Размол волокнистых полуфабрикатов

Размол волокнистых материалов – один из основных процессов производства, определяющий многие характерные свойства готовой бумаги. В настоящее время твердо установлено два вида явлений, одновременно происходящих при размоле: чисто механическое воздействие размалывающей гарнитуры на растительные волокна с изменением их формы и размеров и коллоидно-химическое воздействие, проявляющееся в виде гидратации волокон.

При размоле происходит укорачивание волокон и более важный процесс расщепления волокон в продольном направлении на тончайшие волоконца – фибриллы. При этом значительное увеличение (развертывание) наружной поверхности волокон приводит к усилению адсорбции воды, сопровождаемой набуханием волокон и повышением их гибкости, и создание условий для установления между волокнами связей, определяющих основные свойства бумаги (механическую прочность, впитывающую способность, воздухопроницаемость и др.). При фибрилляции на наружной поверхности волокон освобождаются гидроксильные группы, которые при сближении волокон на расстояние 2, 4...2, 7 А, образуют водородные связи.

Наряду с водородными связями между волокнами в бумаге проявляются силы Ван-дер-Ваальса. Определенную роль играют чисто механические силы сцепления за счет шероховатости сопряженных поверхностей (силы трения, которые наиболее характерны для волокон древесной массы).

Необходимо сказать о терминах «размол» и «помол». Размол – это процесс, а помол – результат данного процесса. Поэтому следует говорить о времени размола и степени помола. Когда мы говорим о характере размола, то подразумеваем характер ведения процесса (присадку и тип размалывающей гарнитуры, время и другие факторы). Когда речь идет о характере помола, то под этим подразумевается получение длинно- и коротковолокнистой фракции, наличие или отсутствие в массе фибрилл, слизи и т.д.

На характер и направление размола, его скорость и экономичность влияют продолжительность размола, удельное давление, температура, концентрация массы и ряд других факторов.

 

2.1 Изготовление отливок бумаги в лабораторных условиях

 

2.1.1 Проведение размола целлюлозы

 

При изготовлении бумаги в лабораторных условиях размол волокнистых полуфабрикатов может производиться в лабораторном ролле или в центробежном размалывающем аппарате (ЦРА). Предварительно определяют влажность проб полуфабрикатов и замачивают их для набухания. Для набухания, роспуска и размола целлюлозных материалов применяют дистиллированную воду. Пробу с влажностью не менее 12 % подвергают набуханию в течение 30 минут, с меньшей влажностью – в течение 1 часа.

Лабораторный ролл имеет вместимость 4 л. Размол волокнистого материала проводят при концентрации массы 1 %, что соответствует загрузке в него 40 г абсолютно сухой целлюлозы (объем суспензии 4 л). Для составления композиции бумаги после завершения размола отбирают необходимое количество размолотой целлюлозы.

Устройство ролла показано на рисунке 1. Лабораторный ролл состоит из металлической ванны 2, разделенной на два канала перегородкой 6, горки 1 с планкой, вылегчивающего устройства 4, размольного барабана 3 и приводного шкива 5 на валу. Привод осуществляется ременной передачей от электродвигателя с частотой вращения 1450 об/мин. Ванна ролла имеет отверстие для слива суспензии 7. Во время работы размольный барабан и горка закрываются металлическим кожухом.

1 – горка; 2 – ванна; 3 – размольный барабан; 4 – вылегчивающее устройство; 5 – приводной шкив;

6 – перегородка; 7 – отверстие для слива суспензии

Рисунок 1 – Лабораторный ролл

Целлюлозу перед загрузкой в ролл тщательно сепарируют на быстроходной лабораторной мешалке. Затем волокнистую массу количественно переносят в ванну ролла так, чтобы общий объем суспензии составил 4 л. При необходимости целлюлозную суспензию подвергают дополнительному роспуску, включая ролл при

вылегченном барабане на 5...15 минут. Затем ролл присаживают вращением вылегчивающего устройства «на себя» (присадка барабана ролла проводится на слух) и ведут размол до заданной степени помола. Контроль процесса размола осуществляют путем периодического определения степени помола и (или) средней длины волокна. Время между определениями составляет 8...10 минут.

При достижении заданной степени помола обязательно вылегчивают барабан ролла, выключают электродвигатель и массу количественно переносят из ролла через отверстие в ведро, учитывая требуемую степень разбавления. После завершения работы ролл тщательно промывают водой. Массу разбавляют до концентрации 0, 5 %.

