Приготовление растворов целлюлозы различных концентраций
Производим составление целлюлозных суспензий.
Концентрация для целлюлозного потока бывает:
- средняя (10-15%),
- высокая (30-35%), применяется в современных пресс-фильтрах.
- низкая (3-5%), используется для зоны разбавления диффузора.
Концентрация для бумажного потока бывает 0,3-1,5...2% (на бумагоделательной машине).
1) Для примера, при приготовлении суспензии с концентрацией 0,5%, V=800мл, влажность 7%. Составляем пропорцию для того, чтобы найти массу целлюлозы:
0,5 г -100мл раствора,
х г-800мл.
Решаем и получаем х=4г абсолютно сухого вещества 93г сухого вещества содержится в 100гр целлюлозы (т.к. влажность 7%).Составим следующую пропорцию:
93г – 100%
4гр. – х%
Тогда получаем х=4,3г сухого вещества. Объем воды, который необходимо взять:
V=800 мл-4,3мл=795,7мл.
2) Требуется приготовить волокнистую суспензию с концентрацией 8%, V=800мл, влажность 7%.
Составляем пропорцию для того, чтобы найти массу целлюлозы:
0,8 г -100мл раствора,
х г-800мл.
Решаем и получаем х=6,4г абсолютно сухого вещества. 93г сухого вещества содержится в 100гр целлюлозы (т.к. влажность 7%). Составим следующую пропорцию:
93г – 100%
6,4гр. – х%
Тогда получаем х=68,8г сухого вещества.
Объем воды, который необходимо взять:
V=800 мл-68,8мл=731,2мл.
Таким образом, чтобы приготовить суспензию с концентрацией 8% и влажностью 7% необходимо взять 68,8г сухого вещества целлюлозы. Целлюлоза с концентрацией 8% не перемешивается в дезинтеграторе, так как получилась густая пюреобразная масса, вязкость маленькая.
4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
4.1 Изготовление отливок бумаги в лабораторных условиях
Проведение размола целлюлозы
При изготовлении бумаги в лабораторных условиях размол волокнистых полуфабрикатов может производиться в лабораторном ролле или в центробежном размалывающем аппарате (ЦРА). Предварительно определяют влажность проб полуфабрикатов и замачивают их для набухания. Для набухания, роспуска и размола целлюлозных материалов применяют дистиллированную воду. Пробу с влажностью не менее 12 % подвергают набуханию в течение 30 минут, с меньшей влажностью – в течение 1 часа. Лабораторный ролл имеет вместимость 4 л. Размол волокнистого материала проводят при концентрации массы 1 %, что соответствует загрузке в него 40 г абсолютно сухой целлюлозы (объем суспензии 4 л). Для составления композиции бумаги после завершения размола отбирают необходимое количество размолотой целлюлозы. Устройство ролла показано на рисунке 1.
1 – горка; 2 – ванна; 3 – размольный барабан;
4 – вылегчивающее устройство; 5 – приводной шкив;
6 – перегородка; 7 – отверстие для слива суспензии
Рисунок 2 – Лабораторный ролл
Целлюлозу перед загрузкой в ролл тщательно сепарируют на быстроходной
лабораторной мешалке. Затем волокнистую массу количественно переносят в ванну ролла так, чтобы общий объем суспензии составил 4 л. При необходимости целлюлозную суспензию подвергают дополнительному роспуску, включая ролл при вылегченном барабане на 5...15 минут. Затем ролл присаживают вращением вылегчивающего устройства «на себя» (присадка барабана ролла проводится на слух) и ведут размол до заданной степени помола. Контроль процесса размола осуществляют путем периодического определения степени помола и (или) средней длины волокна. Время между определениями составляет 8...10 минут. При достижении заданной степени помола обязательно вылегчивают барабан ролла, выключают электродвигатель и массу количественно переносят из ролла через отверстие в ведро, учитывая требуемую степень разбавления. После завершения работы ролл тщательно промывают водой. Массу разбавляют до концентрации 0,5 %.
1) Лабораторный контроль за процессом размола целлюлозы.
Лабораторные методы контроля процесса размола основаны на скорости удаления воды из массы. Масса различной степени помола при обезвоживании ее на сетке отдает воду с различной скоростью. Различают жирный помол, т.е. состояние массы, когда волокна значительно расщеплены и гидратированы и вследствие этого медленно обезвоживаются и садкий помол, при котором волокна не расщеплены и слабо гидратированы. Такая масса быстро обезвоживается.
Кроме фибриллирования и гидратации при размоле происходит неизбежное укорачивание волокон. Поэтому для оценки процесса размола определяют характеристики: степень помола, среднюю длину волокна и величину межволоконных сил связи.
2) Определение степени помола массы.
