اثر رطوبت و حرارت کاغذ و تأثیر آن برکیفیت مقوای کنگره ای

[fusion_builder_container hundred_percent=”yes” overflow=”visible” flex_column_spacing=”0px” type=”flex”][fusion_builder_row][fusion_builder_column type=”1_1″ layout=”1_1″ background_position=”left top” background_color=”” border_color=”” border_style=”solid” spacing=”yes” background_image=”” background_repeat=”no-repeat” padding_top=”” padding_right=”” padding_bottom=”” padding_left=”” margin_top=”0px” margin_bottom=”0px” class=”” id=”” animation_type=”” animation_speed=”0.3″ animation_direction=”left” hide_on_mobile=”no” center_content=”no” min_height=”none” align_self=”flex-start” first=”true” last=”true” content_layout=”block” hover_type=”none” link=”” border_position=”all”][fusion_text columns=”” column_min_width=”” column_spacing=”” rule_style=”default” rule_size=”” rule_color=”” hide_on_mobile=”small-visibility,medium-visibility,large-visibility” class=”” id=”” animation_type=”” animation_direction=”left” animation_speed=”0.3″ animation_offset=””]

بررسی  اثر  رطوبت  و  حرارت  کاغذ  و تأثیر آن برکیفیت مقوای کنگره ای

در این تحقیق با بکار بردن حرارتهای مختلف کاغذ و رطوبتهای متفاوت میتوان میزان تاثیرات آنها را بر کیفیت ورق کارتن مورد بررسی قرار داد و بهترین حالت را مشخص کرد . البته لازم به ذکر است علاوه بر رطوبت و حرارت ٬ چسب نشاسته نیز که در تولید ورق استفاده می شود ٬ معلول این عوامل خواهد بود و تاثیر بسزایی بر کیفیت نهائی خواهد داشت .

ولی در این تحقیق متغیرها فقط رطوبت و حرارت می باشند که توسط سه متغیر سرعت (در سه سطح 50-100 –  150 متر در دقیقه) زاویه پیچش کاغذ به دور سیلندرهای پیش گرمکن (در سه سطح 90-180-300 درجه) و رطوبت ( سه سطح 5/6-7-5/8 درصد ) مورد بررسی قرار میگیرند.

کاغذهای مورد استفاده نیز کرافت 125 گرم – فلوتینگ مازندران127گرم و بازیافت ایرانی 140گرم لحاظ خواهند شد و ورق مورد مطالعه سه لایه A فلوت  در نظر گرفته شده است . محلهایی که رطوبت کاغذ اندازه گیری می شود٬ عبارتند از رولهای کاغذ روی جک رولبند و بعد از پیش گرمکن سینگل فیسر و همینطور قبل از واحد چسب زنی و دبل فیسر – میزان حرارت نیز در سیلندرهای کنگره ٬ پلاتهای بخار واقع در دبل فیسر و ورق نهایی خروجی از دستگاه اندازه گیری می شود.

واژه های کلیدی : مقوای کنگره ای ، رطوبت ، حرارت ، کاغذ لاینر ، کاغذ فلوتینگ 

مقدمه:

 به منظور ساخت مقوای کنگره ای ابتدا کاغذ مخصوص فلوت وارد دستگاه سینگل فیسر می شود و بین دو نورد کنگره ای بالایی و پایینی قرارمی گیرد. نوردها دندانه دندانه بوده و از جنس بسیار سخت می باشند. کاغذ پس از عبور از بین کنگره های مابین دو نورد بصورت موج دار در می آید و در اثر این عمل مقاومت خمشی ورق افزایش می یابد. کاغذ کنگره ای تولید شده (فلوت) به وسیله انگشتی یا تیغه های برنجی به سمت دستگاه چسب زنی هدایت می شود.

