Технологии, которые выбирают
профессионалы

Качество массы (волокна) при производстве бумаги

Качество массы

Бумага изготавливается из волокон, и разные типы волокна лучше или хуже подходят для производства бумаги разных видов. Кроме того, отличается и стоимость разных видов волокна. Тип используемого волокна, и процесс его подготовки можно оптимизировать для каждого вида продукции. При производстве бумаги одним из наиболее важных измеряемых свойств является степень однородности или колебания в качестве волокна; вариации в качестве волокна будут вызывать вариации в качестве бумаги. Характеристики массы, применяемой для изготовления бумаги, влияют на качество готовой бумаги. Имеется постоянно возрастающая потребность в измерении новых характеристик процесса. Определенные измеренные сигналы дают новые возможности производству, включая потенциал для усилий, прилагаемых исследовательскими и проектирующими организациями для развития процесса и знания материалов, что ведет к улучшениям.

Автоматическое измерение качества массы позволяет проводить измерения более часто и с меньшими затратами. Кроме того, измерения становятся более точными и полностью независимыми от операторов. С помощью методов измерения вручную, применявшихся ранее, было невозможно измерять с необходимой частотой для обеспечения качества массы. С помощью специально разработанных Лорентцен и Веттр пробоотборников и систем отбора проб одна система позволяет часто отслеживать несколько точек измерения на бумажном производстве. Это позволяет обнаруживать и устранять отклонения по качеству на совершенно ином, чем ранее, уровне. В этой области Лорентцен и Веттр предлагает STFI L&W Файбермастер и L&W Файбертестер.

L&W STFI Файбермастер измеряет свойства волокна он-лайн с применением пробоотборников, устанавливаемых в производственной линии. Процесс непрерывно отслеживается, что обеспечивает раннее обнаружение отклонений в качестве массы. Прибор имеет прочную конструкцию, которая позволяет устанавливать его в производственных условиях, является модульной, что позволяет добавлять дополнительные модули для измерений. Прибор можно использовать и как лабораторный, и как он-лайн.

L&W Файбертестер является отдельным современным автоматизированным и гибким настольным прибором для анализа волокна в лаборатории. Измерение качества волокна делает возможным отслеживание проблем с качеством бумаги. Применение приборов Лорентцен и Веттр для измерения волокна позволяет избегать этих проблем на ранней стадии.

Новый язык для качества массы

Для улучшения понимания между производителями целлюлозы и бумаги, и потребителями бумаги были разработаны новые методы измерения свойств волокна. Такие подходы, как измерение числа Каппа, индексов вязкости и раздирания были заменены или дополнены такими свойствами волокна, как длина, сечение, гибкость и свойства поверхности. Многие из этих свойств можно измерить с помощью L&W STFI Файбермастера. Теперь можно найти корреляцию между свойствами исходного материала и качеством конечного продукта- бумагой. Это означает, что можно оптимизировать как процесс, так и продукт.

Рис 1. Можно измерить длину и ширину различных видов волокна: термомеханическая масса, неотбеленная сульфатная целлюлоза, и отбеленная сульфатная целлюлоза.

Частый отбор проб

Автоматическое измерение целлюлозы позволяет подтверждать качество более часто и с меньшими затратами, снижая, таким образом, зависимость от ручных измерений. Традиционные методы не дают достаточной частоты измерений для подтверждения
качества целлюлозы. Специально разработанные Лорентцен и Веттр пробоотборники и система отбора проб означают, что можно с помощью одной системы отслеживать с заданной повторяемостью несколько точек измерения. Это позволяет обнаруживать
отклонения в качестве в совершенно ином, чем ранее, масштабе.

Рис 2. Стандартный отчет от L&W Файбертестера показывает средние значения, кривые распределения, одно двумерное распределение и матрицу качества с 2 – 15 классами длины (опция).

Свойства волокна

Важные измеряемые свойства волокна включают длину, ширину, деформацию, изгибаемость и костру. Длина – Длина волокна влияет на прочность листа, но может иметь негативное влияние на формование. L&W STFI Файбермастер был сконструирован для
измерения длины волокна независимо от степени деформации, и эти данные важны, поскольку деформация волокна ослабляет лист. 