 

Лабораторный контроль за процессом размола целлюлозы

 

Лабораторные методы контроля процесса размола основаны на скорости удаления воды из массы. Масса различной степени помола при обезвоживании ее на сетке отдает воду с различной скоростью. Различают жирный помол, т.е. состояние массы, когда волокна значительно расщеплены и гидратированы и вследствие этого медленно обезвоживаются и садкий помол, при котором волокна не расщеплены и слабо гидратированы. Такая масса быстро обезвоживается.

Кроме фибриллирования и гидратации при размоле происходит неизбежное укорачивание волокон. Поэтому для оценки процесса размола определяют характеристики: степень помола, среднюю длину волокна и величину межволоконных сил связи.

 

Определение степени помола массы

 

Степень помола массы определяется на аппарате СР-2 (рисунок.2) и выражается в градусах Шоппер-Риглера (°ШР). Верхняя, снимающаяся часть аппарата представляет собой цилиндр 1, дно которого изготовлено из одинарной миткалевой сетки № 40. Сетчатое дно цилиндра закрывается клапаном 2, края которого обтянуты уплотняющим резиновым кольцом. Неподвижная нижняя часть аппарата выполнена в виде конуса 3, укрепленного на устойчивом штативе 4, и имеет два отверстия: центральное узкое 5 (диаметр 3, 1 мм) и боковое широкое 6 (диаметр 12, 5 мм). Отверстия расположены так, что вода, стекающая через слой массы и сетку из верхнего цилиндра, может уходить через боковое отверстие лишь тогда, когда скорость стекания ее больше, чем пропускная способность центрального отверстия. Сетка аппарата должна находиться в строго горизонтальном положении, поэтому перед началом работы аппарат выравнивают по уровню, который вмонтирован в основание аппарата. Сетка должна быть ровной, без прогибов, натянута и очищена от остатков волокон. Перед испытанием дно цилиндра закрывается коническим клапаном, который опускается в цилиндр с помощью маховичка с ручкой. Подъем клапана во время испытания производится нажатием рычажка, освобождающего маховичок.

Для определения степени помола берут 2 г абсолютно сухого волокна. Например, при концентрации массы в ролле 1 % такое количество абсолютно сухой целлюлозы содержится в 200 мл суспензии. Пробу помещают в мерный цилиндр и затем разбавляют водой до 1 л. Так как скорость водоотдачи волокнистой массы в сильной степени зависит от вязкости воды, степень помола необходимо определять при температуре воды в пробе 20 °С. Повышение температуры на 1 °С снижает степень помола на 0, 46 °ШР.

Хорошо перемешав массу путем переливания из одной кружки в другую, ее выливают в цилиндр аппарата, сетка которого закрыта клапаном. Затем поднимают клапан, масса обезвоживается на сетке, а вода поступает в нижнюю часть аппарата. Жирная масса отдает воду медленно, и почти вся вода успевает уйти через центральную вертикальную трубу с узким отверстием. Садкая масса быстро отдает воду, она не успевает пройти через узкое отверстие центральной трубки и, наполнив коническую часть воронки, уходит через широкую боковую трубку.

1 – цилиндр с сеткой; 2 –- клапан; 3 – нижняя коническая часть; 4 – штатив; 5 – центральное отверстие; 6 – боковое отверстие Рисунок 2 – Устройство прибора СР-2 для определения степени помола

Объем воды в боковом цилиндре замеряют с точностью до 10 мл и определяют степень помола массы, °ШР:

, (38)

где V – количество воды, которое вытекло через боковое отверстие, мл.

Определение следует проводить в двух параллельных пробах. По окончании работы сетку аппарата следует тщательно промыть.

 

2.1.2 Расчеты и составление композиционного состава бумаги

 

Перед выполнением лабораторной работы задается состав бумаги по волокну, зольность, степень проклейки, масса 1 м2, влажность, а также концентрации растворов химикатов. В соответствии с этими показателями производятся расчеты необходимого количества материалов для составления композиции бумаги.

Допустим, что надо приготовить писчую бумагу, обладающую следующими свойствами: масса 1 м2 60 г, степень проклейки 1, 25 мм, зольность 8 %, влажность 7 %, в составе волокна 100 % беленой сульфатной целлюлозы, степень помола целлюлозы 28 ШР.