ابتدا چسب از تشتک مربوطه بوسیله یک نورد برداشته شده و نورد تنظیم کننده چسب، کنگره را به چسب آغشته می نماید. نورد اخیر به منظور تنظیم و یکنواخت نمودن چسب بکار می رود. سپس فلوت آغشته به چسب با یک ورق لاینر روی هم قرار گرفته و در اثر فشار و حرارت، مقوای تک روکشه تهیه می شود. برای تهیه مقوای سه لایه، در ماشین چسب زنی مقوای تک روکشه حاصل با یک لایه دیگر از کاغذ لاینر بهم چسبیده و مجدداً با حرارت و فشار نورد می شوند.بعد از اینکه چسب به نوک قله فلوتها آغشته شد و تحت اثر حرارت قرار گرفت نشاسته خام در این محل ژلاتینی می شود . وقتی نشاسته واکشیده (متورم ) شده و ژلاتینی شدن شروع می شود پیوندی موقتی (سبز Green) شکل گرفته است .

تقریباً تمام مقواهای کنگره ای امروزه با این شیوه و با چسبی بر پایه نشاسته تولید می شوند . بدلیل اینکه کیفیت و خواص پیوند چسب نشاسته مستقیماً کیفیت نهایی ورق مقوا را تحت تاثیر قرار می دهد ، بایستی به دقت فراوری آن تحت کنترل باشد .

 

• 1: پیش گرم کن  ( Pre Heater) 
• 2: نوردهای کنگره ساز  (Corrugator Cylinder)             
• 3:سیلندر چسب زن، (Glue Cylinder)
• 4: پل ذخیره، (Bridge or Transport Unit)
• 5: صفحات داغ خشک کن،(Double Facer)
• 6: رولهای فشارنده، (Pressure Roll)
• 7: برش طولی، (Slitter)
• 8: برش عرضی(Cut Off)

با توجه به اهمیت تأثیرات حرارت و رطوبت بر کاغذ ، مقوا، کارتن و محصولات کاغذی و با نگاهی بر خاصیت هیگروسکوپی الیاف چوب و کاغذ و اهمیت اثراتی که این دو عامل مهم بر خواص مکانیکی ، مقاومتی ، ظاهری و ویژگیهای خاص تبدیلی دارند ، تحقیقات و مطالعات زیادی در این زمینه توسط محققان انجام شده است این تحقیقات به بررسی روابط حاکم بر ویژگیهای کاغذ مثل گراماژ، ضخامت ، نوع الیاف ، شرایط شکل گیری در ماشین و مکانیسمهای انتقال حرارت و رطوبت پرداخته و بعضاً خصوصیات کشسانی ، الاستیکی و انبساط و انقباض کاغذ در مواجهه با آنها نیز بررسی شده است .

نتایج بعضی از تحقیقات منجر به ارائه راهکارهایی جهت کنترل فاکتورهای مؤثر و یا ارئه فرمولهای برای محاسبه و دستیابی به اطلاعاتی جهت آنالیز فرایندها و کنترل آنها شده است که ذیلاً به برخی از آنها اشاره شده است  :

Bruce Taylor-Nov1999 _ در مطالعه ای تحت عنوان “Paper Moisture and Temprature s Effects on Corrugated Board Quality”

به بررسی تاثیرات حرارت و  رطوبت در کاغذهای مورد استفاده  در فرایند تولید مقوای کنگره ای با تاکید بر تغییرات گراماژ و ضخامت کاغذ و رابطه آن با سرعت تولید و  میزان رطوبت کاغذها پرداخت و مشاهده کرد در محدوده سرعت 150 تا 300 متر در دقیقه رطوبت کاغذ بین 5/0 تا 5/1 درصد کاهش خواهد یافت.

در مطالعه ای که توسط انجمن مهندسان خمیر و کاغذ در سوئد در Nov-1987 تحت عنوان“ Improving efficiency in the drying of paper and board” 

  انجام گرفت. محققان به بررسی روابط بین الیاف کاغذ و رفتار آنها در حین حرارت دهی و جذب و دفع رطوبت پرداختند و نتیجه گرفتند زمانی که کاغذ خشک میشود  همکشیدگی عرضی آن 20 برابر بیشتر از همکشیدگی طولی میباشد. و این به دلیل جهت گیری الیاف کاغذ در طول ماشین کاغذسازی میباشد چون کاغذ سازی یک فرایند جهت دار است همچنین  آنها دریافتند با کاهش رطوبت همکشیدگی کاغذ افزایش میابد.