Степень помола массы определяется на аппарате СР-2 (рисунок.2) и выражается в градусах Шоппер-Риглера (ШР). Для определения степени помола берут 2 г абсолютно сухого волокна. Например, при концентрации массы в ролле 1 % такое количество абсолютно сухой целлюлозы содержится в 200 мл суспензии. Пробу помещают в мерный цилиндр и затем разбавляют водой до 1 л. Так как скорость водоотдачи волокнистой массы в сильной степени зависит от вязкости воды, степень помола необходимо определять при температуре воды в пробе 20 °С. Повышение температуры на 1 °С снижает степень помола на 0,46 °ШР.
1 – цилиндр с сеткой; 2 –- клапан; 3 – нижняя коническая часть; 4 – штатив;
5 – центральное отверстие; 6 – боковое отверстие
Рисунок 3 – Устройство прибора СР-2 для определения степени помола
Хорошо перемешав массу путем переливания из одной кружки в другую, ее выливают в цилиндр аппарата, сетка которого закрыта клапаном. Затем поднимают клапан, масса обезвоживается на сетке, а вода поступает в нижнюю часть аппарата. Жирная масса отдает воду медленно, и почти вся вода успевает уйти через центральную вертикальную трубу с узким отверстием. Садкая масса быстро отдает воду, она не успевает пройти через узкое отверстие центральной трубки и, наполнив коническую часть воронки, уходит через широкую боковую трубку.
Объем воды в боковом цилиндре замеряют с точностью до 10 мл и определяют степень помола массы, °ШР:
, (17)
где V – количество воды, которое вытекло через боковое отверстие, мл.
Определение следует проводить в двух параллельных пробах. По окончании работы сетку аппарата следует тщательно промыть.
Расчеты и составление композиционного состава бумаги
Перед выполнением лабораторной работы задается состав бумаги по волокну, зольность, степень проклейки, масса 1 м2, влажность, а также концентрации растворов химикатов. В соответствии с этими показателями производятся расчеты необходимого количества материалов для составления композиции бумаги.
Допустим, что надо приготовить писчую бумагу, обладающую следующими свойствами: масса 1 м2 75 г, степень проклейки 1,25 мм, зольность 8 %, влажность 7 %, в составе волокна 100 % беленой сульфатной целлюлозы, степень помола целлюлозы 28 ШР.
По заданию общее количество волокнистого материала при размоле в ролле составляет 2,19 г в пересчете на абсолютно сухую массу.
Если влажность целлюлозы 10 %, то необходимо взвесить на технических весах следующее количество полуфабриката, г:
(18)
Расход проклеивающих веществ ведут на 2,19 г абсолютно сухого волокнистого материала. Различают слабую (0,25...0,5 мм), среднюю (0,75...1,25 мм) и высокую степень проклейки (1,5 мм). Расход канифольного клея, устанавливается в зависимости от требуемой степени проклейки бумаги, представлен в таблице 3.
Таблица 2 – Расход канифольного клея в зависимости от требуемой степени проклейки
| Степень проклейки, мм | 0,25...0,5 | 0,75...1,25 | 1,5 |
| Расход клея к массе абсолютно сухого волокна, % | 1...1,5 | 1,5...2,5 | 3...3,5 |
В рассматриваемом случае для получения степени проклейки 1,25 мм можно ввести в массу 2 % клея. Тогда количество клея, г:
2,190,02=0,04 г (19)
При концентрации клея 20,82 г/л это составит, мл:
(20)
Сернокислого алюминия Al2(SO4)3, как правило, задается в 1,5–2 раза больше, чем клея (чем больше свободной смолы в клее, тем меньше вводится сернокислого алюминия), тогда его количество составит, г:
(21)
При концентрации раствора Al2(SO4)3 50 г/л потребуется раствора, мл:
(22)
Для получения зольности бумаги 8 % нужно ввести каолина (с учетом степени удержания каолина в лабораторных условиях 50 % и потерь при прокаливании каолина 14 %), г:
(23)
При концентрации каолиновой суспензии 175,4 г/л для наполнения бумажной массы нужно взять суспензии, мл:
(24)
Краситель растворяют до концентрации 5 г/л и вводят его в количестве 0,005...0,05 % (от массы волокна) для подцветки и 0,2...1,0 % для крашения массы.
Проклейка бумажной массы производится в фарфоровом стакане вместимостью 4...5 л при концентрации массы около 1 % и постоянном перемешивании. Дозировка проклеивающих и наполняющих веществ должна точно соответствовать их количеству, полученному по расчету композиции. Первым добавляется канифольный клей, после перемешивания в течение 10...15 мин добавляется раствор сернокислого алюминия. Размешивание сернокислого алюминия в массе также продолжается 10...15 мин. Порядок введения наполнителя не оказывает существенного влияния на результаты проклейки. Однако существует мнение, что если бумага клееная, то наполнитель (каолин) вводится одновременно с клеем; при сильноклееных видах бумаги подачу наполнителя производят после сернокислого алюминия. В этом случае после введения каолина дополнительно размешивают массу еще 15 мин.
