Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
В табл. 2.2 показано влияние степени делигнификации сульфатной небеленой целлюлозы на физико-механические свойства образцов бумаги лабораторного приготовления. Снижение критической длины волокна уменьшает вклад в пластическую деформацию механизма крейзования, что, в свою очередь, позволяет снизить трещиностойкость бумаги. Сни
107
жение трещиностойкости влечет за собой уменьшение характеристик статической (P) и динамической (Ар) прочности.
Таблица 2.2
Физико-механические свойства сульфатной небеленой целлюлозы
Характеристика Размерность Ед. Каппа
43,9 32,4 67,2 Начальный модуль упругости JSi МПа 5870 6310 6380 Коэффициент Пуассона о - 0,29 0,24 0,22 Относительный вклад в пластическую деформацию механизмов: сдвиговой вынужденной деформации % 42 52 60 крейзования % 58 48 40 Критическая длина волокна /к MM 1,24 1,18 0,67 Трещиностойкость Ji0 мДж/м2 1,86 1,29 0,70 Разрушающее усилие P H 64,4 59,6 51,3 Работа разрушения А„ мДж 102 85 74 Ij.-1--V-,--1-L-
Масса образцов 40 г/и1; степень помола 450IIIP.
Важнейшей характеристикой способности материала к деформированию является жесткость при изгибе. Многие виды бумаги и картона при дальнейшей переработке или использовании в качестве конечного продукта должны обладать заданной жесткостью при изгибе. Это в первую очередь относится к картонам для производства тары, упаковочным и печатным видам бумаги. Низкая жесткость при изгибе необходима для санитарно-гигиенической, нотной бумаги и др. Эта весьма важная характеристика во многих случаях не регламентируется отечественными стандартами.
Изгиб - это деформация тела под воздействием внешних сил, сопровождающаяся изменением кривизны деформируемого объекта (рис. 2.3). Различают несколько видов изгиба: чистый, поперечный, косой, продольный. Наибольший интерес для переработки бумаги вызывает самый распространенный вид изгиба - поперечный. Деформация изгиба сводится к растяжениям и сжатиям, различным в различных частях тела, т. е. к неоднородному растяжению и сжатию.
Если изгиб материала происходит в упругой области, то вид растягивающих и сжимающих напряжений по толщине материала соответствует представленным на рис. 2.4 и 2.5. На практике чаще всего наблюдаются случаи, когда напряжение крайнего растянутого волокна ниже предела упругости, а напряжение крайнего сжатого волокна выше предела упругости при сжатии (рис. 2.5).
108
а б
Рис. 2.3. Модель деформации изгиба: а - без приложения нагрузки; б - с приложением нагрузки
Нейтральная ось
РИС. 2.4. Растягивающие и сжимающие напряжения, возникающие при упругом изгибе, по отношению к нейтральной оси
сг-р астяги в аю щее
а-сжимающее Зона неустойчивости
Рис. 2.5. Растягивающие и сжимающие напряжение по отношению к нейтральной оси, возникающие при упругом растяжении и неупругом сжатии слоев
Жесткость при изгибе изотропного материала определяется произведением модуля упругости материала при изгибе Етг на момент инерции его площади сечения /. В случае прямоугольного сечения, как у бумаги, ЬЬ3
I =-, где b ~ ширина образца, 6 - толщина образца. Таким образом, же-
сткость при изгибе является комплексной характеристикой:
EI — ?„
(2.3) 109
12
Модуль упругости характеризует способность бумажного листа сопротивляться деформированию в зависимости от свойств листа, обусловленных всей его предысторией. Установлено, что модуль упругости бумаги, определенный при изгибе, всегда имеет меньшее значение по сравнению с модулем упругости, определенным при растяжении. Это может быть объяснено тем, что в области сжатия могут возникать боковые перемещения у волокон, вызванные потерей устойчивости, что и определяет в конечном счете Етг. Величина момента инерции обусловлена геометрическими размерами поперечного сечения образца материала.
Таким образом, изменение под воздействием различных факторов модуля упругости при изгибе и момента инерции оказывает конкурирующее влияние на жесткость при изгибе, которая в большей степени регламентируется модулем упругости при изгибе в случаях: а) различного вида полуфабрикатов; б) увеличения зольности бумаги; в) проклейки связующими веществами; г) сушки; д) увеличения степени ориентации волокон; е) изменении относительного содержания фракций с различной длиной волокна. Момент инерции площади поперечного сечения образца оказывает решающее влияние на жесткость при изгибе в случаях: а) размола волокна; б) увеличения массы 1 м2; в) давления мокрого прессования; г) проклейки гидрофобными материалами; д) повышения жесткости отдельного волокна; е) увеличения степени дисперсности фракций с различной длиной волокна у механических масс.
Таким образом, деформационные свойства бумаги и картона, включающие такие характеристики, как Е\ - начальный модуль упругости; S, = Е\Ь - жесткость при растяжении; EI - жесткость при изгибе; ер - деформация разрушения - являются важнейшими показателями качества многих видов бумаги и картона.
Следует четко усвоить, что прочность и жесткость не одно и то же. Жесткость показывает, насколько податливым является материал. Прочность характеризуется напряжением, необходимым для того, чтобы этот материал разрушить (при растяжении образца), разорвать материал на части, разрушив все межатомные и межмолекулярные связи вдоль поверхности разрыва. Существуют специальные характеристики для оценки прочности отдельных материалов. Так, в случае бумаги используются такие характеристики, как разрушающее усилие Р, разрывная длина L, разрушающее напряжение стр, сопротивления раздиранию, продавливанию, надрыву, излому и др. Как правило, испытания на прочность обнаруживают большой разброс характеристик. Основные положения статической теории
