производства и неправильные условия хранения.

а б

Рисунок 1.5 - Дефекты бумаги и картона: а - электризация, б - морщины

Трещины - это одни из наиболее серьезных и актуальных на сегодняшний день дефектов бумаги и картона, приводящих к обрывам полотна на производстве.

в

Наиболее распространенной причиной возникновения трещин является

пересушивание бумаги и картона (рисунок 1.6).

1

\ ^

Рисунок 1.6 - Трещины на бумаге и картоне

Надрывы. Источником надрывов является состояние ножей (поврежденные ножи, ножи с зазубринами, неправильное положение ножей в момент отреза). Кроме того, возможными причинами появления надрывов (рисунок 1.7, а) могут быть раздавливание бумажного полона в прессовой части, сор, слизь, сгустки по кромке бумажного полотна, которые приводят к надрывам при его усадке. Также к появлению надрывов могут приводить налипания на технологическом оборудовании (валы, сушильные цилиндры и т.д.) или сгустки клея при поверхностной проклейке.

Складки — дефект, характеризуемый наличием на полотне бумаги утолщения из-за перегибов и сдавливания (рисунок 1.7, б). Такой дефект может образовываться при прохождении бумажного полотна через прессовую, сушильную часть и клеильный пресс, при его каландрировании и намотке.

Рисунок 1.7 - Дефекты бумаги и картона: а - надрыв на кромке полотна; б - складки

Надрыв

а

б

Складки в сушильной части могут появляться, когда теплоперенос затруднен (например, вследствие поверхностных отложений на цилиндрах) или натяжение полотна неравномерное при прохождении через сушильные цилиндры. Другие возможные причины - цилиндры с поверхностными отложениями.

При каландрировании складки могут быть вызваны поступлением слабо (или неравномерно) натянутого полотна. Натяжение полотна, плохой поперечный профиль, колебания массы 1 м2, плохая работа сушильных цилиндров и изношенные сукна - все это предпосылки для появления данного дефекта.

Разнооттеночность (разнотонность) бумаги и картона - дефект, характеризуемый превышением допустимого различия в поверхностной структуре или оттенке между двумя сторонами листа. Разнооттеночность выявляют в ходе сравнения разложенных веерообразно листов, взятых из различных пачек или рулонов одной партии.

Полосы на картоне это дефект в виде узких участков, отличающихся по внешнему виду и/или цвету от остальной поверхности.

Лепестки в картоне представляют собой местные утолщения, образующиеся при попадании в полотно неразмолотых сгустков волокон бумажной массы.

Таким образом, существует очень много разновидностей дефектов бумаги и картона. Причины их возникновения, прежде всего, связаны с нарушением технологических режимов, процессов изготовления бумаги, начиная с использования неподходящих волокнистых материалов и химикатов, и заканчивая нарушениями в процессах упаковки готовой бумаги и ее транспортировки к потребителям.

1.2 Дефекты, возникающие в процессе производства и переработки

тароупаковочных материалов

Трудно представить современный товарооборот без упаковки. Как правило, стоимость упаковки крайне незначительна в сравнении с упакованным товаром, однако барьерная, информационная и эстетическая роль упаковки весьма велика.

Растущие требования потребителей к качеству гофрированного картона заставляют производителей постоянно заниматься совершенствованием техники и технологии производства. Как следствие, наблюдается:

- существенное увеличение производительности бумаго- и картоноделательных машин (тенденция перехода к новому поколению машин шириной более 7 м);

- увеличение мощностей по производству гофрокартона и тары (гофроагрегаты, автоматические линии для гофро- и коробочной тары, полиграфическое оборудование и т.д.);

- тенденция к постепенному снижению массы 1 м2 картона;

- расширение типоразмеров профилей мелких и микрогофров;

- постепенное увеличение использования вторичного волокна в качестве сырья.

При этом требования к потребительским свойствам бумаги и картона не

только не снижаются, а наоборот, ужесточаются, прежде всего, за счет расширения номенклатуры показателей. В первую очередь, это относится к тем видам бумаги и картона, которые перерабатываются в готовые изделия на непрерывном, высокотехнологичном и высокоскоростном оборудовании. Стабильность работы и эффективность использования таких линий во многом зависит от способности бумаги или картона перерабатываться без обрывов, т.е. обусловлена уровнем дефектности их структуры.

Большинство дефектов гофированного картона зависит от качества перерабатываемых материалов (бумаги для гофрирования, картона для плоских слоев, клея), соблюдения технологических режимов его производства, состояния оборудования [22].

Коробление. Производители гофрированного картона пытаются бороться с этим видом дефекта уже более ста лет, с момента начала массового промышленного производства гофротары, однако найти способы полного устранения этого явления не удалось до сих пор.

Сущность данного дефекта заключается в искривлении, нарушении плоскостности изделий из гофрокартона, которое неминуемо приводит к проблемам как при переработке заготовок, так и при использовании ящиков на автоматических линиях упаковки продукции заказчиками. Кроме того, нарушение плоскостности стенок ящиков приводит к снижению показателей жесткости при изгибе и, соответственно, уменьшает допустимые нагрузки на тару при штабелировании.

Как известно, гофрокартон состоит из плоских и гофрированных слоев, изготовленных из волокнистых материалов (лайнеров и флютингов) и соединенных между собой путем склеивания. Именно свойства и параметры этих исходных компонентов являются источниками нарушения плоскостности листов.

Основные эффекты проявления коробления основаны на том, что размеры волокнистых материалов при увлажнении увеличиваются, а при высыхании -сокращаются. При производстве гофрокартона обычно используются лайнеры нескольких поставщиков (с разным исходным уровнем влажности), которые нагреваются с целью желатинизации клея (влажность снижается), затем наносится клей (влажность увеличивается) и осуществляется сушка (влажность падает), т.е. материалы проходят несколько циклов «увлажнение - сушка». Управлять этими процессами и предсказывать результат достаточно сложно. Дело в том, что в полной мере проявляется эффект петли гистерезиса - все циклы приводят только к усадке материалов [23].

Например, при производстве гофрокартона с белым покровным слоем используют топ-лайнер и крафт-лайнер, которые, как правило, выпускаются на разных предприятиях, работающих при различных значениях влажности.

Российский ГОСТ Р 53207-2008 нормирует абсолютную влажность в рулонах в пределах 8±2 %. Таким образом, если не предпринимать никаких превентивных мер при производстве требуемого гофрокартона можно получить разбаланс влажности по слоям. Например, нижний слой с уровнем влажности около 6 %, а верхний - 10 %. Нижний лайнер начнет набирать влагу до стандартного равновесного состояния в 8 % и поэтому расширяться, а верхний лайнер, наоборот, станет отдавать влагу и усаживаться (сжиматься) по мере потери влажности. В результате получается один из видов коробления - поперечное вверх.

Внешний вид дефектов листов гофрокартона для разных типов короблений представлен на рисунке 1.8.

Еще одной причиной коробления является анизотропия (неравномерность) изменений размеров в продольном и поперечном направлениях. Усредненный угол раскладки волокна по сетке примерно соответствует продольному (машинному) направлению. Поэтому, основные изменения размеров полотна будут происходить в поперечном, а не в продольном направлении. Так, изменение влажности лайнера

на 1 % приводит к изменению его размеров поперек - до 1,3 мм/м, вдоль - до 0,4 мм/м. Типичный характер анизотропии структуры картонного полотна показан на рисунке 1.9 [24, 25]. Если в процессе производства рулонов отклонения углов от нулевого значения в ту или другую сторону будут существенно превышать 5°, то при их использовании на гофроагрегате получится дефектная продукция (рисунок 1.10).

