Расчет параметров феноменологической модели деформирования целлюлозного материала по результатам измерений на автоматическом анализаторе волокна

УДК

676.017

DOI:

Аннотация

Рассмотрен разработанный метод прогнозирования деформационного поведения при растяжении сульфатной хвойной небеленой целлюлозы с использованием феноменологической модели на основе уравнения типичного тела с одним временем релаксации. Параметры модели рассчитаны по многофакторным уравнениям регрессии, связывающим свойства волокна и деформационные свойства целлюлозно-бумажного материала при растяжении образцов сульфатной хвойной небеленой целлюлозы производственного изготовления с различным содержанием лигнина (число Каппа 25,9...51,4) и степенью помола 14...40 °ШР.

В качестве входных данных использованы результаты измерений структурно-морфологических характеристик волокна на автоматическом анализаторе L&W FiberTester.

В процессе моделирования по уравнениям регрессии рассчитываются параметры модели деформирования и прогнозные значения плотности, толщины, деформации разрушения и разрушающего напряжения для выбранного образца, а также точки кривой «напряжение—деформация», выполняется математическая обработка модельной кривой и вычисляются характеристики деформативности. Результаты экспортируются в MS Excel для последующего анализа.

Представленный метод прогнозирования характеристик деформативности и прочности при растяжении для сульфатной хвойной небеленой целлюлозы с известными числом Каппа и степенью помола по данным о структурно-морфологических характеристиках волокна, полученных на автоматическом анализаторе L&W FiberTester, позволяет сократить время получения информации о деформационных свойствах целлюлозного материала до 20 мин без изготовления отливок и проведения испытаний.

Сведения об авторах

Т.Н. Манахова, асп.

Я.В. Казаков, канд. техн. наук

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

E-mail: TatiankaYa17@yandex.ru

Ключевые слова

сульфатная хвойная целлюлоза, деформационный характеристики, структурно-морфологические характеристики целлюлозных волокон, феноменологическая модель

Литература

1. Казаков Я.В., Комаров В.И. Математическая обработка кривых зависимости «напряжение–деформация», полученных при испытании целлюлозно-бумажных материалов на растяжение // Лесн. журн. 1995. №1. С. 109–114. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки // Лесн. вестник МГУЛ. 2000. №3 (12). С. 52–62.

3. Комаров В.И., Казаков Я.В. Использование феноменологической модели деформирования для прогнозирования деформативности сульфатной небеленой целлюлозы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2000. №5. С. 38–41.

4. Манахова Т.Н., Казаков Я.В. Изменение свойств волокон хвойной сульфатной небеленой целлюлозы в процессах производства // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы V Всерос. конф. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2012. С. 350–353.

5. Манахова Т.Н., Казаков Я.В. Оптимизация использования прочностного потенциала хвойного волокна в процессах производства // Современное оборудование и технологии изготовления бумажно-картонной продукции из макулатурного сырья. Производство гофрокартона и изготовление тары: материалы и доклады 13-й Междунар. науч-техн. конф. 23–25 мая 2012 г., Караваево. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2012. С. 75–83.

6. Пузырев А.С. Измерение качества бумаги и картона. М.: Лесн. пром-сть, 1966. 410 с.

7. Тюленева Е.М. Уточнение реологической модели древесины / Хвойные бореальной зоны. 2008. № 1–2. С. 179–183.

8. Свидетельство № 2013619256 РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа для прогнозирования деформационных характеристик целлюлозы по результатам анализа волокна (Prognoz) /. Казаков Я.В, Манахова Т.Н.; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет (RU). № 2013617338; заявл. 13.08.13; опубл. 30.09.13, Реестр программ для ЭВМ. 1 с.

9. Karlsson H. Fiber Guide. Fiber analysis and process applications in the pulp and paper industry. AB Lorentzen&Werrte. 2006. 120 p.

Ссылка на английскую версию:

Calculation of Phenomenological Model Parameters of Cellulose Material Deformation Based on the Data from Automated Analyzer

Calculation of Phenomenological Model Parameters of Cellulose Material Deformation Based on the Data from Automated Analyzer

T.N. Manakhova, Postgraduate Student

Ya.V. Kazakov, Ph.D. (Engineering)

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

E-mail: TatiankaYa17@yandex.ru

The paper presents a method developed to predict deformation tensile behaviour of unbleached softwood kraft pulp using a phenomenological model based on the equation of a typical body with a single relaxation time. The model parameters are calculated by multivariate regression analysis. The model links the properties of fiber and tensile deformation properties of pulp and paper material made of unbleached softwood industrial kraft pulp with different lignin content (the Kappa number 25.9 ... 51.4) and with refining degree of
14 ... 40 °SR .

