Fakulteten för teknik och naturvetenskap Avdelningen för kemiteknik
Daniel Brånn
Simulering av valkar i pappersrullar
och analys av de slappa stråk som uppkommer
Simulation of ridges in paper rolls
and analysis of the upcoming baggy webs
Examensarbete i Pappersteknik 20p
Datum/Termin: VT 07
Handledare: Cecilia Land, KaU Jonny Widstrand, Billerud AB Gruvöns bruk Examinator: Luciano Beghello, KaU
Sammanfattning
Då en pappersrulle har partier där pappret är längre kallas det ibland för slappa stråk. Det finns flera orsaker till slappa stråk och en av dessa orsaker är att pappret har en ojämn tjockleksprofil. I dessa fall uppstår de slappa stråken eftersom den ojämna tjockleksprofilen gör att pappersrullen på de positioner där pappret är tjockare får en större diameter än i övrigt.
Då papper rullas över dessa åsar eller valkar som har en större diameter töjs pappret ut och då det rullas av rullen är det slappt. Körbarhetsproblem till följd av att pappret är slappt i vissa partier är ett stort problem inom pappersindustrin. Dessa körbarhetsproblem kan t.ex. vara att det uppstår veck i pappret då det passerar valsnyp.
I detta projekt har slappa stråk skapats genom att en viss mängd plast rullats in i pappersrullar dels i botten, dels i mitten samt ett parti närmast rullens periferi. Banspänningsmätningar har utförts för att se hur slappt pappret blivit där plast rullats in. För att se om pappret fått bestående längdskillnader i de slappa stråken har tvärsbanor tagits ur rullen och varje tvärsbana delats upp i remsor för att mäta längden på. Även andra pappersegenskaper har testats i dessa partier för att se om de slappa stråken påverkar papprets egenskaper. Bland annat har tjockleksprofilen mätts upp för att se om pappret komprimerats och fått en bestående densitetsökning i de slappa stråken.
Mätningar visar dels att pappret blir slappt i partier där plast rullats in, men också att pappret efter några dagar i stort sätt helt återgått till sin ursprungstjocklek och vissa fall även i längdled. Pappret var som slappast i botten av rullarna och där uppmättes relativt stora längdskillnader även om pappret troligtvis återhämtat sig till en stor del även där.
Summary
A baggy paper web has parts that are longer than neighboring parts. One of the assumed reasons for bagginess is thickness variations of the paper. In the roll the thicker streaks then add up to form a ridge. In the ridges the paper is strained and during storage the strain may become permanent. When the paper unreeled it is then baggy. Runability problems because of baggy webs is a common problem in the paper industry. Baggy webs can result in
corrugations appearing when the paper is passing through nips during converting processes.
Ridges have been simulated in this project by reeling thin plastic film into selected parts in the roll. Plastic was reeled in near the core, in the middle of the roll and in the periphery of the roll. To see if the paper web had got length differences the web was divided into stripes and with a special device the length of each stripe was measured. Even other paper properties were tested to determine if the ridges had other influences on the paper. Two of this properties was thickness and grammage, which were determined to see if the paper had got higher density in the baggy parts.
The measurements show that the plastic results in bagginess but also that after a couple of days, the paper more or less has recovered to the initial thickness and sometimes also to the initial length. The most bagginess appeared near the core and it resulted in relatively large length differences, but even here the paper has likely recovered to some extent.
Bakgrund...4
Syfte...4
Papperskvalitéer ...4
Tidigare relaterade projekt ...4
Teori ...5
Pappers mekaniska egenskaper ...5
Papper som ett viskoelastiskt material...5
Kryp och relaxation ...6
Rullningsteori ...6
Problem med slappa stråk ...8
Mätstandard...8
Utförande ...10
Inrullning av plast...10
Uttagande av plasten...11
Uppdelning i remsor ...11
Mätningar ...12
Banspänning ...12
Längddifferensmätning ...13
Dragprov ...14
Tjockleks-, ytvikts- och densitetsprofiler...14
Resultat och diskussion ...16
Observationer vid utrullning av plast ...16
Styvhetsdiagram ...17
71 g/m2 MG papper ...17
80 g/m2 Bright liner ...18
135 g/m2 liner ...20
Längdskillnads- och banspänningsdiagram ...22
71 g/m2 MG papper...22
80 g/m2 Bright Liner ...28
135 g/m2 liner ...31
Densitet och kompression ...35
71 g/m2 MG papper ...35
80 g/m2 Bright liner...38
135 g/m2 liner ...41
Förslag på framtida tester...48
Slutsatser...50
Referenser ...51
Bilaga 1: De olika papperskvalitéernas dragstyrka ...52
Bakgrund
Syfte
Hos ett antal papperskvalitéer från Billerud har man haft problem med körbarheten hos kunder på grund av så kallade slappa stråk i pappersbanan. Detta innebär att vissa partier i pappersbanan är längre (Stolpe, 1985). Dessa slappa stråk kan uppstå bland annat om det är en ojämn ytviktprofil i papprets tvärsled som brukar kallas för CD eller engelskans cross
direction. Detta leder till att vissa partier blir tjockare än andra och så kallade åsar uppkommer i rullen (Hevenor, 1977). I detta projekt har därför relativt likartade åsar
framkallats, dock inte genom att förändra ytvikten på någon position i CD utan istället har de simulerats genom att plastremsor rullats in i de olika rullarna.