продольное вниз ^-коробление Пропеллер (twist)

Рисунок 1.8 - Внешний вид дефектов листов гофрокартона

Рисунок 1.9- Угол Т80 по ширине полотна Рисунок 1.10 - Дефектная продукция

Дефекты склейки. При выходе из гофроагрегата гофрированный картон иногда расслаивается даже при незначительном усилии. Причина заключается в некачественном склеивании гофрированного и плоских слоев (рисунок 1.11).

Расклеивание гофрированного картона по слоям бывает двух видов: влажное и сухое. Влажное расклеивание получается при переработке картона и бумаги

и и Т/*

повышенной влажности и на высокой скорости работы агрегата. Клей не учпевает сохнуть и склеивать слои. Такое же расклеивание может произойти от излишне нанесенного клея на гофрирующей или клеенаносящей машинах, при использовании клея низкого качества (вязкость ниже 20 с), при низкой температуре

сушильных плит. Гофрированный картон с таким дефектом в процессе отлежки подсушивается и склеивается.

Сухое расклеивание возникает при переработке картона и бумаги пониженной влажности, с повышенной проклейкой и при низкой скорости работы агрегата. Клей высыхает, не успев проникнуть в толщину картона или бумаги и произвести склеивание слоев. Сухое расклеивание может быть следствием повышенной температуры сушильных плит и неправильного использования предварительных подогревателей.

Рисунок 1.11 - Склейка гофрокартона: а - нормальная склейка; б - плохая склейка

Для устранения дефекта расклеивания, прежде всего, необходимо установить характер расклейки и причины его возникновения [26.. .30].

Растрескивание гофрокартона также является немаловажной проблемой.

При прохождении полотна бумаги для гофрирования между гофрирующими валами на его поверхности вдоль волны или по вершинам гофров появляются трещины (рисунок 1.12, а).

Часто трещины появляются при сильном натяжении полотна бумаги, поступающего в зазор между гофровалами. Этот дефект возможен и при переработке незначительно смятого рулона, когда из-за неравномерности размотки и натяжения полотна бумаги разрывы его происходят участками. Переработка такого рулона может быть допущена только на пониженной скорости.

Причиной разрыва полотна бумаги на вершинах гофров может быть также переработка бумаги с повышенной или пониженной влажностью. Бумага с пониженной влажностью приобретает ломкость, ее способность к растяжению

волокон резко падает, в результате чего при прохождении между нагретыми гофровалами на поверхности бумаги появляются трещины. Наоборот, при повышенной влажности между теми же валами возможно приминание и раздавливание бумаги. Одним из основных способов устранения дефекта в этом случае является обеспечение правильного использования подогревателя-увлажнителя и пароувлажнения [31]. Так, бумагу перед гофрированием дополнительно увлажняют с помощью паровых увлажнителей трубчатого или камерного типа. Увлажнение бумаги с одновременным ее нагревом несколько размягчает содержащееся в бумаге проклеивающее вещество и способствует улучшению проникновения клея внутрь бумаги при склеивании. Кроме того, бумага становится более эластичной, увеличивается ее способность к удлинению в процессе гофрирования и, следовательно, устраняется основная причина образования трещин. Оптимальной считается влажность бумаги перед гофрированием 7...8 %, допускается ее увеличение до 9 %. Влажность картона для плоских слоев перед склейкой должна быть ниже влажности бумаги и не превышать 7 %.

Появление трещин по вершинам и вдоль волн может также возникнуть при повышенном или неравномерном давлении гофровалов по ширине полотна, в большинстве случаев из-за их неточной регулировки.

При производстве двухслойного гофрированного картона возможен выход его из гофроагрегата с поврежденным плоским слоем. Это повреждение возможно не только по всей ширине полотна, но и на отдельных участках. Часто такой дефект наблюдается по кромкам полотна.

Раздавливание картона получается чаще всего из-за малого зазора между нижним гофрирующим и гладким прижимным валами. Зазор должен быть установлен в зависимости от толщины перерабатываемого картона, обычно он составляет 0,4.0,7 мм. Возникновение этого дефекта возможно и при переработке картона с большими колебаниями по толщине.

Раздавливание полотна картона может быть следствием повышенной влажности перерабатываемого материала. Для устранения этого явления необходимо правильно использовать подогреватель для картона.

Растрескивание плоского слоя гофрокартона по линиям рилевки проявляется в виде полного или частичного разрыва картона-лайнера (внешнего или внутреннего) по рилевочным линиям и биговкам, либо в виде мелких трещин на внешнем лайнере при складывании коробов (рисунок 1.12, б). Наиболее часто проблема возникает на конверторных машинах при нанесении биговальных линий параллельных направлению волн гофробумаги.

Рисунок 1.12 - Растрескивание гофрокартона: а - растрескивание гофрослоя; б - растрескивание плоского слоя по линии сгиба ящика

Данный вид дефекта может быть обусловлен высокой плотностью картона, которая приводит к снижению его пластических свойств и увеличивает вероятность образования трещин уже при минимальных углах перегиба. Большинство лайнеров изготавливаются в два и более слоев. При нанесении рилевок и биговок вполне возможно расслаивание, что, в дальнейшем, при складывании может приводить к растрескиванию внешнего слоя.

Кроме того, лайнеры высокой массы 1 м2 и, соответственно, большой толщины при низкой влажности однозначно растрескиваются при перегибе на 180°. Вероятность растрескивания также высока при использовании флютинга, имеющего равную или более высокую массу 1 м2, чем лайнеров. Как правило, такой дисбаланс материалов особенно остро проявляет себя при роторной высечке.

Дефектная биговка приводит к ухудшению внешнего вида картонной коробки и снижению производительности упаковочного оборудования. Еще одним следствием дефектной биговки является то, что у коробки с дефектами снизится прочность на сжатие, т.к. бортики и клапаны будут неправильно расположены относительно друг друга, что приведет к их изгибам и скручиванию, а поврежденные складки не могут обеспечить необходимой прочности [32, 33].

Таким образом, дефекты структуры бумажно-картонной продукции с одной стороны являются следствием существующей технологии ее изготовления, а с другой - возникают непосредственно в процессах переработки. Последнее происходит либо случайным образом (надрывы, проколы, задиры, царапины, складки и т.п.), либо является следствием технологических операций (гофрирования, крепирования, рилевания, резки, высечки и др.).

1.3 Трещиностойкость бумаги и картона. Развитие методики определения

Необходимость учета влияния дефектов при оценке механического поведения бумаги и картона привело к использованию теорий и методов, разработанных для других материалов. В частности, для описания механического поведения целлюлозно-бумажных материалов, имеющих трещиноподобные дефекты, в работах, опубликованных в 1960...1970-х гг. [34...88], для оценки процесса образования и раскрытия трещины в структуре бумаги предложено воспользоваться положениями линейной упругой механики разрушения. Однако позднее было показано [89.93], что для практического применения этих положений размер исследуемых образцов должен быть очень большим. Авторы [94.144] пришли к заключению, что при испытании на растяжение на краю образующейся в бумаге трещины имеют место пластические деформации, и сделали вывод - для оценки структуры бумаги, в которой образуются трещины вне линейно-упругой области, лучше использовать энергетическую характеристику -./-интеграл.

Rice J.R. [145] предложил использовать метод /-интеграла для описания кривой «напряжение-деформация» в вершине трещины. Он показал, что линейный интеграл, взятый вокруг вершины трещины, не зависит от выбранной траектории Г. Для однородного линейно- или нелинейно-упругого материала, подвергнутого двумерному деформированию (x, y), линейный /-интеграл на любой кривой, окружающей вершину трещины (рисунок 1.13), определяется следующим уравнением:

У = /г [Wdy-T^ds], (1.1)

где W - энергия деформации единицы объема материала (dW/ösy = oj);

Т - вектор напряжений, действующих на границе области, ограниченной контуром Г (Т = о^п)

и - вектор перемещений на контуре Г; ds - малый элемент контура Г.