По заданию общее количество волокнистого материала при размоле в ролле составляет 40 г в пересчете на абсолютно сухую массу.

Если влажность целлюлозы 10 %, то необходимо взвесить на технических весах следующее количество полуфабриката, г:

(39)

Расход проклеивающих веществ ведут на 40 г абсолютно сухого волокнистого материала. Различают слабую (0, 25...0, 5 мм), среднюю (0, 75...1, 25 мм) и высокую степень проклейки (1, 5 мм). Расход канифольного клея, устанавливается в зависимости от требуемой степени проклейки бумаги, представлен в таблице 7.

 

Таблица 7 – Расход канифольного клея в зависимости от требуемой степени проклейки бумаги

Степень проклейки, мм	0, 25...0, 5	0, 75...1, 25	1, 5
Расход клея к массе абсолютно сухого волокна, %	1...1, 5	1, 5...2, 5	3...3, 5

 

В рассматриваемом случае для получения степени проклейки 1, 25 мм можно ввести в массу 2 % клея. Тогда количество клея, г:

40 0, 02=0, 8 (40)

При концентрации клея 20 г/л это составит, мл:

(41)

Сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃, как правило, задается в 1, 5–2 раза больше, чем клея (чем больше свободной смолы в клее, тем меньше вводится сернокислого алюминия), тогда его количество составит, г:

(42)

При концентрации раствора Al₂(SO₄)₃ 80 г/л потребуется раствора, мл:

(43)

Для получения зольности бумаги 8 % нужно ввести каолина (с учетом степени удержания каолина в лабораторных условиях 50 % и потерь при прокаливании каолина 14 %), г:

(44)

При концентрации каолиновой суспензии 150 г/л для наполнения бумажной массы нужно взять суспензии, мл:

(45)

Краситель растворяют до концентрации 5 г/л и вводят его в количестве 0, 005...0, 05 % (от массы волокна) для подцветки и 0, 2...1, 0 % для крашения массы.

Проклейка бумажной массы производится в фарфоровом стакане вместимостью 4...5 л при концентрации массы около 1 % и постоянном перемешивании. Дозировка проклеивающих и наполняющих веществ должна точно соответствовать их количеству, полученному по расчету композиции. Первым добавляется канифольный клей, после перемешивания в течение 10...15 мин добавляется раствор сернокислого алюминия. Размешивание сернокислого алюминия в массе также продолжается 10...15 мин. Порядок введения наполнителя не оказывает существенного влияния на результаты проклейки. Однако существует мнение, что если бумага клееная, то наполнитель (каолин) вводится одновременно с клеем; при сильноклееных видах бумаги подачу наполнителя производят после сернокислого алюминия. В этом случае после введения каолина дополнительно размешивают массу еще 15 мин.

При крашении и подцветке бумаги следует соблюдать определенный порядок введения красителей: если в композицию бумаги входит только целлюлоза, то кислотный и прямой красители добавляют в массу до введения сернокислого алюминия, а основной краситель – после сернокислого алюминия. Если в композицию бумаги входит древесная масса, то предварительно, во избежание получения пятнистой (мраморной) окраски, закрашивают одну древесную массу до получения равномерной окраски всей массы, после чего добавляют размолотую целлюлозу, размешивают и производят проклейку и наполнение бумажной массы.

 

2.1.3 Изготовление лабораторных отливок

 

Лабораторные образцы бумаги готовят из предварительно подготовленной бумажной массы на листоотливном аппарате (приборе) ЛА-3, схема которого представлена на рисунке 3. Аппарат состоит из следующих основных частей: станины 1, предназначенной для размещения основных узлов аппарата; отливного устройства (формующей камеры) 2 для получения отливки на сетке № 40 диаметром 200 мм при вакууме 26, 6 кПа; двух сушильных камер 3 и 4 для сушки влажных отливок при температуре 100 °С и вакууме 95 кПа; вакуум-насоса, расположенного внизу аппарата слева 5; парообразователя для получения насыщенного водяного пара для нагрева сушильных камер, расположенного внизу аппарата справа 6; панелей управления 7 и 8.

На панели управления 7, расположенной над сушильными камерами находятся: общее пусковое устройство аппарата 9; тумблер включения двигателя вакуум-насоса 10; тумблер включения электронагревателя парообразователя 11; вакуумметр сушильных камер 12; два реле времени для установки продолжительности сушки в сушилках 13 и 14.

