Характеристика полей локальной анизотропии структуры и деформационных свойств бумаги
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-3-169-183Ключевые слова:
бумага, структура, анизотропия, деформационные свойства, ориентация волокна, вариация свойствАннотация
Представлены результаты сравнительной оценки физико-механических характеристик упаковочной влагопрочной бумаги из хвойной и лиственной беленой целлюлоз. Неразрушающими и разрушающими методами выполнены измерения образцов бумаги 60 г/м2, размерами 120×120 мм, размеченных на квадраты 15×15 мм. Получены поля характеристик на локальных участках. Кроме толщины и неоднородности просвета с применением ИК-спектроскопии неразрушающего полного внутреннего отражения определены параметры локальной степени анизотропии и угла ориентации волокон. Установлены физико-механические показатели при испытании на растяжение образцов малой длины. Выявлено, что флокулы и промоины в листе бумаги, визуально выражающиеся в неоднородности просвета, вносят решающий вклад в наличие локальной неоднородности анизотропии и вариацию деформационных и прочностных характеристик бумаги. Вариация неоднородности просвета, измеренная на отдельных участках, превышает 11 % при вариации толщины не более 3 %. Коэффициент вариации деформационных характеристик в несколько раз больше коэффициента вариации для толщины образца и зависит от области деформирования, в которой измерены показатели. Анализ экспериментальных данных и их статистическая обработка позволили получить визуальное представление о распределении локальных характеристик структуры, а также деформационных и прочностных свойств. По гистограммам распределения и полям локальной анизотропии структуры и деформационных свойств бумаги установлена очень высокая вариация параметров структуры и преобладание участков с пониженной анизотропией по сравнению с участками с большой анизотропией. Обнаружено соответствие полей локальных прочностных характеристик: максимальное напряжение, удлинение до максимальной нагрузки и работа разрушения. Показано, что вариация механических характеристик увеличивается при переходе от упругой зоны деформирования к зоне разрушения и максимальна для параметров, интегрально описывающих деформационные и прочностные свойства, таких как работа разрушения.
Скачивания
Библиографические ссылки
Абрамова В.В., Гурьев А.В. Оценка равномерности формования макроструктуры офисной бумаги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. No 4. С. 172–186. Abramova V.V., Gur’ev A.V. Evaluation of Macrostructure Forming Uniformity of Copy Paper. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2017, no. 4, pp. 172–186. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.4.172
Базарнова Н.Г., Карпова Е.В., Катраков И.Б., Маркин В.И., Микушина И.В., Ольхов Ю.А., Худенко С.В. Методы исследования древесины и ее производных. Барнаул: Алтайск. гос. ун-т, 2002. 160 с. Bazarnova N.G., Karpova E.V., Katrakov I.B., Markin V.I., Mikushina I.V., Ol’khov Yu.A., Khudenko S.V. Methods for Studying Wood and its Derivatives. Barnaul, Altai State University Publ., 2002. 160 p. (In Russ.).
Беляев О.С., Казаков Я.В. Использование неразрушающих методов контроля качества крафт-лайнера // Изв. вузов. Лесн. журн. 2016. No 3. С. 157–170. Belyayev O.S., Kazakov Ya.V. Using Non-Destructive Methods of Kraft Liner Quality Control. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2016, no. 3, pp. 157–170. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2016.3.157
Галактионов Б.В., Иванова Е.И., Сырников Ю.П., Ферсман И.А., Царев Н.Н. Объективная оценка просвета бумаги // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 1995. No 3. С. 117–131. Galaktionov B.V., Ivanova E.I., Syrnikov Yu.P., Fersman I.A., Tsarev N.N. Objective Assessment of Paper Lookthrough. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii, 1995, no. 3, pp. 117–131. (In Russ.).
Герасюта С.М., Смолин А.С., Иванова Е.И., Каневская В.С. Исследование коэффициента вариации и среднего размера неоднородности для различных типов бумаги на анализаторе просвета АП-2 // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2016. Вып. 217. С. 238–247. Gerasuta S.M., Smolin A.S., Ivanova E.I., Kanevskaya V.S. Study of Сoefficient of Variation and the Average Size Ingomogenity for Various Types of Paper with Help of Formation Analyzer the AP-2. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii, 2016, iss. 217, pp. 238–247 (in Russ. with Eng. sum.). https://doi.org/10.21266/2079-4304.2016.217.238-247
Гисматулина Ю.А., Будаева В.В. Сравнение целлюлоз, выделенных из мискантуса, с хлопковой целлюлозой методом ИК-Фурье спектроскопии // Ползуновский вестн. 2014. No 3. С. 177–181. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V. Comparison of Celluloses Isolated from Miscanthus with Cotton Cellulose by FT-IR Spectroscopy. Polzunovskiy vestnik, 2014, no. 3, pp. 177– 181. (In Russ.).
