Изучение влияния внешних факторов на изменение поверхностных и структурных характеристик картона толщиной 1–1,5мм

Толщина бумаги (картона) выражается в микрометрах и для бумаги (картона) различного назначения неодинакова: для папиросной -- 23 мкм, писчей--100, чертежной -- до 200 мкм, а для картона -- от 0,4 до 3 мм.

Линейная плотность бумаги (картона) выражается величиной, получаемой делением массы 1 м2 в граммах на толщину в микрометрах, в г/см3. Она определяет плотность и пористость бумаги (картона). Так, чем выше показатель объемной массы, тем выше плотность бумаги и наоборот. Плотность чертежной бумаги, вырабатываемой из длинных и хорошо расщепленных волокон, составляет 0,8--0,9 г/см3, а рыхлая промокательная бумага, состоящая из плохо расщепленных волокон, имеет высокую впитываемость и объемную массу только 0,45 г/см3.

Необходимую плотность получают каландрированием. От плотности бумаги и картона зависит их паропроницаемость, воздухопроницаемость и впитываемость, что особенно важно при оценке качества писчей бумаги и картона.

Функциональные показатели, качества бумаги и картона: композиция бумажной массы (%), толщина (мкм), плотность (г/см3), расход волокнистых материалов на 1000 м2 (кг), размеры (форматы) бумаги (мм), масса бумаги площадью 1 м2 (г), светостойкость цветной бумаги (балл).

Надежность потребления и показатели качества бумаги и картона. Надежность потребления бумаги и картона -- это потребительское свойство, обусловливающее сохранение основных параметров и их функционирование во времени и в пределах, соответствующих заданным условиям потребления. К ним относятся: сопротивление разрыву, излому, продавливанию, раздиранию, деформации и др.

Сопротивление разрыву -- важнейший параметр бумаги и картона. При отливе бумажного полотна (картона) на сетке бумагоделательной машины большинство волокон располагается вдоль хода сетки. Поэтому прочность бумаги на разрыв выше в продольном направлении, чем в поперечном. И наоборот, растяжимость больше в поперечном направлении в 1,5-- 2 раза, чем в продольном. Сопротивление бумаги (картона) разрыву характеризуется разрывным грузом (в кгс), а чаще -- разрывной длиной в метрах. Под разрывной длиной понимают длину полоски бумаги в метрах, при которой эта полоска, подвешенная за один конец, разрывается под тяжестью собственной массы. Разрывная длина, которая дает представление о прочности бумаги на разрыв, зависит от длины и прочности применяемых волокнистых материалов, помола волокон и режима работы бумагоделательной машины. Так, бумага, изготовленная из целлюлозы или из льняных волокон, значительно прочнее бумаги, изготовленной из древесной массы. Бумага с разрывной длиной свыше 5000 м -- очень прочная (калька бумажная), с разрывной длиной от 3500 до 5000 м -- прочная (чертежная), с длиной от 2000 до 3500 м -- средней прочности (писчая) и с разрывной длиной до 2000 м -- слабая.

Определение: DIN 53115 с использованием испытательного устройства Брехт Имсет, значение в Дж/м.

Сопротивление излому бумаги и картона характеризуется числом двойных перегибов на 180", которое может выдержать образец до полного разрыва. Число двойных перегибов в направлении вдоль полотна больше, чем поперек. Чем толще бумага (картон), тем больше число двойных перегибов. Такой показатель, как сопротивление излому, имеет большое значение для переплетного картона, документальной, чертежной и картографической бумаги, т. е. бумаги, которую при использовании приходится неоднократно складывать и разворачивать. Рисовальная бумага выдерживает 30--200 двойных перегибов, чертежная прозрачная -- 900--2000.

Определение: DIN 52123, Часть 1 - метод длины собственной частоты и DIN 52121 - метод стержня, значение в H/мм.

Сопротивление надлому характеризуется величиной угла надлома, при котором разрушается поверхность картона.

Сопротивление продавливанию -- это способность бумаги (картона) противостоять силам, действующим перпендикулярно ее поверхности (в кгс/см2). Сопротивление продавливанию зависит от помола массы, композиции, отлива на сетке, прессования, сушки, отделки и массы в 1 м2 и др. Этот показатель важен для картона, папиросной, мешочной и другой бумаги. Так, для папиросной бумаги сопротивление продавливанию установлено в 4--5 кгс/см2. Особое значение имеет сопротивление продавливанию для копировальной бумаги, так как она испытывает значительное давление букв при печатании.

