Kosteuden ja lämpötilan vaikutus kartonkimassojen muovattavuuteen

Työn tavoitteena oli kartoittaa yleisesti kartongin valmistukseen käytettävien massatyyppien muovattavuuspotentaali. Muovattuvuuteen eniten vaikuttava tekijänä pidettiinmassojen murtovenymää. Työssä tutkittiin kosteuden ja lämpötilan sekä vetonopeuden vaikutusta mekaanisten ja sellumassojen ominaisuuksiin laboratorio-olosuhteissa. Kirjallisuusosassa tarkastellaan paperin lasisiirtymälämpötilaa muovauksen kannalta oleellisena tekijä. Lisäksi käydään läpi tapoja, joilla murtovenymää voidaan kasvattaa. Kartongin keskikerroksen aallotuksessa ja valmistettaessa paperipohjaisia tuotteita syvävedolla, käytetään hyväksi paperin pehmenemistä lämpötilan ja kosteuden alaisena. Niiden olosuhteita tarkastellaan lyhyesti. Lisäksi luodaan katsaus lämpötilan, kosteuden ja nopeuden vaikutuksistapaperin mekaanisiin ominaisuuksiin. Työn kokeellisessa osassa massojen mekaanisia ominaisuuksia testattiin erilaisissa kosteuspitoisuuksissasekä lämpötiloissa eri vetonopeuksilla. Kokeiden perusteella pyrittiin löytämään olosuhteet kullekin massalle, joissa niillä on paras murtovenymä. Lisäksi selvitettiin kuidun kihartamisen, sellumassojen jauhatuksen sekä arkin vapaan kuivumisen vaikutusta murtovenymään. Erilaiset massat saavuttavat parhaan murtovenymän erilaisissa kosteus- ja lämpötilaolosuhteissa. Sellumassoilla paras murtovenymä saadaan huoneenlämpötilassa ja paperin kosteuspitoisuuden ollessa välillä 11...12%. CTMP-massojen paras murtovenymä saadaan vedellä kyllästetyllä paperilla kohotetussa lämpötilassa. Lämpötila riippuu CTMP-massan valmistustavasta ja raaka-aineesta. Sellumassoilla on parempi kokonaisvenymä, kuin ligniinipitoisilla massoilla. Vetonopeuden vaikutus murtovenymään riippuu massasta sekä kosteudesta. Alhaisessa kosteudessa suurempi vetonopeus antaa aina pienemmän venymän. Kosteuden noustessa riippuu massasta, miten vetonopeus vaikuttaa murtovenymään. Plastinen osa tietystä venymästä on riippumaton massasta, jauhatusasteesta ja kuivatustavasta. Ainut vaikuttava muuttuja on kosteus. Kosteuden kasvu kasvattaa plastista venymää.

Kuitujen kiharuuteen vaikuttavia tekijöitä sulfaattiselluloosan valmistuksessa

Diplomityön tarkoituksena oli selvittää kuitujen kihartuvuuden profiili koivu- ja havusellulinjalla prosessivaiheiden suhteen. Profiilin perusteella pyrittiin selvittämään kuitulinjojen prosessista kuitujen kiharuuteen voimakkaimmin vaikuttavia tekijöitä. Työn kirjallisuusosassa käsiteltiin kuitujen ominaisuuksia sekä teollisen sellun valmistusprosessin kuituihin aiheuttamia kuituvaurioita ja niiden mahdollisia syitä. Lisäksi käytiin läpi kuituvaurioiden analysointimenetelmiä ja kuituvaurioiden kanssa korreloivia sellun laatuarvoja. Työn kokeellinen osa suoritettiin kuitulinjojen normaalin tuotannon ohessa. Kokeellisen osan massanäytteitä otettiin varsin moninaisista tuotantotilanteista mahdollisimman kattavan kiharuusprofiilin aikaansaamiseksi. Koivusellulinjalla vuokeittimen tuotantotaso vaikutti suuresti valmistettavan sellun ominaisuuksiin. Kuituvaurioiden syntyyn voimakkaimmin vaikuttavaksi tekijäksi osoittautui keittimen pohja-alueen, puskun ja massan pesuvaiheen sakeus. Tämän alueen sakeus muuttui tuotantotason mukaan, tuotantotason kasvun myötä alueen sakeus laski. Sakeuden lasku vähensi kuitujen kiharuutta sekä massan venymää ja paransi vetojäykkyyttä. Tuotantotason kasvu paransi myös keittimestä otettujen massanäytteiden vetojäykkyyspotentiaalia. Havusellulinjalla käytetyn Lo-Solids –keittomallin ja konventionaalisen keittomallin kesken esiintyi varsin merkittäviä laadullisia eroja. Lo-Solids –keittomallilla keitetyt sellukuidut kihartuivat konventionaalisella keittomallilla keitettyjä sellukuituja enemmän. Lo-Solids –keittomallilla keitetyn sellun vetojäykkyys oli konventionaalisella mallilla keitetyn sellun vetojäykkyyttä heikompi.