При крашении и подцветке бумаги следует соблюдать определенный порядок введения красителей: если в композицию бумаги входит только целлюлоза, то кислотный и прямой красители добавляют в массу до введения сернокислого алюминия, а основной краситель – после сернокислого алюминия. Если в композицию бумаги входит древесная масса, то предварительно, во избежание получения пятнистой (мраморной) окраски, закрашивают одну древесную массу до получения равномерной окраски всей массы, после чего добавляют размолотую целлюлозу, размешивают и производят проклейку и наполнение бумажной массы.
Изготовление лабораторных отливок
Лабораторные образцы бумаги готовят из предварительно подготовленной бумажной массы на листоотливном аппарате (приборе) ЛА-3, схема которого представлена на рисунке 3
а
| 
б
|
1 – станина; 2 – отливное устройство (формующая камера); 3, 4 – сушильные камеры; 5 – вакуум-насос; 6 – парообразователь; 7, 8 – панели управления; 9 – пусковое устройство; 10, 11 – тумблеры включения двигателя; 12 – вакуумметр; 13, 14 – реле времени; 15 – клапан для опорожнения отсасывающей камеры; 16 – вакуумметр; 17 – кран для подачи воды; 18, 19, 20 – краны для подключения вакуума к отсасывающей камере и к сушилкам; 21 – воронка; 22 – размешивающее устройство; а – вид спереди; б – вид сверху
Рисунок 4 – Схема аппарата модели ЛА-3 для изготовления лаб-х образцов бумаги
При подготовке аппарата ЛА-3 к работе необходимо:
1. Подключить аппарат к водопроводной сети, открыв общий вентиль. Обязательно проверить поступает ли вода на вакуум-насос.
2. Проверить наличие воды в парообразователе по уровнемеру. Уровень воды должен быть не ниже красной черты, нанесенной на уровнемере. При необходимости в парообразователь добавляется дистиллированная вода через воронку, помещенную в отверстие 21 в станине прибора.
3. Включить аппарат с помощью пускового устройства 9.
4. Включить вакуум-насос тумблером 10 и электронагреватель парообразователя тумблером 11. Время разогрева сушильных камер составляет 15...20 мин.
5. Проверить показания вакуумметров формующей и сушильных камер. Для этого краны 18, 19, 20 поочередно переводят в положение «О» – открыто.
После подготовки и проверки аппарата приступают к изготовлению отливок бумаги. Приготовленную бумажную массу размешивают, затем отбирают порцию массы предварительно рассчитанного объема, необходимую для получения отливок с заданной массой 1 м2. Площадь поверхности сетки листоотливного аппарата составляет 0,0314 м2. Если требуется приготовить отливки массой 1 м2 75 г, то на одну отливку требуется:
750,03140,93 = 2,19 г абсолютно сухого волокна (при влажности готовой бумаги 7 %).
При концентрации массы 0,5 % объём суспензии составит:
мл (25)
Если масса готовой отливки не соответствует заданной, то вводится поправка к объему отмеряемой волокнистой суспензии. Например, масса отливки равна 2,5 г вместо заданной, тогда следует уменьшить объем волокнистой суспензии на одну отливку до:
мл (26)
В отдельных случаях при расчете массы готовой отливки учитывают массу химикатов, вводимых в композицию (например, при изготовлении отливок высокозольных бумаг), возможный промой мелкого волокна, а также задают пределы варьирования массы отливки с учетом отклонений, допускаемых стандартами. Изготовляют 6...8 отливок для всесторонних испытаний полученных образцов бумаги.
Таблица 3 – Масса отливок
| № | ||||||||||
| m,г | 3,15 | 3,18 | 2,08 | 2,09 | 4,07 | 3,06 | 3,10 | 2,62 | 2,83 | 2,41 |
Для дальнейших испытаний будут взяты образцы под номерами 1, 2, 6, 7, 9.
5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
5.1 Определение свойств бумаги
В настоящее время вырабатывается множество различных видов бумаги, обладающих иногда совершенно противоположными свойствами. Многообразие областей применения бумаги определяет многообразие требований, к ней предъявляемых. Все многочисленные свойства бумажной продукции подразделяют по ряду качественных признаков на следующие основные группы:
1. Структурно-размерные: формат, масса 1м2, толщина, плотность, пухлость, воздухопроницаемость, просвет, дырчатость.
2. Композиция: состав по волокну, зольность, влажность, наличие специальных добавок.