Сопротивление раздиранию -- показатель, который выражается усилием, необходимым для раздирания картона или бумаги (в гс). Этот показатель позволяет судить о величине усилия в граммах, необходимого для раздирания предварительно надрезанного образца бумаги (картона). Показатель важен для печатной бумаги, так как при прохождении через типографские машины обрывы полотна бумаги, как правило, начинаются с надрыва кромки (при изготовлении беловых товаров).

Определение: DIN 53112 Часть1 с использованием устройства для испытаний на стяжение; значение в N (прочность при растяжении) и в % (удлинение при разрыве).

Деформация бумаги (картона)--особенно важный показатель для бумаги, на которую наносятся рисунки при многокрасочной печати (картографическая, для карт и др.). Различают два вида деформации: линейную и остаточную. Линейная деформация-- это увеличение длины и ширины бумаги после обработки ее водой, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа. Остаточная деформация -- это сокращение размеров увлажненного листа бумаги при высушивании, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа.

Показатели надежности бумаги и картона: разрывная длина (м), прочность на излом при многократных перегибах (число двойных перегибов), сопротивление раздиранию (мН), влагопрочность (%), стойкость поверхности бумаги к выщипыванию (м/с), потери сопротивления излому при нагревании (%), линейная деформация (%).

Эргономические свойства и показатели качества бумаги и картона. Эргономические свойства бумаги и картона обусловливают удобства пользования ими потребителем. Так, степень проклейки характеризует сопротивление бумаги (картона) произвольному проникновению чернил, туши и их растеканию по поверхности бумаги. Бумага должна быть такой, чтобы при нанесении письма или чертежа чернилами или тушью они не растекались по поверхности.

Степень проклейки картона выражается в процентном содержании проклеивающего вещества, а бумаги -- шириной штриха в миллиметрах при нанесении чернил, туши, краски, если они не растекаются и не проходят на обратную сторону (это штриховой метод определения проклейки). Так, степень проклейки писчей бумаги--1,25 мм, чертежной -- 2, а под карандаш-- до 1,25 мм.

Гладкость" бумаги (картона)--один из важнейших показателей эргономических свойств. Чем выше гладкость, тем равномернее ложатся чернила, краски, печать. Гладкость бумаги зависит от длины и толщины ее волокна, степени наполнения и глазировки. Гладкость выражается в секундах, необходимых для прохождения 10 мл воздуха между поверхностью образца бумаги и стеклянной полированной пластинкой при постоянном давлении на бумагу 1 кгс/см2. Чем выше гладкость поверхности бумаги, тем теснее ее контакт с пластиной и тем больше потребуется времени для прохождения воздуха. Наиболее высокая гладкость 400--600 с у мелованной бумаги, а у чертежной и рисовальной -- только 30 с.

Эстетические свойства и показатели качества бумаги и картона. Эстетические свойства изделий, в данном случае бумаги и картона, определяются их внешним видом. Он характеризуется белизной, цветом, оттенком, сорностью и другими показателями.

Цвет -- один из основных показателей внешнего вида бумаги (картона) и характеризует пригодность бумаги для письма, печати и других целей.

Оттенок бумаги, устанавливаемый для белой и цветной бумаги, должен соответствовать оттенку установленного образца. Для этого в бумажную массу вводят красители. В процессе выработки бумаги ее оттенок может меняться из-за нарушения технологического режима, характера помола массы, наполняющих и красящих веществ и других факторов.

Раковистость -- дефект покровного слоя бумаги или картона. Определяется числом раковин.

Эстетические показатели качества бумаги и картона: белизна (%), непрозрачность (%), просвечиваемость и лоск (%), раковистость (шт.), светостойкость цветной бумаги (балл), сорность (шт.), разница значений белизны по сторонам (%), показатель качества исполнения маркировки.

Безопасность потребления и показатели качества бумаги и картона. Безопасность потребления бумаги и картона обеспечивает защиту человека от опасных и вредных воздействий, возникающих при их использовании. Это -- отсутствие режущих кромок, допустимость определенной кислотности, щелочности и др. Кислотность покровного слоя бумаги характеризуется концентрацией ионов водорода -- рН покровного слоя.

При проверке и тестировании бумаги и картона необходимо соблюдать климатические условия по DIN EN 20187 или ISO 187 и обращать внимание на пробные образцы по DIN / ISO 186.

Таблица 5

Показатели для испытаний бумаги и картона (обзор)

4. Приборы для исследования картона

Автоанализатор сопротивления раздиру - UL7

Рисунок. Аппарат для испытания бумаги на раздир

¦ соответствие требованиям международных и российских стандартов;

¦ автоматический подбор величины груза маятника для конкретного материала;

¦ быстрая и надежная система сбора данных;

¦ пневматическое закрепление образца;

¦ набор грузов для анализа по всем международным стандартам...