Деркачева О.Ю. Анализ ИК-спектров отражения исторических бумаг // Фотография. Изображение. Документ. 2013. No 4 (4). С. 23–31. Derkacheva O.Yu. Analysis of IR Reflection Spectra of Historical Papers. Fotografiya. Izobrazheniye. Dokument, 2013, no. 4 (4), pp. 23–31. (In Russ.).
Деркачева О.Ю. Определение структуры волокон целлюлозы по инфра-красным спектрам отражения бумаги // Жур. прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, No 6. С. 947–953. Derkacheva O.Yu. Determination of Cellulose Fiber Structure Using IR Reflectance Spectroscopy of Paper. Zhurnal prikladnoj spektroskopii = Journal of Applied Spectroscopy, 2014, vol. 81, pp. 1037–1043. https://doi.org/10.1007/s10812-015-0047-6
Деркачева О.Ю., Сухов Д.А., Хейфец Д.М. Молекулярная спектроскопия как основа экспертной системы различных типов бумаги // Фотография. Изображение. Документ. 2011. No 2 (2). С. 66–71. Derkacheva O.Yu., Sukhov D.A., Kheyfets D.M. Molecular Spectroscopy as the Basis of an Expert System of Various Types of Paper. Fotografiya. Izobrazheniye. Dokument, 2011, no. 2 (2), pp. 66–71. (In Russ.).
Дулькин Д.А., Блинова Л.А., Блинушова О.Н. Изменение надмолекулярной структуры волокнистых полуфабрикатов из древесины в процессе размола // Химия растит. сырья. 2007. No 1. С. 75–83. Dul’kin D.A., Blinova L.A., Blinushova O.N. Changes in the Supramolecular Structure of Fibrous Semi-Finished Wood Products during Milling. Khimija Rastitel’nogo Syrja, 2007, no. 1, pp. 75–83. (In Russ.).
Инфракрасная спектроскопия полимеров / пер. с нем., под ред. Э.Ф. Олейника. М.: Химия, 1976. 472 с. Infrared Spectroscopy of Polymers. Trans. from Germ., ed. by E.F. Olejnik. Moscow, Khimiya Publ., 1976. 472 p. (In Russ.).
Казаков Я.В., Зеленова С.В., Комаров В.И. Влияние неоднородности структуры на характеристики жесткости картонов-лайнеров // Изв. вузов. Лесн. журн. 2007. No 3. С. 110–121. Kazakov Ya.V., Zelenova S.V., Komarov V.I. Influence of Structural Nonuniformity on Stiffness Characteristics of Linerboard. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2007, no. 3, pp. 110–121. (In Russ.).
Лысаченкова М.М., Казаков Я.В., Чухчин Д.Г. Неразрушающий контроль локальной неоднородности структуры бумаги // Актуальные проблемы развития лесного комплекса»: материалы XIX Междунар. науч.-техн. конф. Вологда: ВоГУ, 2021. С. 330–334. Lysachenkova M.M., Kazakov Ya.V., Chukhchin D.G. Non-Destructive Testing of Local Heterogeneity of Paper Structure. Actual Problems of Forest Complex Development: Proceedings of the XIX International Scientific and Technical Conference. Vologda, Vologda State University Publ., 2021, pp. 330–334. (In Russ.).
Окулова Е.О., Гурьев А.В., Холмова М.А. Оценка соотношения волокон осины и березы в целлюлозных полуфабрикатах методом ИК-Фурье-спектроскопии // Системы. Методы. Технологии. 2021. No 3 (51). С. 122–128. Okulova Ye.O., Guriev A.V., Holmova M.A. Estimation of the Ratio of Aspen and Birch Fibers in Cellulose Semi-Finished Products by FT-IR Spectroscopy. Sistemy. Metody. Tekhnologii = Systems. Methods. Technologies, 2021, no. 3 (51), pp. 122–128. (In Russ.). https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-3-122-128
Поташева А.Н. Влияние анизотропии структуры на неоднородность деформирования целлюлозно-бумажных материалов: дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2020. 220 с. Potasheva A.N. The Influence of Structural Anisotropy on the Heterogeneity of Deformation of Pulp and Paper Materials: Cand. of Tech. Sci. Diss. Arkhangelsk, 2020. 220 p. (In Russ.).
Св. No 2001610526 РФ. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программное обеспечение лабораторного испытательного комплекса для оценки деформативности и прочности целлюлозно-бумажных материалов (KOMPLEX): No 2001610250: заявл. 11.03.2001: опубл. 10.05.2001 / Я.В. Казаков, В.И. Комаров; заявитель и правообладатель ГОУ ВПО АГТУ. Kazakov Ya.V., Komarov V.I. Certificate no. 2001610526 RF. Certificate of State Registration of the Computer Program. Software for a Laboratory Testing Complex for Assessing the Deformability and Strength of Pulp and Paper Materials (KOMPLEX): no. 2001610250, 2001. (In Russ.).