Mittaustieto ilmiöstä Internetiin

Työn tavoitteena oli kehittää laajentumiskykyinen ja tarkka hajautettu mittajärjestelmä venymille ja vastaaville ilmiöille, joka silti kestäisi ankaria olosuhteita. Mittajärjestelmän tehtävä oli esittää keräämänsä tieto Internetissä. Työssä esitellään kehityksen avainkohdat. Työssä on käsitelty koko mittausjärjestelmän suunnitteluun vaikuttavien tekijöitten kaari. Esimerkki-ilmiönä käsitellään venymä. Esittelen sen fysikaalisen luonteen ja tavat joilla venymän rajat vaikuttavat mittausketjun vaatimuksiin. Samoin on esimerkein käsitelty itse anturointitapa ja sen häiriötyypit. Työ luo yhtenäisen matemaattisen katsauksen häiriöihin ja niiden hallitsemiseen ilmiöstä digitointivaiheeseen asti. Eri osa-alueiden häiriötekijät ilmaistaan valitun toisiinsa nivoutuvan terminologian kautta. Työ käsittelee tiedon digitoimisen ja verkottamisen problematiikkaa. Työssä verrataan tarjolla olleita vaihtoehtoja ja dokumentoidaan lopullisessa järjestelmässä käytetyt ratkaisut ja niiden valitsemisen syyt.

Natural and synthetic fibres improving tensile strength and elongation of paper products

The theory part of the Master’s thesis introduces fibres with high tensile strength and elongation used in the production of paper or board. Strong speciality papers are made of bleached softwood long fibre pulp. The aim of the thesis is to find new fibres suitable for paper making to increase either tensile strength, elongation or both properties. The study introduces how fibres bond and what kind of fibres give the strongest bonds into fibre matrix. The fibres that are used the in manufacturing of non-wovens are long and elastic. They are longer than softwood cellulose fibres. The end applications of non-wovens and speciality papers are often the same, for instance, wet napkins or filter media. The study finds out which fibres are used in non-wovens and whether the same fibres could be added to cellulose pulp as armature fibres, what it would require for these fibres to be blended in cellulose, how they would bind with cellulose and whether some binding agents or thermal bonding, such as hot calendaring would be necessary. The following fibres are presented: viscose, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and bicomponent fibres. In the empiric part of the study the most suitable new fibres are selected for making hand sheets in laboratory. Test fibres are blended with long fibre cellulose. The test fibres are viscose (Tencel), polypropylene and polyethylene. Based on the technical values measured in the sheets, the study proposes how to continue trials on paper machine with viscose, polyester, bicomponent and polypropylene fibres.