г

Рисунок 1.13 - Определение поведения траектории для определения /-интеграла

Наиболее широко распространенный способ экспериментальной оценки /интеграла заключается в определении скорости изменения потенциальной энергии на единицу длины трещины по уравнению:

] = -*» = !Ч-») а8=(р{Щ ар, (1.2)

* йа ■}0 \ да;в ■'о \да;р ' 4 '

где и - потенциальная энергия на единицу толщины; а - длина трещины; Р - нагрузка на единицу толщины; § - смещение.

Для линейно-упругого материала и это область под кривой «напряжение-деформация», представляющая энергию, затрачиваемую на распространение трещины. Однако для упруго--пластичных материалов, таких как бумага, и - это работа деформации образца, а не просто энергия, затрачиваемая на распространение трещины.

Существует два метода определения /-интеграла: при измерении образцов с одинаковым [146] и различным размером трещин [147].

Метод определения 1-интеграла при измерении образцов с различными размерами трещин

Схема этого подхода представлена на рисунке 1.14 [148].

В соответствии с этим методом вначале строят кривые «напряжение-деформация» для партии надрезанных образцов с различной длиной трещины (рисунок 1.13, а). По полученным кривым «напряжение-деформация» для каждой длины трещины оценивается работа, затрачиваемая до определенного смещения, а затем для каждого смещения получают кривые зависимости энергии от длины трещины. Градиенты этих кривых могут быть интерпретированы как /-интеграл (рисунок 1.13, б). Градиент, разделенный на толщину листа, определяется как значение /-интеграла для каждого смещения. Наконец, путем построения кривых зависимости значений /-интеграла от смещения, можно оценить критическое значение /-интеграла, при котором происходит рост трещины, как показано на рисунке 1.21, в. Это критическое значение и принимается за величину трещиностойкости материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гораздова Виктория Валерьевна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дьякова Е.В., Комаров В.И., Носкова Е.С. / Устойчивость к инициированию и росту трещин в структуре целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал» - 2007. - № 1. С. 126-141.

2. Комаров В.И. Вязкоупругость целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал» - 1997. - № 6. - С. 25-44.

3. Комаров В.И. Деформативность целлюлозно-бумажных материалов при растяжении [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал». - 1998. - №5. - С. 99-106.

4. Комаров В.И. Механизм разрушения целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал». - 1999. - №4. С. 96-103.

5. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал». - 2000. - №3. С. 52-62.

6. Комаров В.И. Критическая длина волокна - фактор, определяющий деформативность и прочность целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / В.И. Комаров // ИВУЗ «Лесной журнал» - 1993. - № 4. - С. 79 - 83.

7. Комаров В.И. Методология исследования кинетики деформирования и разрушения тарного картона [Текст] / В.И. Комаров, Я.В. Казаков // Создание конкурентоспособного оборудования и технологий для изготовления бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья - Караваево- Правдинск. : 3-я междунар. науч.-техн. конф., 2002 г., - с. 50-54.

8. Казаков Я.В., Комаров В.И. Программа для расчета характеристик вязкости разрушения целлюлозно-бумажных материалов согласно SCAN-P 77:95 (J_INTEGRAL). Свидетельство №2001610527 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Реестр программ для ЭВМ, 10 мая 2001 г.

9. Комаров В.И. J-интеграл - характеристика структуры целлюлозно-бумажных материалов / В.И. Комаров // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 1997. - № 5-6. - С. 26-29.

10. Комаров В.И., Дьякова Е.В. Трещиностойкость - характеристика прочности бумаги и картона. / В сб. «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов»: матер. III Mеждyнар. науч.-техн. конф. / Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2011, С. 66-71.

11. URL: https://compuart.ru/article/15335

12. URL: https://studwood.ru/696984/ekonomika/vyyavlenie_faktorov

13. Фляте ДМ. Свойства бумаги. - Изд. 3-е, переработанное и дополненное. - M.: Лесн. пром-сть, 1986. - 680 с.

14. URL: http://www.mpzp.ru/art/12875464.html

15. URL: https://polygraphy.academic.ru

16. URL: http://www.gofrotara.ru/articles/details/defekty-bumagi.html

17. URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf

18. URL: https://rodikon.ru/defektyi-bumagi.html

19. URL: http://marka-nn.ru/1230194656/

20. URL: http ://azimuth-nt.ru/ofisnaya-bamaga/43-bumaga-snegurochka/143 -defekti-bumagi. html

21. URL: http://labelworld.ru/article.aspx

22. Кононов Б.В., Ландау Г.Е., Погребов E.M. Гофрированный картон. - M.: Лесная промышленность, 192 с.

23. Пиннингтон Т., International Board Industry, Коробление: предупрежден -значит, вооружен. - Гофроиндустрия. - август 2007.

24. Юха Ю. Сопротивление сжатию на коротком расстоянии - современный показатель качества и его взаимосвязь с традиционными показателями для картона, гофрокартона и бумаги для гофрирования. - Elof Hansson, Lorentzen & Wettre, Крона. - 2009.

25. Башмаков В.С. Гофрокартон: производство и переработка. Краткий курс. - Обнинск: Изд-во «Артифекс», 2012. - 264 с.

26. Carpio Е., Kohler Coating Quality Control in the Stacker, January 2011.

27. James T. Carbone, Corrugating Defects/Remedy Manual, Sixth Edition / Tappi Press. - 1999.

28. URL: http://www.karton.pro/files/isothermal_process_spb_workshop_ru.pdf

29. URL: http://www.centerpack.com.ua/article6

30. URL: http://arzpuck.ru/arz115.html

31. Смолин А.С., Дубовый В.К., Комаров В.И., Казаков Я.В., Белоглазов В.И. Технология гофрокартона: учебное пособие. - СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2018. - 412 с.

32. Rice J.R. A Path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks // Journal of applied mechanics, vol. 35. - 1968. - P. 379-386.

33. Irwin G.R. Fracture mechanics. Structural mechanics (Proceedings of First naval Symposium) // Pergamon Press. - 1960.

34. Rice J.R. The mechanics of crack tip deformation and extension by fatigue, fatigue crack growth // ASTM Spec. Tech. Publ. -1967. - 415 p.

35. Rice J.R. Mathematical analysis in the mechanics of fracture, to appear in treatise on fracture, Vol. 2, ed., Liebowitz. H. // Academic Press.

36. Sanders J.L. On the Griffith-Irwin fracture theory, Journal of applied mechanics, Vol. 27, No.2 // trans. ASME, Vol. 82, Series E. - June 1960. - P. 352-353.

37. Bowie O.L., Neal D.M. The effective crack length of an edge notch in a semiinfinite sheet under tension // International Journal of Fracture Mechanics.

38. Barenblatt G.I. Mathematical theory of equilibrium cracks in brittle fracture, advances in applied mechanics, Vol. 7 // Academic Press. - 1962.

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

40. Wrist, P.E. New conception paper structure and paper physics/ P.E. Wrist // Tappi. - 1966. - V. 49, № 73. - Р. 287-292.

41. Rice J.R., Drucker D.C. Energy changes in stressed bodies due to void and crack growth, International Journal of fracture mechanics, Vol. 3, No. 1. - 1967.

42. Rice J.R. Stresses due to a sharp notch in a work-hardening elastic-plastic material loaded by longitudinal shear, Journal of applied mechanics, Vol. 34, No.2, Trans. ASME, Vol. 89. - 1967. - P. 287-298.