Св. No 2012612685 РФ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа для количественной оценки неоднородности структуры бумаги на просвет (Анализатор формования): No 2012610587: заявл. 02.02.2012: опубл. 15.03.2012 / Я.В. Казаков, В.В. Абрамова; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВПО САФУ. Kazakov Ya.V., Abramova V.V. Certificate no. 2012612685 RF. Certificate of State Registration of the Computer Program. Program for Quantitative Evaluation of Paper Structure Heterogeneity in Lookthrough (Formation Analyzer): no. 2012610587, 2012. (In Russ.).
Св. No 2018661852. РФ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа для корреляционного анализа серий ИК-спектров: No 2018616255: заявл. 19.06.2018: опубл. 20.08.2018 / Д.Г. Чухчин; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО САФУ. Chukhchin D.G. Certificate no. 2018661852 RF. Certificate of State Registration of the Computer Program. Program for Correlation Analysis of IR Spectra Series: no. 2018616255, 2018. (In Russ.).
Смолин А.С., Аксельрод Г.З. Технология формования бумаги и картона. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 120 с. Smolin A.S., Aksel’rod G.Z. Paper and Cardboard Forming Technology. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1984. 120 p. (In Russ.).
Шипина О.Т., Гараева М.Р., Александров А.А. ИК-спектроскопческие исследования целлюлозы из травянистых растений // Вестн. Казанск. Технол. ун-та. 2009. No 6. С. 148–152. Shipina O.T., Garaeva M.R., Aleksandrov A.A. IR Spectroscopic Studies of Cellulose from Herbaceous Plants. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = Herald of Technological University, 2009, no. 6, pp. 148–152. (In Russ.).
Acquah G.E., Via B.K., Fasina O.O., Eckhardt L.G. Rapid Quantitative Analysis of Forest Biomass Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Partial Least Squares Regression. Journal of Analytical Methods in Chemistry, 2016, vol. 2016, art. no. 1839598. https://doi.org/10.1155/2016/1839598
Chen H., Ferrari C., Angiuli M., Yao J., Raspi C., Bramanti E. Qualitative and Quantitative Analysis of Wood Samples by Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Multivariate Analysis. Carbohydrate Polymers, 2010, vol. 82, iss. 3, pp. 772–778. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.05.052
Downes G.M., Meder R., Bond H., Ebdon N., Hicks C., Harwood C. Measurement of Cellulose Content, Kraft Pulp Yield and Basic Density in Eucalypt Woodmeal Using Multisite and Multispecies near Infra-Red Spectroscopic Calibrations. Southern Forests: A Journal of Forest Science, 2011, vol. 73, iss. 3–4, pp.181–186. https://doi.org/10.2989/20702620.2011.639489
Kazakov Ya., Romanova A., Chukhchin D. The Use of ATR-IR Spectroscopy to Determine the Anisotropy Parameters of the Structure of Materials Based on Plant Fibers. Progress in Paper Physics Seminar PPPS 2020. Finland, Jyväskylä, VTT Technology 378, 2020, pp. 61–66. https://doi.org/10.32040/2242-122X.2020.T378
Le Moigne N., Jardeby K., Navard P. Structural Changes and Alkaline Solubility of Wood Cellulose Fibers after Enzymatic Peeling Treatment. Carbohydrate Polymers, 2010, vol. 79, iss. 2, pp. 325–332. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.08.009
Poke F.S., Raymond C.A. Predicting Extractives, Lignin, and Cellulose Contents Using Near Infrared Spectroscopy on Solid Wood in Eucalyptus globulus. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2006, vol. 26, iss. 2, pp. 187–199. https://doi.org/10.1080/02773810600732708
Sandak A., Sandak J., Prądzyński W., Zborowska M., Negri M. Near Infrared Spectroscopy as a Tool for Characterization of Wood Surface. Folia Forestalia Polonica, 2009, series B, iss. 40, pp. 31–40.
Skoglund A., Kessler W., Kessler R.W., Brundin A., Mandenius C.-F. On-line Spectroscopic Measurements of Wood Chips before a Continuous Digester. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2004, vol. 70, iss. 2, pp. 129–135. https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2003.11.007
Tsuchikawa S., Kobori H. A Review of Recent Application of Near Infrared Spectroscopy to Wood Science and Technology. Journal of Wood Science, 2015, vol. 61, pp. 213– 220. https://doi.org/10.1007/s10086-015-1467-x
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
