4. Свойства древесной массы
Качество древесной массы оценивают по характеру размола и степени помола, по фракционному составу, сорности и белизне, по прочностным свойствам.
По характеру размола различают жирную и тощую (садкую) древесную массу.
Жирная масса содержит большое количество раздавленных и расщепленных фибрилл с раздробленными в виде бахромы концами; она труднее отдает воду, но имеет более высокую прочность.
Для тощей массы характерны неразработанные волокна, короткие обрывки волокон, небольшое количество фибрилл; тощая масса легко отдает воду, бумага из нее рыхлая и менее прочная. Количественной характеристикой рассматриваемого свойства является степень помола.
Степень помола определяется путем измерения интенсивности обезвоживания определенного количества волокнистой суспензии в специальном приборе. В ряде стран степень помола измеряют как садкость по стандартному канадскому методу и выражают в миллилитрах. В других странах, в том числе и в России, степень помола выражают в градусах Шоппер-Риглера (°ШР). Величина степени помола зависит от назначения ДДМ. Для производства картона вырабатывается полуфабрикат со степенью помола от 20 до 60 °ШР, для газетной бумаги — 68–72 °ШР, для типографской бумаги — 75–78 °ШР и т. д.
Фракционный состав ДДМ очень неоднороден и определяется путем сортирования древесной массы на наборе металлических сит. В России выпускаются аппараты фракционаторы ФДМ с ситами № 9, 20 и 40. Номер сита равен числу отверстий на 1 см его длины. Для перевода сита с единицей "меш" в метрическую систему используется коэффициент пересчета, равный 0,4. Анализируемая проба разделяется на четыре фракции: три первые — остатки на соответствующих ситах; четвертая, самая мелкая, называется мельштоф. Фракционный состав характеризуют долей каждой фракции (в процентах) от исходного образца ДДМ.
Сорность ДДМ определяется подсчетом числа соринок определенного размера в специально подготовленном образце в пересчете на 1 м2 образца.
Степень белизны определяют сравнением испытуемого образца с эталоном, белизна которого принимается за 100 %; эталоном обычно служит пластинка, покрытая сульфатом бария или сульфатом магния.
Прочностные свойства ДДМ, как правило, характеризуют сопротивлением разрыву. Перед изготовлением отливок для определения прочностных свойств, ДДМ, в отличие от других волокнистых полуфабрикатов, дополнительному размолу не подвергают.
В России вырабатывают ДДМ пяти марок — А, Б, В, Г, К (табл. 15.2.57) в соответствии с ГОСТ 10014–73.
| Основные свойства дефибрерной древесной массы | Свойства | А | Б | В | Г | К |
| Степень помола, | ШР, | не более 72 | 72 | 72 | — | — |
| Разрывная длина, м, | не менее | 2900 | 2900 | 2600 | 2200 | 1900 |
| Состав по длине волокон, содержание фракции 1 (остаток на сите № 9), % | 20 ± 3 | 20 ± 3 | 20 ± 3 | — | — |
Сорность (число соринок на 1 м2):
на площади свыше 0,1 до 0,5 мм2, не более 500 (А) 800 (Б) 1200 (В)
на площади свыше свыше 0,5 мм2 Не допускается (А)
на площади свыше свыше 0,1 до 1,0 мм2, не более 2700 (Г)
Белизна, %, не менее 72 Не нормируется (А)
А и Б предназначены для производства газетной, типографской и писчей видов бумаг в композиции с небеленой и беленой целлюлозой;
В — для писчей цветной, обложечной, афишной бумаги и картона в композиции с небеленой целлюлозой, а также для бумаги и картона с покровным слоем;
Г — при выработке ряда бумаг технического назначения (оберточной, шпульной и др.);
К — при производстве коробочного и переплетного картона.
Схема производства дефибрерной древесной массы
Подготовленная для переработки древесина загружается в дефибреры, в которых производится ее истирание. Получаемая волокнистая масса содержит большое количество загрязнений и примесей (остатки почвы, коры, щепки, крупные неразработанные пучки волокон). Отделение загрязнений и примесей производится путем сортирования и очистки.
Крупные частицы древесины, являющиеся отходами сортирования, измельчаются и совместно с отходами тонкого сортирования размалываются. Применяемые для размола мельницы называют рафинерами, а полученную волокнистую суспензию — рафинерной массой.
Потребительские свойства древесной массы формируются в процессе дефибрирования, т. е. ее не подвергают дополнительному размолу.
5. Процесс дефибрирования
Все дефибреры имеют следующие функциональные основные узлы: вращающийся дефибрерный камень, устройства для подачи и прижима древесины к камню, ванну под камнем для сбора древесной массы, устройство для насечки камня. По способу подачи баланса к дефибрерному камню дефибреры могут быть прессовые, шахтные и кольцевые.
