Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРИЛОЖЕНИИ РАСТЯГИВАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ

В.И. КОМАРОВ, доктор технических наук, профессор;

Я.В. КАЗАКОВ, кандидат технических наук, Архангельский государственный технический университет

Широкое использование бумаги, картона и изделий из них в разных отраслях промышленности во многом обусловлено их механическими свойствами. Деформация и разрушение материалов под действием приложенных сил - это основные явления, определяющие механическое поведение материалов. O.I. Kallmes, D.X. Page, I. Skow-ronski, Van den Akker, J. Clark, Кадоя, Э.Л. Аким, Б.П. Ерыхов, В.И. Киприанов и другие показали сложность явлений, обусловливающих механические свойства целлюлозно-бумажных материалов. Необходимо отметить, что наши представления о механизмах деформирования и разрушения целлюлозно-бумажных материалов все еще отстают от современных представлений, существующих в области деформативности и прочности металлов, полимеров или композитов, в которой достигнут наиболее значительный прогресс.

Существующие в отрасли методы испытаний во многих случаях не позволяют достаточно полно оценить соответствие целлюлозно-бумажной продукции её назначению. При оценке качества целлюлозно-бумажных материалов важным эквивалентным испытанием считается испытание на растяжение [1]. Отечественный стандарт допускает определение прочности по трём различным характеристикам: разрушающему усилию Р, разрывной длине L и пределу прочности при растяжении (точнее, разрушающему напряжению) стр. В России эти характеристики получают при испытании материала на разрывных машинах маятникового типа (РБ, РМБ), конструкция которых была запатентована в начале XX в., т. е. к настоящему времени морально устарела. Кро-

ме того, по данным литературы, стандартные характеристики прочности целлюлозно-бумажных материалов обладают рядом недостатков. Наиболее серьезный из них - невозможность использования для прогнозирования качества [2].

Кривая зависимости напряжение-деформация («а-Е»), получаемая путем обработки индикаторной диаграммы нагрузка - удлинение («Р-Д1») при статических испытаниях на растяжение, позволяет оценить сам процесс деформирования и, являясь интегральной характеристикой механических свойств, широко применяется в материаловедении. Получить такую диаграмму при испытаниях целлюлозно-бумажных материалов можно на разрывных машинах, оснащенных устройством для регистрации изменения нагрузки и деформации образца в процессе испытания.

При приложении растягивающей нагрузки в капиллярно-пористом материале (образцы технической целлюлозы, бумаги и картона) наблюдается несколько стадий развития деформаций, предшествующих окончательному разрушению (рис. 1): упругая, замедленно-упругая и деформация в области предразрушения, происходящая в условиях интенсификации процессов разрушения и заканчивающаяся разделением образца на части.

График зависимости напряжение-деформация во многих случаях труден для математического описания. Его начальная часть является прямой, которая при возрастании напряжения переходит в кривую. Для определения характеристики модуль упругости Е в основном используют три способа (рис. 2). Первый заключается в нахождении

Рис.1. Зависимость напряжение-деформация для целлюлозно-бумажного материала: 0-1 - упругая зона; 1 -2 - замедленно-упругая зона; 2-3 - зона предразрушения, характеризуемая развитием пластических деформаций; Э -точка, усредненно характеризующая замедленно-упругую зону

начального модуля упругости через тангенс угла, (Е1 = щ), второй - в определении секущего модуля упругости, или модуля общей деформации (Еод = tg «2), третий - в получении модуля упругости для выбранной точки на кривой, или текущего модуля упругости (Ет = аз).

Использование зависимости напря-жение-деформация для оценки качества цел-люлозно-бумажных материалов даёт возможность количественной оценки различных видов деформации в испытуемом материале, а исследование их соотношений представляется важным для изучения закономерностей деформирования, для оптимизации технологий с целью производства материалов с заданной деформативностью, а также для проектирования новых видов материалов [3].

