Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
104
Механические свойства. Для описания механического поведения материалов необходимо знать такие свойства, как модуль упругости, прочность, пластичность, твердость и вязкость (табл. 2.1). Зависимость напряжение - деформация (а - е), получаемая путем обработки индикаторной диаграммы нагрузка - удлинение (P - Al), является интегральной характеристикой механических свойств и широко применяется в материаловедении. При приложении растягивающей нагрузки в бумаге наблюдается несколько стадий развития деформации, предшествующих окончательному разрушению (рис. 2.1).
В области I (прямолинейный участок на кривой, ограниченной точкой 1) происходит деформирование волокон и межволоконных связей. Пределы упругости (oi) и упругой деформации (еО у испытуемых образцов данного материала варьируются, что объясняется неоднородностью структуры бумаги в плоскости листа. Колебания пороговых значений о\ и 8] приводят к колебаниям начального модуля упругости.
Таблица 2.1
Основные механические свойства
Характеристика Обозначение Определение Единицы измерения Напряжение а Мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под влиянием внешнего воздействия (т.е. сила на единицу площади поперечного сечения): ст = P I S, где S = Ь8 , Ъ - ширина образца, 5 - толщина образца Н/м2 Деформация E Характеристика изменения размеров и формы тела (относительная деформация): E - А / / /, где А / -удлинение, / - длина образца Безразмерная величина Модуль упругости E Характеристика упругих свойств материала (коэффициент пропорциональности между упругим напряжением и соответствующей деформацией): E = О7Б Н/м2 Прочность °"Р Напряжение, при котором происходит разрушение тела (разрушающее напряжение) Н/м2 Пластичность - Способность необратимо деформироваться при напряжении Безразмерная величина Вязкость Величина поглощенной энергии или работа разрушения Дж/м2
... Дж , 105
I
п
ш
IV
3
Рис. 2.1 Схема деформационных состояний целлюлозно-бумажных материалов при растяжении:
I - деформирование волокон и межволоконных связей; II - извлечение концов неразорванных волокон; III - отрыв волокон при их деформировании без разрушения и слияния микрокапилляров; Г/ - разрыв волокон и адгезионное отслаивание волокон (рост трещины)
От точки 1 до точки 2 зависимость имеет криволинейный характер, причем крутизна кривой на отрезке 1-П выше, чем на отрезке П-2. В области II отклонение от прямолинейной зависимости вызвано извлечением концов неразрушенных волокон с / < /к из зацепления, происходит снижение межволоконных сил связи и текущего модуля упругости Ex. В области III извлекаются, преодолевая силы трения, неразрушенные волокна с длиной, приближающейся к критической. Наблюдаются более значительные разрушения межволоконных сил связи. Микрокапилляры начинают сливаться, появляются пластические деформации. В области IV происходит рост трещины, приводящий к разрушению образца. В этом случае происходит разрушение как межволоконных связей, так и собственно волокна.
Таким образом, упругие свойства зависят от всей предыстории материала: природы волокна; способа варки; фундаментальных свойств волокна; режимов процессов производства бумаги; соотношения начальных модулей упругости волокон коротко- и длинноволокнистых фракций и в сильной степени от наличия макронеоднородностей структуры в плоскости листа, обусловленной процессом формования на сетке бумагоделательной машины. Начальный модуль упругости Ex является интегральной характеристикой области I деформирования материала.
Для определения начального модуля упругости в основном используются три метода (рис 2.2). Первый заключается в нахождении Ex через тангенс угла наклона прямолинейной части кривой зависимости напряжение - деформация (Ei — tg oti); второй - в определении секущего модуля упругости или модуля общей деформации (?од = tg а2), координаты точки А задаются; третий - в определении модуля упругости для выбранной точки {B) на кривой или текущего модуля упругости (Z?T=tga3).
106
Замедленно упругая де- а Л формация, т. е. проявление вязкоупругих свойств в области II и III кривой зависимости напряжение - деформация (см. рис. 2.1), обусловлена, во-первых, критической длиной волокна (/к), во-вторых, относительным содержанием фракций волокон с / ^ /к и / > /к, о 6 в-третьих, относительным Рис. 2.2. Способы определения модуля уп-вкладом в возникающую ругости для нелинейно-упругих тел пластическую деформацию механизмов сдвиговой вынужденной эластичности и крейзования. Разработанные методики позволяют получить характеристики для оценки данных областей деформирования.
Область IV деформирования материала характеризуется трещино-стойкостью, т. е. устойчивостью к инициированию и росту трещин. Одним из основных энергетических критериев, характеризующих рост трещины, является ./-интеграл - характеристика, находящая все большее применение для оценки качества целлюлозно-бумажных материалов.
Знания о трещиностойкости материалов позволяют оперативно принимать решения по регулированию производственного процесса. В случае низкой трещиностойкости необходимы решения: по повышению эффективности сортирования полуфабрикатов или бумажной массы с целью уменьшения содержания типичных дефектов; по повышению относительного содержания в структуре бумаги длинноволокнистого полуфабриката или длинноволокнистой фракции с целью нивелирования влияния дефектов; по изменению параметров процесса размола для заданного изменения критической длины волокна; по модернизации бумагоделательной машины в целях уменьшения вариации характеристик упругости и вязкоупругости. При излишне высокой трещиностойкости принимается решение о применении для производства дорогостоящих полуфабрикатов или о снижении массы 1м2 бумаги.