 Kerlaker,Desmond-1977 در تحقیقی تحت عنوان ” Engineering Heat Transfer”

 به بررسی انتقال حرارت در کاغذ پرداختند. آنها در این تحقیق به مطالعه روابط بین سطح تماس کاغذ و سیلندرهای صیقل دهنده در ماشین کاغذ روزنامه پرداختند و  با  استفاده  از  مدلهای ریاضی  و  آزمایشات تجربی  به فرمولی برای ضریب انتقال حرارت و سطح تماس و ارتباط آن با حرارت کاغذ و گراماژ دست یافتند.

 Gavelin NG -1996    در  مقاله ای  با  عنوان   ” Drying of Paper and Board” 

 به بررسی روابط بین خشک شدن کاغذ- جریانات متلاطم آب در الیاف کاغذ- وزن مولکولی آب-حرارت کاغذ و ثابت گازها پرداختند و روابطی را برای انتقال حرارت  به  صورت فرمول ارائه کردند.

(1971)  Soremar K . C ,  Martin – Lof  ,  Lundberg . R  , Ruvo . A

در مطالعه ای تحت عنوان

” تأثیرات حرارت و رطوبت بر خواص کشسانی و انبساطی کاغذ و مقوا “

به بررسی عوامل یاد شده و تأثیرات آنها بر خواص فوق الذکر در رطوبتهای نسبی 20% ، 52% و 98% پرداختند. و دریافتند که افزایش رطوبت منجر به انعطاف پذیری بیشتر و اتصالات ضعیف تر الیاف میشود . آنها همچنین نتیجه گرفتند که تحت بار یکسان با افزایش درصد رطوبت نسبی درصد کشیدگی افزایش و مقاومت به پارگی کششی کاهش می یابد . البته رفتار تنشی – کششی کاغذ در رطوبتهای مختلف در عملیات تبدیلی کاغذ که مدت زمان کوتاهی در معرض تنش قرار می گیرد اهمیت قابل توجهی دارد همچنین افزایش رطوبت کاغذ سبب ایجاد حالت کشسانی و پلاستیکی بیشتری می شود .

در مطالعه ای که توسط (1961) Tydeman . P. A , Page . D . H روی…

تئوری انقباض کاغذ و ساختار و خواص

 آن انجام شد ، تأثیر جذب مولکولهای آب بر الیاف کاغذ مورد بررسی قرار گرفت .آنها نتیجه گرفتند که جذب مولکولهای آب علاوه بر تورم باعث افزایش انعطاف پذیری فیبر می شود که برای بسیاری از خواص مکانیکی کاغذ مسألۀ مهمی می باشد . بعلاوه جذب رطوبت بخاطر بخار آب در هوا اثر نامطلوبی براتصالات بین فیبری دارد و از این جهت نیز بر خواص مکانیکی مؤثر است . آزاد شدن تنشهای داخلی کاغذ بعلت افزایش مقدار رطوبت همراه با تورم فیبر باعث تغییراتی در ابعاد از جمله پیچ خوردگی ، چین خوردگی  و موجدارشدن می گردد .

چین خوردگی(Warp) بعلت انبساط و انقباض موضعی کاغذ ایجاد میشود ، این حالت به نایکنواختی توزیع رطوبت و وزن پایه در کاغذ ارتباط دارد و مؤید این مطلب است که در هر مرحله از خشک کردن نقاط مختلف همکشیدگی متفاوتی خواهند داشت . چین خوردگیها در مناطق کم رطوبت تر ایجاد شده و مناطق مرطوبتر همچنان مسطح باقی می مانند . این حالت به این دلیل است که مناطقی که از ابتدا خشک ترند در مراحل اولیۀ خشک کردن زودتر منقبض شده وکششی رادر مرزهای خود تولید می کنند که مانع از همکشیدگی بیشتر می شود .