Анализ зарубежных данных показывает, что в настоящее время для испытаний на растяжение с получением характеристик - прочности на разрыв, удлинения при разрыве, поглощение энергии при растяжении, жесткости при растяжении используется настольная разрывная машина, по каталогу фирмы «Ьогег^еп & Wettre», имеющая код «8Е 060». Этот прибор включен в стан-

<J||

Рис.2. Способы определения модуля упругости для нелинейно-упругих тел

дарты: APPITA/AS 1301.448; BS 4415; CPPAD.34; DIN 53112; ISO 1924/2; SCAN P38; TAPPI T494. Испытания на этом приборе регламентируется в стандартах на печатные виды бумаги, на упаковочные и крафт бумаги, на крафтлайнер и флютинг [4].

Таким образом, предприятия и научно-исследовательские организации целлюлозно-бумажной промышленности России нуждаются в современной технологии проведения испытания на растяжение. Особо остро этот вопрос встанет с приходом к сертификации продукции в соответствии с ISO 9001. Однако, высокая стоимость приборов фирм «Lorentzen & Wettre», «Messmer Büchel», является препятствием их для широкого использования.

В ноябре 1998 г. на предприятии "ТОЧПРИБОР" г. Иваново выпущен головной образец лабораторного испытательного комплекса, включающего разрывную машину ИП5158-0,5Б и ПЭВМ, (рис.3). Разрывная машина изготовлена по техническому заданию, разработанному на кафедре технологии ЦБП Архангельского ГТУ. Машина установлена и функционирует в лаборатории кафедры ТЦБП АГТУ.

Рис.3. Лабораторный испытательный комплекс в составе разрывной машины ИГО 158-0,5Б и ПЭВМ

Машина ИП5158-0,5Б предназначена для определения деформационных и прочностных характеристик образцов целлюлозы, бумаги и картона, и имеет следующие технические характеристики:

- тип силоизмерителя - тензорезисторный;

- диапазон измерения нагрузки: 0...500 Н;

- пределы допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки - ±1 % от измеряемой нагрузки;

- скорость перемещения активного захвата - в пределах 1.. .500 мм/мин;

- отклонение скорости от установленного значения, не более ±5 %;

- цена деления при измерении удлинения -1 мкм;

- комплект зажимов обеспечивает испытания образцов с шириной до 50 мм.

- расстояние между зажимами регулируется и обеспечивает установку значений: 10±1 мм; 40±1 мм; 100±1 мм; 180± 1 мм и промежуточных;

- машина оснащена портом для вывода информации на ПЭВМ (интерфейс ЯБ 232С);

- потребляемая мощность, не более 0,2 кВт;

- габаритные размеры машины - длина 650 мм; ширина 500 мм; высота 820 мм;

- масса машины - 106 кг.

Данная разрывная машина обеспечивает: 1) регистрацию изменения нагрузки и удлинения в процессе испытания; 2) математическую обработку результатов испытаний и выдачу на дисплей следующей информации: разрушающая нагрузка в Н; среднее арифметическое значение разрушающей нагрузки ряда испытаний в Н; предел прочности при растяжении (а) в МПа; относительное удлинение при растяжении (е) в процентах.

Машина обеспечивает возможность проведения испытаний в режимах: растяжение с постоянной скоростью до разрушения образца; растяжение до заданной нагрузки; растяжение до заданного удлинения; циклическое нагружение до заданной нагрузки; циклическое нагружение до заданного удлинения.

Программное обеспечение испытательного комплекса включает программное обеспечение микропроцессорного блока разрывной машины, и программное обеспечение для математической обработки кривой зависимости напряжение-деформация на ПЭВМ.

Микропроцессорный блок системы измерения, управления и регистрации машины обеспечивает:

- установку первоначального положения активного захвата перед проведением серии испытаний;

- ввод данных, определяющих режим испытания;

- ввод данных по видам испытания;

- указание критерия прекращения испытания;

- выбор способа возврата подвижной траверсы в исходное положение;

- автоматическую установку фиксированного расстояния между захватами;

- ввод данных, характеризующих испытываемый образец и его размеры (длина, ширина, толщина);

- ввод количества испытаний в серии (до 10 испытаний);

- ввод величины времени на проведение единичного испытания для оптимального использования оперативной памяти системы;

- ввод предварительной нагрузки;

- индикацию текущих значений нагрузки, перемещения активного захвата;

- автоматическую коррекцию показаний перемещения активного захвата с учетом податливости машины;