Дефибрерный камень — основной рабочий орган дефибрера — имеет цилиндрическую форму с отверстием в центре для стального вала. Состояние его поверхности решающим образом влияет на параметры дефибрирования — производительность, энергозатраты, свойства древесной массы. Дефибрерные камни должны обладать высокой механической прочностью, стойкостью к температурным колебаниям, однородностью структуры рабочего слоя, твердостью, пористостью и т. д. Выпускаются кварцево-цементные, электрокорундовые на цементной основе и керамические дефибрерные камни.
Наиболее существенное влияние на процесс дефибрирования и качество древесной массы оказывают следующие технологические факторы: порода и качество древесины, влажность сырья, окружная скорость дефибрерного камня, удельное давление на поверхность камня, качество рабочей поверхности камня, температура и концентрация массы, глубина погружения камня в волокнистую суспензию.
Основными породами для выработки ДДМ являются ель и пихта. Из лиственных пород для производства ДДМ в России используется осина, а за рубежом тополь. Лучшие прочностные свойства имеет древесная масса из ели. Наиболее пригодна для производства ДДМ свежесрубленная древесина влажностью 40–42 %. При хранении древесины желательно, чтобы ее влажность не опускалась ниже 30–35 %. Однако для производства некоторых видов бумаг лучше применять ДДМ из сухого баланса.
Пихтовый баланс по сравнению с еловой древесиной дает древесную массу с пониженными показателями степени помола и прочности. Осиновую древесину следует дефибрировать отдельно.
6. Усовершенствованные способы дефибрирования
Безванное дефибрирование представляет собой способ дефибрирования, при котором нижняя часть камня не касается волокнистой массы в ванне. К его преимуществам можно отнести меньшее число трудно контролируемых факторов; получение более однородной массы и улучшение условий работы бумагоделательных машин; повышение на 7–10 % производительности.
Основное достоинство способа дефибрирования под давлением [80] заключается в возможности повышения температуры массы в ванне дефибрера до 120–125 °С, что позволяет регулировать и поддерживать температуру в зоне дефибрирования на оптимальном уровне. В древесной массе, полученной под давлением 270–300 кПа (ДМД), преобладает длинноволокнистая фракция, поэтому прочность ДМД на 15–20 % выше по сравнению с ДДМ. Древесная масса, вырабатываемая под давлением до 500 кПа (фирма "Тампела") — "супер-ДМД" (ДМД-С) — отличается от ДМД более высоким содержанием длинноволокнистой фракции и лучшими прочностными свойствами (табл. 15.2.58).
Свойства древесных механических масс, полученных при разных условиях дефибрирования [80]Параметры Вид волокнистого полуфабриката
ДДМ ДМД ДМД-С
Температура спрысковой воды, °С 70 85 70 85 105 70 85 105 140
Содержание длинноволокнистой фракции, масс. % 18 16 27 32 32 30 33 33 39
Содержание мелочи, масс. % 40 43 33 30 33 30 29 30 29
Плотность, кг/м3 451 456 446 456 444 441 447 453 439
Сопротивление разрыву при растяжении, Нм/г 63 33 43 45 44 42 44 46 48
Сопротивление раздиранию, мН × м2/г 4,1 3,7 5,4 5,7 5,8 5,7 5,6 5,9 5,6
Пористость, с 68 58 96 112 129 93 101 140 157
Белизна, % 61 59 64 64 61 62 63 62 59
Удельный расход энергии (УРЭ), кВт × ч/т 1710 1890 1630 1620 1560 1550 1690 1590 1510
Для повышения белизны рекомендовано добавлять в оборотную воду, подаваемую на спрыски дефибрера, небольшое количество отбеливающих реагентов (дитионита натрия или пероксида водорода). Волокнистые полуфабрикаты, получаемые таким образом, получили название "химическая механическая масса давления" (ХДМД и ХДМД-С).
Процесс двухступенчатого производства древесной массы предусматривает разделение древесины на волокна (дефибрирование) осуществлять на дефибрерах, а разделение волокна на фибриллы (фибриллирование) проводить с использованием дисковых размалывающих устройств (рафинеров). Главное достоинство способа — повышение производительности дефибреров на 50–70 %.
Дальнейшим развитием этого направления можно считать способ повышения производительности дефибреров и улучшения качества древесной массы за счет химической обработки грубой фракции перед ее размолом. Для обработки используют сульфит и гидросульфит натрия, смесь сульфита натрия и тринатрийфосфата. Положительный эффект связан с некоторым химическим модифицированием лигнина. Получаемая волокнистая масса характеризуется низкой костричностью и хорошими прочностными свойствами: сопротивление разрыву и продавливанию примерно на 20 % выше в сравнении с ДДМ.