Использование неразрушающих методов контроля качества крафт-лайнера*

УДК

DOI:

Аннотация

Представлены результаты сравнительной оценки величины и вариации физико-механических характеристик картона-лайнера с использованием разрушающих и неразрушающих методов измерения. На образцах картона-лайнера с массой 115, 140 и 170 г/м², отобранных с картоно-делательной машины в виде срезов с тамбура длиной 6 300 мм, выполнены измерения и получены профили механических характеристик – толщины, сопротивления продавливанию, сопротивления сжатию короткого образца, жесткости при изгибе, а также характеристик, измеренных неразрушающими методами – ультразвуковым с применением Lorentzen&Wettre TSO-tester и оптическим с применением PTA-Line Formation Tester. Установлено, что при низкой степени изменчивости толщины (коэффициент вариации 1,6…3,7 %) и индекса жесткости при растяжении в машинном направлении (2,1…2,9 %) картона по ширине картоно-делательной машины вариация механических характеристик существенно (в 4–8 раз) выше. Причиной этого является высокая неоднородность структуры, при этом с уменьшением массы 1 м² картона вариация практически всех характеристик повышается. По результатам анализа профилей характеристик по ширине картоно-делательной машины установлено, что вариация сопротивления продавливанию, сжатию и изгибу складывается из вариации индекса формования (по соседним точкам), вариации толщины и жесткости при растяжении (зависимость от положения точки по ширине машины). Сделан вывод, что для снижения вариации механических характеристик, недостаточно управлять только массой 1 м², влажностью и толщиной, а также контролировать угол между максимальным индексом жесткости при растяжении и жесткостью при растяжении в машинном направлении, необходимо управлять качеством формования, а также намечать мероприятия по снижению флокулирования бумажной массы и струйности при работе напорного ящика. По результатам корреляционного анализа подтверждено существование зависимости между стандартными физико-механическими характеристиками и характеристиками, определяемыми неразрушающими методами. Полученные результаты позволяют сделать предположение о возможности прогнозирования величин сопротивления продавливанию, жесткости при изгибе и сопротивления сжатию короткого образца крафт-лайнера на основании не только измерения толщины и профиля  индекса жесткости при растяжении, но и с учетом неоднородности структуры картона, оцениваемой на анализаторе формования. Причем все исходные данные могут быть получены неразрушающими методами, а в перспективе и с применением оn-line технологий измерения. Результаты позволят повысить достоверность оценки качества картона.

Сведения об авторах

О.С. Беляев¹, асп., вед. инж.

Я.В. Казаков², д-р техн. наук, проф.

¹ ОАО «Архангельский ЦБК», ул. Мельникова, д. 1, г. Новодвинск, Россия, 164900;

е-mail: boset@atnet.ru

²Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: j.kazakov@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белоглазов В.И., Гурьев А.В., Комаров В.И. Анизотропия деформативности и прочности тарного картона и методы ее оценки. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005.
252 с.

2. Беляев О.С., Казаков Я.В., Михайлова О.С. Взаимосвязь макроструктуры и физико-механических свойств картона// Вестн. Казан. технолог. ун-та. 2014. Т.17,
№ 23. С. 47–50.

3. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 152 с.

4. ГОСТ Р 53207–2008. Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2009. 15 с.

5. Гурьев А.В., Комаров В.И., Белоглазов В.И. Опыт использования TSO-тестера для коррекции технологического режима КДМ // Технология переработки макулатуры: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Караваево–Правдинский, 2005. С. 136–138.

6. Казаков Я.В., Зеленова С.В., Комаров В.И. Влияние оптической неоднородности структуры на деформационные и прочностные характеристики писче-печатной бумаги // Лесной и химический комплексы – проблемы и решения: сб. ст. по материалам Всерос. науч.-техн. конф., посвященной 75-летию СибГТУ. Красноярск: СибГТУ, 2005. Т. I. С. 172–176.

7. Казаков Я.В., Зеленова С.В., Комаров В.И. Влияние неоднородности структуры на характеристики жесткости картонов-лайнеров// Лесн. журн. 2007. №3. С.110–121. (Изв. высш. учеб. заведений).

8. Комаров В.И., Белоглазов В.И., Гурьев А.В., Сысоева Н.В. Исследование факторов, влияющих на анизотропию жесткости при растяжении картона-лайнера // Технология переработки макулатуры: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Караваево–Правдинский, 2005. С. 133–136.

9. Комаров В.И., Гурьев А.В., Елькин В.П. Механика деформирования целлюлозных тароупаковочных материалов: учеб. пособие. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. 171 с.

