ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы, протекающие при сушке мокрого бумажного полотна из "Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой" С точки зрения механизма процесса само формование бумажного полотна на сетке бумагоделательной машины представляется очень простым. Волокно, откладываясь на сетке, образует слой, через который под действием силы тяжести и под влиянием разрежения, создаваемого под сеткой вакуумирующими приспособлениями, отфильтровывается избыток воды из исходной бумажной массы. К концу стола бумагоделательной машины в бумаге удерживается кроме абсорбированной целлюлозой воды только та часть ее, которая связана капиллярными силами, и свободная (механически иммобилизованная) вода, которая не могла быть удалена из-за недостаточного разрежения и из-за малого времени действия вакуума (большие скорости формования). [c.182] После гауч-п1роцесса (гауч-вала) бумажное полотно содержит 15—20% волокнистой массы, но уже при этой концентрации реологические свойства системы резко отличаются от свойств исходной суспензии. [c.183] На сетке машины возникает своеобразное взаимное переплетение волокон (свойлачивание), которое частично способствует приданию полотну достаточной прочности для переноса его с сетки машины на отжимные цилиндры. Свойлачивание волокон усиливается создаваемой на машинах вибрацией сетки в поперечном направлении. Однако даже при достаточно жирном помоле это сцепление волокон само по себе еще недостаточно и, вероятно, более значительную долю в обеспечении монолитности полотна вносят силы поверхностного натяжения воды, находящейся между контактирующими волокнами. О значении этих сил можно составить представление из известного физического опыта по отрыву двух стеклянных пластин, соединенных между собой тонкой прослойкой воды. Вообще вопрос о механическом поведении све-жесформованного бумажного листа является достаточнв сложным. При кратковременных нагрузках эта система испытывает заметную обратимую деформацию. Необратимая составляющая появляется лишь при сравнительно продолжительном действии нагрузки или при большом значении ее. [c.183] Относительно высокая обратимая деформируемость влажной (содержащей капиллярную воду) бумаги, сходящей с сетки бумагоделательной машины, вполне понятна, если учесть, что целлюлозное волокно находится в области выше температуры стеклования, т. е. в той области, для которой характерно проявление аморфными участками полимера высокой обратимой деформации. Необратимое изменение формы бумаги возможно лишь за счет взаимного перемещения волокон друг относительно друга, а не за счет пластической деформации самих волокон. В связи с этим следует рассмотреть некоторые морфологические особенности поверхности бумаги. [c.183] Может быть расйознйн, по крайней мере без повторного смачивания, которое вызывает набухание листа и частичное восстановление рельефа. При кратковременном воздействии нагрузки на поверхность листа происходит лишь частичная необратимая деформация. Например, хотя рельеф на валике-ровнителе (дендироле), предназначенный для нанесения на бумагу водяного знака, и оставляет след, очертания этого рельефа на готовой бумаге, как правило, размытые. При высоких скоростях отлива вообще трудно получить отчетливый рельеф. [c.184] Таким образом, доля прочности на растяжение и упругой деформации, обусловленной взаимным механическим сцеплением волокон, остается на протяжении всего процесса формования бумажного полотна — начиная от поступления бумажной массы на прессовую часть машины и кончая моментом перехода полотна на сушильные цилиндры — невысокой по сравнению с той долей, которая привносится силами поверхностного натяжения, действующими между волокнами. Только после испарения капиллярно удерживаемой воды этц силы сменяются новыми силами, имеющими соверешеино иной характер и относящимися к взаимодействию между макромолекулами целлюлозы. [c.185] Относительное давление паров воды над полотном равно единице при испарении механически иммобилизованной воды и несколько снижается, когда- ачинает испаряться капиллярно удерживаемая вода. Существенное снижение давления паров происходит после удаления апиллярно связанной воды. Именно на этой стадии сушки возникают те прочные связи между волокнами, которые определяют основные механические свойства бумаги. Выше уже отмечалось, что влажное бумажное полотно сохраняет свою форму главным образом благодаря капиллярным силам, а не из-за механического сцепления (переплетения) волокон. Доля последнего фактора в определении прочности бумаги очень мала. [c.186] Образование адгезионных контактов, приводяш,ее к частичной монолитизации соприкасающихся поверхностей, естественно, не может рассматриваться как возникновение совершенной непрерывной фазы, особенно в тех случаях, когда при тощем помоле механодеструкци-онные процессы не прошли в той степени, которая обеспечивает высокую набухаемость поверхностных слоев волокна и их гомогенизацию при взаимном контакте. Возникшие контакты имеют дефекты, и поэтому при механических воздействиях на готовую бумагу разрушение должно было бы идти преимущественно по этим контактам, а не по сечению самих волокон. Однако поскольку число этих