43. Rice J.R. Contained plastic deformation near cracks and notches under longitudinal shear // International Journal of fracture mechanics, Vol. 2, No. 2. - 1966.

44. Goodier J.N., Kanninen M.F. Crack propagation in a continuum model with nonlinear atomic separation laws / Stanford University / Division of engineering mechanics, Nechnical report 165. - 1966.

45. Willis J.R. A comparison of the fracture criteria of Griffith and Barenblatt // Journal of the mechanics and physics of solids, Vol. 15. - 1967.

46. Hahn G.T., Rosenfield A.R. Experimental determination of plastic constraint ahead of a sharp crack under plane strain conditions // Ship structure committee report, SSC-180. - 1966.

47. Neuber H. Theory of stress concentration for shear-strained prismatical bodies with arbitrary nonlinear stress-strain laws // Journal of applied mechanics, Vol. 28, No. 4, Trans. ASME, Vol. 83. - 1961. - P. 544-550.

48. Paris P.C., Sih G.C. Stress analysis of cracks // Fracture toughness testing and its applications, ASTM-STP. Philadelphia. - 1965. - P. 30-76.

49. Rice J.R. Mathematical analysis in the mechanic of fracture // An advanced treatise (Liebowitz H., ed.), Vol. 2, Academic press, New York. - 1968. - P. 191-311.

50. McClintock F.A. Plasticity aspects of fracture // An advanced treatise (Liebowitz H., ed.), Vol. 3, Academic press, New York. - 1971. - P. 47-225.

51. Gross B., Srawley J.E., Brown W.F. Stress intensity factors for a single edge notch tensile specimen by boundary collocation of a stress function // NASA Tech. Note D-2395. - 1964.

52. Gross B., Srawley J.E. Stress intensity factors for a single edge notch specimens in bending or combined bending and tension // NASA Tech. Note D-2603. - 1965.

53. Gross B., Srawley J.E. Stress intensity factors for three point bend specimens by boundary collocation // NASA Tech. Note D-3092. - 1965.

54. Kobayashi A.S., Cherepy R.B., Kinsel W.C. A numerical procedure for estimating the stress intensity factors of a crack in a finfte plate // J. Basic Eng. 86. -1964. - P. 681-684.

55. Bowie O.L. Rectangular tensile sheet with symmetric edge cracks // J. Appl. Mech. 31. - 1964. - P. 208-212.

56. Bowie O.L. Analysis of edge notches in a semi-infinite region // J. Math. Phys. 45. - 1966. - P. 356-366.

57. Каминский A.A. Критическая нагрузка в ослабленных отверстиями областях / Концентрация напряжений, т. 1. - Науковая думка, Киев. - 1965. - с. 130-136.

58. Bowie O.L., Neal D.M. A modified mapping-collocation technique for accurate calculation of stress intensity factors // Int. J. Fracture Mech. 6. - 1970. - P. 199-206.

59. Greif R., Sanders J.L. The effect of a stringer on the stress in a cracked sheet // J. Appl. Mech. 32. - 1965. - P. 59-66.

60. Bueckner H.F. Some stress singularities and their computation by means of integral equations / Boundary value problems in differential equations (Langer R., ed.) // Univ. of Wisconsin press, Madison, Wisconsin. - 1960. - P. 215-230.

61. Cruse T.A. Lateral constraint in a cracked three dimensional elastic body // Int. J. fracture Mech. 6. - 1970. - 326-328.

62. Cruse T.A., Buren V.W. Three dimensional elastic stress analysis of a fracture specimen with an edge crack // Int. J. Fracture Mech. 7. - 1971. - P. 1-15.

63. Tirosh J. A direct numerical method for stress intensity factor in arbitrary, Cracked, elastic bars under torsion and longitudinal shear // J. Appl. Mech. 37. - 1970. - P. 971-976.

64. Chan S.K., Tuba I.S., Wilson W.K. On the finite element method in linear fracture mechanics // Eng. Fracture Mech. 2. - 1970. - P. 1-17.

65. Hayes D.J. Some applications of elastic plastic analysis to fracture mechanics, Ph.D. Thesis, Imperial college of Sci. and Technol., 1970.

66. Rice J.R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks // J. Appl. Mech. 35. - 1968. - P. 379-386.

67. Barone M.A., Robinson A.R. Approximate determination of stresses near notches and corners in elastic media by an integral equation method // Univ. of Illinois Civil Eng. Stud., Struct. Res. Ser. No. 374. - 1971.

68. Wilson W.K. On combined mode fracture mechanics, Westinghouse Res. Lab., Res. Rep. 69-1E7-FMECH-R1, Pittsburgh, Pennsylvania. - 1969.

69. Tracey D.M. Finite elements for determination of crack tip elastic stress intensity factors // Eng. Fracture Mech. 3. - 1971. - P. 255-265.

70. Wilson W.K. Plane strain crack toughness testing of high strength metallic materials // ASTM-STP-410, Philadelphia, Pennsylvania. - 1969. -P. 75-76.

71. Lee C.H., Kobayashi S. Elasto-plastic analysis of plane strain and axisymmetric flat punch indentation by the finite element method // Int. J. Mech. Sci. 12. - 1970. - P. 349-370.

72. Marcal P.V., King I.P. Elastic-plastic analysis of two-dimensional stress systems by the finite element method // Int. J. Mech. Sci, 9. - 1967. - P. 143-155.

73. Swedlow J.L., Yang A.H., Williams M.L. Elasto-plastic stresses and strains in a cracked plate // Proc. Int. Conf. Fracture, 1st, Tokio. - 1966. - P. 259-282.

74. Swedlow J.L. Elasto-plastic cracked plates in plane strain // Int. J. Fracture Mech. 5. - 1969. - P. 33-44.

75. Wells A.A. Crack opening displacement from elastic-plastic analyses of externally notched tension bars // Eng. Fracture Mech. 1. - 1969. - P. 399-410.

76. Cherepanov G.P. Crack propagation in continuous media // Appl. Math. Mech. (PMM) 31. - 1967. - P. 476-488.

77. Hutchinson J.W. Singular behavior at the end of a tensile crack in a hardening material // J. Mech. Phys. Solids 16. - 1968. - P. 13-31.

78. Hutchinson J.W. Plastic stress and strain fields at a crack tip // J. Mech. Phys. Solids 16. - 1968. - P. 33-347.

79. Rice J.R. The mechanics of crack tip deformation and extension by fatigue // Fatigue crack propagation, ASTM-STR-415. - 1967. - P. 247-309.

80. Rice J.R., Rosengren G.F. Plane strain deformation near a crack tip in a power law hardening material // J. Mech. Phys. Solids 16. - 1968. - P. 1-12.

81. Levy N., Marcal P.V., Ostergen W.J., Rice J.R. Small scale yielding near a crack in plane strain: A finite element analysis // Int. J. Fracture Mech. 7. - 1971. - P. 143-156.

82. McClintock F.A. Local criteria for ductile fracture // Int. J. Fracture Mech. 4. -1968. - P. 101-130.

83. Rice J.R., Johnson M.A. The role of large crack tip geometry changes in plane strain fracture // Inelastic behavior of solids, McGraw-Hill, New York. - 1970. - P. 641-672.

84. Bueckner H.P.Coefficients for computation of the street intensity factor K for a notched round bar // Fracture toughness testing and its applications, ASTM-STP-381, Phyladelphia, Pennsylvania. - 1965. - P. 82-83.

85. Ayres D.J. A numerical procedure for calculating stress and deformation near a slit in a three dimensional elastic-plastic solid // Eng. Fracture Mech. 2. - 1970. - P. 87-106.

