Технология производства бумаги и картона. Методические указания к лабораторным работам

3. Какое влияние оказывают условия испытания на получаемые результаты?

Лабораторная работа 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БУМАГИ НА РАЗДИРАНИЕ

Цель работы: Определение показателей механической прочности бумаги.

Оборудование и материалы: образцы бумаги, прибор для испытания прочности.

6.1. Общие сведения

Сопротивление раздиранию является важным показателем для оценки механической прочности различных видов бумаги (например, основы абразивной бумаги, основы для мелования, чертёжной, туалетной и упаковочной). Сопротивление раздиранию зависит не только от сил межволоконной связи, но и от длины волокна и эластичности его структуры. Известны две методики для определения показателя сопротивления раздиранию, существенно отличающиеся друг от друга.

Определение сопротивления бумаги раздиранию производят на аппарате Эльмендорфа (рис. 6.1). Рабочая часть аппарата состоит из качающегося маятника, имеющего форму сегмента, подвешенного на горизонтальной оси, уложенной в шарикоподшипниках. Когда маятник поднят на известную высоту, он обладает

некоторым запасом потенциальной энергии, равным произведению веса маятника на высоту поднятия. Если падение маятника задержать какой-либо силой, например, потребным на раздирание листа бумаги, то маятник по другую сторону поднимается на меньшую высоту;

31

разница в высоте поднятия и будет мерой усилия, потребного на раздирание бумаги. Ось маятника укреплена на стойке, сбоку которой имеется подвижный зажим для бумаги; второй такой же зажим имеется на маятниковом сегменте. Когда маятник отведен влево и удерживается в таком положении тормозной пружиной, укреплённой на треугольном основании аппарата, линия обоих зажимов совпадает и в них можно вставить испытуемый лист бумаги. Ниже зажимов на оси укреплена удерживаемая пружиной ручка ножа для надреза бумаги, лезвие которого при нажатии на ручку проходит между зажимами и производит надрез бумаги на глубину 20 мм. На переднюю втулку маятника с некоторым трением насажена муфта, к которой прикреплена стрелка-указатель. На левой стороне сегмента маятника имеется шкала, на которой указана величина раздирающего усилия в граммах. Перед испытанием проверяют нулевое положение стрелки. Для этого заводят сегмент маятника влево до упора в тормозную пружину, а стрелку-указатель отпускают вертикально вниз до касания с вертикальным упором. Затем нажимают тормозную пружину и не отпускают ее, пока маятник не начнет возвращаться влево; при обратном качании сегмент вследствие трения его втулки о муфту, на которой насажена стрелка, подхватывает указатель.

Отпустив пружину, останавливают качание. Если указатель стоит на нуле, подкручиванием установочного винта в штативе и повторными проверками добиваются правильного положения аппарата. Для облегчения проверки установки сегмент маятника снабжен посредине белой чертой, которая должна совпадать с краями тормозной пружины, когда маятник останавливается после свободного качания. Проверив нулевое положение, заводят сегмент влево до останова и вставляют в зажим листы испытуемой бумаги. Листы должны иметь длину 75 мм и ширину 65 мм; при этом расстояние от конца надреза ножом до края листов будет составлять 45 мм. Бумагу следует закреплять и зажимать так, чтобы вставляемый в зажим край ее доходил до основания зажимов и чтобы в подвижный зажим вставлялась кромка на глубину не менее 25 мм. Нажатием ручки ножа производят надрыв бумаги и быстро нажимают тормозную пружину. Сегмент, падая направо, раздирает бумагу, а при обратном качании подхватывает стрелку-указатель. При обратном движении маятника тормозную пружину отпускают, останавливая качание, и отсчитывают по шкале раздирающее усилие в граммах. Одно деление шкалы соответствует усилию в 16 грамм. При испытании тонких бумаг можно

32

вставлять в зажимы одновременно 16 листов, более толстых – 4 листа, особенно толстых один лист. По результатам испытания вычисляют усилие, потребное на раздирание одного листа. Если, например, при раздирании 4 листов стрелка прибора показала 9 делений, то усилие,

Окончательный результат испытания должен представлять собой среднее не менее чем пяти раздираний в продольном и пяти – в поперечном направлении листа. Если линия раздирания сильно отклоняется (на 6 - 7 мм) от линии надреза ножом, результат испытания не принимается во внимание.

Определение сопротивления раздиранию по Эльмендорфу. В

соответствии со стандартом сопротивление раздиранию F представляет собой усилие, выражаемое в пондах, затрачиваемое на раздирание бумаги на определенную длину после ее надреза. Согласно условиям испытания сопротивление бумаги раздиранию как в продольном, так и в поперечном направлениях определяется с общим среднеарифметическим результатом. Относительный показатель прочности на

раздирание Fотн устанавливается с приведением к массе 100 г/м2 по формуле

Определение сопротивления раздиранию по Унгеру

В соответствии с отраслевым стандартом сопротивление раздиранию FU выражается среднеарифметическим значением в пондах количества работы, затрачиваемой на раздирание бумаги в условиях, предусмотренных указанным стандартом.

