Механическая прочность и деформационные свойства
бумаги
Механическая прочность — одно из основных и важных свойств большинства
видов бумаги. Повышенные требования механической прочности предъявляются
к таким видам бумаги, как м,ешочная, шпагатная, оберточная и т. п., что
объясняется потребительскими условиями использования подобного рода
бумаги. Это, однако, не значит, что к другим видам бумаги, например к
газетной, не следует предъявлять требований к показателям механической
прочности. Стандарт предусматривает к для этого вида бумаги конкретные
требования. Они определяются возможностью выработки на современных
быстроходных бумагоделательных машинах газетной бумаги без обрывов с
последующим успешным пропуском ее через быстроходные
перемотно-резательные станки и типографские ротационные машины.
Прочность бумаги в зависимости от природы воздействующей на бумагу силы
выражают различными показателями,
характеризующими сопротивления бумаги разрыву,
излому, продавливанию, надрыву, ударной нагрузке и пр. Все эти
показатели отображают величину тех соответствующих показателей, которые
приводят к нарушению целостности и необратимому изменению структуры
бумаги.
Нередко более правильно оценку свойств бумаги в условиях практического
применения можно получить, пользуясь показателями деформационных свойств
бумаги, проявляющихся в условиях сохранения целостности бумаги, когда
изменяются только (обратимо или необратимо) форма и размеры
используемого образца без его разрушения. Таким деформационным
показателем бумаги является удлинение ее до разрыва (растяжимость). В
потребительских условиях бумага обычно подвергается меньшей по величине
нагрузке, чем величина ее разрывного груза. Поэтому характеристика
поведения бумаги до разрыва часто является более важной, чем фиксация
абсолютной величины ее сопротивления разрыву.
Число переменных факторов, оказывающих влияние на прочность бумаги,
весьма велико. К ним относят: прочность и длину исходных волокон,
степень и характер переплетения волокон между собой, степень
фибриллирования или изменения внешней поверхности волокон, степень
уплотнения бумаги, равномерность ее отлива, наличие в бумаге веществ
неволокнистого характера, которые способствуют либо увеличению, либо
уменьшению прочности бумаги. К переменным факторам, влияющим на
прочность бумаги, относят также: гибкость и эластичность исходных
волокон; наличие или отсутствие в бумаге целлюлозной слизи, гидрофильных
добавок, вводимых в бумажную массу при ее размоле, и многие другие
факторы, связанные либо со свойствами волокон, используемых для
изготовления бумаги, либо с технологическими процессами производства
бумаги.
Для упрощения вопроса и облегчения анализа влияния отдельных переменных
факторов в данном случае условно под исходным волокнистым материалом
или, вернее, полуфабрикатом, подразумевают волокнистую массу,
поступающую на бумажную фабрику. При таком условном определении .из
рассмотрения исключаются все переменные факторы, влияющие на прочность
бумаги и действующие в полуфабрикатных цехах: режим варки, отбелки,
дефибрирования и пр.
В действительности каждый из этих факторов, в свою очередь, определяется
комплексом многочисленных переменных факторов. Например, в зависимости
от продолжительности процесса варки целлюлозы, от крепости варочной
кислоты и ее состава, температурного режима получается та или иная
прочность целлюлозы и, следовательно, прочность бумаги, изготовленной из
этой целлюлозы.
Хотя принятое нами ограничение числа переменных факторов, оказывающих
влияние на прочность бумаги, в значительной степени упрощает
рассмотрение вопроса о прочности
бумаги, тем не менее и в пределах бумажной фабрики,
даже в пределах только бумагоделательной машины действует большое число
факторов, оказывающих влияние на прочность бумажного полотна (отношение
величины скорости массы, поступающей на машину, к скорости сетки, режим
работы тря-сочного механизма сетки, величина удельного давления при
прессовании и каландрировании бумаги, степень натяжения бумажного
полотна в отдельных секциях машины, температурный режим сушки, степень
натяжения сушильных сукон и др.).
Не вдаваясь на данной стадии рассмотрения вопроса в детальное изучение
влияния каждого из указанных переменных факторов в отдельности, можно
утверждать, что прочность бумаги прежде всего зависит: 1) от сил
сцепления волокон между собой в готовой бумаге и площади поверхности, на
которой действуют эти силы; 2) от прочности самих волокон, их гибкости и
размеров; 3) от расположения волокон в бумаге, т. е. от их ориентации,
плотности укладки и пр.
Все другие многочисленные факторы, оказывающие влияние на прочность
готовой бумаги, в конечном счете проявляют свое действие через указанные
основные факторы. Например, отношение скорости массы, поступающей на
сетку, к скорости сетки или режим работы трясочного механизма
бумагоделательной машины влияют на расположение волокон в бумаге и
именно через этот фактор — на прочность бумаги. Величина удельного
давления при прессовании в каландрировании бумаги сказывается как на
взаимном расположении волокон, так и на величине сил сцепления их между
собой. Изменение степени натяжения бумажного полотна в отдельных секциях
машины или степени натяжения сушильных сукон, а также введение в
бумажную массу гидрофильных добавок приводит к изменению величины сил
сцепления между волокнами. Все это дает основание считать приведенные
выше факторы основными, от которых в первую очередь зависит прочность
бумаги.
Показатели прочности бумаги (сопротивление разрыву, излому, раздиранию и
др.) в разной степени зависят от факторов, на Них влияющих. Например,
сопротивление бумаги разрыву в большей степени зависит от сил сцепления
между волокнами и прочности самих волокон, чем от их длины. Это может
быть подтверждено хотя бы тем, что волокна хвойной и лиственной
целлюлозы при разной их длине позволяют получить образцы бумаги с
примерно одинаковым сопротивлением разрыву. Сопротивление бумаги излому
больше зависит от длины волокон, их гибкости и прочности, нежели от сил
связи между ними. На показатель сопротивления бумаги раздиранию в более
значительной степени влияет длина и прочность составляющих бумагу
волокон, чем величина сил связи между этими волокнами.