Характеристика полей локальной анизотропии структуры и деформационных свойств бумаги. С. 169-183

УДК

676.16.022.6.034

DOI:

10.37482/0536-1036-2025-3-169-183

Аннотация

Представлены результаты сравнительной оценки физико-механических характеристик упаковочной влагопрочной бумаги из хвойной и лиственной беленой целлюлоз. Неразрушающими и разрушающими методами выполнены измерения образцов бумаги 60 г/м2, размерами 120×120 мм, размеченных на квадраты 15×15 мм. Получены поля характеристик на локальных участках. Кроме толщины и неоднородности просвета с применением ИК-спектроскопии неразрушающего полного внутреннего отражения определены параметры локальной степени анизотропии и угла ориентации волокон. Установлены физико-механические показатели при испытании на растяжение образцов малой длины. Выявлено, что флокулы и промоины в листе бумаги, визуально выражающиеся в неоднородности просвета, вносят решающий вклад в наличие локальной неоднородности анизотропии и вариацию деформационных и прочностных характеристик бумаги. Вариация неоднородности просвета, измеренная на отдельных участках, превышает 11 % при вариации толщины не более 3 %. Коэффициент вариации деформационных характеристик в несколько раз больше коэффициента вариации для толщины образца и зависит от области деформирования, в которой измерены показатели. Анализ экспериментальных данных и их статистическая обработка позволили получить визуальное представление о распределении локальных характеристик структуры, а также деформационных и прочностных свойств. По гистограммам распределения и полям локальной анизотропии структуры и деформационных свойств бумаги установлена очень высокая вариация параметров структуры и преобладание участков с пониженной анизотропией по сравнению с участками с большой анизотропией. Обнаружено соответствие полей локальных прочностных характеристик: максимальное напряжение, удлинение до максимальной нагрузки и работа разрушения. Показано, что вариация механических характеристик увеличивается при переходе от упругой зоны деформирования к зоне разрушения и максимальна для параметров, интегрально описывающих деформационные и прочностные свойства, таких как работа разрушения.

Сведения об авторах

М.М. Лысаченкова, аспирант; ORCID: https://orcid.org/0009-0003-1155-0032
Я.В. Казаков*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: J-4634-2012,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8505-5841
Д.Г. Чухчин, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: O-9487-2015,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3250-8469

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; m.lisachenkova@narfu.ru, j.kazakov@narfu.ru*, d.chuhchin@narfu.ru

Ключевые слова

бумага, структура, анизотропия, деформационные свойства, ориентация волокна, вариация свойств

Для цитирования

Лысаченкова М.М., Казаков Я.В., Чухчин Д.Г. Характеристика полей локальной анизотропии структуры и деформационных свойств бумаги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 3. С. 169–183. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-3-169-183

