CC BY
28
РАТКИЕ СООБЩЕНИЯ И ОБМЕН ОПЫТОМ
УДК 676.4:620.183
Н.И. Яблочкин, В.И. Комаров
ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ СТРУКТУРЫ НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕСТ-ЛАЙНЕРА
Установлена линейная взаимосвязь между анизотропией структуры, определяемой отношением коэффициентов жесткости при растяжении в машинном и поперечном направлениях и характеристиками прочности и деформативности.
Ключевые слова: тест-лайнер, структура, анизотропия, коэффициент жесткости при растяжении, прочность, деформативность.
Один из способов оптимизации производства картона на картоноделатель-ной машине (КДМ) - получение информации о степени анизотропии структуры данного материала. Для этой цели все шире используется прибор, позволяющий определять, в частности, коэффициенты жесткости TSI при растяжении в машинном (MD) и поперечном (CD) направлениях. Отношение величин этих коэффициентов (TSIMD/TSIcD) является характеристикой анизотропии [2].
При анализе работы КДМ, на которой производится картон из вторичного волокна (тест-лайнер), было установлено, что в результате нестабильной работы напорного ящика анизотропия структуры картона во времени и по ширине тамбура имеет высокую вариацию.
Цель данной работы - выявить влияние степени анизотропии структуры этого вида картона на его деформационные и прочностные характеристики.
Результаты эксперимента, представленные в табл. 1-3, показывают, что по ширине КДМ можно выделить участки картонного полотна, анизотропия структуры которых отличается на 7...50 %, т.е. в цех гофротары поступают рулоны картона с различными физико-механическими свойствами. Перечень характеристик, используемых для оценки качества картона, и их описание представлены в работе [1].
Таблица 1
Влияние степени анизотропии структуры тест-лайнера на его стандартные характеристики качества (в числителе - средняя величина,
в знаменателе - коэ< »фициент вариации)
TSIмD/CD 5, мкм П, кПа ЯСТ, Н SСТ, кН/м
МБ СБ
1,50 1,75 2,00 2,25 244/1,9 244/2,1 246/1,5 242/1,2 351/6,6 332/6,3 360/7,0 324/7,8 249,5/2,6 259,5/1,4 231,0/4,9 223,5/2,2 4,76/4,29/4,68/4,42/- 2,87/2,84/2,88/2,75/-
Примечание. 5 - толщина картона; П - сопротивление продавливанию; RСТ -сопротивление сжатию кольца; БСТ - сопротивление торцевому сжатию короткого участка образца.
Таблица 2
Влияние степени анизотропии структуры тест-лайнера на характеристики прочности и деформативности при испытании на растяжение в направлении МБ (числитель)
и СБ (знаменатель)
Т81мо/$Б Е1, МПа 8, кН/м Лс, кДЖ/м Ор, МПа Sр, % Ар, мДж Относительный вклад в Ар, %
Ау Аз-у Ап Ат
1,50 2787 677 1550 29,92 1,76 116,4 40,7 38,7 16т7
1683 414 456 20,61 2,54 125,8 2,0 39,8 41,5 16,7
1,75 3582 861 1678 37,44 1,55 122,1 04 43,2 37,7 18,7
1789 439 471 20,03 2,31 111,0 2,0 39,4 40,7 17,9
2,00 3617 882 1703 37,79 1,49 117,6 01 42,2 36,0 21,7
1599 390 412 19,19 2,42 110,3 2,1 38,7 42,5 16,7
2,25 3710 902 1713 36,87 1,37 104,6 04 43,8 34,3 21,5
1574 381 403 17,31 2,37 98,8 2,0 41,2 38,4 18,4
Примечание. - модуль упругости; 8 - жесткость при растяжении; ор - разрушающее напряжение; ер - деформация разрушения; Ар - работа разрушения; Ау - работа в зоне упругих деформаций; Аз-у - работа в зоне замедленно-упругой деформации; Ап - работа на конечном участке замедленно-упругой деформации; Ат - работа в области предразрушения образца.
Таблица 3
Влияние степени анизотропии структуры тест-лайнера на характеристики деформативности при приложении изгибающей нагрузки в направлении
Т81мо/$Б 5, мкм Е1, мН-см2 Е Еизг, МПа ЕЛ, мН-см2 Е Еизг . с МПа ЕЛ, мН - см2 Е Еизг . в, МПа АЕ1, мН - см2 АЕ АЕизг, МПа
1,50 251 1431 2899 1375 2785 1487 3012 112 227
252 765 1512 722 1425 809 1598 87 174
1,75 255 1503 2870 1415 2701 1591 3039 176 338
251 793 1595 746 1500 840 1690 93 190
2,00 251 1651 3306 1592 3189 1711 3423 118 234
248 684 1426 634 1321 734 1530 100 209
2,25 253 1711 3376 1574 3101 1847 3650 274 549
255 647 1225 585 1107 709 1344 124 237
Примечание. Е1 - жесткость; Ешг - модуль упругости (средние величины при изгибе на обе стороны листа; Е1с - жесткость; Ешг. с - модуль упругости (обе величины при изгибе на сеточную сторону листа); Е1в - жесткость; Еизг. в - модуль упругости (обе величины при изгибе на внешнюю сторону листа); А Е1 - Е1в - Е1с - характеристика разносторонности листа; АЕшг = Ешг. в - Ешг. с.
