Механическая прочность и
деформационные свойства бумаги
Сопротивление бумаги излому
Сопротивление излому. Показатель сопротивления
бумаги излому — один из существенных показателей, характеризующих
механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых
образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами.
Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага,
состоящая из длинных, прочных, гибких и прочно связанных между собой
волокон (некоторые виды бумаги из синтетических волокон). Из тряпичных
волокон для изготовления бумаги с высоким сопротивлением излому наиболее
пригодны льняные волокна. Содержание в бумаге древесной массы,
лиственной целлюлозы и облагороженной хвойной целлюлозы приводит к
снижению показателя сопротивления излому. Волокна сульфатной хвойной
целлюлозы дают возможность получить бумагу более прочную по
сопротивлению излому, чем волокна сульфитной хвойной целлюлозы.
При чрезмерном увеличении степени помола бумажной массы на показатель
сопротивления изготовляемой бумаги излому одновременно в отрицательном
направлении действуют два фактора: повышение хрупкости материала и
снижение средней длины волокон. При значительном увеличении толщины и
массы 1 м2 бумаги (картона) также наблюдается резкое снижение
сопротивления излому указанных материалов из-за повышения при этом
жесткости и возникновения больших растягивающих напряжений при изломе в
поверхностном слое толстого материала по сравнению с тонким.
Введение в бумажную массу немодифицированного минерального наполнителя
неизбежно ведет к снижению сопротивления излому изготовляемой бумаги
из-за снижения при этом сил связи между волокнами и, возможно, из-за
перетирания волокон при многократных изломах бумаги о неровные
поверхности частиц наполнителя.
Влияние влажности бумаги на ее сопротивление излому неоднозначно. С
увлажнением бумаги силы связи между волокнами уменьшаются, а гибкость
бумаги (вследствие набухания волокон) увеличивается. Таким образом, эти
факторы влияют на сопротивление бумаги излому в противоположных
направлениях. Увеличение относительной влажности окружающего воздуха
(следовательно, и влажности бумаги) способствует увеличению
сопротивления излому у прочной бумаги и снижению — у слабой бумаги
(например, промокательной).
Прочная бумага при увлажнении наряду с увеличением гибкости волокон
сохраняет достаточно высокую величину сил
связи между ними, и результирующая этих влияний
способствует росту сопротивления бумаги излому, выражаемым числом
двойных перегибов бумаги до ее разрыва. При выдерживании такой
первоначально прочной бумаги в воде, т. е. в условиях, когда силы между
волокнами почти полностью разрушены, она не сможет обнаружить заметное
сопротивление излому.
В бумаге со слабо развитыми силами связи между волокнами
(фильтровальной, промокательной и т. п.) эти связи настолько уменьшаются
при увлажнении бумаги, что положительное влияние роста гибкости волокон
и бумаги в целом уже не может преобладать над отрицательным влиянием
малой величины сил связи между волокнами, в результате число двойных
перегибов при этом заметно уменьшается.
С. Н. Ивановым и Л. Н. Лаптевым установлено, что критическая величина
сил связи между волокнами, составляет 490— 588 кПа и дальнейшее снижение
ее при увлажнении вызывает уменьшение показателя сопротивления бумаги
излому.
Сопротивление бумаги продавливанию
Этот показатель качества бумаги нельзя
отнести к числу основных. Он может быть важным для некоторых видов
упаковочно-оберточной бумаги, для которых в отдельных случаях должен
быть предусмотрен также показатель сопротивления продавливанию во
влажном состоянии.
Сопротивление продавливанию является сложной функцией сопротивления
разрыву и удлинения бумаги до разрыва. Экспериментально установлено, что
рассматриваемый показатель прочности бумаги увеличивается с повышением’
абсолютных; значений показателей ее разрывного груза и удлинения при
разрыве и когда отношение удлинения бумаги в машинном направлении к ее
удлинению в поперечном направлении приближается к единице.
Бумага, изготовленная из длинных волокон, отличается большей величиной
сопротивления продавливанию. С увеличением степени помола бумажной массы
в бумаге растут силы связи между волокнами. Одновременно увеличивается и
сопротивление продавливанию. Однако чрезмерно высокая степень помола
бумажной массы снижает сопротивление продавливанию, что связано уже с
заметным укорачиванием волокон и снижением степени удлинения бумаги до
разрыва.
С увлажнением бумаги ее разрывной груз уменьшается из-за ослабления
межволоконных сил связи, но одновременно увеличивается удлинение бумаги.
Таким образом, для получения максимального значения сопротивления
продавливанию влажность бумаги должна быть, оптимальной, при которой нет
сильного ослабления межволоконных связей и в то же время наблюдается
достаточно высокая степень удлинения бумаги. Такая влажность бумаги
равна примерно 8—9%.
Сопротивление бумаги продавливанию может быть
повышено при введении в бумажную массу или на поверхность бумаги
крахмала и его модификаций, манногалактана или полиакриламида.