На наклонной панели управления 8 расположены: шарнирный клапан для опорожнения отсасывающей камеры 15; вакуумметр, для контроля за величиной вакуума в листоотливной камере 16; кран для подачи воды в формующую камеру аппарата 17; кран для подключения вакуума к отсасывающей камере 18; краны для подключения вакуума к сушилкам 19. Краны 17, 18, 19, 20 имеют два положения: «О» – открыто; «З» – закрыто.

Перед началом отлива необходимо подготовить аппарат к работе. При этом краны 17, 18, 19, 20 должны быть в положении «З», а электроприборы отключены.

 

а	б
1 – станина; 2 – отливное устройство (формующая камера); 3, 4 – сушильные камеры; 5 – вакуум-насос; 6 – парообразователь; 7, 8 – панели управления; 9 – пусковое устройство; 10, 11 – тумблеры включения двигателя вакуум-насоса и электронагревателя парообразователя; 12 – вакуумметр; 13, 14 – реле времени; 15 – клапан для опорожнения отсасывающей камеры; 16 – вакуумметр; 17 – кран для подачи воды; 18, 19, 20 – краны для подключения вакуума к отсасывающей камере и к сушилкам; 21 – воронка; 22 – размешивающее устройство; а – вид спереди; б – вид сверху Рисунок 3 – Схема аппарата модели ЛА-3 для изготовления лабораторных образцов бумаги

 

При подготовке аппарата ЛА-3 к работе необходимо:

1. Подключить аппарат к водопроводной сети, открыв общий вентиль. Обязательно проверить поступает ли вода на вакуум-насос!

2. Проверить наличие воды в парообразователе по уровнемеру. Уровень воды должен быть не ниже красной черты, нанесенной на уровнемере. При необходимости в парообразователь добавляется дистиллированная вода через воронку, помещенную в отверстие 21 в станине прибора.

3. Включить аппарат с помощью пускового устройства 9.

4. Включить вакуум-насос тумблером 10 и электронагреватель парообразователя тумблером 11. Время разогрева сушильных камер составляет 15...20 мин.

5. Проверить показания вакуумметров формующей и сушильных камер. Для этого краны 18, 19, 20 поочередно переводят в положение «О» – открыто.

После подготовки и проверки аппарата приступают к изготовлению отливок бумаги.

Приготовленную бумажную массу размешивают, затем отбирают порцию массы предварительно рассчитанного объема, необходимую для получения отливок с заданной массой 1 м2. Площадь поверхности сетки листоотливного аппарата составляет 0, 0314 м2. Если требуется приготовить отливки массой 1 м2 60 г, то на одну отливку требуется:

60 0, 0314 0, 93 = 1, 7 г абсолютно сухого волокна (при влажности готовой бумаги 7 %).

При концентрации массы 0, 5 % объём суспензии составит:

мл (46)

Листоотливную сетку смачивают водой и накладывают на опорную решетку формующей камеры, ребра которой должны быть расположены параллельно оси шарнира. Формующую камеру закрывают и прижимают к фланцу отсасывающей (вакуумной) камеры ручкой-зажимом.

Кран 17 переводят в положение «О» и заполняют формующую камеру водой до отметки 7 л. После этого кран 17 переводят в положение «З» и заливают в формующую камеру подготовленную волокнистую суспензию требуемой композиции, из которой формируется отливка. Далее, открывая кран 17, доливают воду в загрузочную камеру до отметки 8 л. Кран закрывают.

Осторожно, не допуская образования пены и не касаясь сетки, перемешивают суспензию размешивающим устройством 22. Затем, открыв нажатием вниз клапан 15, спускают воду из формующей камеры в отсасывающую камеру. При этом на сетке начинает формироваться слой волокнистой массы. После того как уровень суспензии в формующей камере снизится до отметки 2 л, клапан 15 отпускают, и одновременно подключают к отсасывающей камере вакуум-насос переводом крана 18 в положение «О». Когда под действием разрежения вся жидкость из формующей камеры будет удалена, образовавшаяся на сетке отливка дополнительно обезвоживается в течение 10 с. Затем кран 18 закрывают. После этого освобождают ручку-замок и откидывают корпус формующей камеры «от себя» до упора, при этом открывается клапан, обеспечивающий опорожнение вакуумной камеры.