Ширина – Более тонкие волокна дают более хорошее и равномерное формование. Основываясь на информации о площади поверхности волокна и его периметре, рассчитываются длина и ширина эквивалента его как прямоугольного объекта. Длина
и ширина описывают модель реально наблюдаемого объекта, который, в свою очередь, имеет менее определенную форму. Ширина волокон снижается, когда лигнин выводится из волокна.

Фактор формы – Вариации фактора формы между 81 и 85 % могут дать различие до 15 единиц по разрывной прочности неразмолотых образцов. Эта разность последовательно сохраняется при размоле с постоянной энергией, даже если разрывная прочность увеличилась за счет фибрилляции поверхности волокна.

Грубость - Единицы грубости используются для оценки толщины стенок волокна как вес на единицу длины. L&W STFI Файбермастер проводит расчеты в соответствии с формулой ниже. Поскольку L&W STFI Файбермастер также измеряет ширину волокна, то это значит, что можно рассчитать также вес на площадь поверхности волокна.

Изгибаемость, сосуды и изломы

Изгибаемость – Когда волокна более гибкие, то производится более прочная бумага. Специальные измерения показывают, что волокна весенней древесины более гибкие, чем волокна летней древесины. Для измерения изгибаемости фактор формы измеряется еще раз с более высоким расходом воды в измерительной ячейке. Изгибаемость определяется как разность факторов формы при высоком и нормальном (низком) расходе в измерительной ячейке. Волокна весенней древесины шире волокон летней древесины, и имеют более тонкие стенки, склонные к схлопыванию. Поэтому они изгибаются легче.

Сосуды – в лиственной целлюлозе сосуды могут вызвать проблемы, поскольку они ограничивают пригодность целлюлозы для некоторых применений. Типичный сосуд, например, эвкалиптовый сосуд, имеет размеры 200×200×20 мкм. Типичное эвкалиптовое волокно имеет размеры 800х20х20мкм. Измеряется отношение числа сосудов к числу волокон и распределение длина/ширина для сосудов. Дополнительной измерительной ячейки не требуется.

Изломы – Локальные деформации могут вызвать локальное ослабление волокна. Измерение изломов требует дополнительных 10 минут и проводится после измерения длины, ширины и фактора формы на том же образце. Исходные данные можно сохранить
для проведения последующего изучения отдельных волокон и расчета углов излома. Длины сегментов рассчитываются в соответствии с рисунком. Информация об изломах может оказаться более важной, чем информация по длине.

Рис 3. Волокно с двумя измеряемыми локальными деформациями

Костра, садкость и смесь

Костра - это волокна, которые не разделились, и которые шире 75мкм. Костра может дать дефекты поверхности, тем самым ослабляя бумагу. Кроме того, это может вызвать остановы бумажной машины и машин последующей переработки, например, печатных прессов. Костра образуется при производстве неотбеленной химической и механической целлюлозы.

Садкость – неравномерность удержания может вызвать проблемы на бумажной машине. Садкость является измерением скорости, с которой водa вытекает из образца массы. Стандартный тест на садкость основан на вытекании под действием силы тяжести
через пластину с отверстиями. L&W STFI Файбермастер измеряет садкость, когда образец проходит через сетку, следуя стандартному анализу. Этот метод аналогичен методу ТАППИ T227.

Смесь - двумерное распределение по волокну. Программа рассчитывает компоненты по видам волокна, присутствующим в образце целлюлозы. Соотношение коротких и длинных волокон в смеси или соотношение волокон химической целлюлозы в смеси с ТММ может быть рассчитано и использовано при он-лайн контроле процесса. Например, примесь коротких волокон в упрочняющей целлюлозе снижает ценность целлюлозы, в то время как химическая целлюлоза в возвратной массе дает более прочную бумагу.

Оригинал статьи опубликован в журнале "L&W HANDBOOK"

Оборудование L&W STFI Файбермастер представлено в каталоге на сайте "Юман".