Papperskvalitéer
De olika papperskvalitéer som projektet innefattar är 71 g/m2 MG-papper, 80 g/m2 Bright liner samt 135 g/m2 liner. MG står för Machine Glazed och denna papperskvalité är under tillverkningen torkad över en så kallad Yankeecylinder. Detta medför att pappret torkas helt inspänt vilket ger en glansig yta på den sida som varit i kontakt med Yankeecylindern.
De papper som används i well-konstruktioner kallas för liner. På Billerud tillverkas flera olika linerkvalitéer. De linerkvalitéer som testades i detta projekt (och som även gjorts tester på i några andra projekt) är dels 80 g/m2 Bright liner, som är en extra ljus liner. Den andra linerkvalitén var 135 g/m2 liner.
Tidigare relaterade projekt
Det har tidigare gjorts ett antal examensarbeten och andra projekt som detta arbete mer eller mindre relateras till. Bland annat gjorde Lång (2005) ett examensarbete som gick ut på att ta fram en metod för att mäta längdskillnader i en pappersbana. Denna metod har använts i detta projekt. Larsson & Sonemalm (2006) gjorde ett examensarbete om att mäta krypning i de ovan nämnda papperskvalitéerna. Larsson (2007) gjorde ett projekt som gick ut på att mäta relaxation på samma tre kvalitéer.
Teori
Pappers mekaniska egenskaper
För ett undersöka hur papper beter sig vid drag görs ett så kallat dragprov. Då ett dragprov utförs töjs pappret ut med en konstant hastighet och en graf ritas som beskriver hur mycket pappret belastas vid en viss töjning (Figur 1). Dragprovet är färdigt då ett brott sker. I början av dragkurvan är det ett elastiskt område som följs av ett plastiskt område fram till
brottpunkten.
De olika dragegenskaperna går att räkna ut från dragkurvan. Papprets dragstyrka är den aktuella last som råder vid brottet medan papprets brottöjning är den aktuella töjningen vid samma punkt. Den pappersegenskap som är än viktigare vid detta projekt är papprets
dragstyvhet. Dragstyvheten fås fram genom att räkna ut lutningen på den räta linje som råder i det elastiska området och beskrivs lättast med tangenten A. Olika papperskvalitéer har olika dragstyvhet vilket betyder att det krävs olika mycket kraft för att töja pappret.
Töjning
L a s t
T a n g e n t ti ll d ra g k u rv a n s e la s ti s k a d e l
Brott Dr ag ku rva
Figur 1 En principskiss över en dragkurva.
Papper som ett viskoelastiskt material
Papper är ett polymert material och dess mekaniska egenskaper liknar därför betydligt mer plastmaterials egenskaper än t.ex. många metallers. Man kan inte som hos många metaller utskilja ett klart elastiskt område vid låga påkänningar följt av en väldefinierad kurva i det plastiska området oavsett hur snabbt materialet utsätts för dragkraften. Papper har däremot
pappret utsätts för krafter (Fellers & Norman, 1996). Papper är ett poröst material och pressas det ihop i tjockleksriktningen (ZD) till den grad att inte fiberbindningar förstörs går det efter en tid näst intill fullständigt tillbaka till sin ursprungliga tjocklek.
Kryp och relaxation
Då papper under en tid utsätts för en konstant kraft kan så kallade krypfenomen uppstå. Detta betyder att pappret fortsätter att deformeras under en lång tid. Olika sorters papper kryper olika snabbt, den så kallade kryphastigheten är alltså olika.