На мокрую отливку накладывают картонный лист массой 200 г/м2 или полотно сукна. По картону (сукну) прокатывают под собственной массой валик, обтянутый фетром. Далее отливку снимают с сетки при помощи приспособления для сдува или вручную.

Сушку отливок проводят в одной из сушильных камер, управляемых кранами 19 и 20 и работающих автономно. Для этого открывают крышку сушильной камеры, приподняв ручку-замок и откинув камеру «от себя», на сушильную сетку помещают картон (сукно) с находящейся сверху отливкой, накрывают ее листом тонкой гладкой бумаги, закрывают крышку, поворотом крана 19 или 20 в положение «О» подключают вакуум-насос, устанавливают реле времени на 4...6 мин поворотом рукоятки реле времени 13 или 14 по часовой стрелке. При этом зажигается сигнальная лампа. По окончании заданного времени сушки сигнальная лампа гаснет и раздается щелчок.

По окончании сушки кран 19 или 20 переводят в положение «З», открывают крышку сушилки, вынимают высушенную отливку, отделяют от картона (сукна) и покровной бумаги и взвешивают на квадрантных или технических весах.

Если масса готовой отливки не соответствует заданной, то вводится поправка к объему отмеряемой волокнистой суспензии. Например, масса отливки равна 2, 0 г вместо заданной, тогда следует уменьшить объем волокнистой суспензии на одну отливку до:

мл (47)

В отдельных случаях при расчете массы готовой отливки учитывают массу химикатов, вводимых в композицию (например, при изготовлении отливок высокозольных бумаг), возможный промой мелкого волокна, а также задают пределы варьирования массы отливки с учетом отклонений, допускаемых стандартами.

Изготовляют 6...8 отливок для всесторонних испытаний полученных образцов бумаги.

По окончании работы тумблеры пароперегревателя и вакуум-насоса переводят в нерабочее горизонтальное положение. Ручки кранов должны находиться в положении «З». Аппарат отключают от электросети и закрывают подачу воды.

 

2.2 Определение свойств бумаги

 

В настоящее время вырабатывается множество различных видов бумаги, обладающих иногда совершенно противоположными свойствами. Многообразие областей применения бумаги определяет многообразие требований, к ней предъявляемых. Все многочисленные свойства бумажной продукции подразделяют по ряду качественных признаков на следующие основные группы:

1. Структурно-размерные: формат, масса 1м2, толщина, плотность, пухлость, воздухопроницаемость, просвет, дырчатость.

2. Композиция: состав по волокну, зольность, влажность, наличие специальных добавок.

3. Механические и упруго-пластические: сопротивление разрыву (прочность на разрыв), излому, продавливанию, раздиранию, надрыву, смятию, истиранию, удлинение при разрыве, жесткость при изгибе, мягкость, скручиваемость, стойкость поверхности к выщипыванию и др.

4. Оптические: белизна, светопроницаемость, прозрачность и непрозрачность, лоск, цвет, оттенок.

5. Гидрофобные и гидрофильные: степень проклейки, впитывающая способность, водонепроницаемость, смачиваемость, промокаемость, капиллярная впитываемость, гигроскопичность.

6. Химическая чистота бумаги: щелочность, кислотность, наличие минеральных включений, присутствие катионов – свинца, железа, меди, натрия, ртути и др. и анионов – хлоридов, сульфатов, сульфитов, сульфидов и др.

7. Специальные: печатные свойства, влагопрочность, термостойкость, долговечность, пылимость, диэлектрические потери, жиро- и паронепроницаемость, бактерицидность и др.

 

2.2.1 Подготовка образцов бумаги к испытаниям

 

Для получения воспроизводимых результатов перед испытанием образцы бумаги подвергают кондиционированию в стандартных условиях, так как показатели бумаги сильно меняются в зависимости от ее равновесной влажности. Согласно ГОСТ 13523–78 кондиционирование и последующее испытание образцов должны проводиться в одном из трех указанных ниже режимов:

§ относительная влажность воздуха (50 2) %, температура (23 2)°С;

§ относительная влажность воздуха (65 2) %, температура (20 2)°С;

§ относительная влажность воздуха (65 2) %, температура (27 2)°С.

Режим кондиционирования указывается в стандартах на продукцию, но чаще всего предусматривается 1-й режим.