10. Линдблад Г., Юха Ю.С. Настройка БДМ для оптимизации прочностных свойств картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги для гофрирования с помощью анализа на ТSО-тестере// Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: материалы I Междун. науч.-техн. конф. Архангельск: САФУ имени
М.В. Ломоносова, 2011. С. 78–87.

11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012612685 (РФ). Программа для количественной оценки неоднородности структуры бумаги на просвет (Анализатор формования)/ Я.В. Казаков, В.В. Абрамова: заявитель и правообладатель ФГАОУ ВПО САФУ (RU). № 2012610587; заявл. 02.02.2012; опубл. 15.03.2012. Реестр программ для ЭВМ. 1 с.

12. Смолин А.С., Аксельрод Г.З. Технология формования бумаги и картона. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 121 с.

13. Bernie J-P. Measuring formation of paper – PaperPerfect method. Lorentzen&Wettre. KistaSnabbtryck, Sweden, 2004. 25 p.

14. Lab formation Sensor 2D FSensor. Режим доступа: http://www.techpap.com/

lab-formation-sensor,lab-device,6.html (дата обращения: 18.05.2015)

15. Lindblad G., Fürst T. The ultrasonic measuring technology on paper and board. Lorentzen&Wettre, Elanders Tofters AB, 2001. 100 p.

Поступила 05.11.15

Ссылка на английскую версию:

UDC 676.274

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.3.157

Using Non-Destructive Methods of Kraft Liner Quality Control

O.S. Belyaev¹, Postgraduate Student, Management Engineer

Ya.V. Kazakov², Doctor of Engineering Sciences, Professor

¹Arkhangelsk Pulpand Paper Mill, Melnikov str., 1, Novodvinsk, 164900, Arkhangelsk
region, Russian Federation; е-mail: boset@atnet.ru

²Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; е-mail: j.kazakov@narfu.ru

The paper presents the results of the comparative evaluation of the magnitude and variation of the physical and mechanical characteristics of the cardboard-liner, using destructive and non-destructive measurement methods. The samples of kraft-liner – the slices from a spool – of the weight of 115, 140 and 170 g/m² and the length of 6300 mm selected at a cardboard machine were measured. The mechanical properties profiles were obtained: thickness, burst strength, SCT, bending stiffness, and the characteristics measured by the non-destructive ultrasound method with the Lorentzen&Wettre TSO-tester and by the optical method with the use of the PTA-Line Formation Tester. The variation of mechanical characteristics is considerably (4–8 fold) higher at a low degree of the thickness variability (coefficient of variation 1.6...3.7 %) and the cardboard tensile stiffness index in the machine direction (2.1...2.9 %) across the width of a cardboard machine. The reason is in the high structural imperfection. The variation of all characteristics increases when a weight of 1 m² of cardboard decreases. According to the profiling of the characteristics across the width of the CM we have established, that the variation of burst strength, compression strength and bending stiffness consists of the variation of the formation index (by the nearly points), and the variation of the thickness and tensile stiffness (dependence on the position of the point across the width of the CM). In order to reduce the variation of the mechanical properties it is not enough to control only the basic weight of 1m², humidity and thickness, as well as to control the TSO-angle, but it is necessary to operate by the formation quality and plan the measures to reduce the paper pulp flocculating and jets at the headbox. According to the results of the correlation analysis we confirm the existence of the relationship between the standard physical and mechanical properties and the characteristics determined by the non-destructive methods. The obtained results suggest the possibility of the predictability of the burst strength resistance values, bending stiffness and SCT of kraft liner on the basis of not only measuring the thickness and TSI profile, but also the structural imperfection of cardboard, estimated by the formation analyzer. All the original data can be obtained by the non-destructive methods and in the future with the use of the on-line measurement technologies. The results will improve the accuracy of the assessment of the cardboard quality.

Keywords: cardboard, properties variation, stiffness, formation, anisotropy.

REFERENCES

1. Beloglazov V.I., Gur'ev A.V., Komarov V.I. Anizotropiya deformativnosti i prochnosti tarnogo kartona i metody ee otsenki [Anisotropy of Deformability and Strength of Container Board and Methods of Its Evaluation]. Arkhangelsk, 2005. 252 p.

2. Belyaev O.S., Kazakov Ya.V., Mikhaylova O.S. Vzaimosvyaz' makrostruktury i fiziko-mekhanicheskikh svoystv kartona [Interrelation of the Macrostructure and Physical and Mechanical Properties of Cardboard]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2014, vol. 17, no. 23, pp. 47–50.

3. Vaysman L.M. Struktura bumagi i metody ee kontrolya [Paper Structure and Methods of Its Control]. Moscow, 1973. 152 p.