3. Механические и упруго-пластические: сопротивление разрыву (прочность на разрыв), излому, продавливанию, раздиранию, надрыву, смятию, истиранию, удлинение при разрыве, жесткость при изгибе, мягкость, скручиваемость, стойкость поверхности к выщипыванию и др.
4. Оптические: белизна, светопроницаемость, прозрачность и непрозрачность, лоск, цвет, оттенок.
5. Гидрофобные и гидрофильные: степень проклейки, впитывающая способность, водонепроницаемость, смачиваемость, промокаемость, капиллярная впитываемость, гигроскопичность.
6. Химическая чистота бумаги: щелочность, кислотность, наличие минеральных включений, присутствие катионов – свинца, железа, меди, натрия, ртути и др. и анионов – хлоридов, сульфатов, сульфитов, сульфидов и др.
7. Специальные: печатные свойства, влагопрочность, термостойкость, долговечность, пылимость, диэлектрические потери, жиро- и паронепроницаемость, бактерицидность и др.
5.2 Подготовка образцов бумаги к испытаниям
Для получения воспроизводимых результатов перед испытанием образцы бумаги подвергают кондиционированию в стандартных условиях, так как показатели бумаги сильно меняются в зависимости от ее равновесной влажности. Согласно ГОСТ 13523–78 кондиционирование и последующее испытание образцов должны проводиться в одном из трех указанных ниже режимов:
- относительная влажность воздуха (502) %, температура (232)°С;
- относительная влажность воздуха (652) %, температура (202)°С;
- относительная влажность воздуха (652) %, температура (272)°С.
Режим кондиционирования указывается в стандартах на продукцию, но чаще всего предусматривается 1-й режим.
В помещении, где проводят испытания бумаги, должен быть установлен кондиционер для автоматического поддержания заданных параметров воздуха. Контроль относительной влажности воздуха ведется с помощью гигрометров или психрометров.
В лаборатории для предварительного кондиционирования образцов используют эксикаторы. Заливая в эксикатор серную кислоту плотностью 1,206 г/см3, получают в его воздушном пространстве при температуре 23 °С относительную влажность, равную 50 %. При кондиционировании образцов в эксикаторе необходимо следить, чтобы серная кислота не попала на бумагу, так как образцы в этом случае разрушатся. Время кондиционирования образцов должно составлять не менее 2 часов.
5.3 Определение структурно-размерных и композиционных свойств бумаги
Определение продольного и поперечного направлений бумаги
В бумажном листе, изготовленном на бумагоделательной машине, различают два направления, которые обуславливают физико-механические свойства: продольное (машинное), совпадающее с направлением движения полотна на машине, и поперечное, перпендикулярное продольному.
Определить продольное и поперечное направления в бумаге можно следующим образом.
|
| 1 – машинное; 2 – поперечное направление волокон Рисунок 5 – Определение машинного и поперечного направлений в бумаге |
Из испытываемого листа бумаги при помощи ножа по двум взаимно перпендикулярным направлениям вырезают две полоски бумаги размером 200´15 мм, складывают их вместе и зажимают с одного конца пальцами (рисунок 4). Полоски прогнутся, а свободные концы их будут или лежать один на другом, или расходиться.
Продольному (машинному) направлению в первом случае будет соответствовать нижняя полоска (1), а во втором – верхняя (1), и, наоборот, поперечному направлению в первом случае – верхняя полоска (2), во втором – нижняя. Продольное и поперечное направления должны быть определены для каждого листа испытываемой бумаги и помечены стрелками.
Определение толщины бумаги
Прибор для измерения толщины образцов предназначен для измерения толщины образцов из бумаги и картона в диапазоне от 0 до 6 мм с точностью до 0,001 мм.
Основу измерительной части прибора составляет одномикронный растровый датчик перемещения и блок микропроцессорный. Вращение двигателя обеспечивает перемещение штока датчика вверх-вниз.
Функционально блок микропроцессорный состоит из следующих устройств: блок питания; канал измерения перемещения; управляющий микроконтроллер; энергонезависимое ОЗУ; жидкокристаллический буквенно-цифровой дисплей; клавиатура (две клавиши – ИЗМЕРЕНИЕ/ПУСК/ТАВ (верхняя кнопка) и ОБНУЛЕНИЕ/СТОП/ENTER (нижняя кнопка)).
Блок микропроцессорный обеспечивает прием и преобразование информации в цифровую форму от растрового датчика перемещения, определяет в процессе работы толщину образца, осуществляет управление работой двигателя.
При включении прибора в сеть шток датчика должен находиться в крайнем верхнем положении - рабочее состояние прибора. Показание датчика перемещения, которое высвечивается на экране жидкокристаллического буквенно-цифрового дисплея, должно соответствовать ориентировочно от 6,500 до 6,650 мм.