В помещении, где проводят испытания бумаги, должен быть установлен кондиционер для автоматического поддержания заданных параметров воздуха. Контроль относительной влажности воздуха ведется с помощью гигрометров или психрометров.

В лаборатории для предварительного кондиционирования образцов используют эксикаторы. Заливая в эксикатор серную кислоту плотностью 1, 206 г/см3, получают в его воздушном пространстве при температуре 23 °С относительную влажность, равную 50 %. При кондиционировании образцов в эксикаторе необходимо следить, чтобы серная кислота не попала на бумагу, так как образцы в этом случае разрушатся. Время кондиционирования образцов должно составлять не менее 2 часов.

 

2.2.2 Определение структурно-размерных и композиционных

свойств бумаги

 

Определение продольного и поперечного направлений бумаги

(ГОСТ 7585–74)

 

В бумажном листе, изготовленном на бумагоделательной машине, различают два направления, которые обуславливают физико-механические свойства: продольное (машинное), совпадающее с направлением движения полотна на машине, и поперечное, перпендикулярное продольному.

Определить продольное и поперечное направления в бумаге можно следующим образом.

 

1 – машинное; 2 – поперечное направление волокон Рисунок 4 – Определение машинного и поперечного направлений в бумаге

 

Из испытываемого листа бумаги при помощи ножа по двум взаимно перпендикулярным направлениям вырезают две полоски бумаги размером 200´ 15 мм, складывают их вместе и зажимают с одного конца пальцами (рисунок 4). Полоски прогнутся, а свободные концы их будут или лежать один на другом, или расходиться.

Продольному (машинному) направлению в первом случае будет соответствовать нижняя полоска (1), а во втором – верхняя (1), и, наоборот, поперечному направлению в первом случае – верхняя полоска (2), во втором – нижняя. Продольное и поперечное направления должны быть определены для каждого листа испытываемой бумаги и помечены стрелками.

 

Определение толщины бумаги (ГОСТ 27015–86)

 

Прибор для измерения толщины образцов предназначен для измерения толщины образцов из бумаги и картона в диапазоне от 0 до 6 мм с точностью до 0, 001 мм.

Основу измерительной части прибора составляет одномикронный растровый датчик перемещения и блок микропроцессорный. Вращение двигателя обеспечивает перемещение штока датчика вверх-вниз.

Функционально блок микропроцессорный состоит из следующих устройств: блок питания; канал измерения перемещения; управляющий микроконтроллер; энергонезависимое ОЗУ; жидкокристаллический буквенно-цифровой дисплей; клавиатура (две клавиши – ИЗМЕРЕНИЕ/ПУСК/ТАВ (верхняя кнопка) и ОБНУЛЕНИЕ/СТОП/ENTER (нижняя кнопка)).

Блок микропроцессорный обеспечивает прием и преобразование информации в цифровую форму от растрового датчика перемещения, определяет в процессе работы толщину образца, осуществляет управление работой двигателя.

При включении прибора в сеть шток датчика должен находиться в крайнем верхнем положении - рабочее состояние прибора. Показание датчика перемещения, которое высвечивается на экране жидкокристаллического буквенно-цифрового дисплея, должно соответствовать ориентировочно от 6, 500 до 6, 650 мм.

Перед работой необходимо убедиться в правильности и точности измерения толщины. Точность измерения толщины образца зависит от точности обнуления датчика перемещения в крайней нижней точке. Процесс обнуления датчика осуществляется автоматически. Если двигатель стоит, то функция нижней кнопки – вход в диалоговый режим работы, в котором можно выбрать режим обнуления и режим настройки. При повторном двойном нажатии нижней кнопки автоматически начинается, режим обнуления датчика перемещения, аналогичный циклу основного измерения, с той лишь разницей, что в крайней нижней точке осуществляется обнуление датчика, а на предметном столе не должно быть образца.

Для измерения толщины образца нажимаем клавишу ПУСК (верхняя клавиша на передней панели прибора), при этом осуществляется запуск двигателя, шток датчика начинает движение вниз и в крайнем нижнем положении осуществляется измерение толщины образца. Показание датчика перемещения соответствует фактическому расстоянию между штоком датчика и предметным столом, на который помещен образец. Если между штоком датчика в самой нижней точке (в этот момент шток датчика находится в свободном состоянии) и предметным столом нет образца, то показание датчика перемещения должно быть равно нулю.

