Исследование влияния спиральной размольной гарнитуры на свойства волокнистых полуфабрикатов, используемых в композиции высококачественной бумаги (стр. 4 )

а	б
Рисунок 6 – Влияние удельной нагрузки на мельницах лиственного потока на изменение сопротивления продавливанию (а) и разрывной длины бумаги (б) из отдельных фракций по длине: БВК – исходная неразмолотая целлюлоза; ДВФ – длинноволокнистая фракция (сито № 30); СВФ – фракция волокон средней длины (сито № 50); КВФ – коротковолокнистая фракция (сито № 000)

а	б
Рисунок 7 – Влияние удельной нагрузки на мельницах лиственного потока на изменение деформации разрушения (а) и модуля упругости (б) бумаги из отдельных фракций по длине.

В ходе проведенных исследований было отмечено, что высокие прочностные характеристики особенно ярко выражены у коротковолокнистой фракции лиственной целлюлозы полученной при среднем уровне удельной нагрузке на мельнице 15…23 кВт∙ч/т.

Аналогичные тенденции были получены при фракционировании хвойной целлюлозы, таблица 5. С повышением нагрузки на мельницах хвойного потока также не наблюдалось накопление мелкой фракции. Долевое соотношение фракций с разной длиной волокна находилось примерно на одинаковом уровне, что позволяет говорить о сохранении средней длины волокнистого полуфабриката независимо от изменения нагрузки на мельнице.

Динамика изменений бумагообразующих свойств, приведенных в таблице 5, позволяет сделать вывод о ярко выраженном влиянии грубости на свойства хвойной целлюлозы, что, в свою очередь, дает возможность утверждать, что грубость – одна из важных характеристик волокна, позволяющая оценивать изменение как бумагообразующих, так и физико-механических свойств волокнистых полуфабрикатов.

Таблица 5 – Бумагообразующие свойства отдельных фракций хвойной целлюлозы

Удельная нагрузка, кВт∙ч/т	Фракция на сите	Доля, %	Бумагообразующие свойства
СП, °ШР	Средне- взвешенная длина, мм	Средняя ширина, мкм	Фактор формы, %	Грубость, мг/м
0 (исходная из БВК)	16	40,20	9,5	3,15	30,6	78,7	128,0
30	35,80	15,0	2,37	29,1	78,7	71,4
50	2,88	–	1,56	27,3	79,6	38,3
100	13,00	19,0	1,24	26,6	80,4	65,5
Криль	8,16	–	–	–	–	–
	16	36,66	11,0	3,19	30,7	80,0	101,1
	30	38,47	14,0	2,40	29,2	80,3	81,8
5	50	3,03	–	1,58	27,5	81,1	80,5
	100	12,90	13,0	1,26	26,9	82,4	54,2
	Криль	8,94	–	–	–	–	–
	16	43,60	15,0	3,19	30,3	79,5	85,9
	30	32,90	17,0	2,49	29,1	79,3	84,6
10	50	2,30	–	–	–	–	–
	100	9,10	16,0	1,33	26,9	81,1	58,7
	Криль	12,10	–	–	–	–	–
	16	47,20	11,0	3,17	30,4	79,6	100,0
	30	37,00	15,5	2,39	29,0	79,9	79,2
15	50	0,67	–	–	–	–	–
	100	11,85	17,0	1,30	26,9	82,4	56,4
	Криль	3,28	–	–	–	–	–
	16	45,00	16,0	3,35	30,6	80,1	116,7
	30	30,20	22,0	2,55	29,2	80,3	76,3
20	50	1,45	–	–	–	–	–
	100	16,80	18,0	1,37	27,2	81,4	72,2
	Криль	6,55	–	–	–	–	–

Проведенные статистические расчеты не выявили зависимости критической длины волокна от степени помола, что свидетельствует о более сложном характере структурных изменений в процессе размола. При этом были получены высокие значения коэффициента корреляции (r) для хвойной целлюлозы (r = 0,75) независимо от фракции по длине волокна. При этом корреляция между грубостью волокна и его критической длиной не выявлено, что соответствует теоретическим представлениям.