контактов достаточно велико, суммарная прочность их может оказаться высокой. [c.187] Таким образом, в процессе сушки бумажного полотна происходит своеобразное изменение типа межволоконных связей. При сохранении в основном постоянства связей за счет механического зацепления волокон, обусловливающих лишь небольшую долю прочности бумажного листа, происходит замена капиллярных сил (поверхностного натяжения воды) на силы межмолекулярной связи целлюлозных цепей. Последние значительно превосходят силы поверхностного натяжения, что и обусловливает резкое возрастание прочности бумаги в сухом виде. [c.187] Кстати, для образования прочных контактов не обязательно взаимодействие за счет водородных связей. Несомненно их энергия превышает энергию ван-дер-ва-альсовых взаимодействий в 3—4 раза. Но с таким же успехом образуются связи между волокнами из синтетических полимеров, не дающих водородных связей, при обработке их поверхности растворителями или при частичном оплавлении и взаимном контакте, что обеспечивает молекулярную гомогенизацию. [c.188] Локальная монблитизация волокнистой системы приводит также к резкому снижению деформационной способности бумаги, что определяется высокими модулями упругости целлюлозы по сравнению теми модулями упругости, которые обусловлены капиллярными силами и связаны с приростом, свободной энергии жидких (водных) контактов между волокнами при деформации. Изменяется и соотношение между обратимой и необратимой составляющими суммарной деформации. Доля необратимой деформации становится очень малой, и пластическое течение при высоких скоростях движения бу-маж)ного полотна в машине не успевает развиться в такой степени, чтобы компенсировать сокращение длины полотна в процессе сушки. Возникает необходимость изменять скорость, вращения сушильных цилиндров по мере продвижения бумажного полотна, иначе внутреннее напряжение может достичь критического значения, превышающего прочность бумажного полотна. [c.188] Именно здесь и возникает та основная часть анизотропии свойств, которая характерна для готовой бумаги. [c.189] Чем выше натяжение бумажного полотна на этой стадии формования, тем выше будут неотрелаксированные внутренние напряжения, зафиксированные в бумаге. Значительная часть внутренних напряжений может быть снята только путем повторного замачивания бумаги, т. е. в результате снижения температуры стеклования до температуры, лежащей ниже той, при которой производится замачивание. Эта общая закономерность, характерная для всех полимеров, имеет силу и для рассматриваемой здесь системы целлюлоза—вода. Скорость снятия внутренних напряжений зависит от спектра времен релаксации системы. [c.190] Заканчивая описание процесса формования бумажного полотна на бумагоделательной машине в аспекте поведения системы целлюлоза — вода, остается рассмотреть последнюю стадию производства бумаги, а именно— стадию поверхностной отделки ее для придания необходимой гладкости. Этот процесс проводится на глязерах (каландрах) и заключается в механическом сдавливании листа в сочетании со сдвиговыми воздействиями а по1верхность полотна. [c.190] Физическая сущность процесса заключается в вынужденно-эластической деформации волокон, в результате которой происходят сглаживание поверхности и уплотнение бумаги. Вынужденно-эластическая деформация целлюлозных волокон приводит к накоплению в них внутренних- напряжений, которые могут отрелаксировать только при достижении температур, лежащих выше точки стеклования. Поскольку температура стеклования целлюлозы превосходит температуру ее интенсивного термического распада, достигнутая деформация устойчиво сохраняется при условии, что бумага не будет подвергнута увлажнению. Этот случай будет подробнее рассмотрен при описании поведения готовой бумаги в водных средах. Здесь же необходимо отметить следующую особенность отделки бумаги на машине. [c.190] Последующее хранение отДелаиной бумаги должно проходить в помещении с влажностью, не превышающей предела, при котором естественная сорбция влаги из воздуха могла бы привести к частичному -восстановлению исходной геометрии деформированных волокон. Спектр времен релаксации целлюлозы достаточно широк, поэтому хранение -бумаги даже в условиях нормальной влажности приводит к некоторому снижению ее гладкости, т. е. к реализации участка спектра тех времен релаксации, которые соизмеримы со временем хранения и эксплуатации бумаги. [c.191] В этом разделе будут рассмотрены некоторые свойства бумаги и их изменение в зависимости от степени увлажнения. Это имеет важное значение для характеристики бумаги как материала, который в условиях эксплуатации часто подвергается воздействию не только влажной атмосферы, но и непосредственно водных сред. [c.191] Подробно останавливаться на многих других свойствах бумаги, не имеющих прямого отношения к проблеме взаимодействия целлюлоза — вода, ет необходимости потому, что общие и специфические свойства бумаги подробно рассмотрены в ряде обзоров и книг, специально посвященных этому вопросу. Достаточно сослаться на обстоятельную монографию Фляте [14], где имеется обширная библиография и приведены основные экспериментальные данные по свойствам бумаги. [c.192] Вернуться к основной статье