После произведенного замера шток датчика автоматически возвращается в исходное положение (крайне верхнее), после чего двигатель останавливается и на нижней строке буквенно-цифрового дисплея высвечивается измеренная толщина образца. Цикл измерения закончен. Если в процессе испытания необходимо остановить двигатель, то нужно нажать нижнюю кнопку на передней панели прибора,

Рисунок 2.5 – Прибор для измерения толщины

выполняющую в процессе движения двигателя функцию клавиши СТОП. Показание датчика перемещения сохраняется в энергонезависимой памяти микропроцессорного блока после выключения прибора из сети.

Режим настройки обеспечивает ввод или сброс основных параметров измерительной части микропроцессорного блока, ввод коэффициентов пересчета канала измерения перемещения, переход в режим индикации кода датчика перемещения и свободного вращения двигателя, в котором не производится измерение толщины образца, а при запуске двигателя нажатием верхней кнопки ПУСК он продолжает непрерывно двигаться до нажатия кнопки СТОП (нижней кнопки). В этом режиме производится проверка механической части прибора и датчика перемещения.

Толщину замеряют в 10 образцах бумаги и рассчитывают среднее арифметическое.

 

Определение массы 1м2 бумаги (ГОСТ 13199–88)

 

С помощью ножа или металлического шаблона вырезают 10 образцов бумаги размером 200´ 250 мм (отклонения не должны превышать ± 0, 5 мм). Метод определения основан на взвешивании испытываемых образцов на аналитических или лабораторных технических весах.

Масса 1м2 бумаги, г,

, (48)

где ∑ m – суммарная масса образцов бумаги, г; n – количество образцов; (200 250).10–6 – площадь одного образца, м2.

Результат округляют до 0, 01 г/м2 при массе 1 м2 бумаги менее 25 г; до 0, 1 г/м2 – от 25 до 100 г включительно и до 1 г/м2 — свыше 100 г.

 

 

Определение плотности и удельного объема бумаги

(ГОСТ 27015–86)

 

Плотность бумаги, т.е. массу 1 см3 бумаги в граммах, определяют, исходя из толщины и массы 1 м2 бумаги, определенных на одних и тех же образцах, г/см3:

, (49)

где m1m – масса 1м2, г;  – толщина, мкм.

Удельный объём бумаги, см3/г,

, (50)

где m1m – масса 1м2, г;  – толщина, мкм.

Результаты в обоих случаях округляют до 0, 01.

 

Определение влажности (ГОСТ 50316–92)

 

Влажность бумаги обычно определяют высушиванием навески в сушильном шкафу при температуре 100...105 °С до постоянной массы. В бюкс с притертой крышкой помещают около 2 г бумаги и взвешивают с точностью до 0, 0002 г. Открытый бюкс и крышку помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при (105 2) °С. Первую сушку проводят не менее 0, 5 ч.

По окончании сушки бюкс закрывают крышкой, помещают в эксикатор для охлаждения до температуры окружающего воздуха и взвешивают. Масса считается постоянной, если после повторного высушивания в течение 0, 5 ч разность масс при взвешивании не будет превышать 0, 1 % от первоначальной навески.

Влажность бумаги, %,

, (51)

где mб – масса пустого бюкса, г;

mб1 – масса бюкса с навеской до высушивания, г;

mб2 – масса бюкса с навеской после высушивания, г.

Определение влажности бумаги занимает меньше времени, если для высушивания используют лампу инфракрасного света. Анализ проводят следующим образом.

Около 2 г бумаги в виде листков размером 100´ 100 мм помещают в высушенный до постоянной массы бюкс и взвешивают с точностью до 0, 0002 г. Затем бумагу вынимают из бюкса и кладут на подставку под инфракрасной лампой. Сушку производят 5–6 мин, в процессе сушки листочки время от времени переворачивают пинцетом. Повторные сушки до постоянной массы производят в течение 3 мин. Одновременно на подставке выдерживают пустой бюкс.

По окончании сушки бумагу быстро свертывают, кладут в бюкс и, закрыв крышкой, помещают в эксикатор для охлаждения, после чего производят взвешивание.

Для быстрого приближенного определения влажности неклеенных видов бумаги и целлюлозной папки используют также электровлагомер.