86. Srawley J.E., Brown W.F. Fracture toughness testing // Fracture toughness testing and its applications, ASTM-STP-381, Phyladelphia, Pennsylvania. - 1965. - P. 133-193.

87. Нейбер Г. Концентрация напряжений. - М.: Гостехиздат, 1947. - 204 с.

88. Cox, H.L. The elasticity and strength of paper and other fibrous materials // H.L. Cox // Brit. J. Appl. Phys., 1952. - Vol. 3 - P. 72-79.

89. Rice J.R. New perspectives in crack and fault dynamics, Mechanics for a new millennium (Proceedings of the 20th International Congress of theoretical and applied mechanics, 27 Aug - 2 Sept 2000, Chicago) // Kluwer Academic Publishers. - 2001. - P. 1-23.

90. Rice J.R., Lapusta N., Ranjith K. Rate and state dependent friction and the stability of sliding between elastically deformable solids // Journal of the Mechanics and physics of solids, vol. 49. - 2001. - P. 1865-1898.

91. Falk M.L., Needleman A., Rice J.R., A critical evaluation of cohesive zone models of dynamic fracture // Journal de Physique IV, Proceedings. - 2001. - P. 43-50.

92. Rice J.R. Some studies of crack dynamics, Physical aspects of fracture (Proceedings of NATO advanced study institute on physical aspects of fracture, 5-17 June 2000, Cargese, Corsica) // Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. - 2001. - P. 3-11.

93. Ben A.M., Rice J.R. Exact results with the J-integral applied to free-boundary flows // Journal of fluid mechanics, vol. 461. - 2002. - P. 321-341.

94. Bouchaud E., Bouchaud J.P., Fisher D.S., Ramanathan S., Rice J.R. Can crack front waves explain the roughness of cracks? // Journal of the mechanics and physics of solids, vol. 50. - 2002. - P. 1703-1725.

95. Cocco M., Rice J.R. Pore pressure and poroelasticity effects in coulomb stress analysis of earthquake interactions // Journal of geophysical research - solid earth, vol. 107 (B2). - February 2002. - P. 2-17.

96. Poliakov A.N.B., Dmowska R., Rice J.R. Dynamic shear rupture interactions with fault bends and off-axis secondary faulting // Journal of geophysical research -solid earth, vol. 107 (B11). - November 2002. - P. 6-18.

97. Fraisse P., Schmit F. Use of J-integral as fracture parameter in simplified analysis of bonded joints // International Journal of Fracture, Volume 63, Issue 1. -September 1993. - P. 59-73.

98. Fellers C.V. Furniture toughness a new paper property / Paper testing and processes optimization: Catalog / Lorentzen & Wettre. - 1994. - P. 92-98.

99. Комаров В.И., Казаков Я.В., Кузнецова М.Ю. Лабораторная оценка вязкости разрушения наполненных целлюлозно-бумажных материалов // Техника машиностроения. - 2001. - № 5. - с. 118-122.

100. Choi D., Thorpe J.L. Progressive deformation at the crack tips in paper during Mode I fracture. Part 1 - bond paper // Tappi. - 1992. - № 10. - P. 127-134.

101. Paper testing and process optimization: Catalog / Lorentzen & Wettre. -1997. - 200 p.

102. Композиционные материалы. Т. 5 / Пер. с англ. Под ред. Л. Баутман, Р. Крок.- М.: Мир, 1976. - 484 с.

103. Композиционные материалы. Т. 6 / Пер. с англ. Под ред. Л. Баутман, Р. Крок.- М.: Мир, 1976. - 244 с.

104. Сверников Б.Н., Ферсман И.А. Фрактальная модель вязкоупругих свойств волокнистых материалов // Изв. СПб. лесотехн. акад.: Сб. тр. - 1993. - С. 152-160.

105. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / В.И. Комаров - Архангельск: Издательство АГТУ, 2002. -440 с.

106. Комаров В.И., Казаков Я.В. Расчет коэффициента Пуассона при испытании на растяжение целлюлозно-бумажных материалов // ИВУЗ. Лесн. журн. - 1993. - № 5-6. - С. 133-136.

107. Бабаевский, П.Г. Трещиностойкость отвержденных полимерных композиций [Текст] / П.Г. Бабаевский, С.Г. Кулик. - М.: Химия, 1991. - 336 с.

108. Кузнецова, М.Ю. Вязкоупругость наполненных целлюлозно-бумажных материалов [Текст]: дисс. канд. техн. наук / Кузнецова М.Ю. - Архангельск: АГТУ, 2001. - 218 с.

109. Носкова Е.С. Совершенствование оценки механизма разрушения структуры бумаги и картона: дис. канд. техн. наук / Носкова Е.С. - Архангельск, 2009. - 178 с.

110. Wellmar P. Crack Tip Characterization in Paper / P. Wellmar, C. Fellers, F. Nilsson, L. Delhage // Journal of Pulp and Paper Science. - 1997. - Vol. 23. - № 6. - P. 169-176.

111. Свид. 2001610527 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа для расчета

характеристик вязкости разрушения целлюлозно-бумажных материалов согласно SCAN-P 77:95 (J_INTEGRAL). / Я.В. Казаков, В.И. Комаров; заявитель и правообладатель ГОУ ВПО АГТУ (RU). - № 2001610251/69; заявл. 11.03.01; опубл. 10.05.01, Реестр программ для ЭВМ. - 1 с.

112. SCAN-P77:95. Papers and Boards. Fracture Toughness. Scandinavian pulp, paper and board. Testing Committee. - 8 p.

113. PD ISO/TS 17958:2013. Paper and board - Determination of fracture toughness - Constant rate of elongation method (1,7 mm/s). - 28 p.

114. Bower, A.F. 2009. Applied Mechanics of Solids. Available: http://solidmechanics.org. Last accessed 7th July 2013.

115. Picallo, C.B., Lopez, J.M., Zapperi, S., Alava, M.J. 2010. From brittle to ductile fracture in disordered materials. Phys Rev Lett 105(15), 4p.

116. Pollock, A.A. Material Brittleness and the Energetics of Acoustic Emission. Proceedings of the SEM Annual Conference, June 7-10, 2010 Indianapolis.

117. Zou, X., Gurnagul, N., Uesaka, T., Bouchard, J. 1994. Accelerated aging of papers of pure cellulose: mechanism of cellulose degradation and paper embrittlement. Polym. Degrad. Stab. 43(3), 393-402.

118. Zhang D., Ye, X.C., Peng, Y.X. Li, Z.Z. 1993. A method for evaluating paper brittleness, China Pulp and Paper. 28-35.

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

120. Комаров, В.И. Деформативность целлюлозно-бумажных материалов [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / В.И. Комаров. - Архангельск, 1999. - 56 с.

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

122. Fellers C.V. Fracture Toughness: Has this been useful? / C.Fellers // Euromech Colloquium 486. Deformation and Fracture Processes in Paper and Wood Materials.: Sundsvall, Sweden. - 2006.

123. Broberg, K. B. Critical review of some methods in nonlinear fracture mechanics / K. B. Broberg // Engng Fracture Mech., 1995. - Vol. 50 - P. 157-164.

124. Derrick, M. S. W. Investigation of an alternative technigue to measure fracture toughness of paper / M. S. W. Derrick // Australian pulp and paper institute/ Depatment of Chemical Engineering, August, 2004. - 224 p.

125. Fellers C.V. Crack tip characterization in paper / C. Fellers, F. Nilsson, L. Delhage // Journal of Pulp and Paper Science. - 1997. - Vol. 23, № 6. - P. 169-276.

126. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел [Текст] / курс лекций - В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. - СПб.: Профессия, 2002. - 320 с.