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

¦ полимерные пленки (ПЭ, ПП, ПВХ, ПЭТ);

¦ многослойные фольги;

¦ уплотнительные материалы;

¦ бумага;

¦ текстиль.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принцип работы прибора основан на методе Эльмендорфа. Анализатор осуществляет измерение силы и расчет ее среднего значения при раздирании испытываемого образца. Измеряемая сила, производящая работу по раздиранию образца, преобразуется в изменение потенциальной энергии маятника, раздирающего образец при движении к положению равновесия. Изменение потенциальной энергии маятника вызывает изменение угла его поворота, пропорциональное совершенной работе. Отношение затраченной энергии к длине раздирания численно равно среднему значению силы при раздирании образца.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

¦ Мощность воздействия маятника: 200 гс, 400 гс, 800 гс, 1600 гс, 3200гс, 6400 гс; (стандартный маятник 200гс).

¦ Электропитание: 220В-50/60 Гц;

¦ Габаритные размеры (ДхШхВ): 480х380х560 мм;

¦ Вес: 23,5 кг

КОНФИГУРАЦИЯ

Управляющий ПК, стандартный маятник 200гс, разновес 200гс, эталон 200гс, коммуникационный кабель, программное обеспечение.

Примечание: источник газа предоставляется Пользователем.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Основные маятники (200 гс, 1600 гс); разновесы (400 гс, 800 гс, 3200 гс, 6400 гс); эталоны (200 гс, 400 гс, 800 гс, 1600 гс, 3200гс, 6400 гс); устройство для резки образцов; нож.

Определение сопротивления раздиру ГОСТ 13525.3 -ASTMD 1922 - ASTM D 1424 - ISO 6383 - ISO 1974

Испытательный пресс для картона - UG7036ASF

Применяется для определения сопротивления сжатию Нижняя плита пресса, под управлением двигателя, движется вверх с определенной скоростью, тем самым сжимая образец, находящийся между верхней и нижней плитой. После этого, будет определено значение сопротивления образца по время испытания.

Стандарты: TAPPI-804, JIS-Z0212, and GB/T4857.4.

Автоматический толщиномер - UL5-C2

Прибор для испытания прочности на изгиб - UGT6014

Прибор для испытания прочности на изгиб служит для определения сопротивления излому бумаги и картона.

Измеритель сопротивления отслаиванию - UGT6022

Прибор применяется для определения значения сопротивления отслаиванию картона под воздействием определенной нагрузки заданной ориентации.

5. Обработка и интерпретация результатов исследования

Сопротивление бумаги (картона) разрушению при механических воздействиях - очень важная эксплуатационная характеристика ее, определяющая прочность и долговечность печатных и других изделий.

Прочность на разрыв определяется при помощи динамометра как предельная нагрузка, вызывающая разрыв бумаги (картона). Основная часть динамометра это массивный неравноплечий рычаг, поворачивающийся в вертикальной плоскости. Подвешенная к короткому плечу рычага полоска картона оттягивается при испытании вниз. Рычаг при этом отклоняется от вертикали, благодаря чему возникает сила, противодействующая тяге. Сила эта непрерывно увеличивается по мере отклонения рычага, и, когда она превышает прочность картона, испытуемый образец разрывается. Прибор калиброван так, что угол отклонения указывает на прочность в килограммах. На динамометре можно одновременно измерить и деформацию растяжения картона перед разрывом.

Для исследования были взяты 4 образца бумаги с разной плотностью. Использованные типы картона представлены в таблице 1.

Первый образец это более плотная бумага хорошего качества, она изготавливалась с использованием наилучших компонентов, также она была подвержена дополнительному прохождению через каландр для получения текстуры и в то же время улучшение связи волокон.

Образцы под номерами 2,3 и 4 имеют повышенную белизну, что обозначает, что в состав данной бумажной массы входит качественная целлюлоза и специальные добавки.

Для проведения измерений из данных типов картона были отрезаны несколько образцов с размеров 50 х 150мм. Половина образцов были подвержены определенному количеству изгибов - 150 раз. После многочисленных изгибов и акклиматизации, были проведены замеры на прочность и растяжение. Результаты замеров представлены в таблице 2.

Таблица 2

По результатам данной таблицы можно построить несколько диаграмм.

Диаграмма 1 - Вариация прочности на разрыв в зависимости от направления волокон.

Диаграмма 2 - Вариация разрывной длины в зависимости он направления волокон.

На диаграммах 1 и 2 видна разница между прочностью бумаги в продольном и поперечном направлении волокон. Можно заметить, что некоторые виды картона имеют лучшую прочность на разрыв в поперечном направлении волокон, а некоторые имеют туже прочность в обоих случаях.

После чего образцы были подвержены определенному числу изгибам, они были проверены вновь на прочность волокон. Результаты представлены в следующей таблице.