Результаты механических испытаний образцов бумаги из отдельных фракций подтверждают полученные выше закономерности. Скачкообразный рост сопротивления продавливанию за счет увеличения плотности листа является результатом повышения внутреннего фибриллирования, что справедливо для всех фракций волокон (рисунок 8, а). Однако наиболее четко эта зависимость наблюдается для длинноволокнистой фракции.

а	б
в	г
Рисунок 8 – Влияние удельной нагрузки на мельницах хвойного потока на изменение сопротивления продавливанию (а), сопротивления раздиранию (б), деформации разрушению (в) и разрывной длины (г) бумаги из отдельных фракций по длине: БВК – исходная неразмолотая целлюлоза; ДВФ – длинноволокнистая фракция (сито № 16); СВФ – фракция волокон средней длины (сито № 30); КВФ – коротковолокнистая фракция (сито № 000)

Для коротковолокнистых фракций отмечено снижение сопротивления раздиранию, поскольку короткие волокна значительно легче вытащить из листа, чем длинные, так как они не способны распространять действие приложенной силы на большую площадь (рисунок 8, б). Как следствие, повышение сопротивления раздиранию для длинноволокнистой фракции закономерно.

Короткая фракция волокон хвойной целлюлозы также отличается повышенными значениями характеристик прочности и упругости. Например, увеличение показателя деформации происходит из-за большей подвижности отдельных элементов ее структуры, что характеризует их способность к удлинению (рисунок 8, в). Большая подвижность коротковолокнистой фракции определяет ее высокую способность сопротивляться деформациям под воздействием внешних нагрузок. Этот показатель очень важен, так как он нормируется для высококачественных видов бумаг и определяет ее поведение в процессах печати.

Анализ полученных данных не выявил количественного перераспределения фракций по длине хвойных волокон при изменении удельной нагрузки на мельнице. Данный факт свидетельствует о преимущественно внутренней фибрилляции и объясняет возможность проведения процесса размола хвойной целлюлозы без сильного укорочения волокна при использовании спиральной гарнитуры с тонким рисунком ножей. Аналогичные закономерности наблюдались для всех фракций.

5. Анализ результатов и рекомендации по использованию спиральной гарнитуры в технологическом потоке

Получила подтверждение выдвинутая в работе гипотеза о преимуществе геометрических особенностей спиральной гарнитуры, обусловливающих снижение интенсивности касательных напряжений на волокна в процессе размола. Выявленные механизмы воздействия спиральной гарнитуры обосновывают возможность ведения размола при сохранении средней длины, т. е. без накопления мелкой фракции.

Установленная возможность ведения процесса размола, направленного преимущественно в сторону внутреннего фибриллирования, позволяет снизить прирост степени помола на 1 кВт расходуемой энергии, что не приводит к увеличению степени поперечной усадки полотна и снижению скорости обезвоживания на сеточном столе.

Повышенная способность к деформациям при растяжении высококачественных видов бумаги, полученная в результате размола на спиральной гарнитуре волокнистых полуфабрикатов, входящих в композицию бумаги, облегчает ее переработку и улучшает эксплуатационные характеристики при работе на множительной технике без образования складок и короблений.

На основании проведенных исследований были предложены и внедрены рекомендации по изменению режима размола в массоподготовительном отделе БДМ, производящей офисную бумагу на СЛПК». Предложенный режим размола позволил улучшить качество формования бумаги (индекс формования повысился на 5 %). При этом регламентированные техническими условиями показатели качества офсетной и офисной бумаги оставались в пределах нормы. Избирательность влияния процесса размола на характеристики структуры и прочности определяет необходимость индивидуальной настройки технологических параметров в массоподготовительном отделе БДМ в зависимости от требований, предъявляемых к готовой продукции.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выдвинута гипотеза о преимуществе геометрических особенностей спиральной гарнитуры и экспериментально обоснован механизм ее воздействия на волокно, заключающийся в снижении интенсивности касательных напряжений при одновременном увеличении количества воздействий за счет изменения геометрии рисунка гарнитуры, обеспечивающего преимущественно внутреннюю фибрилляцию.