När det gäller de aktuella papperskvalitéerna så har tidigare tester visat att 80 g/m2 liner har den högsta kryphastigheten medan 71 g/m2 visat sig ha den lägsta kryphastigheten. När banspänningen endast är 10 % av materialets dragstyrka så har det dock visat sig att kryphastigheterna för samtliga aktuella papperskvalitéer är mycket små. (Larsson &
Sonemalm, 2006).
Då papper utsätts för en konstant töjning vilket sker i en pappersrulles periferi kallas det istället för relaxation. För att bättre förklara vad relaxation är kan det beskrivas som det som sker i en rulle efter att pappret rullats in och pappret inte längre kan förflytta sig. När pappret inte kan förflytta sig i rullen minskar spänningarna i pappret med tiden. Detta beror på att fibrerna i pappret till viss del åkt isär och inte längre sitter lika tätt. När pappret sedan rullas ut och inte längre är spänt har relaxationen gett en plastisk längdförändring av pappret och pappret är därmed något längre. Hastigheten och nivån på relaxationen i rullen beror på vilken banspänning som pappret rullats in med.
Krypning och relaxation följer båda en exponentiell funktion och påverkas också av skillnader i temperatur och fukt. Om temperaturen eller fukthalten i pappret är för hög under
inrullningen har pappret ett visköst tillstånd och ingen elasticitet att återgå till då det rullas upp igen (Roisum, 1994). Varje papperskvalité har sin egen tidskonstant som påverkar hur snabbt pappret kryper eller relaxerar.
Krypning och relaxation är matematiskt utbytbara och följer därför båda i teorin samma exponentiella formel. Exakt hur den formeln ser ut finns det delade meningar om och även delade meningar om att både krypning och relaxation följer samma formel. Enligt Roisum (1994) följer krypningen ett samband som säger att 36 % av den totala krypningen har uppnåtts då tiden är lika med tidskonstanten som är olika för varje papperskvalité. Mycket tyder dock på att den har sina brister då t.ex. mätningar av Larsson och Sonemalm (2006) inte helt följer en exponentiell kurva utan snarare en logaritmisk. Även fuktförändringar påverkar kryp och relaxation av papper.
Rullningsteori
Då papper ska rullas med hjälp av en rullmaskin är det viktigt att pappret rullas tillräckligt hårt genom hela rullen, alltså håller en lämplig hårdhetskurva i radiell riktning. Denna hårdhetskurva innebär att det ska vara något hårdare rullat närmast hylsan för att inte rullen ska kollapsa vid transport, dock inte allt för hårt så att hylsan kollapsar. Den bör sedan hållas relativt konstant ända tills den närmar sig den färdiga rullens periferi. Där går den över mot att ha en lägre hårdhet (Gavelin, 1992). Figur 2 visar en kurva för hur hårdhetsprofilen i en rulle lämpligen bör ser ut.
Figur 2 En figur för hur rullhårdheten bör variera i en rulle (Gavelin, 1992).
Det finns flera olika typer av rullmaskiner som används idag. Dessa olika rullmaskiner påverkar rullhårdheten på olika sätt och alla modeller har fördelar och nackdelar gentemot varandra. I detta projekt har en bärvalsmaskin används och därför beskrivs den lite mer utförligt.
Figur 3 Olika faktorers påverkan av rullens hårdhet hos en bärvalsmaskin (Metso Paper Inc.).
A i Figur 3 är den första bärvalsen, alltså den bärvals pappret passerar innan det rullas upp på hylsan. De olika faktorer som påverkar hur rullhårdheten vid rullning med bärvalsrullmaskin beskrivs i den högra figuren. I en bärvalsrullmaskin kan rullhårdheten justeras genom att ändra momentförhållandet, alltså skillnaden i hastighet mellan den första och den andra bärvalsen. Detta gör man genom att reglera strömmen på den andra bärvalsen, B. Strömmen på den första bärvalsen hålls i regel alltid konstant. För att få en hårdare rullning närmast hylsan ökar man därför strömmen på bärvals B och där igenom sträcks pappret ut och det blir hårdare rullat (Torque influence i figuren).
Ridvalsen, C är till för att hålla rullen tryckt mot bärvalsarna och kraften den trycker med är som störst i början och avtar efter hand som en funktion av setrullens viktökning. När setrullen kommit upp i en diameter på ca 75-80 cm är trycket från ridvalsen i regel noll och den ligger sedan bara emot för att hålla rullen på plats. Genom att sänka strömmen på bärvals B och därigenom rulla in mer papper i rullen än vad som rullas upp hålls hårdhetsökningen nere till en viss del. Hårdheten ökar dock relativt konstant på slutet av rullningsförloppet och därför måste rullningen slutföras innan rullhårdheten blir allt för stor. Hårdhetsökningen på slutet av rullningen är en svaghet hos bärvalsrullmaskiner och därför rullas sällan rullar större än ca 140 cm i diameter.