- индикацию текущего состояния привода (стоп, вверх, вниз);

- изменение скорости перемещения активного захвата в процессе испытания;

- индикацию значений величин, полученных в результате испытания (наибольшая нагрузка, достигнутая при испытании, деформация, соответствующая наибольшей нагрузке, нагрузка разрушения и т. д.);

- просмотр любого единичного результата испытания в серии испытаний;

- индикацию средних значений величин, полученных в результате серии испытаний;

- индикацию средней относительной ошибки измерения величин, полученных в результате серии испытаний;

- исключение некорректного результата из статистической обработки результатов серии испытаний;

- просмотр массивов данных, записанных в ходе испытания (массива текущих значений нагрузки, массива текущих значений перемещения активного захвата);

- вывод информации на 1ВМ-совместимый компьютер и печать;

- сохранение в энергонезависимой памяти системы показаний датчика перемещения активного захвата, вида испытания, данных, характеризующих испытываемый образец.

При подготовке к испытанию система измерения, управления и регистрации машины работает в диалоговом режиме, при этом информация, включая вопросы к оператору, высвечивается на буквенно-цифровом экране. Программное обеспечение разработано в КБ "ТОЧПРИБОР".

Программное обеспечение машины ИП 5158-0,5-Б позволяет передавать информацию о данных образца и результатах испытания в порт СОМ-2 персонального ком-

пьютера или на EPSON-совместимый матричный принтер. Передаются: параметры образца, условия испытаний, а также массив точек (сила, Н- перемещение, мм), точки массива записываются с интервалом от 20 мс.

Программное обеспечение для математической обработки на ПЭВМ экспериментальных кривых нагрузка-удлинение разработано на кафедре технологии ЦБП АГТУ. Разработаны DOS и Windows - варианты программы. Основные положения математического подхода, использованные в разработке алгоритм-программы приводятся ниже [5].

Ход кривой зависимости «a-s» зависит от структуры материала и изменений в структуре, вызванных возрастающим силовым полем. При этом кривая, фиксирующая процесс разрушения, имеет во многих случаях характер, трудный для математического описания в виде зависимости a = f(s) [2, 3, 5]. Вид этой кривой в сильной степени зависит от вида и композиции по волокну целлюлозно-бумажного материала, степени и направления ориентации волокна, массы 1 м2, степени помола, используемых наполнителей и химикатов и т. д. В связи с достаточно высокой неоднородностью структуры целлюлозно-бумажных материалов, ход кривых зависимости напряжение-деформация может существенно изменяться для параллельных образцов одной выборки.

Каждый испытуемый образец характеризуется длиной (1), шириной (Ь) и усредненной по измерениям в нескольких точках толщиной (5). После проведения испытания каждого образца с машины ИП 5158-0,5-Б, через интерфейс RS-232, передаётся информация о данных образца и результатах испытания в порт СОМ-2 ПЭВМ. Принятые данные- параметры образца, условия испытаний, а также массив до 1 ООО точек, снятых с интервалом 20 мс (сила, H - перемещение, мм), сохраняются в файле на магнитном диске, и могут быть распечатаны на принтере (табл. 1). Данные выводятся в виде графика (рис. 4). Предоставляется возможность

научно-образовательная ассоциация лесного комплеса российской федерации

просмотра: кривых для каждого из испытанных параллельных образцов; всех кривых на одном графике, рис. 5; проведения исключения выпадающих точек и проведения повторных испытаний.

При выполнении математической обработки на ПЭВМ экспериментальных кривых нагрузка-удлинение, полученных при параллельных испытаниях, производится: сглаживание кривых методом скользящей средней; построение, по методике Мериди-та [5], средней кривой (рис. 6); автоматическое, с возможностью ручной корректировки, выделение начального и конечного прямолинейных участков; вычисление модулей упругости начального (ЕО и в области пред-разрушения (Ег); а также определение характерных точек зависимости напряжение-деформация: предел упругости (1); эффективная точка (Э); точка начала пластических деформаций (П); точка начала дополнительной вытяжки (В); точка разрушения образца (Р) (рис. 7).