127. Bazat, Z. P. Cohesive crack model for geomaterials: Stability analysis and rate effect. / Z. P. Bazat, Y-N. Li. // Appl. Mech. Rev., 1994 - Vol. 6(2) - P. 91-96.

128. Ostlund, S. Cohesive modeling of process regions for cracks in linear elastic structures - fundamental aspects / S. Ostlund, F. Nilsson // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 1993. - Vol. 16(2) - P. 215-235.

129. Fleck, N.A. Strain gradients plasticity: theory and experiment / N.A.Fleck, G. M. Müller, M. F. Ashby, J. Hutchinson // Acta Metall. Mater., 1994. - P. 475-484.

130. Nilsson, C. On nonlocal plasticity, strain softening and localization / C. Nilsson // Ph. Thesis LUTVDG, Dep. Of Structural Mech., Lund: - 1994.

131. Schreyer, H. L. Analytical solutions for nonlinear strain-gradient softening and localization // ASME J. Mech., 1990. - Vol. 57 - P. 522-528.

132. Мэттьюз, Ф. Композитные материалы. Механика и технология. [Текст] / Ф. Мэттьюз, Р. Ролингс. // пер. с англ. Баженова С.Л. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.

133. Tryding, J. A modification of the Tsai-Wu failure criterion for the biaxial strength of paper / J. A Tryding // Tappi J., 1994. - Vol. 77 (8) - 132 p.

134. Пестриков, В.М. Механика разрушения на базе компьютерных технологий. Практикум [Текст] / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007 - 464 с.

135. Yamauchi, T., 2004. Effect of notches on micro failures during tensile straining of paper // Japan Tappi J. 58. - P. 105-112.

136. Makela P. Crack Tip Modelling in Paper, Licentiate thesis // KTH Royal Institute of Technology, Stockholm. - 2000.

137. Makela P. On the Fracture Mechanics of Paper // Nord. Pulp Paper Res. J. 7(3). - 2002. - P. 254-274.

138. Makela P. Engineering fracture mechanics analysis of paper materials // Nord. Pulp Paper Res. J. 27(2). - 2012. - P. 361-369.

139. Makela, P., Nordhagen, H., Gregersen, 0.W. Validation of isotropic deformation theory of plasticity for fracture mechanics analysis of paper materials // Nord. Pulp Paper Res. J. 24(4). - 2009. - P. 388-394.

140. Rice J.R. Some remarks on elastic crack tip stress fields // Int. J. Solids Structures, 8. - 1972. - P. 751-758.

141. Rice J.R., Levy N. The part through surface crack in an elastic plate // J. Appl. Mech. ASME Paper No. 71-APM-20. - 1971.

142. Levy N., Rice J.R. Surface cracks in elastic plates and shells // Brown Univ.Tech. Rept. NGL 40-002-080/6 to NASA. - 1971.

143. Needleman A. Void growth in an elastic-plastic medium // J. Appl. Mech., 39. - 1972. - P. 964-970.

144. Rice J.R., Sorensen E.P. Continuing crack-tip deformation and fracture for plane-strain crack growth in elastic-plastic solids // Journal of the Mechanics and Physics of Solids Volume 26, Issue 3. - June 1978. - P. 163-186.

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

146. Landes J.D., Begley J.A. The effect of specimen geometry on JIC // Authorized reprint from special technical publication 514 copyright American Society for testing and materials 1916 Race Street, Philadelphia, Pa. 19103. - 1972. - P. 24-39.

147. Rice J.R., Paris P.C., Merkle J.G. Some Further Results of J-Integral Analysis and Estimates, in Progress in Flaw Growth and Fracture Toughness Testing // Special Tech. Publication 536, ASTM, Philadelphia. - 1973. - P. 231-245.

148. Yuhara T., Kortschot M.T. A simplified determination of the J-integral for paper // Journal of Materials Science July 1993, Volume 28, Issue 13. - 1993. - P. 3571-3580.

149. Rice J.R., Paris P.C., Merkle J.G. Some further results of J-Integral analysis and estimates, in Progress in Flaw Growth and Fracture Toughness Testing // Special Tech. Publication 536, ASTM, Philadelphia. - 1973. - P. 231-245.

150. Hill R., Rice J.R. Elastic potentials and the structure of inelastic constitutive laws. - SIAM Journal of Applied Mathematics, 25. - 1973. - P. 448-461.

151. Liebowitz H., Eftis J. On Nonlinear Effects in fracture mechanics // Engineering Fracture Mechanics 3. - October, 1971. - P. 267-281.

152. Masayuki K. Ramberg-Osgood type stress-strain curve estimation using yield and ultimate strengths for failure assessments // International Journal of Pressure Vessels and Piping Volume 137. - January 2016. - P. 1-12.

153. E. K. Hahn, A. de Ruvo, B. S. Westerlind, L. A. Carlsson Compressive strength of edge-loaded corrugated board panels // Experimental Mechanics, Volume 32, Issue 3. - September 1992. - P. 259-265.

154. Westerlind B.S., Batchelor W.J. measurement of short span stress-strain curves of paper // Nordic Pulp & Paper Research Journal 18(1). - 2003. - P. 44-50.

155. Westerlind, B.S., Carlsson, L.A., Andersson, Y.M. Fracture toughness of linerboard evaluated by the J-integral // J. Mat. Sci. 26. - 1991. - P. 2630-2636.

156. Steadman R., Fellers C.V. Measuring the fracture strengs of tough papers // Progress in paper physics seminar, Minnowbrook, NY. - 1986.

157. Pouyet,J., Volozinskis, X., Poustis,J. Mechanics of cellulosic and polymeric materials, (Perkins, R. W.,Ed.) // ASME, New York. - 1989, p.133.

158. Yuhara, T., Kortschot, M.T. A simplified determination of the J-integral for paper // Journal of Materials Science, vol. 28, issue 13. - 1993. - P. 3571-3580.

159. Kazi S.M., Kortschot M.T. The fracture toughness of TMP newsprint reinforced with kraft pulp / Tappi J. 79(5). - 1996. - P. 197-202.

160. Wellmar P., Fellers C.V., Delhage L. Fracture Toughness of Paper -development of a test method // nord. Pulp Paper Res. J. 12(3). -1997. - P. 189-195.

161. Wellmar P., Fellers C.V., Nilsson F., Delhage L. Crack-tip characterization in paper // J. Pulp Paper Sci. 23(6). - 1997. - P. 269-276.

162. Tanaka A., Otsuka Y., Yamauchi T. In-plane fracture toughness testing of paper using thermography / Tappi J 80(5). - 1997. - P. 222-226.

163. Swinehart D., Broek D. Tenacity and fracture toughness of paper and board // Journal of Pulp and Paper Science 21(11). - November 1995. - P. 389-397.

164. Wiens M., Gottsching L. J integral and its suitability for the characterization of fracture toughness of paper // Papier 53(5). - 1999. - P. 305-313.

165. Schultz-Eklund O., Fellers C.V., Johansson P.A. Method for the local determination of the thickness and density of paper // Nordic Pulp and Paper Research Journal 7(3). - 1992. - P. 133-139.

166. Wellmar P., Fellers C.V., Delhage L. Fracture toughness of paper -Development of a test method / Tappi J. - 1997.

167. Wellmar P., Fellers C.V., Nilson F., Delhage L. Crack-tip characterization in paper // Journal of Pulp and Paper Science 23(6). - June 1997. - P. 269-276.

168. Panchal N., Mohanty A. A paper review on finite element analysis with fatigue characteristics of composite Multi-Leaf // International Journal of Advance Research in Engineering, Science & Technology, Volume 3. - March 2016. - P. 226-233.