 (1971) Kilzer .F . J در مطالعه ای به بررسی …

تخریب حرارتی سلولز و مشتقات

 آن پرداخت و نتایج آزمایشات نشان داد که در دمای ^C°120 ناپایداری حرارتی سلولز آغاز میشود و در این دما سلولز شروع به تجزیه می کند و تبدیل به مولکولهای کوچکتر فرار و سبک می شود . وی همچنین متوجه شد که این فرایندها در دماهای پایین تر بطور مشابهی البته تا حدی کندتر حادث می گردد و سلولز تغییر یافته خودش به شکسته شدن بیشتر مولکولهای دیگر سلولز کمک می کند وی همچنین اشاره کرد که مقادیر بالای رطوبتی سرعت تخریب کاغذ را نیز افزایش میدهند و رطوبت 5% تا 6% بهترین رطوبت کاغذ در این فرایندها می باشد .

A , Luner. P .  Cardwell (1976) در تحقیقی تحت عنوان …

” ثبات حرارتی –مکانیکی خمیر و کاغذ “

به بررسی تأثیرات حرارت بر خمیر و کاغذ پرداختند آنها دریافتند که ترکیب مواد شیمیایی و چگونگی پخش آن در الیاف خمیر عامل کنترل مقدار رطوبت تعادل و واکشیدگی الیاف است ، همچنین ضخامت دیوارۀ الیاف و اندازۀ حفرۀ سلولی نیز بر واکشیدگی الیاف مؤثرند ، خمیرهایی با راندمان بالا معمولاً ورقه های حجیم تری تولید می کنند ، این ورقه ها فضاهای خالی بیشتری برای جابجایی الیاف در هنگام همکشیدگی در درونشان دارند ، بنابراین تغییرات ابعادی آنها کمتر خواهد بود .

بطور کل انبساط و انقباض در کل طول و عرض کاغذ کمتر از 1% خواهد بود ، در این حالت تغییرات عرضی 2 تا 4برابر تغییرات در جهت ماشین است . آنها از نتایج تحقیقات نتیجه گرفتند که نسبت دقیق تغییرات در جهت ماشین به جهت عرضی به جهت یابی نسبی الیاف و کشش در ورقه ها بستگی دارد .

مواد و روشها :

نمونه های مورد آزمایش از ورق سه لایه با فلوت A و ترکیب کاغذ لاینر روکرافت 125 گرم ، کاغذ فلوت فلوتینگ مازندران 127 گرم و کاغذ لاینر زیر بازیافتی 140 گرم  تهیه شد.

نمونه ها بعد از تولید در خط مقوا سازی شرکت کارتن توحید در تهران  و انتقال به آزمایشگاه آن شرکت مورد آزمون قرار گرفتند.

تولید مقوا در یک بازۀ زمانی مشخص و با تنظیم پارامترهای مورد نظر انجام شده و پس از اعمال تغییرات و ثبت نتایج مشاهده شده به تجزیه و تحلیل و نتیجه گیری پرداخته  خواهد شد.

 رطوبت و حرارت کاغذ در طی فرایند مقواسازی (Corrugating Process) تأثیر قابل ملاحظه ای بر کیفیت نهایی ورق دارد . کنترل این متغیرها توسط بازوهای پیش گرمکن ، عوامل کنترل فشار در واحد   دبل فیسر ، میزان بکارگیری چسب نشاسته ، جنس ورق ، سرعت تولید ، میزان ماندگاری ورق روی پلهای انتقال دهنده و بسیاری دیگر از این موارد ، امکان پذیر است.

  متغیرهای تحقیق به شرح ذیل میباشند:

 – سرعت تولید : کاهش و افزایش سرعت تولید رابطۀ مستقیمی با اعمال حرارت دارد ، سرعت کمتر سبب اعمال حرارت بیشتر بر کاغذ   یا ورق خواهد شد( و بر عکس) ، سرعت در این مطالعه در سه سطح 50 ،100،150 متر در دقیقه بررسی میشود .