В каждой характерной точке рассчитываются характеристики: усилие (Р), Н; напряжение (а), МПа; деформация (е), %; работа (А), мДж; текущий модуль упругости (Е), МПа; модуль общей деформации (Еод), МПа; время релаксации напряжения (п), сек.

Для начального и конечного прямолинейных участков диаграммы, определяются коэффициенты уравнений прямых. Абсциссу эффективной точки (еэ) и ординату точки начала пластических деформаций (ап) определяют совместным решением линейных уравнений для первого и третьего участков. Эффективное напряжение стэ и деформация в точке начала пластичности (бп) вычисляются интерполяцией точек сглаженной экспериментальной кривой. Текущие модули Е, вычисляются как первая производная для кривой в точке к Работа А; вычисляется интегрированием полученной зависимости «Р-Д1» с применением численных методов (был использован метод трапеций).

Результаты расчетов представляются в виде таблиц и графиков и выводятся на экран монитора с предоставлением возможно-

сти вывода на печать в порядке, определяемом пользователем. Предоставляется возможность распечатки результатов расчетов на принтере и вывода их в текстовый файл ANSI. В одной таблице (табл. 2) приводятся величины деформационных и прочностных характеристик в каждой характерной точке кривой зависимости "с-б"; величины этих же характеристик в процентах от разрушающих значений; и относительный вклад упругой, замедленно-упругой и пластической составляющих в общую деформацию и работу разрушения. Во второй таблице (табл. 3) приводятся данные, отражающие кинетику изменения прочностных и деформационных характеристик в процессе испытания через каждые 0,05 мм удлинения. Формат таблицы позволяет использовать данные из нее в табличном процессоре Excell для сопоставления кривых зависимости "ст-е" разных целлюлозно-бумажных материалов.

Испытания и обработка серии 5 параллельных определений занимает около 10 минут и позволяет получить распечатку, содержащую до 50 характеристик и результаты статистической обработки экспериментальных данных. Хранение данных на магнитном диске позволяет произвести повторные вычисления.

В последнее время у зарубежных производителей бумаги растет интерес к оценке качества целлюлозно-бумажных материалов с позиций механики разрушения и в частности к оценке структуры бумаги и картона (ее трещиностойкости) с помощью энергетической характеристики - J-интеграла. Экспериментальное определение величины J-интеграла основано на получении и дальнейшей обработке кривых зависимости «Р-Д1» и «а-е». Проведенные экспериментальные исследования показали, что разработанные нами методики могут быть успешно использованы для расчета величины J-интеграла - характеристики, оценивающей структуру материала, содержащего трещину вне линейно-упругой области [6].

Данный лабораторный испытательный комплекс отвечает современным требованиям, позволяет проводить испытания целлюлозно-бумажных материалов на растяжение в различных режимах и является уникальным в России и странах СНГ. Программное обеспечение позволяет получить широкий спектр характеристик деформативности и прочности.

Разработанная на кафедре ТЦБП методика комплексной оценки физико-механических свойств материала на основе обработки кривой зависимости «напряжение-деформация» с помощью ЭВМ может быть использована с большей эффективностью, по сравнению с традиционными методами, для оценки качества целлюлозно-бумажных материалов.

Данные, передаваемые в ПЭВМ

Всего передано байт - 819 Номер образца в серии - 4 Максимальная нагрузка, Н - 76,98 Ширина образца, мм - 15,00 Скорость испытания, мм/мин - 50 Количество точек - 98

Таблица 1

испытания каждого образца

Вид испытания - 0 - растяжение Длина образца, мм - 100,00 Удлинение до мах нагрузки,мм* 1,269 Толщина образца, мкм - 85 Интервал записи данных, мс - 20