Det skulle kunna vara möjligt att ändra banspänningen för att minska rullhårdheten på slutet men det är mycket svårt att ändra lagom mycket. Därför är banspänningen i regel konstant genom hela rullningsförloppet.
I papprets längdriktning, MD, efter engelskans Machine Direction, vill man varken ha drag eller kompressionskrafter i rullen, vilket kan leda till onödiga påfrestningar på pappret. Om det råder dragkrafter längst ut tenderar pappret att töjas och dessa krafter är då som störst närmast papprets periferi. Därför försöker man ofta rulla lösare i slutet av rullen vilket som nämnts är svårt med en bärvalsrullmaskin vid för stora diametrar.
Figur 4 En beskrivning av hur kompressionskrafterna i ZD varierar i en rulle.
Figur 4 beskriver hur kompressionskrafterna varierar i ZD. Närmast hylsan är det som störst kompressionskrafter i ZD. Dessa kompressionskrafter avtar med ökad radie och är i princip noll vid rullens slutliga periferi (Roisum, 1994). De skapas genom spänningar i MD i de lager som ligger utanför. Dessa spänningar gör att pappret blir tunnare vilket i sin tur gör att MD- spänningarna blir mindre och i normala fall i det närmaste försvinner helt.
Detta gör att MD-spänningarna finns längst ut i rullen. Längst ut i rullen är det nämligen inte något papper utanför som minskar dessa spänningar. Längre in i rullen är det i normala fall mer eller mindre nollnivå på MD-spänningar. Då pappret rullas ut och
kompressionsspänningarna i ZD försvinner uppstår återigen MD-spänningar. Då papper komprimeras mycket i ZD blir det också kortare eftersom att fibrerna då tenderar att böjas mer. Detta leder också i sin tur till att då det töjs i MD blir det tjockare (Öhrn, 1965).
Problem med slappa stråk
Som tidigare nämnts kan det uppstå slappa stråk i en pappersbana. Dessa slappa stråk är ett stort problem inom hela pappersindustrin och skapar stora körbarhetsproblem vid
konvertering av det färdiga pappret. Bland annat uppstår det ofta veck i pappret då de slappa stråken passerar valsnyp inom tryckprocessen. Slappa stråk kan uppkomma av flera olika anledningar som t.ex. en ojämn ytviktsprofil. En annan källa till slappa stråk kan vara en ojämn fuktprofil tvärs pappersbanan under torkprocessen (Stolpe, 1985).
Mätstandard
För att testa papprets olika egenskaper finns det för de flesta egenskaperna särskilt framtagna metoder och utrustning. För vissa pappersegenskaper finns det standardiserade mätmetoder
det skandinaviska standardiseringsorganet SCAN men man strävar idag efter att istället utföra mätningar enligt den internationella ISO-standarden i de fall det finns en sådan. I vissa situationer finns det dock ingen fastställd standard för mätning.
Utförande
Inrullning av plast
Tanken var att rulla in en 100 mm bred och 7 µm tjock plastfilm (Svensk Plaståter- vinning AB) tillsammans med pappret i hela rullarna för att skapa tjockleksökningar och därmed simulera valkar. Dock ledde problem vid tillverkning av denna plast till att bara ca 2000 meter plast kunde tillverkas och därmed togs beslut om att istället rulla in plast på tre områden i var och en av rullarna. Plast rullades in längst ut närmast periferin, dels i mitten på rullarna samt en sista omgång närmast hylsan. Figur 5 visar en principskiss över de områden där plasten rullades in. På varje av dessa ställen rullades ca 200 meter plastfilm med hjälp av en omrullningsmaskin, Jagenberg Vari Dur, som är en bärvalsrullmaskin. I Figur 6 visar punkt C den position där plasten fördes in i rullen.
Rullmaskinen var utrustad med en banspänningsmätare (B i Figur 6) som loggade
banspänningen varje sekund. Efter att pappret gått genom denna mätutrustning fördes plasten in i rullen. Då plasten skulle rullas in kördes rullmaskinen med en lägre hastighet medan den kördes med mer eller mindre full hastighet mellan inrullningarna. För att undersöka om lagringstiden påverkade mätresultaten rullades plast in på två stycken rullar av samma kvalité som tillverkats efter varandra.