Литература

1. Абрамова В.В., Гурьев А.В. Оценка равномерности формования макроструктуры офисной бумаги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. No 4. С. 172–186. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.4.172Продолжение рис. 4
2. Базарнова Н.Г., Карпова Е.В., Катраков И.Б., Маркин В.И., Микушина И.В., Ольхов Ю.А., Худенко С.В. Методы исследования древесины и ее производных. Барнаул: Алтайск. гос. ун-т, 2002. 160 с.
3. Беляев О.С., Казаков Я.В. Использование неразрушающих методов контроля качества крафт-лайнера // Изв. вузов. Лесн. журн. 2016. No 3. С. 157–170. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2016.3.157
4. Галактионов Б.В., Иванова Е.И., Сырников Ю.П., Ферсман И.А., Царев Н.Н. Объективная оценка просвета бумаги // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 1995. No 3. С. 117–131.
5. Герасюта С.М., Смолин А.С., Иванова Е.И., Каневская В.С. Исследование коэффициента вариации и среднего размера неоднородности для различных типов бумаги на анализаторе просвета АП-2 // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2016. Вып. 217. С. 238–247. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2016.217.238-247
6. Гисматулина Ю.А., Будаева В.В. Сравнение целлюлоз, выделенных из мискантуса, с хлопковой целлюлозой методом ИК-Фурье спектроскопии // Ползуновский вестн. 2014. No 3. С. 177–181.
7. Деркачева О.Ю. Анализ ИК-спектров отражения исторических бумаг // Фотография. Изображение. Документ. 2013. No 4 (4). С. 23–31.
8. Деркачева О.Ю. Определение структуры волокон целлюлозы по инфра-красным спектрам отражения бумаги // Жур. прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, No 6. С. 947–953. https://doi.org/10.1007/s10812-015-0047-6
9. Деркачева О.Ю., Сухов Д.А., Хейфец Д.М. Молекулярная спектроскопия как основа экспертной системы различных типов бумаги // Фотография. Изображение. Документ. 2011. No 2 (2). С. 66–71.
10. Дулькин Д.А., Блинова Л.А., Блинушова О.Н. Изменение надмолекулярной структуры волокнистых полуфабрикатов из древесины в процессе размола // Химия растит. сырья. 2007. No 1. С. 75–83.
11. Инфракрасная спектроскопия полимеров / пер. с нем., под ред. Э.Ф. Олейника. М.: Химия, 1976. 472 с.
12. Казаков Я.В., Зеленова С.В., Комаров В.И. Влияние неоднородности структуры на характеристики жесткости картонов-лайнеров // Изв. вузов. Лесн. журн. 2007. No 3. С. 110–121.
13. Лысаченкова М.М., Казаков Я.В., Чухчин Д.Г. Неразрушающий контроль локальной неоднородности структуры бумаги // Актуальные проблемы развития лесного комплекса»: материалы XIX Междунар. науч.-техн. конф. Вологда: ВоГУ, 2021. С. 330–334.
14. Окулова Е.О., Гурьев А.В., Холмова М.А. Оценка соотношения волокон осины и березы в целлюлозных полуфабрикатах методом ИК-Фурье-спектроскопии // Системы. Методы. Технологии. 2021. No 3 (51). С. 122–128. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-3-122-128
15. Поташева А.Н. Влияние анизотропии структуры на неоднородность деформирования целлюлозно-бумажных материалов: дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2020. 220 с.
16. Св. No 2001610526 РФ. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программное обеспечение лабораторного испытательного комплекса для оценки деформативности и прочности целлюлозно-бумажных материалов (KOMPLEX): No 2001610250: заявл. 11.03.2001: опубл. 10.05.2001 / Я.В. Казаков, В.И. Комаров; заявитель и правообладатель ГОУ ВПО АГТУ.
17. Св. No 2012612685 РФ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа для количественной оценки неоднородности структуры бумаги на просвет (Анализатор формования): No 2012610587: заявл. 02.02.2012: опубл. 15.03.2012 / Я.В. Казаков, В.В. Абрамова; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВПО САФУ.
18. Св. No 2018661852. РФ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа для корреляционного анализа серий ИК-спектров: No 2018616255: заявл. 19.06.2018: опубл. 20.08.2018 / Д.Г. Чухчин; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО САФУ.
19. Смолин А.С., Аксельрод Г.З. Технология формования бумаги и картона. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 120 с.
20. Шипина О.Т., Гараева М.Р., Александров А.А. ИК-спектроскопческие исследования целлюлозы из травянистых растений // Вестн. Казанск. Технол. ун-та. 2009. No 6. С. 148–152.
21. Acquah G.E., Via B.K., Fasina O.O., Eckhardt L.G. Rapid Quantitative Analysis of Forest Biomass Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Partial Least Squares Regression. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2016, vol. 2016, art. no. 1839598. https://doi.org/10.1155/2016/1839598
22. Chen H., Ferrari C., Angiuli M., Yao J., Raspi C., Bramanti E. Qualitative and Quantitative Analysis of Wood Samples by Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Multivariate Analysis. Carbohydrate Polymers, 2010, vol. 82, iss. 3, pp. 772–778. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.05.052
23. Downes G.M., Meder R., Bond H., Ebdon N., Hicks C., Harwood C. Measurement of Cellulose Content, Kraft Pulp Yield and Basic Density in Eucalypt Woodmeal Using Multisite and Multispecies near Infra-Red Spectroscopic Calibrations. Southern Forests: A Journal of Forest Science, 2011, vol. 73, iss. 3–4, pp.181–186. https://doi.org/10.2989/20702620.2011.639489
24. Kazakov Ya., Romanova A., Chukhchin D. The Use of ATR-IR Spectroscopy to Determine the Anisotropy Parameters of the Structure of Materials Based on Plant Fibers. Progress in Paper Physics Seminar PPPS 2020. Finland, Jyväskylä, VTT Technology 378, 2020, pp. 61–66. https://doi.org/10.32040/2242-122X.2020.T378
25. Le Moigne N., Jardeby K., Navard P. Structural Changes and Alkaline Solubility of Wood Cellulose Fibers after Enzymatic Peeling Treatment. Carbohydrate Polymers, 2010, vol. 79, iss. 2, pp. 325–332. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.08.009
26. Poke F.S., Raymond C.A. Predicting Extractives, Lignin, and Cellulose Contents Using Near Infrared Spectroscopy on Solid Wood in Eucalyptus globulus. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2006, vol. 26, iss. 2, pp. 187–199. https://doi.org/10.1080/02773810600732708
27. Sandak A., Sandak J., Prądzyński W., Zborowska M., Negri M. Near Infrared Spectroscopy as a Tool for Characterization of Wood Surface. Folia Forestalia Polonica, 2009, series B, iss. 40, pp. 31–40.
28. Skoglund A., Kessler W., Kessler R.W., Brundin A., Mandenius C.-F. On-line Spectroscopic Measurements of Wood Chips before a Continuous Digester. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2004, vol. 70, iss. 2, pp. 129–135. https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2003.11.007
29. Tsuchikawa S., Kobori H. A Review of Recent Application of Near Infrared Spectroscopy to Wood Science and Technology. Journal of Wood Science, 2015, vol. 61, pp. 213– 220. https://doi.org/10.1007/s10086-015-1467-x