N X, сек Р,Н с!Ь,мм N 1,сек Р,Н с!Ь,мм

1 0,00 2,63 0,000 50 0,98 49,42 0,651

2 0,02 2,85 0,004 51 1,00 50,24 0,665

3 0,04 2,77 0,020 52 1,02 51,67 0,679

4 0,06 2,48 0,035 53 1,04 52,55 0,694

5 0,08 2,82 0,052 54 1,06 53,19 0,704

6 0,10 4,14 0,069 55 1,08 53,30 0,716

7 0,12 5,00 0,086 56 1,10 53,91 0,729

8 0,14 6,29 0,093 57 1,12 54,92 0,744

9 0,16 6,99 0,104 58 1,14 55,81 0,759

10 0,1 7,85 0,120 59 1,16 57,14 0,770

11 0,20 8,63 0,134 60 1,18 57,66 0,783

12 0,22 9,90 0,147 61 1,20 58,36 0,798

13 0,24 10,55 0,162 62 1,22 58,70 0,812

14 0,26 11,65 0,175 63 1,24 59,86 0,826

15 0,28 12,88 0,189 64 1,26 60,64 0,83

16 0,30 14,49 0,203 65 1,28 60,97 0,85

17 0,32 15,74 0,219 66 1,30 61,54 0,86

18 0,34 16,60 0,229 67 1,32 62,67 0,882

19 0,36 17,89 0,241 68 1,34 62,67 0,895

20 0,38 18,38 0,255 69 1,36 63,13 0,909

21 0,40 19,87 0,267 70 1,38 63,83 0,924

22 0,42 21,53 0,280 71 1,40 64,52 0,936

23 0,44 22,38 0,291 72 1,42 65,18 0,949

24 0,46 23,49 0,302 73 1,44 66,37 0,964

25 0,48 25,02 0,316 74 1,46 66,64 0,977

26 0,50 25,53 0,329 75 1,48 66,94 0,991

27 0,52 26,08 0,343 76 1,50 67,47 1,004

28 0,54 27,52 0,357 77 1,52 67,38 1,019

29 0,56 28,71 0,373 78 1,54 68,26 1,033

30 0,58 29,27 0,383 79 1,56 68,89 1,047

31 0,60 30,08 0,396 80 1,58 69,58 1,062

32 0,62 30,95 0,408 81 1,60 69,46 1,076

33 0,64 32,34 0,422 82 1,62 70,09 1,091

Продолжение табл. 1

N t,ceK Р,Н dL,MM N t,ceK Р,Н dL,MM

34 0,66 34,00 0,437 83 1,64 70,71 1,103

35 0,68 34,58 0,449 84 1,66 71,72 1,118

36 0,70 34,97 0,462 85 1,68 72,07 1,131

37 0,72 36,00 0,476 86 1,70 73,07 1,146

38 0,74 37,21 0,48 87 1,72 73,63 1,159

39 0,76 38,01 0,502 88 1,74 73,66 1,173

40 0,78 38,87 0,517 89 1,76 73,77 1,186

41 0,80 39,87 0,533 90 1,78 73,74 1,201

42 0,82 41,76 0,543 91 1,80 73,69 1,214

43 0,84 42,79 0,557 92 1,82 74,36 1,228

44 0,86 43,40 0,571 93 1,84 75,28 1,241

45 0,88 44,05 0,584 94 1,86 76,24 1,257

46 0,90 44,67 0,599 95 1,88 76,98 1,269

47 0,92 46,47 0,611 96 1,90 76,49 1,284

48 0,94 47,10 0,624 97 1,92 65,38 1,300

49 0,96 47,82 0,638 98 1,94 13,60 1,313

Лабораторный испытательным комплекс

3?*йл Пи(1<>.<кч в

Marrepuao J Мешочная бумага, CD

• Данные д*я серии ойразцов

Ргммещы <xW:».a. мм Цп,»и |100 jtj Шит»*« jlb j

. кероетв р«т лгетт. Igjj— мм/иж '

Кошмеггьо овг^иог-

SC4VUH

FU

nesh-:d rU

Файтоммньми

СсгАыяъ | .j^cpyjurb |

P. H

к>.г

Данный no образцу

i'I

Номер образда |3 j>j

Текшим, мкм foe

Массе мг |36

. JS? 'бЁоа^цьслытж

|1<лыгыь| .larwctfrbj ОчмсгниЛ

ш

1.1 0.0П

0,6-4

. -Щ Расчет | Щ i Х..1 гг:| jgiv.^.1..._,[ ¡¿J Ср. ras=h-cd d-'it Флйпи .мопен ' Kwrr.a PAC4L Т -1 оюч г acre»)

1.38

111

/ X1 л/*------ — — - — " — ™

J /

j

2,07

1 »"i

?,7r.