Перед работой необходимо убедиться в правильности и точности измерения толщины. Точность измерения толщины образца зависит от точности обнуления датчика перемещения в крайней нижней точке. Процесс обнуления датчика осуществляется автоматически. Если двигатель стоит, то функция нижней кнопки – вход в диалоговый режим работы, в котором можно выбрать режим обнуления и режим настройки. При повторном двойном нажатии нижней кнопки автоматически начинается, режим обнуления датчика перемещения, аналогичный циклу основного измерения, с той лишь разницей, что в крайней нижней точке осуществляется обнуление датчика, а на предметном столе не должно быть образца.
Для измерения толщины образца нажимаем клавишу ПУСК (верхняя клавиша на передней панели прибора), при этом осуществляется запуск двигателя, шток датчика начинает движение вниз и в крайнем нижнем положении осуществляется измерение толщины образца. Показание датчика перемещения соответствует фактическому расстоянию между штоком датчика и предметным столом, на который помещен образец. Если между штоком датчика в самой нижней точке (в этот момент шток датчика находится в свободном состоянии) и предметным столом нет образца, то показание датчика перемещения должно быть равно нулю.
Рисунок 6 – Прибор для измерения толщины
После произведенного замера шток датчика автоматически возвращается в исходное положение (крайне верхнее), после чего двигатель останавливается и на нижней строке буквенно-цифрового дисплея высвечивается измеренная толщина образца. Цикл измерения закончен. Если в процессе испытания необходимо остановить двигатель, то нужно нажать нижнюю кнопку на передней панели прибора, выполняющую в процессе движения двигателя функцию клавиши СТОП. Показание датчика перемещения сохраняется в энергонезависимой памяти микропроцессорного блока после выключения прибора из сети.
Режим настройки обеспечивает ввод или сброс основных параметров измерительной части микропроцессорного блока, ввод коэффициентов пересчета канала измерения перемещения, переход в режим индикации кода датчика перемещения и свободного вращения двигателя, в котором не производится измерение толщины образца, а при запуске двигателя нажатием верхней кнопки ПУСК он продолжает непрерывно двигаться до нажатия кнопки СТОП (нижней кнопки). В этом режиме производится проверка механической части прибора и датчика перемещения.
Толщину замеряют в 10 образцах бумаги и рассчитывают среднее арифметическое.
Таблица 4 - Толщина образцов
| № | Сре- днее | ||||||||||
| Кар- тон, мкм | 0,279 | 0,222 | 0,239 | 0,274 | 0,228 | 0,278 | 0,238 | 0,230 | 0,229 | 0,219 | 0,244 |
| Бу- мага, мкм | 0,080 | 0,083 | 0,082 | 0,083 | 0,080 | 0,079 | 0,082 | 0,081 | 0,081 | 0,080 | 0,081 |
Определение массы 1м2 бумаги
С помощью ножа или металлического шаблона вырезают 5 образцов миллиметровочной бумаги (далее бумага) размером 225´300 мм и картона размером 210´330 мм (отклонения не должны превышать ± 0,5 мм). Метод определения основан на взвешивании испытываемых образцов на аналитических или лабораторных технических весах.
Таблица 5 – Масса бумаги и картона
| № | |||||
| Бумага, г | 4,67 | 4,72 | 4,66 | 4,54 | 4,59 |
| Картон, г | 8,31 | 8,35 | 8,35 | 8,38 | 8,48 |
1) Масса 1м2 бумаги, г,
, (27)
где ∑m – суммарная масса образцов бумаги, г; n – количество образцов;
(225300).10–6 – площадь одного образца, м2.
2) Масса 1м2 картона, г,
(28)
где ∑m – суммарная масса образцов картона, г; n – количество образцов; (210330).10–6 – площадь одного образца, м2.
Результат округляют до 0,01 г/м2 при массе 1 м2 бумаги менее 25 г; до 0,1 г/м2 – от 25 до 100 г включительно и до 1 г/м2 — свыше 100 г.
Определение плотности и удельного объема бумаги
Плотность бумаги и картона, т.е. массу 1 см3 бумаги и картна в граммах, определяют, исходя из толщины и массы 1 м2 бумаги и картона, определенных на одних и тех же образцах, г/см3:
, (29)
где m1m – масса 1м2, г; – толщина, мкм.
г/см3
г/см3
Удельный объём бумаги, см3/г,
, (30)
где m1m – масса 1м2, г; – толщина, мкм.
см3/г
см3/г
5.4 Определение показателей механической прочности бумаги
Одним из основных свойств многих видов бумаги является механическая прочность, которая для каждого вида бумаги регламентируется стандартом. На прочность бумаги оказывают влияние большое количество переменных факторов, в том числе прочность и длина исходных волокон, структура листа, которая характеризуется степенью и характером переплетения волокон между собой, степенью уплотнения; наличие в бумаге веществ неволокнистого характера, которые могут увеличивать или уменьшать прочность бумажного полотна.