Таблица 3. Результаты исследований

Ниже представлены диаграммы, построенные по данным таблицы 2 и 3. В следующих диаграммах очень четко видно как влияют многочисленные изгибы на прочность бумаги.

Диаграмма 3 - Вариация прочности на разрыв в случае продольного направления волокон

Диаграмма 4 - Вариация прочности на разрыв в случае поперечного направления волокон.

Диаграмма 5 - Вариация разрывной длины в случае продольного направления волокон

Диаграмма 6 - Вариация разрывной длины в случае поперечного направления волокон.

После изучения диаграмм 3-6 замечено, что бумага изготовлена из разных компонентов, так как многочисленные изгибы и перегибы поразному влияют на прочности бумажного листа. Видно, что некоторые образцы более устойчивы к многочисленным изгибам, независимо от направления волокон, а именно образцы под номером 3,4. Это типы картона можно использовать без проблем в производстве.

Остальные образцы менее устойчивы. Нельзя определить самый неустойчивый образец, так как некоторые устойчивы в продольном направлении, а другие в поперечном и наоборот. Во время работы с таким типом картона могут появиться некоторые проблемы.

Самым прочным остался 4-ый образец, 3-ий тоже имеет хорошие данные. Эти два типа картона, при изготовлении, были подвержены дополнительным прохождением через каландр, таким образом волокна лучше скрепляются между собой придавая картону лучшую прочность.

Самым неустойчивым остается образец под номером 2, этот картон более хрупкий и волокна в нем распределены неравномерно.

Вывод

Принцип изготовления картона гениально прост: бумажная масса, состоящая из древесной и чистой целлюлозы, небольшого количества добавой и 90% воды, осаждается тонким ровным слоем на сетке - вот и все. Однако какое разнообразие продуктов! За счет чего? Только за счет природы составляющих и их соотношений.

При производстве картона надо четко соблюдать его состав, так как при несоблюдении пропорции компонентов картон теряет свои свойства, а особенно одно из главных свойств - прочность. Например при производстве бумаги из древесной целлюлозы не будут соблюдены пропорции лигнина, то картон получается малопрочным и хрупким, так как лигнин являестя вредным, побочным компонентом волокна, содержащие данный компонент плохо переплетаются. По этому, для производства высококачественного картона надо использовать не содержащие лигнина волокнистые материалы.

При изготовлении целлюлозы из древесины путем химической обработки, а именно сульфитным способом, удаляют лигнин. При такой обработке одновременно с растворением лигнина происходит и деструктивный гидролиз целлюлозы, что приводит к снижению прочности волокна, а следовательно и бумаги. Для предотвращения чрезмерной деструкции надо уменьшать продолжительность варки и концентрацию кислоты.

Также в производстве картона используется и древесная масса. В отличие от целлюлозы, древесная масса состоит не из отделенных друг от друга в процессе варки волокон, а из коротких и толстых неправильной формы частиц и мелких пылевидных частиц. Поэтому, волокна древесной массы переплетаются плохо и не образуют прочного, плотного и гладкого картонного листа.

Новые возможности в области производства бумаги (картона) открывает применение синтетичных органических, а так же неорганических волокнистых материалов: нейлона, полиэфирных и полиакриловых волокон, стеклянных, кварцевых и т.д. Картон из такого материала обладает рядом замечательных свойств. Картон, сформированный обычным образом из синтетического волокна, непрочен и разрушается при самых слабых воздействиях, по этому, такой картон надо пропитывать растворами связующих веществ, которые при высыхании и горячем прессовании бумаги склеивают волокна, обеспечивая высокую прочность.

Картон (бумага) полученные из синтетических волокнистых материалов, устойчивы к влаге, нагреванию, загниванию, химическим реактивам, а самое главное очень эластичны и прочны.

Разнообразие сортов картона дает возможность выбрать именно тот сорт (вид, тип), который необходим в каждом конкретном случае. Однако для того, чтобы выбор был правильным, необходимо знать как основные и специальные параметры отдельных сортов картона с учетом их фирменных названий, так и те требования, которые предъявляют к картону способ и технология печати, а также послепечатные процессы и само издание в целом. Это не так просто, как кажется.

Фактически решение этой технологической проблемы включает в себя решение двух задач. Во-первых, выбирающий должен точно знать, что ему необходимо, и, задавая четкие вопросы, получить очено конкретные ответы от поставщика картона (бумаги). Во-вторых, если предстоит выполнение важного заказа, а практика работы с конкретным сортом картона отсутствует, то с новым и незнакомым сортом картона необходимо сделать небольшой эксперимент (исследование).

Страницы: 1, 2, 3