г«,

'Л!..

4.13

Дёыиц |

ним

, INS

Рис.4. Экспериментальная кривая «Р-Д1»

¿3) Лабораторный испьл <±i ельмый комплекс

Подсказка

j' ** - <-оя бумага, CP

Я11! 13

fljWWrfW дщ СбфММ t^pflititOB

FU

Сх^ость растяжении, j^-g

FU

KoflmefCTDC обмэиов • ctpu

fneahcddsft

I Ve^'.l >-«'.1

Ддцчлр |щ OftfMKHty "*

Нонороврмнв fi Ü Tortuw-WKM |вь—Ц Маем,**- |"jr. Ü

P 'll't.H ■ .«.'Vit, ,

; ^ciwrafej' .Записал j w i и |

57.39

CT Mfla

«.04

28.63

14.35

1 2345 1 1 1 1 1 А , ¡г* ffr Í

г 1

ООО 0.68 1.37 г,(й 2.73 3.42 e Х4-*0

gr Рлп»г | К TtfütBM^^Myww^wal, . éfó^bylv ? Афу» | f] В**-«« 1

wsh-cc! dat , Ч> «Чп пмранвн Дапес - бдат провод она средняя кривая

Рис.5.Экспериментальные кривые зависимости «а-е» для всех параллельных образцов

^Лабораторный испытательный комплекс:

£«йл Подсказка МаапцЛмм |Мешочнач бу!- ига LÜ ДМММ АЯЯ СвфМЯС

Размеры wSpa 4ЦЭ, мм Длина Jion S] ширина |'г-> ¿j £*яроС1ьрасгяжм-»,а jWJ

. количество образное VJ

4>tíu¡ с данньп-м

1 •• „4 .

ittttKddA

I

Данные nt> odpasas

Номер обронил р 3

i i í S-f ¿fc:-íS-

Тпяшмиа, мкм f"b

f? ырнли. и.лыг«к tleiw<rw»|

i

57,39

cr

МП«

43.04

УвЬЧ

14 Э5

00 _ QCO

■ '

..........................ШШ

es

ШйШ

1 2 Т 4 >1 • • - I fattSPQbf**'^ i вЛЙГ,// 1 1 . i i

i i i i i i < i i i < i i i i i i i

i i i i • • i i i i i t i t i •

F i t i i i i i 1 1 t 1 1 a i

.i^i-cddai

06H 1,3/ 2.05 ¿,73 3,42

' 1".........ГчимТ-'

с

j

определение Él

Г ' INS

Рис. 6. Экспериментальная и средняя кривые зависимости «а-е» в процессе математической обработки

* Лабораторным истл.нот.мый иомтюкс

."Рейд Пааекаак»

М«ГМ>№и( [Мыли)*ыч а. 1.0

Лонные Аля сорим образна«

Раамчеы ойг+ьца »с |

(.■щрость раепмимя 17^"—Я

Ко шчястпи «прямое р—зл в серии •

ФаАпг.демкм 1М?аЬ-сЛг1э>

Со л'.«'* > | СК'дгрч Фп.. |

МПл

Дммне )Ю

Нимц> обгчюи* Толщине, мхм

Мясса. и-

■ . '. | 11

13

I «вжи^) I

11»>) Ы Дм »ай I ющдаёи Чщрвааяишс

057 1.М 171 2Л

. .л | : I ■ т. ■ } Уочьицлшпч | ¿¡^ П®*«

чр>|" Иажмиги кит» в РЕЗУЛЬТАТЫ___~___

Рис.7. Результат математической обработки кривой зависимости напряжение-деформация

Данные математиче

Мешочная бумага, СБ; длина образцов - 100,0 мм; ширина образцов - 15,0 мм; скорость испытания - 50 мм/мин; испытано образцов - 5;

Таблица 2

ской обработки

данные записаны в файле - mesh-cd.dat; средняя толщина образца - 85,0 мм; разрывная длина - 7050 м; плотность - 0,737 г/см3