Ниже приведены основные методы, принятые для определения механической прочности бумаги.
Определение сопротивления бумаги разрыву
Для характеристики сопротивления бумаги разрыву пользуются понятием разрывной длины. Разрывная длина– это длина (м, км) полоски испытуемой бумаги шириной 15 мм, которая, будучи подвешена за один конец, оборвалась бы под собственным весом.
В настоящее время некоторые исследователи считают, что пользуясь показателем разрывной длины, мы отходим от параметра, непосредственно характеризующего механическую прочность бумаги — разрушающего напряжения р, которое можно высчитать, разделив разрушающее усилие на площадь поперечного сечения образца (Н/м2). Следует отметить, что бумага является вязкоупругим материалом, поэтому разрушающее напряжение зависит от времени действия нагрузки на образец. Этот показатель механической прочности является условным, соответствующим условно принятой заранее постоянной скорости проведения испытания. Помимо разрывной длины и разрушающего напряжения, сопротивление бумаги разрыву характеризуют разрушающее усилие, удельное сопротивление разрыву и индекс прочности при растяжении.
Для определения сопротивления бумаги разрыву применяем горизонтальную разрывную машину с тензометрическим датчиком и электронной системой измерения. Определение сопротивления бумаги разрыву на горизонтальной разрывной машине (рисунок 7).
Горизонтальная машина фирмы «BÜCHEL-VAN DER KORPUT» это автоматический, полностью управляемый микропроцессором тестер для измерения предела прочности на растяжение (или усилия), удлинения, энергии разрыва (ТЕА) и разрывной длины.
|
| Рисунок 7 – Горизонтальная машина фирмы «BÜCHEL-VAN DER KORPUT» |
Перед испытанием необходимо ввести установки параметров теста. При настройке тестера задаются единицы измерения усилия, приложенного для растяжения образца (кН/м, Н), скорость испытания, расстояние между зажимами, номер образца, ширина образца, масса 1м2 испытуемого образца, направление теста, дата проведения испытания и параметры вывода результатов теста.
После установки параметров теста устанавливаем испытуемый образец в зажим,он автоматически зажимается. Образец должен быть вставлен, прямо безо всяких искривлений. Подвижный зажим начинает движение с постоянной скоростью до момента разрыва образца. После разрыва подвижный зажим возвращается в исходное положение, и на дисплее появляются результаты испытания, включая время теста. При проведении серии замеров на дисплей выводятся статистические величины.
Результаты испытания индицируются на дисплее и через порт RS232С передаются на компьютер или принтер.
Когда образец разорван или площадь контакта в пределах 10 мм, то результат испытания следует стереть. Тест можно прервать в любую минуту, нажав кнопку СТОП. При этом результаты теста автоматически стираются из памяти.
Для получения оптимальных результатов испытуемые образцы должны иметь длину от 270 до 300 мм (минимальная длина 218 мм). Края должны быть ровными, неповрежденными. Проводится 10 параллельных определений.
Для испытаний нарезают образцы бумаги шириной (150,1) мм. Длина образцов зависит от требуемого расстояния между зажимами. Например, при расстоянии 100 мм длина полосок бумаги с учетом припуска для закрепления в зажимах должна быть 140...160 мм.
При определении показателей сопротивления разрыву бумаги промышленного изготовления испытывают по 10 образцов в машинном и поперечном направлениях. В случае испытаний бумаги лабораторного изготовления берут 10 образцов, нарезанных из разных отливок.
Таблица 7 - Толщина образцов
| № | Сре-днее | Сре-днее | ||||||||||
| Машинное направление | Поперечное направление | |||||||||||
| Кар- тон, мкм | 0,290 | 0,244 | 0,229 | 0,246 | 0,245 | 0,2508 | 0,246 | 0,256 | 0,228 | 0,227 | 0,238 | 0,2390 |
| Бу- мага, мкм | 0,083 | 0,081 | 0,082 | 0,082 | 0,083 | 0,0822 | 0,085 | 0,084 | 0,084 | 0,083 | 0,083 | 0,0838 |
Разрушающее усилие (F) определяют как среднее арифметическое результатов десяти измерений в машинном или поперечном направлении, либо среднее арифметическое измерений в обоих направлениях и выражают в Н (кгс) с точностью до 0,1 Н (0,01 кгс) при F до 50 Н (5 кгс) или до 1 Н (0,1 кгс) при F свыше 50 (5) до 500 Н (50 кгс).
Разрывная длина L (м) определяется по формуле:
(31)
где l0– длина полоски между зажимами, м;
F – разрушающее усилие (среднее арифметическое десяти измерений), Н;
m – средняя длина полоски;
b – ширина полоски, м;
m1м2 – масса 1м2 бумаги, г.