2. Установлены основные факторы, свидетельствующие о внутренней фибрилляции в процессе размола при использовании спиральной гарнитуры: грубость и критическая длина волокон разных фракций.

3. Выявлена возможность повышения более чем на 15 % физико-механических характеристик волокнистых полуфабрикатов, размалываемых на спиральной гарнитуре, при изменении степени помола на 4..5 °ШР в результате внутреннего фибриллирования.

4. Показано, что максимальный прирост физико-механических характеристик за счет внутренней фибрилляции достигается при переходе от низких к средним и высоким значениям удельных нагрузок при размоле волокнистых полуфабрикатов.

5. Установлено влияние спиральной гарнитуры на способность образовывать фибриллярные коротковолокнистые пространственные структуры в процессе размола лиственных и хвойных беленых целлюлоз, отличающиеся повышенными способностью к удлинению, упругостью и прочностью на разрыв, что на 15 % превышает соответствующие свойства длинноволокнистой фракции.

6. Выявлено, что увеличение интенсивности размола на спиральной гарнитуре повышает грубость длинноволокнистой фракции лиственной и хвойной целлюлоз соответственно на 12 и 8 % по сравнению с исходным полуфабрикатом.

7. Экспериментально подтверждено, что изменение свойств целлюлозы в процессе размола происходит преимущественно за счет перераспределения фракций по длине волокна и структурных изменений клеточных стенок, а не за счет изменения геометрических размеров волокон.

8. Показана избирательность влияния размола с использованием спиральной гарнитуры на характеристики структуры и прочности бумаги, что определяет необходимость индивидуальной настройки технологических параметров в массоподготовительном отделе БДМ в зависимости от требований, предъявляемых к готовой продукции.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. , , Комаров развития размольно-подготовительных отделов бумажных и картонных фабрик // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2009. – №7. – С. 54–58.

2. Оценка изменчивости свойств отдельных фракций лиственной беленой целлюлозы в процессе размола / , , // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2010. – №5. – С. 48–52.

3. , , Комаров тенденции развития РПО бумажных и картонных фабрик // Новейшие технологии в производстве бумаги из макулатурного сырья и переработке гофрокартона. Науч. тр.10–й Юбилейный Междунар. науч. – техн. конф. – Караваево, 2009. – С.89–92.

4. , , Комаров режима размола хвойной целлюлозы в композиции офисной бумаги на качество готовой продукции // Научные основы высокоэффективной переработки макулатурного сырья. Производство и переработка гофрокартона: Материалы 9-й Междунар. науч.–техн. конф. – Караваево, 2008. – С.47–51.

5. Shuralev M. V., Sisoeva N. V., Komarov V. I. Up-to-date progress trends of stock preparation department at paper and board mills in Russia // Proc.: XV International symposium in the field of pulp, paper, packaging and graphics. – Zlatibor, 2009. – S.51–53.

6. , , Сысоева факторы размола и их влияние на свойства волокнистых полуфабрикатов используемых в композиции офисной бумаги // Сб. Статей студентов АГТУ по итогам научно-исследовательских работ за 2008 год. – Архангельск, 2009. – С.80–84.

7. , Шуралев влияние параметров размола на распределение и свойства фракций беленой целлюлозы для бумаг // Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского севера: Материалы Междунар. науч. – техн. конф., посвященной 80–летию АЛТИ–АГТУ. – Архангельск, 2009. –С. 141–143.

8. Фракционирование как возможность изучения свойств волокнистых полуфабрикатов и их изменений в процессе массоподготовки / , , // Современные тенденции в развитии производства бумаги, картона, гофрокартона из макулатурного сырья: Науч. тр. 11–й Междунар. науч. – техн. конф. – Караваево, 2010. – С.114–118.

9. , Анисимов решения в области РПО бумажных и картонных фабрик // Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона: Науч. тр. 3-й Междунар. науч.-практ. конф. – Санкт-Петербург, 2010. – С. 32–35.