A statistical study of paper strength properties on a pilot paper machine environment

Abstract

Työn tavoitteena oli selvittää, kuinka tilastollinen sekamalli soveltuu paperin lujuusominaisuuksien mallintamiseen. Lisäksi haluttiin tietää, mitkä tekijät ovat merkittävimmässä asemassa paperin lujuuden muodostumisessa: massa-, prosessi- vai paperikonekonseptimuuttujat. Kirjallisuuden avulla perehdyttiin paperin kuivalujuuteen vaikuttaviin tekijöihin, vaikkakaan työ ei sisällä erillistä kirjallisuusosaa. Tilastollista analyysia varten koepaperikoneelta kerättiin tietoja usean vuoden ajalta ja näiden perusteella mallinnettiin LWC- ja SC-paperin geometrinen vetoindeksi ja tiheys sekä lisäksi LWC-paperin konesuuntainen vetoindeksi ja poikkisuuntainen repäisyindeksi sekä palstautumislujuus (Scott Bond). Märkälujuudet rajattiin tämän työn ulkopuolelle. Tilastollista sekamallia käytettiin tässä työssä ulkopuolisena työkaluna eikä kyseisen mallinnusmenetelmän kehitys kuulunut diplomityön aihepiiriin. Myöskään sekamallin matemaattista teoriaa ei työssä käsitelty.

Koeajopisteet jaettiin kahteen osaan sen mukaan, oliko niissä käytetty tärkkelystä vai ei, sillä tärkkelyksen tiedettiin vaikuttavan voimakkaasti paperin lujuusominaisuuksiin. Mallinnuksen tuloksia havainnollistettiin niin sanottujen säätömatriisien avulla. Kyseisistä kuvista ilmeni myös koepistedatan mediaani suhteessa aineiston minimi- ja maksimiarvoihin.

Kaikkiin mallinnettuihin ominaisuuksiin vaikutti eniten massamuuttujat: massatyyppi, täyteainetyyppi ja -pitoisuus sekä tärkkelyspitoisuus paperissa. Näiden tekijöiden lisäksi mallin antamien tulosten perusteella tilastollisesti merkittäviksi lujuuteen vaikuttaviksi tekijöiksi nousivat muun muassa nopeusero puristimen ja kuivatusosan välillä ja kenkäpuristimen kuormitus. Paperikonekonseptit eivät mallinnustulosten perusteella vaikuta paperin lujuusominaisuuksiin. Mallinnettaville suureille laskettiin selitysasteet, jotka kuvaavat sitä, kuinka hyvin mallinnuksessa käytetty data pystyi selittämään kyseisissä suureissa ilmennyttä variaatiota. Selitysasteet vaihtelivat 0,56 - 0,9 välillä, mistä voidaan todeta, että mallinnuksessa onnistuttiin eräiden suureiden osalta erittäin hyvin. Eniten selittämätöntä vaihtelua jäi SC-paperin geometrisen vetoindeksin malliin ja vähiten LWC-paperin tiheyden sekä repäisyindeksin malleihin. Mallinnustuloksia todennettiin yhden päivän SC-paperikoeajossa Rautpohjan koekoneella. Lopuksi työssä tarkasteltiin kahden viiraosauusinnan vaikutuksia paperin lujuusominaisuuksiin.

Tilastollinen sekamalli osoittautui hyväksi työkaluksi paperin lujuusominaisuuksien mallintamisessa. Massatietojen puutteellisuuksista johtuen mallinnuksessa ilmenneet lujuuteen vaikuttavat tekijät eivät olleet kaikilta osin täysin kirjallisuutta vastaavia. Tilastollisessa analyysissa käytettävään aineistoon tulisikin jatkossa kiinnittää entistä tarkempaa huomiota.