Figur 5 Plasten var inrullad i de partier i rullen som är gråmarkerade, det svarta i mitten är hylsan.
Figur 6 En principskiss för var i bärvalsmaskinen de olika operationerna utfördes.
Uttagande av plasten
Då rullarna med den inrullade plasten lagrats under en veckas tid så togs en rulle av varje ytvikt åter till rullmaskinen för att plocka ut plast. I samband med detta mättes banspänningen med extra koncentration på de partier i rullen som var precis före, under tiden och precis efter att plast varit inrullad. Maskinen saktades ner under tiden plasten avlägsnades från rullen till ett en hastighet på ca 20 meter per minut. Även under en period före och efter plastpartierna kördes maskinen långsamt för att få jämnare banspänningsprofiler och för att lättare visuellt kunna avgöra om det förekommer valkar eller slappa stråk. Dock kördes maskinen i dessa fall något snabbare än under själva plastuttagandet.
Det togs även ut tvärsprover av pappersbanan för att göra diverse tester på som t.ex. om pappret blivit längre där plast varit inrullat, samt även om t.ex. tjocklek och andra pappersegenskaper ändrats eller inte. Själva plasten avlägsnades från rullen direkt vid avrullningsstället (A i Figur 6), alltså innan pappret gick igenom banspänningsmätaren (B i Figur 6). Samma sak gjordes även efter en månad med resterande rullar.
Uppdelning i remsor
Tvärsbanorna som tagits ut var ca tre till fyra meter långa. Detta papper delades upp i 30 mm breda remsor så att sex stycken av dessa remsor var tagna från mitten av pappret och att på så sätt minst två av dessa helt var tagna från det parti där plasten varit placerad (Figur 7). 90 mm från vardera kant skars även två stycken remsor ut för att ha som referens från ett parti som inte varit påverkat av plast. Det skars alltså ut tio stycken remsor från vardera position i pappersrullen för att se hur störningen som plasten gett i pappersrullen påverkat pappret.
Figur 7 visar en skiss på var i tvärsbanan de olika remsorna skars ut samt var i arket plasten var placerad.
Figur 7 En skiss på var i tvärsbanan de olika remsorna skars ut.
Mätningar
Ett antal olika mätningar gjordes och programmet MATLAB användes för att göra diagram som visar resultaten. Det som mättes var banspänning då pappret var i rullmaskinen, samt längddifferenser och papprets styvhet, ytvikt och tjocklek då det inte var kvar i rullmaskinen.
Styvhet, ytvikt och tjockleksmätningar har utförts i konditionerat rum enligt ISO 187:1990 som säger att temperaturen ska vara 23°C ± 1 °C och att den relativa luftfuktigheten ska vara 50 % ± 2 %. Här nedan följer en mer noggrann genomgång av de mätningar som gjorts.
Banspänning
Banspänningen hos pappret registrerades med hjälp av en banspänningsmätutrustning från Webline Teknik AB speciellt framtagen för att kunna registrera banspänningen utan friktion då pappret passerar utrustningen Figur 8. För att kunna göra detta friktionsfritt är det tryckluft på varje mätkropp som pappret passerar. Detta medför att inte pappret vidrör mätutrustningen under sin väg genom mätutrustningen. Utrustningen består av 24 stycken mätkroppar och tillsammans ger de en banspänningsprofil som kan plottas. Varje mätkropp har en bredd på 30 mm vilket medför att banspänningsprofilen utgör 720 mm i mitten av tvärsbanan.
Figur 8 Banspänningsmätarriggen (Webline Teknik AB).
Ju högre banspänningen är i en viss position i pappersbanan desto mer trycks den mätkroppen som berör denna position in. Under mätningarna har ett lufttryck på mellan 1,4 och 1,5 bar används för banspänningsutrustningen. I registreringsfilen loggas ett värde för respektive mätkropp varje sekund. Dessa värden på banspänningen anges i Volt men kan sedan omvandlas till Newton per meter.
Längddifferensmätning
För att se hur mycket pappret töjts ut i MD där plasten varit placerad mättes längden på de utskurna remsorna. Detta gjordes med hjälp av en apparatur och metod enligt Lång (2005).