Величины характеристик в точках кривой

Характеристика Ед. изм. 1 Э П В Р

Р Н 15,66 35,48 43,90 57,06 66,27

Напр. МПа 12,28 27,83 34,43 44,75 51,98

Удлин. мм 0,358 0,978 1,398 2,446 3,430

Дефор. % 0,36 0,98 1,40 2,45 3,43

Работа мДж 2,8 18,8 35,9 89,3 149,1

Е1 МПа 3521 1846 1348 772 716

Еод МПа 3429 2845 2463 1829 1516

п сек - 20,3 16,2 13,2 12,1

Величины характеристик в точках кривой в % от величины в точке разрушения

Характеристика 1 Э П В Р

Р 23,6 53,5 66,2 86,1 100,0

Напр. 23,6 53,5 66,2 86,1 100,0

Удлин. 10,4 28,5 40,8 71,3 100,0

Дефор. 10,4 28,5 40,8 71,3 100,0

Работа 1,9 12,6 24,1 59,9 100,0

Ш 492,1 258,0 188,4 107,9 100,0

Еод 226,3 187,7 162,5 120,7 100,0

п - 166,9 133,4 108,3 100,0

Составляющие общей деформации и работы, %

Зоны Деформация Работа

Упругая 10,4 1,9

Зам. упр. 60,9 58,0

Пластин. 28,7 40,1

Таблица 3

Кинетика изменения величин характеристик, рассчитанных при обработке средней кривой зависимости напряжение-деформация

Текущие характеристики средней кривой Мешочная бумага, СР Толщина образца, мкм ; 85,0