Результат округляют до 50 м при L до 5000 м или до 100 м при L свыше 5000м.
Удельное сопротивление разрыву FУД (кН/м (кгс/мм)) определяется:
(32)
Индекс прочности при растяжении JР (Нм/г) определяется по формуле:
(33)
Числовое значение индекса прочности равно числовому значению разрывной длины (в метрах), умноженному на 9,8110-3.
Разрушающее напряжение при растяжении р (МПа (кгс/мм2))
, (34)
где F – разрушающее усилие, Н;
b – ширина полоски, мм;
– толщина бумаги, мм.
Результат округляют с точностью до 1 МПа (0,1 кгс/мм2).
Результаты измерений на горизонтальной машине фирмы «BÜCHEL-VAN DER KORPUT» представлены в ПРИЛОЖЕНИИ А.
Определение сопротивления раздиранию
Сопротивление раздиранию характеризуется усилием в мН, необходимым для раздирания предварительно надрезанного образца бумаги на определенную длину. Этот показатель не находится в прямой зависимости от сопротивлений разрыву и продавливанию. Известно, что рыхлая (пухлая) бумага, обладающая не высоким сопротивлением разрыву, обнаруживает более высокое сопротивление раздиранию, чем плотная и прочная на разрыв бумага.
На сопротивление раздиранию влияют следующие факторы: условия сушки, длина волокна, прочность отдельного волокна, межволоконные силы связи и все факторы, способствующие росту пухлости бумаги (увеличение толщины используемых волокон, применение минеральных наполнителей в композиции бумаги и др.). Таким образом, сопротивление бумаги раздиранию, в первую очередь, зависит от структуры бумажного полотна (массы 1 м2, пухлости, ориентации волокон), а также от длины и прочности волокон, из которых изготовлена бумага.
Для определения сопротивления раздиранию используют приборы типа Р-1, РБ или другие аналогичной конструкции.
1 – установочный винт; 2 – маятник; 3 – шкала;
4 – стрелка; 5 – неподвижный зажим; 6 – нож;
7 – подвижный зажим; 8 – станина; 9 – пружина
Рисунок 8 – Аппарат Р-1 для определения сопротивления бумаги раздиранию
Таким образом, принцип испытания бумаги на приборе Р-1 заключается в определении работы, затраченной на раздирание бумаги на определенную длину, считая от конца первичного надреза, произведенного укрепленным на станине прибора ножом с ручкой.
Образцы для испытаний нарезают специальным ножом, они должны иметь размеры (451) ´ (630,1) мм. Меньшая сторона образцов, предназначенных для испытаний в машинном направлении, должна совпадать с поперечным направлением, и наоборот. Одновременно испытывают несколько образцов (четное число) в зависимости от прочности бумаги, подбирая количество образцов с таким расчетом, чтобы показания прибора находились в пределах от 20 до 80 % шкалы маятника.
Всего проводят не менее 5 определений для каждого направления бумаги.
Таблица 8 - Толщина образцов
| № | Картон, мкм | Бумага, мкм | ||
| Машинное направление | Поперечное направление | Машинное направление | Поперечное направление | |
| 0,219 | 0,258 | 0,086 | 0,085 | |
| 0,252 | 0,249 | 0,087 | 0,082 | |
| 0,229 | 0,239 | 0,085 | 0,082 | |
| 0,218 | 0,229 | 0,084 | 0,083 | |
| 0,238 | 0,232 | 0,086 | 0,084 | |
| 0,217 | 0,244 | 0,084 | 0,081 | |
| 0,292 | 0,241 | 0,086 | 0,082 | |
| 0,219 | 0,282 | 0,085 | 0,084 | |
| 0,223 | 0,264 | 0,085 | 0,084 | |
| 0,230 | 0,241 | 0,084 | 0,081 | |
| 0,234 | 0,214 | 0,084 | 0,085 | |
| 0,232 | 0,226 | 0,084 | 0,084 | |
| 0,251 | 0,237 | 0,085 | 0,082 | |
| 0,230 | 0,220 | 0,086 | 0,084 | |
| 0,226 | 0,218 | 0,086 | 0,085 | |
| 0,238 | 0,243 | 0,081 | 0,084 | |
| 0,242 | 0,242 | 0,083 | 0,082 | |
| 0,248 | 0,252 | 0,083 | 0,083 | |
| 0,212 | 0,265 | 0,084 | 0,085 | |
| 0,213 | 0,273 | 0,082 | 0,084 | |
| 0,216 | 0,261 | 0,081 | 0,082 | |
| 0,222 | 0,268 | 0,083 | 0,082 | |
| 0,211 | 0,253 | 0,086 | 0,081 | |
| 0,212 | 0,220 | 0,084 | 0,084 | |
| Среднее | 0,2302 | 0,2446 | 0,0834 | 0,0863 |
Таблица 9– Результаты измерений на раздирание
| № | Картон, мН | Бумага, мН | ||
| Машинное направление | Поперечное направление | Машинное направление | Поперечное направление | |
| Ср. | 542,2 | 725,0 | 196,8 | 162,7 |
| Ra | 2168,8 | 787,2 | 650,8 | |
| Ro | 1792,4 | 2396,7 | 1145,9 | 947,3 |
Абсолютное сопротивление раздиранию Rа, мН:
, (35)
где R – среднее арифметическое показаний по шкале, мН;
n – число одновременно раздираемых образцов, n=4.