При статистической обработке данных эксперимента получены уравнения связи и коэффициенты корреляции (табл. 4), устанавливающие прямолинейную зависимость между величиной исследуемых характеристик и степенью анизотропии структуры тест-лайнера. Уравнения (1) - (9) отражают взаимосвязь при испытании образцов в машинном направлении, (10) - (18) - в направлении, поперечном машинному.
Как видно из данных табл. 1-4, с ростом анизотропии структуры снижаются стандартные характеристики качества - сопротивление продавливанию П и сопротивление сжатию кольца ЯСТ, также и вновь вводимая характеристика - сопротивление торцевому сжатию короткого участка образца 8СТ. В то же время возрастает трещиностойкость образцов ,/1С за счет увеличения относительного вклада в работу разрушения величины Ат, т.е. работы в области предразрушения образца, что ведет к увеличению продолжительности работы КДМ без обрыва. Увеличение
Таблица 4
Уравнение связи и коэффициенты корреляции_
Порядковый номер уравнения
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
15
16
17
18
ар = 2,24TSImd/cd + 32,605 Ei = 661,6 TSImd/cd +2383,5 Ар = -31,08 TSImd/cd + 176,60 RCT = -42,6 TSImd/cd + 320,75 SCT = -0,128 TSIMD/CD + 3.075 St = 165,40 TSIMD/CD + 543950
Ер = -0,456 TSIM
Уравнение связи
5 + 2,39
EI = 480,61 TSIMD/CD+757,8 1 Jic = -277,790 TSImd/cd + 2231,7 ар = -4,296 TSImd/cd + 27,340 E1 = -206,8 TSImd/cd + 20490 = -32,68 TSImd/cd + 172,75 П = -20,9 TSImd/cd + 380,75 SCT = -0,252TSImd/cd+5,010 St = -57,92 TSImd/cd + 514,6
Ер = -0,160 TSI
MD/CD
+ 2,71
Коэффициент корреляции
R = 0,61 R = 0,90 R = 0,98 R = 0,83 R = 0,70 R = 0,93 R = 0,98 R = 1,00 R = 0,60 R = 0,96 R = 0,69 R = 0,95 R = 0,41 R = 0,37 R = 0,73 R = 0,53 R = 0,85 R = 0,85
Е1 = -161,72 TSIмD/cD + 1076,1 /1С = 86,732 TSIмD/cD + 272,76 анизотропии структуры приводит к снижению вязкоупругих свойств тест-лайнера, т.е. его динамической прочности. По-видимому, это связано с изменением относительного вклада работы на конечном участке замедленно-упругой деформации в работу разрушения Ар.
На рисунке представлены относительные изменения У некоторых важнейших характеристик тест-лайнера в зависимости от анизотропии структуры. За 100 % приняты величины характеристик образцов тест-лайнера со степенью анизотропии 1,50.
Необходимо отметить, что при использовании тары из гофрокартона наибольшую нагрузку испытывают стенки ящика, особенно, в направлении СБ. Из рисунка следует, что все характеристики, обеспечивающие потребительские свойства гофротары, ухудшаются с увеличением степени анизотропии, а разносторонность АЕ1 увеличивается.
Относительное изменение характеристик тест-лайнера в зависимости от степени анизотропии структуры: 1 - АЕ/; 2 - Ей 3 - Е1; 4 - SCT; 5 - П; 6 - RST; а - в направлении МБ; б - СБ
Следовательно, при модернизации КДМ, работа которой подвергалась анализу, особое внимание необходимо уделить следующим параметрам: правильности регулировки параллельности и горизонтальности мокрой части КДМ; соотношению скоростей струи бумажной массы и сетки; концентрации бумажной массы в напорном ящике; пульсациям и вибрациям, наблюдаемым в напорном ящике; наличию поперечного потока волокон, покидающих напорный ящик; величине угла контакта струи массы с сеткой и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов / В.И. Комаров. - Киров: Изд-во «Вятка», 2002. - 442 с.
2. Lindblad G. The Ultrasonic Measuring Technology on Paper and Board / G. Lindblad, T. Fürst. - Sweden: Lorentzen and Wettre, 2001. - 97 s.
Архангельский государственный технический университет
Поступила 01.10.04
N.I. Yablochkin, V.I. Komarov
Influence of Structure Anisotropy on Deformational and Strength Characteristics of Test-liner
The linear interrelation between structure anisotropy defined by the ratio of tension stiffness in the mechanical and crosswise direction and strength characteristics is found.