169. Baum G.A., Brennan D.C., Habeger C.C. Orthotropic Elastic Constants of Paper / Tappi Journal, Vol. 64, No. 8. -1981. - P. 97-101.

170. Броек, Д. Основы механики разрушения. [Текст] / Д. Броек - М.: Высш. шк., 1980. - 368 с.

171. Coffin D., Fellers C.V. Paper: creep. Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Elsevier Science Ltd, 2001.

172. Panek J., Fellers C.V. Effect of relative humidity cycles on the mechano-sorptive creep stiffness // 5-rd International Symposium. Moisture and creep effects on paperboard and containers, Marysville, Australia: 148. - 2001.

173. Бобров А.И., Мутовина М.Г., Бондарева Т.А., Малышкина В.К. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины / А.И. Бобров, М.Г. Мутовина, Т.А. Бондарева, В.К. Малышкина - Москва: Издательство «Лесная промышленность», 1984. - 245 с.

174. Iglesias-Trabado G., Wilstermann D. Eucalyptus universalis. Global cultivated eucalypt forests map, 2009.

175. Смолин А.С., Аксельрод Г.З. Технология формования бумаги и картона. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 120с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

УТВЕРЖДАЮ

:ктор по производству р> мпаКтм- в I. Коряжмс С.А. Якимов

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРЕ Щ И Н ОС ТОЙ КОС БI ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЬЕХ МАТЕРИАЛОВ »

Экспериментальные результаты лиссертаиионного исслслования Гораздовой Виктории В&терьсвны были подтверждены в ходе опытно-промышленных выработок продукции, проведенных в Филиале АО «Группа «Илим» в г. Коряжмс в период с 2012 по 2016 год для устранения проблемы растрескивания картона-лайнера и снижения огбраковки при изготовлении гофротары.

Цель опытно-промышленных выработок: апробация основных технологических мероприятий, способствующих решению проблемы растрескивания картона-лайнера за счет повышения и регулирования уровня его трешиностойкости при условии сохранения нормативных значений других характеристик качества.

Опытно-промышленные выработки и испытания проводили в несколько этапов с целью оценки эффективности следующих экспериментальных результатов и предложенных технологических решений:

• повышение числа Каппа хвойной целлюлозы высокого выхода:

- комплексное повышение степени помола массы основного и покровного слоев картона-лайнера;

• повышение доли покровного слоя картона;

- изменение соотношения скорости напуска массы и скорости сетки.

I этап ОПВ

Опытно-промышленные испытания, направленные на получение партий хвойной целлюлозы с максимально возможным числом Каппа, были проведены в технологическом потоке Камюр-2 с последующим использованием полученного полуфабриката в композиции картона-лайнера, вырабатываемого на КДМ №3.

За период проведения выработки удалось повысить число Каппа хвойного полуфабриката с 60...65 до 73...80 единиц. Структурно-морфологический анализ волокон опытной партии полуфабриката показал, что повышение числа Каппа в исследованном диапазоне не сопровождается критическим изменением основных свойств волокон по сравнению с полуфабрикатом, получаемым по традиционному режиму. Так, отклонение средней длины волокна не превышает 5 %, средней ширины - 2,0 мкм, доли мелкого волокна - 0,8 абс. %. Следовательно, было установлено, что варьирование числа Каппа в предложенном диапазоне с точки зрения основных характеристик волокон не может существенно влиять на стандартные качественные показатели как полуфабриката, гак и готовой продукции. В таблице I представлены результаты физико-механических испытаний опытной партии крафт-лайнера в сопоставлении с базовым уровнем качества картона, произведенного при существовавшем до начала выработки уровне жесткости целлюлозы.

Таблица 1 - Сравнение значений характеристик качества картона-лайнера массой 1 м: 125 г, выработанного при 1ралицнонном гехнолотчсском режиме и в период проведения ОПВ

Характеристика Традиционный режим В период проведения ОПВ

срсд. пнп шах сред. пнп шах

8СТмо, кН м 5,59 4,94 6,36 5,85 5,18 6,86

БСТоь кН/м 2,84 2,40 3,22 2,85 2,43 3.50

СМТ.Н 350 330 383 350 313 373

м 15^00 13000 17800 13200 11000 14300

Цо, м 42 00 3600 4900 3450 2950 3950

£м1>. % 1.74 1.60 1.89 1.95 1.72 2.09

3,75 2,42 4,80 5,23 3,71 6,60

ТЕАМ[), Дж/м- 196 167 243 214 157 244

ТЕА<„, Дж/м: 143 84 187 190 129 236

РТмс. Дж/м 1Л 0,89 1,52 1,43 1.15 1.75

Пев, Дж/'м 1.23 0,96 1.57 1.64 1.22 1.97

Таким образом, апробация обоснованного технологического решения по повышению числа Каппа хвойного полуфабриката привело к 30 %-ному увеличению трешиностойкости и растяжимости картона как в машинном, так и в поперечном направлении. При этом нормативные значения стандартных характеристик качества сохранились на требуемом уровне.

2 этап ОПВ

На втором этапе опытно-промышленные испытания проводили при одновременном изменении нескольких технологических параметров:

- степень помола хвойной сульфатной целлюлозы высокого выхода основного слоя увеличена от 18 до 23 °ШР.

- степень помола массы покровного слоя (при установленной технологическим регламентом доле в композиции) увеличена от 40 до 50 °ШР,

- степень помола лиственной полуцеллюлозы увеличена от 25 до 30 °ШР.

Результаты физико-механических испытаний готовой продукции, полученной при реализации многофакторных изменений технологических параметров работы массоподготовительного отдела, в сопоставлении с продукцией, полученной при традиционном технологическом режиме, представлены в таблице 2.

Таблица 2 Сравнение значений характеристик качества картона-лайнера массой 1м2 125 г, выработанного ири традиционном технологическом режиме и в период проведения ОПВ __________

Характеристика Традиционный режим Н период проведения ОПВ

ергд. гтнп шах сред. тш шах

ЭСТмо, кН/м 5.59 4.94 6.36 5,83 4.81 6,33

ИСТсо, кН/м 2.84 2.40 3,22 2.87 2.50 3.20

Ьмо. м 15400 13000 17800 13150 11450 14900

Ц I), м 4200 3600 4900 38:ю 3250 4500

кмо. % 1.74 1,60 1.89 1.81 1.50 2.14

есо. % 3.75 2,42 4,80 4.69 3,21 6,50

ТЕАмо, Дж/м2 196 167 243 179 124 229

ТНАс о, Дж/м' 143 84 187 171 109 234

Пмп. Дж/м 1.11 0,89 1,52 1.38 1,00 1,85

РТсгь Дж/м 1.23 0.96 1.57 1,55 1.10 2,15

Таким образом, было подтверждено, что одновременное увеличение степени помола волокон полуфабрикатов основного и покровного слоя обеспечивает повышение трещиностойкости крафт-лайнера на 25 % как в машинном, так и в поперечном направлении при сохранении нормативных значений стандартных характеристик качества.

3 этап ОПВ

Одной из объективных, но неоптимальных особенностей технологии получения картона на КДМ №3 является крайне низкая доля покровного слоя. Следовательно, и количество хорошо разработанного хвойного волокна в общей массе картона также незначительно. Кроме того, при переработке гофрированного картона методами ротационной и плоской высечки потребители отмечали проявление проблемы растрескивания исключительно со стороны внешнего слоя гофрокартона, т.е. по покровному слою крафт-лайнера.