Kaksoislaatuisesta rakenneputkesta hitsatun X-liitoksen kestävyys ja muodonmuutoskyky

Rautaruukki Oyj:n uusi Ruukki double grade S420MH/S355J2H -rakenneputki yhdistää putkilajien S420MH ja S355J2H ominaisuudet. Eurocode 3:n suunnitteluohjeiden mukaan Ruukki double graden käyttöön on sovellettava lujuusluokan S420 mukaista hitsien mitoitusta ja rakenneputkiliitosten staattista mitoituskestävyyttä alentavaa varmuuskerrointa, kun halutaan hyödyntää lujuusluokan S420 ominaisuudet Ruukki double gradea käytettäessä. Tässä työssä tutkittiin S420-lujuusluokkaa vastaavien suunnittelumääräysten soveltamistarvetta Ruukki double grade -rakenneputken käyttöön. Työn tavoitteena oli arvioida Ruukki double grade -rakenneputkesta hitsaamalla valmistetun X-liitoksen kestävyyden ja muodonmuutoskyvyn riittävyys, kun hitsit mitoitettiin S355-lujuusluokkaa vastaavien Eurocode 3:n suunnitteluohjeiden mukaisesti. X-liitosten kestävyyttä ja muodonmuutoskykyä tutkittiin kokeellisesti -40 C lämpötilassa suoritettujen laboratoriokokeiden avulla sekä analyyttisen laskennan ja elementtimenetelmän keinoin. Kestävyyden riittävyyttä arvioitiin vertaamalla laboratoriokokeista saatuja liitosten kestävyyksiä Eurocode 3:n ja myötöviivateorian mukaisiin kestävyyksiin. Elementtimenetelmän ja laboratoriokokeen pohjalta piirrettyjä liitoksen voima-siirtymäkuvaajia vertailtiin keskenään, kun elementtimalli analysoitiin eri materiaalimalleilla. Lisäksi verrattiin elementtimallin voima-venymäkuvaajia liitoksen venymäliuskan arvoihin. Kaikki koesarjan S355-lujuusluokan mukaisilla hitsin a-mitoilla valmistetut liitokset täyttivät kestävyydelle ja muodonmuutoskyvylle asetetut vaatimukset. Täten tämän koesarjan perusteella ei ollut tarpeellista soveltaa S420-lujuusluokan mukaista hitsien mitoitusta ja staattista mitoituskestävyyttä alentavaa varmuuslukua Ruukki double grade -rakenneputkeen. Elementtimenetelmästä ja laboratoriokokeesta saadut liitoksen voima-siirtymäkuvaajat vastasivat hyvin toisiaan. Sen sijaan elementtimallin voima-venymä-kuvaajat eivät vastanneet venymäliuskojen mittausdataa kovin hyvin.

Monivaihemuovauksen soveltaminen kuitumateriaalille

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää uudentyyppinen menetelmä erään kuitumateriaalin muovaukseen ja testata sen toimivuutta. Työ aloitetaan kirjallisuustutkimuksena koskien olemassa olevia kuitumateriaalin muovausmenetelmiä ja kuitumateriaalin materiaaliominaisuuksia. Kehitettävä menetelmä eroaa olemassa olevista kuitumateriaalin muovausmenetelmistä monivaiheisuudellaan. Menetelmässä monivaiheinen muovaus tapahtuu yhdellä iskulla, joka eroaa myös olemassa olevista metallin muovausmenetelmistä merkittävästi. Muovauksessa on tarkoitus hyödyntää kuitumateriaalin paikallista venymää. Kehitettävään muovausmenetelmään soveltuva työkalu ideoidaan ja suunnitellaan hyödyntäen nykyaikaisia CAD-ohjelmistoja. Suunniteltu työkalu myös valmistettiin ja sen todettiin toimivan suunnitellusti: muovaus on monivaiheista, eikä aihio pääse luistamaan pidättimien alla. Työkalulla suoritetaan myös koeajoja eri kuitumateriaaleilla, joilla selvitetään eri prosessiparametrien ja materiaaliominaisuuksien vaikutus muovauksen onnistumiseen. Koeajetut materiaalit soveltuvat kehitetylle menetelmälle heikosti, mutta työkalun jatkokehityksellä ja eri materiaaleilla voi onnistunut muovaus olla mahdollista.