Figur 9 visar en principskiss av hur apparaturen är uppbyggd. I denna metod spänns den remsa D som ska mätas upp mellan två träklossar. Kloss E är fastspänd medan kloss C kan förflyttas. En våg som inte finns med i skissen nedan är kopplad till kloss C och alla remsor med samma ytvikt kan därmed hållas lika spända vid varje mätning. Spänningsskillnaderna mellan de olika kvalitéerna hade samma proportioner som ytviktsskillnaden. Denna
utspänning av remsorna var dock betydligt mindre än banspänningen i rullmaskinen. Tabell 1 nedan anger vilken spänning de olika mätningarna utfördes vid.
Bakom kloss C var en mätklocka A placerad som mätte hur mycket denna mätkloss förflyttat sig i förhållande till de övriga mätningarna. Klockan kunde mäta längdskillnaden med en noggrannhet på 10 µm. På detta sätt kan man se skillnaden i längd på remsorna inom samma
serie. Även den totala längden på en remsa i varje serie mättes med måttband för att kunna räkna ut den procentuella längdskillnaden mellan de olika remsorna.
Figur 9 Principskiss över utrustningen för mätning av remslängd.
Tabell 1 De krafter som de olika remsorna sträcktes ut under längdmätning.
Papperskvalité Spänning vid längdmätning [N/m]
71 g/m2 MG papper 147,2 80 g/m2 liner 163,5 135 g/m2 liner 245,3
Dragprov
Dragprov gjordes för att få fram värden på papprets dragstyvhet. För att se skillnaderna i dragstyvhet vid olika positionen i tvärsbanan gjordes dragprov på de olika 30 mm remsorna som tidigare skurits upp. Varje remsa delades upp enligt EN ISO 1924-2:1995 som säger att remsorna ska vara 15 mm breda. Remsorna ska enligt standarden vara 180 mm mellan klämmorna. Dock valdes längden 100 mm mellan klämmorna för att provmaterialet skulle räcka till. Det betyder alltså att de kapades till några centimeter längre än 100 mm för att de skulle finnas material att spänna fast dem i.
En vertikal dragprovutrustning (Instron, 4411) användes. Hos denna utrustning spänns varje remsa fast mellan två stycken fästen. En dator styr sedan apparaturen och ett program plottar en dragkurva. Värden för dragstyvhet samt även dragstyrkan går sedan att utläsa.
Tjockleks-, ytvikts- och densitetsprofiler
För att se hur tjockleken varierar i CD på varje tvärsbana användes STFI-tjockleksmätare. Tre mätningar gjordes på en tvärsbana från varje provuttag på olika positioner för att få fram en medelkurva för tjockleken. STFI-tjockleksmätaren består av en mätkropp på undersidan och en mätkropp på ovansidan. När pappret matas mellan dessa två mätkroppar registreras tio värden på tjockleken varje mm. Dessa värden kan sedan användas för att plotta en
tjockleksprofil. På många bruk används SCAN-standard för att mäta papprets tjocklek. Då SCAN-standarden till viss inte tar hänsyn till att papper har en ojämn ytstruktur blir
tjockleken något större och därmed densitetsvärdena något lägre då SCAN tillämpats i jämförelse med då STFI-metoden använts för att beräkna papprets tjocklek.
Rondeller med en diameter på 80 mm skars ut ur samma tvärsbanor som tidigare används för att göra tjockleksmätningar. Dessa stansades ut med ett avstånd på 45 mm mellan varje centrum, Figur 10 nedan beskriver var rondellerna stansades ut. Detta gjordes med hjälp av en L&W Sample Punch. Dock skars först ytviktsproverna för 71 g/m2 MG papper som lagrats en vecka ut med en manuell utrustning. Denna profil var baserad på avståndet 40 mm mellan varje rondell istället för 45 mm som i övriga fall. På grund av brister i denna metod togs beslut om att i fortsättningen använda den enligt Figur 10 beskrivna metoden.
Detta förfaringssätt gav en relativt högupplöst ytviktsprofil i papprets CD-riktning. När man har en ytviktsprofil och en tjockleksprofil så kan också en densitetsprofil räknas fram för att se om densiteten ökat där plasten varit placerad.
Figur 10 Skiss av hur de olika rondellerna skars ut ur tvärsbanan. Rondell nr 1 är på förarsidan.
Resultat och diskussion
Observationer vid utrullning av plast
För MG pappret syntes slappa stråk extra tydligt (Tabell 2) där plast rullats in närmast hylsan.
