Paperin dynaamiset mittamuutokset paineen alaisessa ja paineettomassa kostutuksessa

Abstract

Diplomityössä vertailtiin paineen alaisen nippikostutuksen ja paineettoman spray-kostutuksen paperiin aiheuttamia dynaamisia mittamuutoksia kolmen sekunnin aikana kone- ja poikkisuunnassa sekä paperin erilaisten valmistusparametrien vaikutusta näihin mittamuutoksiin ja paperin muihin ominaisuuksiin. Tarkoitus oli löytää muuttujat, joilla voidaan säätää paperin mittapysyvyyttä kostutusprosesseissa.

Eri tavalla valmistetuista papereista mitattiin mittamuutokset KCL-Vesikko -laitteella käyttäen nippikostutusta ja spray-kostutusta. Vertailun vuoksi mitattiin myös papereiden kosteuslaajenema tasapainokosteuksissa ja märkälaajenema. Lisäksi mitattiin perusominaisuudet kuten paksuus, tiheys, karheus ja vetolujuus, jotta saataisiin selville niiden yhteys mittamuutoksiin.

KCL-Vesikolla tehdyissä spray-mittauksissa oli paljon häiriöitä, joiden takia luotettavien tulosten saaminen konesuunnassa oli vaikeaa.

Tärkeimmät vaikuttajat KCL-Vesikolla mitatuissa tuloksissa olivat kalanterointi ja täyteaineen määrä, poikkisuunnassa lisäksi VIB-esikostutus.

Kalanterointi paransi mittapysyvyyttä eniten sekä paineen alaisessa että paineettomassa kostutuksessa. Täyteaineen lisäys 15 %:sta 30 %:iin taas vaikutti negatiivisesti molemmilla kostutustavoilla, päinvastoin kuin kosteuslaajenemaan kirjallisuuden mukaan. Aiempi VIB-esikostutus paperikoneella suurensi laajenemia nipillä ja sprayllä poikkisuunnassa. Konesuunnassa spray-laajenema pieneni hiukan. Jälkimmäinen VIB sen sijaan paransi dimensiostabiliteettia paineenalaisessa kostutuksessa, paineettomassa vain konesuunnassa. Ratakireyden suurentaminen paransi konesuuntaista mittapysyvyyttä spray-tuloksissa mutta huononsi poikkisuuntaista. Nippikostutuksessa sillä ei juuri ollut merkitystä. Nopea alkukuivatus vaikutti positiivisesti paineen alaisessa kostutuksessa, paineettomassa vain konesuunta parani ja poikkisuunta huononi jonkin verran.

Nippikokeissa paperiin siirtynyt vesimäärä riippui paperilajista, spray-kokeissa ei. Nipillä kalanterointi vaikutti eniten siirtyneen veden määrään. Kalanteroitujen paperien pienempi laajenema johtuikin suureksi osaksi juuri vesimäärän pienentymisestä. Kalanterointi pienensi kuitenkin myös spray-kostutuksen laajenemaa ja märkälaajenemaa. Aiempi VIB-kostutus pienensi siirtynyttä vesimäärää, mutta siitä huolimatta lisäsi mittamuutoksia.

Märkälaajenema korreloi Vesikko-tulosten kanssa vähän paremmin kuin kosteuslaajenema ja nippitulosten kanssa paremmin kuin spray-tulosten. Kalanterointi ei vaikuttanut kosteuslaajenemaan, mutta kylläkin märkälaajenemaan. Täyteaineen vaikutus kosteus- ja märkälaajenemaan oli samansuuntainen mutta paljon pienempi kuin Vesikko-kokeissa. VIB-kostutus huononsi dimensiostabiliteettia, vaikka jälkimmäinen VIB paransi Vesikko-tuloksia. Ratakireyden suurentaminen vaikutti samaan tapaan kuin spray-kokeissa. Kuivatusnopeuden vaikutukset eri laajenemamittauksissa olivat hyvin erilaiset mutta vähäiset.

Paineen alaisen ja paineettoman kostutuksen suurin ero näiden tulosten perusteella on kalanteroinnin merkitys. Paineen alaisessa kostutuksessa kalanterointi pienentää vesimäärää ja sitä kautta mittamuutoksia. Paineettomassa kostutuksessa vaikutus dimensioihin on huomattavasti pienempi. Paineen alaisessa kostutuksessa kaikki mittamuutokset ovat suurempia. Yleisesti mittamuutokset sprayn ja nipin välillä vastaavat toisiaan paremmin poikki- kuin konesuunnassa.