№ (11, мм Р,Н Дефор., % Напр., МПА А, мДж Е1, МПа ЕОД, МПа

2 0,050 2,24 0,050 1,76 0,056 3521,0 3521,0

3 0,100 4,49 0,100 3,52 0,224 3521,0 3521,0

4 0,150 6,73 0,150 5,28 0,505 3521,0 3521,0

5 0,200 8,92 0,200 7,00 0,896 3434,7 3499,4

6 0,250 11,07 0,250 8,68 1,396 3369,7 3473,5

7 0,300 13,22 0,300 10,37 2,004 3369,7 3456,2

8 0,350 15,34 0,350 12,03 2,718 3327,3 3437,8

9 0,400 17,30 0,400 13,57 3,534 3069,0 3391,7

10 0,450 19,25 0,450 15,10 4,447 3069,0 3355,8

11 0,500 21,21 0,500 16,64 5,459 3069,0 3327,1

12 0,550 22,99 0,550 18,03 6,564 2784,3 3277,8

13 0,600 24,69 0,600 19,36 7,756 2668,7 3227,0

14 0,650 26,39 0,650 20,70 9,033 2668,7 3184,1

15 0,700 28,02 0,700 21,97 10,393 2552,6 3139,0

16 0,750 29,45 0,750 23,10 11,829 2256,4 3080,1

17 0,800 30,89 0,800 24,23 13,338 2256,4 3028,7

18 0,850 32,33 0,850 25,36 14,919 2256,4 2983,2

19 0,900 33,58 0,900 26,34 16,566 1960,8 2926,4

20 0,950 34,80 0,950 27,29 18,276 1909,4 2872,9

21 1,000 36,02 1,000 28,25 20,046 1909,4 2824,7

22 1,050 37,16 1,050 29,15 21,876 1797,8 2775,8

23 1,100 38,21 1,100 29,97 23,760 1645,2 2724,4

24 1,150 39,26 1,150 30,79 25,697 1645,2 2677,5

25 1,200 40,31 1,200 31,61 27,686 1645,2 2634,5

26 1,250 41,23 1,250 32,34 29,724 1445,7 2586,9

27 1,300 42,15 1,300 33,06 31,809 1444,3 2543,0

28 1,350 43,07 1,350 33,78 33,939 1444,3 2502,3

29 1,400 43,93 1,400 34,46 36,114 1353,2 2461,3

30 1,450 44,75 1,450 35,10 38,332 1282,5 2420,6

31 1,500 45,57 1,500 35,74 40,590 1282,5 2382,7

32 1,550 46,37 1,550 36,37 42,888 1263,5 2346,6

33 1,600 47,10 1,600 36,94 45,225 1140,2 2308,9

34 1,650 47,83 1,650 37,51 47,598 1140,2 2273,5

35 1,700 48,55 1,700 38,08 50,008 1140,2 2240,1

36 1,750 49,23 1,750 38,61 52,452 1055,7 2206,3

37 1,800 49,88 1,800 39,12 54,930 1020,1 2173,3

38 1,850 50,53 1,850 39,63 57,440 1020,2 2142,2

39 1,900 51,16 1,900 40,13 59,982 994,5 2112,0

Продолжение табл. 3

№ dl, мм р,н Дефор., % Напр., МПА А, мДж Et, МПа ЕОД, МПа

40 1,950 51,75 1,950 40,59 62,555 926,8 2081,6

41 2,000 52,34 2,000 41,05 65,158 926,8 2052,7

42 2,050 52,94 2,050 41,52 67,790 926,8 2025,3

43 2,100 53,49 2,100 41,95 70,450 864,1 1997,6

44 2,150 54,03 2,150 42,38 73,138 852,6 1971,0

45 2,200 54,57 2,200 42,80 75,853 852,6 1945,6

46 2,250 55,10 2,250 43,22 78,595 827,2 1920,7

47 2,300 55,60 2,300 43,61 81,363 791,5 1896,2

48 2,350 56,11 2,350 44,01 84,156 791,5 1872,7

49 2,400 56,61 2,400 44,40 86,974 791,5 1850,1

50 2,450 57,10 2,450 44,78 89,816 756,2 1827,8

51 2,500 57,58 2,500 45,16 92,683 755,7 1806,4

52 2,550 58,06 2,550 45,54 95,574 755,7 1785,8

53 2,600 58,54 2,600 45,91 98,489 752,9 1765,9

54 2,650 59,02 2,650 46,29 101,428 750,5 1746,7

55 2,700 , 59,50 2,700 46,66 104,391 750,5 1728,3

56 2,750 59,97 2,750 47,04 107,378 749,9 1710,5

57 2,800 60,45 2,800 47,41 110,388 745,2 1693,3

58 2,850 60,92 2,850 47,78 113,423 745,3 1676,6

59 2,900 61,40 2,900 48,16 116,481 745,2 1660,6

60 2,950 61,87 2,950 48,52 119,563 733,5 1644,9

61 3,000 62,33 3,000 48,89 122,668 728,4 1629,6

62 3,050 62,80 3,050 49,25 125,796 728,4 1614,8

63 3,100 63,26 3,100 49,61 128,947 725,5 1600,5

64 3,150 63,72 3,150 49,97 132,121 717,6 1586,5

65 3,200 64,17 3,200 50,33 135,319 717,6 1572,9

66 3,250 64,63 3,250 50,69 138,539 717,6 1559,7

67 3,300 65,09 3,300 51,05 141,782 715,9 1546,9

68 3,350 65,54 3,350 51,41 145,048 715,5 1534,5

69 3,400 66,00 3,400 51,76 148,336 715,6 1522,5

70 3,430 66,27 3,430 51,98 150,294 715,6 1515,5

Литература

1. ГОСТ 135525.1-79. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении. Взамен ГОСТ 13525.1-68. Введ. 01.01.80. -М.: 1986.

2. Комаров В.И. Анализ зависимости напряжение-деформация при испытании на растяжение целлю-лозно-бумажных материалов // ИВУЗ. Лесн. журн,- 1993.-№2-3.-С. 123-131.

3. Комаров В.И. Механизм разрушения целлюлозно-бумажных материалов // ИВУЗ. Лесн. журн. - 1999. -№ 4.-С. 96-103.

4. Paper Testing and Process Optimization: Cataloge / Lorentzen & Wettre, 1996.-201 p.

5. Казаков Я.В., Комаров В.И. Математическая обработка кривых зависимости «напряжение-деформация», полученных при испытании целлюлозно-бумажных материалов на растяжение // ИВУЗ. Лесн. журн. - 1995.-№1,-С. 109-114.

6. Комаров В.И. J-интеграл- характеристика структуры целлюлозно-бумажных материалов // Целлюлоза. Бумага. Картон.- 1997,- №5-6.-С. 26-29.