Detta kan bero på den lägre diametern och att det därför rullades in fler varv plast. Det kan också bero på att det är en större kompression i ZD närmst hylsan vilket gör att plasten pressas hårdare mot pappret. Det syntes även slappa stråk i pappersbanan i mitten vilka dock inte var lika tydliga som de närmast hylsan. Närmast hylsan kändes ingen valk vid uttagning av plast efter en månad. Detta tyder på att pappret komprimerats så mycket av plasten att den totala tjockleksökningen från platsen inte skapar någon valk.
När det gäller 80 g/m2 liner efter en månad i mittenpartiet var det ett parti innan och under tiden när plasten började rullas ut en tydlig valk och ett slappt stråk. Detta avtog dock och det syntes ingen tydlig valk då proverna togs ut. Detta skulle kunna bero på att tjockleksökningen som plasten skapat var som störst när all plast var inrullad. Det såg ut att vara slappare stråk efter en månad än efter en vecka, i alla fall när det gällde mittenpartiet på 80 g/m2 linern.
Efter en månad var 135 g/m2 pappret mycket slappt i botten. Inte heller där fanns någon valk vilket tyder på kompression i z-led i botten av rullen. Dock utgör plasten en liten del av den totala tjockleken på 135 g/m2 pappret då pappret i detta fall är så pass tjockt i jämförelse med plasten. Därför komprimeras valken lättare bort med tiden.
Tabell 2 Observationer vid utrullningen av plast
Rullposition Efter en vecka Efter en månad
71 g/m2 i toppen
71 g/m2 i mitten Valk syns tydligt Tydligt slappt stråk 71 g/m2 i botten Mycket slappt stråk men ingen
tydlig valk.
Ingen valk alls ca 4 min innan plasten började rullas ut utan snarare en z kompression. Samma sak i slutet av utrullningen. Mycket slappt stråk.
80 g/m2 i toppen Känns som en lätt z kompression där
plasten varit i slutet av utrullningen.
80 g/m2 i mitten En valk syns En valk syns
80 g/m2 i botten Valk syns under tiden plasten rullas ut
ändå till slutet av utrullningen och slappt stråk.
135 g/m2 i toppen 135 g/m2 i mitten
135 g/m2 i botten Valk syns och lite slappt stråk. Mycket slappt stråk men ingen tydlig valk.
Styvhetsdiagram 71 g/m2 MG papper
0 200 400 600 800 1000
580 600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
580 600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 11 Dragstyvheten för 71 g/m2 MG papper i toppen av rullen.
0 200 400 600 800 1000
580 600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
580 600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 12 Dragstyvheten för 71 g/m2 MG papper i mitten av rullen.
0 200 400 600 800 1000 580
600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
580 600 620 640 660 680 700 720 740 760
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 13 Dragstyvheten för 71 g/m2 MG papper i botten av rullen.
80 g/m2 Bright liner
0 200 400 600 800 1000
660 680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
660 680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 14 Dragstyvheten för 80 g/m2 liner i toppen av rullen.
0 200 400 600 800 1000 660
680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
660 680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 15 Dragstyvheten för 80 g/m2 liner i mitten av rullen.
0 200 400 600 800 1000
660 680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
660 680 700 720 740 760 780 800 820 840
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 16 Dragstyvheten för 80 g/m2 liner i botten av rullen.
135 g/m2 liner
0 200 400 600 800 1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 17 Dragstyvheten för 135 g/m2 liner i toppen av rullen.
0 200 400 600 800 1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 18 Dragstyvheten för 135 g/m2 liner i mitten av rullen.
0 200 400 600 800 1000 1140
1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en vecka
0 200 400 600 800 1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
Position i CD [mm]
Dragstyvhet [N/m]
Efter en månad
Figur 19 Dragstyvheten för 135 g/m2 liner i botten av rullen.
Syftet med att mäta dragstyvhet var att se om det fanns skillnader i CD. I så fall skulle längdmätningarna behöva korrigeras för skillnader i dragstyvhet.
De olika papperskvalitéerna har lite olika styvhet (Figur 11 till Figur 19), alltså hur lätt pappret omformas då det utsätts för krafter. Då plasten rullas in i rullen och därmed utsätter pappret för en kraft skulle det kunna vara så att fibrerna i det papper med lägre styvhet lättare ger med sig och på så sätt ger tydligare visuella upphöjningar i pappret där plasten förts in vilket också uppmärksammats. Inga stora skillnader i styvhet tvärs pappersbanan kan utläsas.
Längdskillnads- och banspänningsdiagram 71 g/m2 MG papper
Figur 20 71 g/m2 MG papper i toppen efter en vecka med plast i rullen.