33

Согласно условиям испытания сопротивление раздиранию в продольном и поперечном направлениях выражается суммарным среднеарифметическим значением (рис. 6.2). Относительное сопротивление раздиранию FU ОТН выражают в виде поверхности раздирания с приведением к массе 100 г/м2. Настоящий стандарт предусматривает также возможность определения количества работы, затрачиваемой на раздирание бумаги. В этом случае определяется количество работы, необходимой на раздирание бумаги после ее надреза на каждый сантиметр длины.

За каждый сантиметр хода маятника, связанного с режимом, образуется вследствие особых геометрических соотношений разрыв длиной 5,74 см (величина постоянная). Затраченная при этом работа соответствует среднему значению силы раздирания, действующей на участке длиной 1 см.

Пересчет на сопротивление раздиранию производится по формуле FU (равно работе, затраченной на раздирание и умноженной на 5,74) с указанием по шкале прибора количества затрачиваемой работы.

6.2 Порядок проведения работы

Методика испытания по Эльмендорфу

Из изготовленных проб отбирают по пять образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлениях длиной 76±1 мм и шириной 63+0,2 мм. При этом следует отметить, что образцы шириной 63 мм укладывают один раз параллельно продольному и один раз параллельно поперечному направлениям. Количество одновременно испытываемых образцов зависит от ожидаемого результата измерений. Его устанавливают с таким расчетом, чтобы измеряемая величина находилась между делениями 2/10 и 6/10 на шкале прибора.

В зажимах прибора одновременно закрепляют до 16 образцов. В этом случае на соответственно градуированной шкале прибора сопротивление раздиранию всех 16 одновременно испытываемых образцов указывается непосредственно в пондах.

Необходимо следить за тем, чтобы нож, расположенный по центру между зажимами под закрепленными образцами, обеспечивал надрез размером 20±0,1 мм, чтобы для раздирания полосок маятником еще осталось 43 мм. Результаты измерения не учитываются при отклонении надреза от середины более чем на 10 мм. В этом случае

34

образцы необходимо заменить другими. После испытания следует указать: общее число испытуемых образцов, среднеарифметические значения сопротивления раздиранию в продольном и поперечном направлениях, суммарный среднеарифметический результат, относительный результат измерения с точностью до 1 понда.

Методика испытания по Унгеру

Всоответствии с техническими условиями стандарта на испытание образцы закрепляются в двух параллельно расположенных зажимах, поворачивающихся на угол 5°. После исходного надреза (около 10 мм) один зажим под действием кинетической энергии, развиваемой маятником, поворачивается, в результате чего происходит раздирание полоски. Сила, необходимая для раздирания, определяется по работе, произведенной маятником. Она отсчитывается непосредственно по шкале прибора как средний показатель усилия, направленного перпендикулярно линии разрыва.

Из отобранных образцов пять нарезают по одной пробе в продольном и поперечном направлениях с минимальным форматом 120X160 мм. Затем пробы акклиматизируются. Перед проведением испытаний следует установить стрелку прибора на нулевой отметке,

что производится на холостом ходу маятника. Испытывать можно все виды бумаги и картона массой примерно до 350 г/м2. Шкала счетчика прибора градуирована на два диапазона (А=0 – 1200 и В = 0 – 2400). Вторую шкалу используют, когда маятнику придается дополнительный груз.

Всоответствии с условиями упомянутого выше стандарта маятник отводят в исходное положение, а неподвижный зажим устанавливают в положение упора. Испытываемые образцы вставляют

взажимы после поворота последних на угол 5°, а передний край бумаги надрезают укрепленным на приборе ножом.

Раздирание начинается, когда зажимы устанавливаются параллельно друг другу, причем правый зажим поворачивается рукояткой к наружной стороне, натягивая бумагу до момента раздирания. Затем, нажав на пусковой шток, маятник отпускают, при своем падении он раздирает бумагу, а на счетчике отсчитывается величина оказываемого при этом сопротивления в пондах. Перед началом испытания измерительный валик поворачивают вправо до ограничителя хода оси маятника.

35

Контрольные вопросы

1.Что следует понимать под сопротивлением раздиранию?

2.Какое различием между определениями сопротивления продавливанию по Эльмандорфу и Унгеру?

3.Определите по Эльмандорфу и Унгеру показатель сопротивления раздиранию образцов бумаги и картона и сопоставьте полученные результаты с данными стандарта.

Библиографический список

1.Дубровский В.К. и др. Лабораторный практикум по технологии бумаги и картона: учебное пособие. _ СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2006. – 230с.

2.ГОСТ 53636-2009. Целлюлоза. Бумага. Картон. Термины и определения. – М: Стандартинформ, 2011. – 64 с.

3.Кларк Д. Технология целлюлозы (наука о целлюлозной массе

ибумаге, подготовка массы, переработка ее на бумагу, методы испытаний) / под. ред. Г.А. Пазухиной; пер. с англ. А.В. Оболенской. – М.: Лесная промышленность, 1983. – 456 с.

4.Фляте Д.М. Свойства бумаги. – 5-е. изд. – М.: Лань, 2012. –

680 с.

Ответственный за выпуск В. Н. Башкиров

Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета

Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета

420015, Казань, К. Маркса, 68

36