Относительное сопротивление раздиранию Rо, мН:
, (36)
где Ra – абсолютное сопротивление раздиранию, мН;
m1м2 – масса 1 м2 бумаги, г.
Определение прочности на излом при многократных перегибах
Прочность бумаги на излом при многократных перегибах (сопротивление излому) характеризует ее способность противостоять многократному изгибу и выражается числом двойных перегибов (180°), выдерживаемых полоской бумаги, на которую действует растягивающая сила, равная (9,910,2) Н, до разрушения по линии изгиба.
Этот показатель зависит от длины волокон, из которых образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому обладает бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и прочно связанных между собой волокон. Определение сопротивления излому производится на приборах И-1–2, И-2–1 или И-1М.
1 – патроны; 2 – колонки; 3 – штифты; 4 – зажимы; 5 – приспособление для изгиба бумаги; 6 – счетчик числа оборотов; 7 – ручка колеса; 8 – выключатель;
9 – рычаг;10 – подставка; 11 – станина
Рисунок 9 – Аппарат И-1-2 для определения сопротивления бумаги излому
Перед началом испытания аппарат устанавливают в нулевое положение.
Нарезают по 10 образцов испытуемой бумаги в машинном и поперечном направлениях шириной (150,1) мм и длиной (1000,1) мм (к прибору прилагается специальный шаблон). Все образцы перед испытанием подвергают кондиционированию, испытания проводят в комнате со стандартными параметрами воздуха (температура, относительная влажность), так как сопротивление бумаги излому особенно чувствительно к равновесной влажности испытуемой бумаги.
Результаты испытаний образцов, выскользнувших из зажима или разорвавшихся не по линии изгиба, не учитывают. Число двойных перегибов определяют с точностью до 1 и подсчитывают для каждого направления отдельно. Результаты испытания выражают или средним арифметическим ряда полученных значений, или медианой – серединным значением ряда чисел двойных перегибов, расположенных в возрастающем или убывающем порядке. Для десятичленного ряда медиана будет равна полусумме пятого и шестого членов ряда. Полученный результат округляют до единицы при числе двойных перегибов от 1 до 100, до 10 при числе двойных перегибов от 101 до 1000 и до 100 при числе двойных перегибов свыше 1000.
Таблица 10 - Толщина образцов
| № | Картон, мкм | Бумага, мкм | ||
| Машинное направление | Поперечное направление | Машинное направление | Поперечное направление | |
| 0,207 | 0,258 | 0,086 | 0,085 | |
| 0,235 | 0,249 | 0,087 | 0,082 | |
| 0,231 | 0,239 | 0,085 | 0,082 | |
| 0,208 | 0,229 | 0,084 | 0,083 | |
| 0,216 | 0,232 | 0,086 | 0,084 | |
| 0,225 | 0,244 | 0,084 | 0,081 | |
| Ср. | 0,2203 | 0,2820 | 0,0853 | 0,0828 |
Определение свойств отливок
В отливках не наблюдается продольного или машинного направлений, так как волокна располагаются в произвольном порядке.
Масса 1 м2 отливки определяется по формуле:
m1м2= масса отливки / (0,0314×0,93) (37)
1) m1м2= 3,15 / (0,0314×0,93) = 107,87 г
2) m1м2= 2,83 / (0,0314×0,93) = 96,91 г
3) m1м2= 3,10 / (0,0314×0,93) = 106,16 г
4) m1м2= 3,06 / (0,0314×0,93) = 104,79 г
Ср. m1м2= 103,18 г.
Определение показателя механической прочности отливок на раздирание
Размер отливок 45×63 мм, количество 12 шт (по 4 шт на 1 опыт). При раздирании получены значения: 327; 417; 381.
Таблица 11 – Определение сопротивления раздиранию
отливок
| Отливки, мН | |
| Ср. | 375,0 |
| Ra | |
| Ro |
Определение сопротивления отливок разрыву представлены в ПРИЛОЖЕНИИ Б.
6 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА