Комплексная оценка прочности и когезионной способности волокон как элементов структуры целлюлозных материалов

УДК

676.017

DOI:

Аннотация

В настоящее время основными инструментами контроля за процессом получения целлюлозы являются измерение числа Каппа и анализ вязкости образцов целлюлозы различными методами.

Следует отметить, что методы оценки структурно-морфологических свойств волокон как на отдельных стадиях процесса, так и в целом используются редко. Однозначных взаимосвязей между геометрическими параметрами индивидуальных волокон и показателями готовой продукции до настоящего времени не разработано.

В связи с развитием еще одного направления оценки свойств целлюлозных волокон, основанного на измерении характеристик индивидуальных волокон в структуре материала, появляется возможность достаточно оперативно контролировать параметры качества полуфабрикатов и их реакции на технологические воздействия.

Такие базовые характеристики волокон, как их прочность непосредственно в структуре материала, геометрический размер и степень межволоконных взаимодействий, могут быть определены с использованием приборов Pulmac Zero-Span.

Авторами реализовано комплексное исследование с целью установить подобные взаимосвязи в реальном технологическом процессе получения лиственной беленой целлюлозы. Для этого изучены образцы волокон в нескольких точках технологического потока, включая варку, промывку, сортирование, все ступени отбелки и завершая получением товарного полуфабриката.

В корреляционный анализ были также вовлечены результаты измерений структурно-морфологических параметров волокон, полученные независимым методом анализа с помощью установки Fiber Tester.

Статистически достоверно установлены парные линейные взаимосвязи между числом Каппа и параметрами волокна в структуре образцов.

Обнаружены высокие значения коэффициентов парной корреляции между параметрами волокна, измеренными с помощью установок Pulmac Zero-Span и Fiber Tester. В ходе корреляционного анализа доказано, что уровень собственной прочности индивидуальных волокон в структуре образцов лиственной целлюлозы формируется за счет средних длины и ширины волокна, возрастает при выпрямлении волокон и, напротив, снижается при увеличении числа изломов и доли мелкой фракции в пробе, т.е. с повышением степени поврежденности.

Следовательно, в первом приближении решена задача контроля за изменением и формированием свойств полуфабриката при его прохождении по технологической цепочке.

Сведения об авторах

А.И. Дернов, асп.

Е.В. Дьякова, канд. техн. наук, доц.

А.В. Гурьев, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

Тел.: +7(8182)65-00-92

Н.В. Красикова

Архангельский ЦБК, ул. Мельникова, 1, г. Новодвинск, Архангельская область,

Россия, 164900

Тел.: +79815515037

Ключевые слова

лиственная беленая сульфатная целлюлоза, волокно, прочность, число Каппа, структурно-морфологические свойства, физико-механические характеристики

Литература

1. Cowan W.F. Testing Pulp Quality – an Alternative to Conventional Laboratory Evaluation // TAPPI Journal. 1994. Vol. 77, N 10. P. 77–81.

2. Cowan W.F., Balint L. Zero-Span Tensile Testing for Better Papermaking Quality Control of Pulp // 6-th International Conference on New and Available Technologies. Stockholm, SPCI, 1999.

3. Fiserova M., Gigac J., Balbercak J. Relationship between Fibre Characteristics and Tensile Strength of Hardwood and Softwood Kraft Pulps // Cellulose Chem. Technol. 2010. Vol. 44, N 7-8. P. 249–253.

4. T 231 pm-96. Zero-Span Breaking Strenght of Pulp (Dry Zero-Span Tensile) // TAPPI Test Methods. TAPPI PRESS, Atlanta, USA, 1996.

5. T 273 pm-95. Zero-Span Breaking Strenght of Pulp // TAPPI Test Methods.
TAPPI PRESS, Atlanta, USA, 1996.

Ссылка на английскую версию:

Comprehensive Evaluation of Strength and Cohesiveness of Fibers as Elements of Cellulose Materials Structure

Comprehensive Evaluation of Strength and Cohesiveness of Fibers as Elements of Cellulose Materials Structure

A.I. Dernov, Postgraduate Student
E.V. Dyakova, Candidate of Engineering, Associate Professor
A.V. Guryev, Candidate of Engineering, Associate Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, 163002, Arkhangelsk, Russia

Tel.: +7(8182)65-00-92

N.V. Krasikova

JSC “Arkhangelsk Pulp and Paper Mill”, Melnikova, 1, 164900, Novodvinsk, Russia

Tel.: +79815515037

At present, pulp production is controlled mainly by means of the Kappa number measurement and viscosity analysis of cellulose samples using various methods.

It should be noted that methods for assessing structural and morphological properties of fibers both at individual stages and on the whole are rarely applied, and so far there has not been developed any definite correlations between the geometric parameters of individual fibers and the finished product parameters.

A new trend in ​ assessment of cellulose fiber properties, which is based on measuring the characteristics of individual fibers in the material structure, allows us to exercise a rather prompt control of quality of semi-finished products and their response to technological impact.

Basic fiber characteristics, such as strength directly in the material structure, geometrical dimensions and interfiber interactions, can be determined using Pulmac Zero-Span testers.

The authors carried out a comprehensive study to establish such correlations in the real process of bleached hardwood pulp production. For this purpose, we tested fiber samples at workflow points, including such operations as cooking, washing, sorting, all stages of bleaching and production of a marketable semi-finished product.

The correlation analysis also includes measurement data of structural and morphological parameters of fibers, obtained by an independent analysis method using Fiber Tester.

First of all, statistically significant linear pair correlation was established between the Kappa number on the one hand, and parameters of the fiber structure in the samples on the other.

9*

We found high coefficients ​​of pair correlation between the fiber parameters measured by Pulmac Zero-Span and Fiber Tester. The correlation analysis shows that the strength of individual fibers in the structure of hardwood pulp samples depends on the mean fiber length and width, increasing with fiber straightening and, conversely, declining with the growing number of sharp bends and fine fractions in the sample, i.e. with a higher degree of damage. Hence, in the first approximation we solved the problem of monitoring the changes in the properties formation of a semi-product during the manufacturing process.

Keywords: bleached hardwood sulphate pulp, fiber, strength, the Kappa number, structural and morphological properties, physical and mechanical characteristics.

REFERENCES

1. Cowan W.F. Testing Pulp Quality – an Alternative to Conventional Laboratory Evaluation. TAPPI Journal, vol. 77, no. 10, 1994, pp. 77–81.

2. Cowan W.F., Balint L. Zero-Span Tensile Testing for Better Papermaking Quality Control of Pulp. 6-th International Conference on New and Available Technologies. Stockholm, SPCI, 1999.

3. Fiserova M., Gigac J., Balbercak J. Relationship Between Fibre Characteristics and Tensile Strength of Hardwood and Softwood Kraft Pulps. Cellulose Chem. Technol., 2010, vol. 44, no 7–8, pp. 249–253.

4. T 231 pm-96 “Zero-Span Breaking Strenght of Pulp (Dry Zero-Span Tensile)”. TAPPI Test Methods. TAPPI PRESS, Atlanta, USA, 1996.

5. T 273 pm-95 “Zero-Span Breaking Strenght of Pulp”. TAPPI Test Methods.
TAPPI PRESS, Atlanta, USA, 1996.