4. GOST R 53207–2008. Karton dlya ploskikh sloev gofrirovannogo kartona. Tekhnicheskie usloviya [State Standard R 53207–2008. Cardboard for Flat Layers of Corrugated Cardboard. General Specifications]. Moscow, 2009. 15 p.

5. Gur'ev A.V., Komarov V.I., Beloglazov V.I. Opyt ispol'zovaniya TSO-testera dlya korrektsii tekhnologicheskogo rezhima KDM [Experience in Using TSO-Tester to Correct the Technological Mode of Cardboard Machine]. Tekhnologiya pererabotki makulatury: materialy 6-y Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Proc. 6^th Intern. Conf. “Technology of the Wastepaper Processing”]. Karavaevo-Pravdinsky, 2005, pp. 136–138.

6. Kazakov Ya.V., Zelenova S.V., Komarov V.I. Vliyanie opticheskoy neodnorodnosti struktury na deformatsionnye i prochnostnye kharakteristiki pische-pechatnoy bumagi [Effect of Optical Structural Imperfection on the Deformation and Strength Characteristics of the Writing and Printing Paper]. Lesnoy i khimicheskiy kompleksy – problemy i resheniya: sb. st. po materialam Vseros. nauch.-tekhn. konf., posvyashchennoy 75-letiyu SibGTU [Proc. All-Russ. Sci. Eng. Conf., Dedicated to the 75th Anniversary of the Siberian State Technological University “Forest and Chemical Complexes – Challenges and Solutions”]. Krasnoyarsk, 2005, vol. I, pp. 172–176.

7. Kazakov Ya.V., Zelenova S.V., Komarov V.I. Vliyanie neodnorodnosti struktury na kharakteristiki zhestkosti kartonov-laynerov [Influence of Structural Imperfection on the Stiffness Characteristics of Linerboards]. Lesnoy zhurnal, 2007, no. 3, pp. 110–121.

8. Komarov V.I., Beloglazov V.I., Gur'ev A.V., Sysoeva N.V. Issledovanie faktorov, vliyayushchikh na anizotropiyu zhestkosti pri rastyazhenii kartona-laynera [A Study of Factors Affecting the Tensile Stiffness Anisotropy of Linerboard]. Tekhnologiya pererabotki makulatury: materialy 6-y Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Proc. 6 th Intern. Sci. Eng. Conf. “Technology of the Wastepaper Processing”]. Karavaevo-Pravdinsky, 2005, pp. 133–136.

9. Komarov V.I., Gur'ev A.V., El'kin V.P. Mekhanika deformirovaniya tsellyuloznykh taroupakovochnykh materialov [Mechanics of Deformation of the Cellulose Packaging Materials]. Arkhangelsk, 2002. 171 p.

10. Lindblad G., Yukha Yu.S. Nastroyka BDM dlya optimizatsii prochnostnykh svoystv kartona dlya ploskikh sloev gofrirovannogo kartona i bumagi dlya gofrirovaniya s pomoshch'yu analiza na TSO-testere [PM Setting to Optimize the Cardboard Strength Properties for Flat Layers of Corrugated Cardboard and Paper for Corrugating with the Analysis at the TSO Tester]. Problemy mekhaniki tsellyulozno-bumazhnykh materialov: materialy I Mezhdun. nauch.-tekhn. konf. [Proc. 1st Sci. Eng. Intern. Conf. “The Issues in Mechanics of the Pulp-and-Paper Materials”]. Arkhangelsk, 2011, pp. 78–87.

11. Kazakov Ya.V., Abramova V.V. Programma dlya kolichestvennoy otsenki neodnorodnosti struktury bumagi na prosvet (Analizator formovaniya) [The Program of Quantitative Evaluation of Paper Structural Imperfection UP to the Light (Formation Tester)]. Certificate of Computer Software Registration, no. 2012612685, 2012.

12. Smolin A.S., Aksel'rod G.Z. Tekhnologiya formovaniya bumagi i kartona [Technology of Paper and Cardboard Forming]. Moscow, 1984. 121 p.

13. Bernie J.P. Measuring Formation of Paper – PaperPerfect Method – Lorentzen&Wettre. Sweden. 2004. 25 p.

14. Lab Formation Sensor 2D FSensor. Available at: http://www.techpap.com/lab-formation-sensor,lab-device,6.html (accessed 18.05.2015).

15. Lindblad G., Fürst T. The Ultrasonic Measuring Technology on Paper and Board. Lorentzen&Wettre, Elanders Tofters AB. Sweden, 2001. 100 p.

Received on November 05, 2015