Hienopaperimassojen lujuusominaisuudet nopeassa vetokuormituksessa

Työssä verrattiin koivu-, akaasia- ja eucalyptussellujen käyttökelpoisuutta hienopapereiden kuituraaka-aineena. Kirjallisuusosassa todettiin radan hallinnan paperikoneiden avoimissa vienneissä riippuvan käytetyn geometrian lisäksi lujuus- ja relaksaatio-ominaisuuksista. Kuituverkoston käyttäytymiseen jännityksen alaisena vaikuttavat kuitudimensiot, kosteus ja lämpötila sekä kuituverkostoon kohdistetun jännityksen nopeus ja määrä. Relaksaationopeus ja vetolujuus kasvavat kuivilla papereilla vetonopeuden lisääntyessä. Kosteuspitoisuuden kasvattaminen alentaa puukuiduissa olevien polymeerien lasisiirtymälämpötilaa, jonka seurauksena vetolujuus ja relaksaatiokireys laskevat voimakkaasti. Kosteuspitoisuuden kasvaessa murtovenymä kasvaa lähes lineaarisesti ja repäisylujuus sekä murtotyö saavuttavat maksiminsa tietyssä kosteuspitoisuudessa. Kokeellisessa osassa keskityttiin hienopaperimassojen lujuus- ja relaksaatiokäyttäytymisen selvittämiseen nopeassa vetokuormituksessa. Lisäksi määritettiin laatu-, massa- ja rakenneominaisuuksia valituille koepisteille. Muuttujina kokeissa olivat massojen kuiva-ainepitoisuudet ja jauhatusolosuhteet sekä havusellun osuus hienopaperimassoissa.CSF-tasoon 350 ml jauhetuista näytteistä parhaat lujuus ja relaksaatio-ominaisuudet olivat koivulla ja heikoimmat akaasialla. Erot koepisteiden välillä korostuivat pienellä havusellun määrällä, mutta kaventuivat huomattavasti havusellun määrää lisättäessä. Samaan vetolujuuteen jauhettaessa massojen erot poistuvat kokonaan. Kuivilla näytteillä löydettiin erinomainen korrelaatio myötölujuuden ja relaksaatiokireyden välille. Puristinkuivien näytteiden relaksaatiokireyksiä voidaan kokeiden valossa ennustaa parhaiten kuivien näytteiden vetolujuuksista. Myös elastisten venymien osuuksille ja kuituseinämien paksuuksille löydettiin selvä yhteys.Eucalyptus- ja akaasiamassojen erinomaisuus hienopapereiden raaka-aineena korostui niiden optisissa ominaisuuksissa, erityisesti korkeana valonsirontana. Verrattaessa samassa vetolujuudessa ja relaksaatiokireydessä valonsirontakertoimien arvoja havaittiin akaasian olevan paras koivun jäädessä heikoimmaksi. Lisäksi akaasian ja eucalyptuksen kapeat kuitujakaumat ovat edullisia painokoneessa värin tasaisen imeytymisen kannalta. Akaasian pienet ja taipuisat kuidut antavat paperille tasaisen pinnan ja siten painatuksessa tasaisen painoalustan.

The aim of this thesis was to compare papermaking potential of birch, acacia and eucalyptus pulps. In the literature survey the control of paper web in open draws was found to be dependent on used geometry, strength- and relaxation properties. Fiber morphology, moisture, temperature and the speed and amount of strain determine how fiber web acts during load. Enhanced moisture content decreases the glass transition temperature of polymers in wood. As a consequence this decreases strength- and relaxation properties. Breaking length increases linearly as a function of the moisture content. The gain of tear strength and energy to break reaches maximum at certain moisture content but decreases rapidly after reaching the culmination point. In the experimental part strength and relaxation properties of fine papers at fast draw were studied. In addition, quality-, pulp- and structure properties were measured from trial points. Temperature, moisture content, refining level and the amount of softwood fibers in fine paper pulp were used as variables in experiments. The strength and relaxation properties were best for birch and worst for acacia at CSF-level 350 ml. The distinction lowered rapidly when the amount of softwood was increased. The difference between trial points vanished at the same tensile index level of hardwoods. An exquisite correlation was found between relaxation tension and tensile yield point. According to the measurements carried out, wet web relaxation tension can be divined from dry paper’s tensile strength. In addition the relative amount of elastic strain was found to have a connection to the fiber wall thickness. The excellence of acacia and eucalyptus as fine papers’ fiber sources became evident when optical properties were measured. At the same strength- and relaxation tension levels, the best light scattering coefficient was gained with acacia and the worst with birch. Acacia and eucalyptus have a narrow fiber length distribution, which gives a benefit considering ink absorption at printing machines. Acacia pulps consist of small and flexible fibers which guarantees a smooth printing surface.