As input data we used measurements of fiber structural-morphological characteristics taken by the automated analyzer L&W FiberTester.

During the simulation, parameters of the deformation model are calculated by regression equation. Predicted values of density, thickness, strain to failure, and failure stress for the selected sample are calculated. Then points of "stress-strain" curve are calculated, mathematical processing of the model curve is performed and characteristics of deformability are calculated. The results are exported to MS Excel for further analysis.

The presented method of predicting deformability and tensile strength for unbleached softwood kraft pulp with known Kappa number and degree of grinding allows us to reduce the time required to obtain data on the deformation properties of cellulose material to 20 minutes without having to make pulp handsheets or run any tests.

Keywords: unbleached softwood kraft pulp, deformation characteristics, structural and morphological characteristics of cellulose fiber, phenomenological model.

REFERENCES

1. Kazakov Ya.V., Komarov V.I. Matematicheskaya obrabotka krivykh zavisimosti "napryazhenie-deformatsiya", poluchennykh pri ispytanii tsellyulozno-bumazhnykh materialov na rastyazhenie [Mathematical Processing of the "Stress-Strain" Curves Obtained During Tension Testing of Pulp and Paper Materials]. Lesnoy zhurnal, 1995, no. 1, pp. 109–114.

2. Komarov V.I., Kazakov Ya.V. Analiz mekhanicheskogo povedeniya tsellyulozno-bumazhnykh materialov pri prilozhenii rastyagivayushchey nagruzki [Analysis of Mechanical Behavior of Pulp and Paper Materials at Tensile Load]. Lesnoy vestnik MGUL, 2000,
no. 3 (12), pp. 52–62.

3. Komarov V.I., Kazakov Ya.V. Ispol'zovanie fenomenologicheskoy modeli deformirovaniya dlya prognozirovaniya deformativnosti sul'fatnoy nebelenoy tsellyulozy [Phenomenological Model for Predicting Deformation of Unbleached Kraft Pulp]. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2000, no. 5, pp. 38–41.

4. Manakhova T.N., Kazakov Ya.V. Izmenenie svoystv volokon khvoynoy sul'fatnoy nebelenoy tsellyulozy v protsessakh proizvodstva [Changes in Fiber Properties of
Unbleached Softwood Sulphate Pulp During Production]. Novye dostizheniya v khimii i khimicheskoy tekhnologii rastitel'nogo syr'ya: materialy V Vserossiyskoy konf. [Latest Advances in Chemistry and Chemical Engineering of Plant Materials: Proc. 5th All-Russian Conf.]. Barnaul, 2012, pp. 350–353.

5. Manakhova T.N., Kazakov Ya.V. Optimizatsiya ispol'zovaniya prochnostnogo potentsiala khvoynogo volokna v protsessakh proizvodstva [Optimizing the Use of Strength Capacity of Coniferous Fibers in Production]. Sovremennoe oborudovanie i tekhnologii izgotovleniya bumazhno-kartonnoy produktsii iz makulaturnogo syr'ya. Proizvodstvo gofrokartona i izgotovlenie tary: Materialy i doklady 13-y Mezhdunar. nauch-tekhn. konf. [Modern Equipment and Technology of Paper and Paperboard Production from Waste Paper. Production of Corrugated Cardboard and Package: Proc. 13th Int. Sci. and Tech. Conf.].
23–25 May 2012, Karavaevo. Moscow, 2012, pp. 75–83.

6. Puzyrev A.S. Izmerenie kachestva bumagi i kartona [Measuring the Quality of
Paper and Paperboard]. Moscow, 1966. 410 p.

7. Tyuleneva E.M. Utochnenie reologicheskoy modeli drevesiny [Rheological Model of Wood Revisited]. Khvoynye boreal'noy zony, 2008, no. 1–2, pp. 179–183.

8. Kazakov Ya.V., Manakhova T.N. Programma dlya prognozirovaniya deformatsionnykh kharakteristik tsellyulozy po rezul'tatam analiza volokna (Prognoz) [Program for Prediction of Deformation Characteristics of Pulp by Fibers Analysis (Prognoz)]. Certificate of State Registration of Computer Software. Russian Federation, no. 2013619256.

9. Karlsson H. Fibre Guide. Fibre Analysis and Process Applications in the Pulp and Paper Industry. AB Lorentzen & Werrte, 2006. 120 p.