Исследование влияния спиральной размольной гарнитуры на свойства волокнистых полуфабрикатов, используемых в композиции высококачественной бумаги (стр. 2 )

Аналогичные тенденции отмечены и при исследовании фундаментальных свойств хвойной целлюлозы, таблица 3.

Таблица 3 – Влияние изменения удельной нагрузки на фундаментальные свойства хвойной целлюлозы

Точка отбора проб	Размол	Бумагообразующие свойства
Удельная нагрузка, кВт∙ч/т	СП, °ШР	Обезвожи- вание 700 мл, с	lср. взв, мм	bв, мкм	Фактор формы, %	L0, м	Fсв, МПа
БВК	–	12,5	4,7	2,10	27,0	82,3	9200	0,669
Бассейн хвои	–	13,5	6,5	2,09	25,8	82,6	9600	0,826
после II ступени	5	14,0	6,8	2,05	25,7	82,4	10400	0,840
Напорный ящик	21,5	24,9	1,09	23,0	88,5	8400	0,422
после II ступени	10	15,5	8,0	2,06	26,8	82,8	10000	1,326
Напорный ящик	29,5	30,4	0,80	22,2	83,8	7700	0,856
после II ступени	15	17,0	9,0	1,95	28,7	80,1	9200	0,823
Напорный ящик	23,5	28,8	1,10	23,0	89,2	10800	0,438
после II ступени	20	18,0	8,7	1,92	26,3	83,6	10400	0,994
Напорный ящик	30,5	34,8	0,99	22,2	89,5	8200	0,837

Некоторые отличия, имеющие место, обусловлены разницей в морфологическом строении лиственных и хвойных целлюлозных волокон. Например, было отмечено сокращение средней длины (lср. взв) хвойной целлюлозы почти на 9 % по сравнению с исходной (БВК). Наблюдаемое снижение длины хвойной целлюлозы не является критическим, а наоборот, позволяет сократить вероятность образования крупных агломератов (флоккул и пучков) в ходе технологического процесса. Размер флоккул измеряли на анализаторе структуры «Анфор». Средний размер флоккул при повышении интенсивности размола снизился от 4,5 до 2,8 мм. Средняя длина волокна не опускалась ниже 1,92 мм. При этом ширина волокна (bв) и фактор формы хвойных волокон оставались почти без изменения.

Таким образом, при использовании спиральной гарнитуры с тонким рисунком увеличение интенсивности размола как лиственной, так и хвойной целлюлозы во всем диапазоне изменения удельной нагрузки направлен преимущественно в сторону внутреннего фибриллирования, что подтверждается сохранением геометрических размеров (длина и ширина) волокна и увеличением в 2,0…2,5 раза межволоконных сил связи в обоих случаях.

3. Оценка закономерностей изменения физико-механических свойств беленых лиственной и хвойной сульфатных целлюлоз в процессе размола с использованием спиральной гарнитуры

Изменения качества волокнистых полуфабрикатов оценивалось по результатам механических испытаний лабораторных отливок, изготовленных из целлюлозы, отобранной в исследуемом технологическом потоке, как указано выше.

В случае с лиственной целлюлозой наибольший прирост таких характеристик, как сопротивление продавливанию и разрывная длина (рисунки 1, а, б) наблюдался при удельной нагрузке от 15 кВт·ч/т и выше.

а	б
Рисунок 1 – Влияние удельной нагрузки на мельницах лиственного потока на изменение сопротивления продавливанию (а), разрывной длины (б)

Минимум значений жесткости при изгибе наблюдался при среднем уровне удельной нагрузки на мельницах 15…23 кВт∙ч/т (рисунок 2, а). Такое поведение закономерно и объясняется образованием более плотного листа. Известно, что этот показатель пропорционален моменту инерции или квадрату толщины материала. Дальнейшее увеличение удельной нагрузки привело к некоторому росту жесткости при изгибе, что можно обосновать повышением грубости лиственных волокон в результате внутренней фибрилляции. Качество формования оценивали по индексу формования, минимальные значения которого были отмечены при удельной нагрузке равной 15 кВт∙ч/т. Дальнейшая интенсификация размола способствовала уменьшению размера образующихся флоккул и, как следствие, увеличению индекса формования (рисунок 2, б).

а	б
Рисунок 2 – Влияние удельной нагрузки на мельницах лиственного потока на изменение жесткости при изгибе (а), индекса формования (б)

Для оценки вклада свойств лиственной целлюлозы в характеристики бумаги в целом контролировали качество готовой продукции. Необходимо отметить, что увеличение интенсивности размола на потоке лиственной целлюлозы позволило существенно снизить скручиваемость, которая является одним из основных дефектов высококачественных видов бумаги. Все остальные характеристики, нормируемые по ТУ для офисной бумаги, оставались в пределах нормы на протяжении всего периода исследований.

Аналогичные зависимости получены при оценке механических свойств образцов бумаги лабораторного изготовления из хвойной целлюлозы (рисунки 3, а, б, в, г). Было отмечено повышение более чем на 30 % таких прочностных характеристик, как сопротивление продавливанию, разрывная длина, разрушающее напряжение и др. при достижении удельной нагрузки на мельницах хвойного потока 10 кВт·ч/т и выше (рисунки 3, а, б). При этом степень помола хвойной целлюлозы не превышала 18 оШР.

В тоже время, характеристики, зависящие от толщины листа (например, сопротивление раздиранию и жесткость при изгибе), в данном диапазоне удельной нагрузки, имеют минимальные значения (рисунки 3, в, г). Отмеченные тенденции улучшения характеристик качества объясняются снижением размера флоккул в процессе размола, что приводит к образованию более равномерного на просвет листа.

Тенденция изменения индекса формования аналогична отмеченной для образцов лиственной целлюлозы. Минимальное значение индекса формования приходится на удельную нагрузку 15 кВт∙ч/т (рисунок 3, г).

а	б
в	г
Рисунок 3 – Влияние удельной нагрузки на мельницах хвойного потока на изменение сопротивления продавливанию (а), разрывной длины (б), сопротивления раздиранию (в), индекса формования (г)

Таким образом, достижение высоких характеристик прочности офисной бумаги возможно уже при среднем уровне значений удельной нагрузки на рафинерах лиственного и хвойного потоков (15 и 10 кВт∙ч/т соответственно), однако для улучшения качества структуры бумажного полотна размол лиственной и хвойной целлюлозы необходимо проводить при более высоких значениях удельной нагрузки, приближенной к максимальным (около 28 и 20 кВт∙ч/т соответственно).

4. Закономерности изменения свойств отдельных фракций беленных хвойной и лиственной сульфатных целлюлоз, полученных при использовании спиральной гарнитуры.

Для обоснования механизмов воздействия спиральной гарнитуры на изменения свойств волокнистых полуфабрикатов были изучены отдельные фракции лиственных и хвойных целлюлоз, размолотых с разной интенсивностью.

Из результатов фракционирования лиственной целлюлозы, представленных в таблице 4, видно, что основная часть волокна остается на сите № 000 и имеет среднюю длину 0,83…0,88 мм. Сито № 000 соответствует сетке №40, используемой для формования бумажного полотна на сеточном столе.

Анализ результатов фракционирования не выявил накопление мелкой фракции при повышении удельной нагрузки, что позволяет говорить о преобладании коллоидных процессов (гидратация и фибрилляция) при использовании спиральной гарнитуры.

Таблица 4 – Фракционный состав и бумагообразующие свойства лиственной целлюлозы