 – زاویۀ پیچش کاغذ : در سیلندرهای پیش گرمکن در هر دو واحد سینگل فیسر (SF) و دبل فیسر (DF) بازوی متغیری میزان پیچش کاغذ را به دور سیلندری که حاوی بخار داغ با حرارت°^C180-165   می باشد ، تغییر میدهد ، زاویۀ پیچش کمتر حرارت کمتر و زاویۀ پیچش بیشتر حرارت بیشتر را سبب  می شود ، در این تحقیق زاویۀ پیچش در سه سطح 90 ، 180و 300  درجه مورد مطالعه قرار میگیرد .

 – رطوبت : رطوبت مطلوب در فرایند تولید مقوای کنگره ای بین 8.5-6 درصد است ، رطوبت در اینجا در سه سطح 6.5 ، 7 و 8.5 درصد مطالعه خواهد شد ، اگر رطوبت کاغذ ها کمتر از 6 درصد باشد باید با بخار مرطوب رطوبت دهی شوند ، و اگر بیش از 8.5 درصد باشد بایستی توسط عوامل فوق الذکر رطوبت اضافی از کاغذ خارج شود .

در مطالعۀ حاضر غلظت چسب بین 25-20 ثانیه با فورد کاپ DIN6 ثابت خواهد بود ، در ضمن میزان بکارگیری آن نیز حدود 25% ثابت می باشد . همچنین کلیۀ عوامل و فاکتورهای تاثیر گذار بر کیفیت ورق مقوا به جز موارد یاد شده در زمان انجام آزمایشات ثابت در نظر گرفته میشود .

اندازه گیری رطوبت کاغذها با استفاده از رطوبت سنج پرتابل مدل GT-7011 مخصوص کاغذ ساخت شرکت Gotech تایوان و حرارت آن نیز با ترمومتر لیزری و دیجیتال Rycotex اندازه گیری خواهد شد . به منظور دقت در نتایج آزمایشهای انجام شده رطوبت و حرارت کاغذها هر 10 دقیقه اندازه گیری و ثبت می شود .

تیمارها و تکرارها  به شرح جدول ذیل و برای هر تیمار حداقل 5 تکرار انجام خواهد شد .

جدول 1-تیمارها و تکرارها

مقدار			متغیر
150	100	50	سرعت (m/min)
300	180	90	زاویۀ پیچش(درجه)
8.5	7	6.5	رطوبت(درصد)

در تیمار اول به ازای سرعت m/min50 زوایای پیچش 90،180 و 300 درجه و همچنین رطوبتهای 6.5 -7 و 8.5 درصد تغییر کرده و ثبت نتیجه می شود ، ثبت نتیجه میزان زاویه کاسی ورق نهایی به درجه خواهد بود . به همین ترتیب تیمارهای دیگر نیز انجام خواهد شد .

بحث:

بطور کل بحث مربوط به کاسی عرضی در ورق مقوا نشأت گرفته از تبعات رطوبت و تغییرات آن در سیستم   می باشد که می بایست با کنترل رطوبت در سیستم مقواسازی این حالت را تحت کنترل قرار داد .

زاویۀ پیچش ، سرعت تولید و…… همگی فاکتورها و متغیرهایی هستند که بطور مستقیم و غیر مستقیم بر میزان رطوبت کاغذ و ورق تأثیر گذارند ، عواملی همچون میزان چسب بکار رفته در ورق مقوا ، میزان حرارت چسب مذکور ، میزان مواد جامد چسب ، حرارتهای موجود در پلاتهای گرمکن واحد دبل فیسر و بسیاری از عوامل دیگر مربوط به کاغذ همچون گراماژ ، تخلخل ، مواد اولیه مورد استفاده در تهیه و ساخت کاغذ همه مواردی هستند که بر میزان ظرفیت رطوبتی کاغذ و نهایتاً کاسی ورق مؤثر هستند در تحقیق حاضر نیز سعی شد اثرات مستقل و وابستۀسه متغیر سرعت ، رطوبت ، و زاویۀ پیچش نیز مورد بررسی قرار گیرد که نتایج حاصل از آزمایشها و تجزیه و تحلیل آماری مؤید موارد اشاره شده می باشد .

ضمناً نتایج کسب شده با تحقیقات انجام شده در گذشته کاملاً تطابق و همخوانی دارد .

 

[/fusion_text][/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]