В связи с этим третий этап ОПВ был направлен на получение опытной партии крафт-лайнера, отличающегося повышенной на 5 % долей покровного слоя относительно общей массы 1 м продукции. В частности, при выработке картона массой 1 м 125 г количество покровного слоя увеличивали с 18,5 до 24 г/м2 при поддержании максимально возможной степени помола хвойной целлюлозы. Результаты выработки картона на КДМ №3 в сопоставлении с традиционной технологией представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнение значений харакгеристик качества картона-лайнера массой 1 м* 125 г, выработанною при традиционном технологическом режиме и в период проведения ОПВ

Характеристика Традиционный режим В период проведения ОПВ

сред. 1ГНП шах сред. шш шах

м 15400 13000 17800 14300 12900 15400

м 4200 3600 4900 4000 3250 4600

СМ1>. % 1,74 1,60 1.89 1,98 1.69 2,16

3.75 2,42 4.80 5.85 4,62 8,24

ТЕАмр, Дж/ЧГ 1% 167 243 211 164 249

ТКАси, Дж/м" 143 84 187 214 178 287

1 1 \ц:<- Д'Ж'М 1,11 0,89 1.52 1,55 1,15 2,24

П о. Дж/м из 0,96 1.57 1,55 1,05 2,27

Предложенное технологическое мероприятие положительно отразилось на уровне трещиностойкости и растяжимости крафт-лайнера, причем эффект от введения в состав картона большего количества разработанного хвойного полуфабриката, в первую очередь, сказывается при испытаниях образцов в поперечном направлении. Данный факт является принципиально важным, поскольку распространение поверхностных трещин (как это было подтверждено при визуальном осмотре образцов гофротары, предоставленных ЗАО «Илимгофра», с дефектами в виде трещин) происходит только в поперечном направлении верхнего плоского слоя.

4 этап ОПВ

Следующим рекомендованным технологическим фактором, воздействующим на трещиностойкость и растяжимость картона является соотношение скорости напуска массы и скорости сегки. На КДМ №3 данное соотношение устанавливается и регулируется с помощью значений коэффициента эффлюкса, т.е. величины отставания скорости напуска массы от скорости сетки.

В ходе опытной выработки были получены партии крафт-лайнера, при различных значениях эффлюкса. Данные для традиционного и максимального эффлюкса (-33 и -45 м/мин соответственно) представлены в таблице 4. Следует отметить, что по данным производственных анализов крафт-лайнер, полученный в период опытной выработки, имел более низкое значение толщины.

Таблица 4 - Сравнение значений характеристик качества картона-лайнера, выработанного при традиционном технологическом режиме и в период проведения ОПВ

Традиционный режим ]

Характеристика

Ьмг>- м_

Цт>. м

£мр, %_

ТЕАмп, Дж'м' ТЕАс о. Дж/м7" РТмр. Дж'м РТс-г), Джу'м

сред. 15^00 42 Э0

1.74

3.75 196 КЗ 1.11 1.23

гтнп 13000 3600 1.60 2.42 167 Х4 0.89 0.96

шах 17800 4900 1,89 4,80 243 187 1,52 1.57

В период проведения ОПВ

шах 14350 4250 2,22 7,32 240 238 2.05 2.15

срел. 13600 3750 2.02 5,43 207 186 1.50 1.61

Ш1П

12900

2950

1.78

4,09

171

127

1.15

1,17

По результатам данного этапа 011В было подтверждено, что изменение величины эффлюкса позволяет регулировать уровень показателей, в том числе направлено повышать трещи нестойкость и растяжимость крафт-лайнера.

I

Таким образом, все предложенные в диссертационном исследовании и реализованные в ходе выполнения опытно-промышленных выработок технологические мероприятия, направленные на поиск и выявление способов повышения трещи нестойкости и растяжимости тарного картона, привели к положительному эффекту. Обеспечен прирост абсолютных значений трещиностойкости в машинном направлении на 17...40%, в поперечном направлении - на 26...35 %, что позволило сократить с 35 до 5 % долю дефекта растрескивания в обшем объеме отбраковки при изготовлении и переработке гофроматериалов.

Акт составлен и подписан

от ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) от Филиала АО «Группа «Илим»

И.Н. Губкин

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора по научной работе ^Научно-исследовательского института -«Решала акционерного общества «Гознак»,

Ь.М. Федорова 2019 г.

АКТ

об исполыовании результатов диссертационной работы

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЦЕ ЛЛЮЛОЗН 0-БУМАЖНЬ1Х

МАТЕРИАЛОВ»

Настоящий акт составлен в том. что результаты экспериментальных исследований, изложенные в диссертационной работе Гораздовой Виктории Валерьевны, были использованы при проведении научно-исследовательской работы по определению показателей эластичности и трсшиностойкости марочной бумаги.

При реализации НИР выполнены экспериментальные исследования свойств марочной бумаш, в том числе в условиях опытно-промышленной выработки по стадиям ее производства, с учетом разработанного в диссертационной работе Гораздовой В.В. комплексного анализа эластичности, трещиностойкости и прочности при растяжении образцов с постоянной скоростью, а также поверхностных и структурно-размерных свойств бумаги.

Из исследованных характеристик частичности марочной бумаги для дополнительного контроля рекомендован показатель деформации рагрушения, (с?, %), как оценивающий суммарную эластичность марочной бумаги. Для его оценки следует иметь специализированную разрывную

машину с представлением результатов измерений в единицах деформации (или использовать показатель удлинение при растяжении с последующим пересчетом). Метод стандартизован по ГОСТ ИСО 1924-1-96.

Сопоставление и анализ показателей образцов марочной бумаги, выработанной в различные периоды времени, позволили рекомендовать поддержание значений деформации разрушения на уровнях, не менее: 2,5 % в машинном направлении и 5,0 % в поперечном направлении.

В процессе выполнения работы также было проведено определение следующих показателей бумаги:

- трещиностойкость, (11, Дж/м), как характеристика устойчивости всей структуры марочной бумаги к возникновению и развитию трещин. Метод стандартизован по ISO/TS 17958:2013, у заказчика есть соответствующее оборудование. Вместе с тем, по результатам выполнения НИР рекомендации по уровню значений трещиностойкости определить не представилось возможным, в связи с фоновым влиянием других параметров бумаги, в частности степени анизотропии свойств;

- постоянная Гамакера, (Л10':", Н/м), косвенно характеризующая прочность поверхности мелованного слоя. Несмотря на то, что полученные экспериментальные данные продемонстрировали значимый регистрируемый отклик постоянной Гамакера. широкому использованию данного показателя в производственной практике препятствует необходимость наличия специализированного оборудования, в частности лабораторной установки для измерения краевого угла смачивания и межфазного поверхностного натяжения KRUSS Easy Drop.

На основании проведенных исследований были разработаны рекомендации для прогнозирования поведения марочной бумаги в процессах переработки, предотвращения возникновения дефектов мелованного слоя в виде «заломов» при печати и, как следствие, снижения количества производственно-технических отходов в процессе печати изделий «почтовая марка».

В качестве основного показателя для прогнозирования поведения марочной бумаги в процессах ее переработки рекомендовано использовать показатель плотности бумаги (р, г/см3)» который может регулироваться ^а счет свойств бумаги-основы и/или давления при каландрировании, а, в перспективе - за счет подбора и оптимизации состава мелованного покрытия. Исходя hî проведенных исследований эластичности и трети ностойкости марочной бумаги, для предотвращения дефектов марочной бумаги в виде «заломов» при печати рекомендовано поддерживать значение плотности марочной бумаги на уровне 1,05-1,10 г/см3.

Результаты НИР позволили устранить периодически возникающие дефекты готовых изделий н виде механических повреждении поверхности, гак называемые «заломы».

Начальник отдела технологии бумаги Научно-исследовательского института -филиала акционерного общества «Toj кандидат технических наук