 

Определение зольности (ГОСТ 7629–93)

 

Навеску бумаги около 2 г, взвешенную с точностью до 0, 0002 г, нарезают на небольшие полоски и помещают в прокаленный и доведенный до постоянной массы фарфоровый тигель, затем ее обугливают в муфельной печи при температуре (300 10) °С. Обугливание можно производить на электрической плитке под тягой. Следует избегать воспламенения бумаги в процессе обугливания, так как это ведет к потере золы. Тигель с обугленной бумагой прокаливают в муфельной печи при температуре (800 50) °С в течение 2 часов.

Вынутый из муфеля тигель охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, а затем взвешивают с точностью до 0, 0002 г. После взвешивания тигель вновь помещают в муфель для контрольного прокаливания на 30...40 мин, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. В случае необходимости контрольные прокаливания продолжают до получения постоянной массы золы, т.е. разница между результатами двух последующих взвешиваний должна составлять не более 0, 5 мг. При определении зольности на отдельном образце параллельно определяют влажность бумаги.

Массовая доля золы в процентах к абсолютно сухой бумаге

, (52)

где mт1 – масса прокаленного тигля с золой, г;

mт – масса прокаленного тигля, г;

mт2 – навеска воздушно-сухой бумаги, г; W – влажность бумаги, %.

За результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений с точностью: до 0, 01 % – при зольности до 1 %; до 0, 1 % – при зольности от 1 до 10 %; до 1 % – свыше 10 %.

 

2.2.3 Определение показателей механической прочности бумаги

 

Одним из основных свойств многих видов бумаги является механическая прочность, которая для каждого вида бумаги регламентируется стандартом. На прочность бумаги оказывают влияние большое количество переменных факторов, в том числе прочность и длина исходных волокон, структура листа, которая характеризуется степенью и характером переплетения волокон между собой, степенью уплотнения; наличие в бумаге веществ неволокнистого характера, которые могут увеличивать или уменьшать прочность бумажного полотна.

Ниже приведены основные методы, принятые для определения механической прочности бумаги.

 

Определение сопротивления бумаги разрыву (ГОСТ 13525.1–79)

 

Для характеристики сопротивления бумаги разрыву пользуются понятием разрывной длины. Разрывная длина– это длина (м, км) полоски испытуемой бумаги шириной 15 мм, которая, будучи подвешена за один конец, оборвалась бы под собственным весом.

В настоящее время некоторые исследователи считают, что пользуясь показателем разрывной длины, мы отходим от параметра, непосредственно характеризующего механическую прочность бумаги — разрушающего напряжения  р, которое можно высчитать, разделив разрушающее усилие на площадь поперечного сечения образца (Н/м2). Следует отметить, что бумага является вязкоупругим материалом, поэтому разрушающее напряжение зависит от времени действия нагрузки на образец. Этот показатель механической прочности является условным, соответствующим условно принятой заранее постоянной скорости проведения испытания. Помимо разрывной длины и разрушающего напряжения, сопротивление бумаги разрыву характеризуют разрушающее усилие, удельное сопротивление разрыву и индекс прочности при растяжении.

Для определения сопротивления бумаги разрыву применяются вертикальные разрывные машины с тензометрическим датчиком и электронной системой измерения.

Разрушающее усилие (F) определяют как среднее арифметическое результатов десяти измерений в машинном или поперечном направлении, либо среднее арифметическое измерений в обоих направлениях и выражают в Н (кгс) с точностью до 0, 1 Н (0, 01 кгс) при F до 50 Н (5 кгс) или до 1 Н (0, 1 кгс) при F свыше 50 (5) до 500 Н (50 кгс).

Разрывная длина L (м) определяется по формуле:

(53)

где l₀ – длина полоски между зажимами, м;

F – разрушающее усилие (среднее арифметическое десяти измерений), Н; m – средняя длина полоски;

b – ширина полоски, м;

m_1м2 – масса 1м2 бумаги, г.

Результат округляют до 50 м при L до 5000 м или до 100 м при L свыше 5000 м.

Удельное сопротивление разрыву F_УД (кН/м (кгс/мм)) определяется:

(54)

Индекс прочности при растяжении JР (Н м/г) определяется по формуле:

(55)

Числовое значение индекса прочности равно числовому значению разрывной длины (в метрах), умноженному на 9, 81 10-3.

Разрушающее напряжение