2
Figur 22 71 g/m2 MG papper i mitten efter en vecka med plast i rullen.
Figur 23 71 g/m2 MG papper i mitten efter en månad med plast i rullen.
-0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15
Längdskillnad [%]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Banspänning [N/m]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Position i CD [mm]
Figur 24 71 g/m2 MG papper i botten efter en vecka med plast i rullen. Som nämnts saknas banspänningsvärden i denna position.
Figur 25 71 g/m2 MG papper i botten efter en månad med plast i rullen.
Diagrammen i Figur 20 till Figur 25 visar längdskillnaden i procent jämfört med medelskillnaden, i staplar på tio olika positioner i pappersbanan för 71g/m2 MG papper.
Linjerna visar den uppmätta banspänningen precis innan rullmaskinen stannats för att ta ut prover för andra tester. Dessa banspänningskurvor visar snittkurvan för banspänningen sekunderna före maskinen stannas för att ta ut prover. I normalfall då det inte är slappa stråk i pappret är det något högre banspänning i mitten av tvärsbanan och faller en del nära kanterna (Kiiskinen, m.fl., 2000). Se Figur 26 för hur en banspänningsprofil kan se ut i normalfall då pappersbanan inte har några slappa stråk. Tyvärr fick inte banspänningsmätaren ström då bottenpartiet på pappret som lagrats en vecka med plast kördes och därför saknas tyvärr värden för banspänning där, se Figur 24.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Banspänning [N/m]
Position i CD [mm]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Banspänning [N/m]
Position i CD [mm]
Figur 26 En ungefärlig bild av hur en banspänningsprofil i CD ser ut i normalfall. Dock täcker inte mätningen kantområdena där kraftigt sjunkande banspänning råder.
Figur 27 Bild över avrullningsställ och en gummibelagd vals som pappret passerar under, visar hur ett mycket tydligt slappt stråk uppkommit redan innan plasten börjat avlägsnas. Det aktuella pappret är 71 g/m2 efter en vecka med plast.
I toppen av pappersrullen råder endast mycket små kompressionsspänningar vilket medför att plasten inte nämnvärt skapar något slappt stråk. Figur 20 samt Figur 21 visar sådana fall och då är det mer eller mindre som i normalfall att banspänningen är något större i mitten än närmare kanterna. Då banspänningen är klart lägre i mitten som i Figur 25 betyder det att pappret är slappt där, alltså ett slappt stråk. Just i Figur 25 som är efter en månad syns det mycket tydligt att pappret är väldigt slappt där plasten varit placerad. Man kan se på de höga bestående längdskillnaderna i Figur 24 att även efter en vecka har pappret varit mycket slappt.
Detta illustreras också bra i Figur 27 där bilden är tagen ett tag innan plasten börjat avlägsnas.
En anledning till att pappret blir väldigt slappt i botten är troligtvis att
kompressionsspänningarna i rullen är så mycket större närmast hylsan och därför har plasten pressat på pappret väldigt hårt.
En annan orsak till de mycket slappa stråken i botten är den mindre radien i botten av rullen gör att plasten skapar en större radieökning. I botten blev pappret så slappt att det blev veck i pappret när det passerade under den gummibelagda valsen i Figur 27. Dessa veck uppkom trots att det inte var något nyp med någon annan vals på andra sidan. Redan vid en
längdskillnad på 0,06 % mellan två närliggande partier i pappersbanan har veck förekommit i t.ex. tryckpressar och dessa prover visar klart på högre längdskillnader än så.
I mittenpartiet, Figur 22 respektive Figur 23, syns bara små tendenser till slapphet i mitten dock inget som är såpass tydligt att man kan dra några klara slutsatser. Inte heller
längdmätningarna visade på några större skillnader i dessa fall.
80 g/m2 Bright Liner
Figur 28 80 g/m2 liner i toppen efter en vecka med plast i rullen.
Figur 29 80 g/m2 liner i toppen efter en månad med plast i rullen.
Figur 30 80 g/m2 liner i mitten efter en vecka med plast i rullen.
Figur 31 80 g/m2 liner i mitten efter en månad med plast i rullen.
Figur 32 80 g/m2 liner i botten efter en vecka med plast i rullen.
Figur 33 80 g/m2 liner i botten efter en månad med plast i rullen.
135 g/m2 liner
Figur 34 135 g/m2 liner i toppen efter en vecka med plast i rullen
Figur 35 135 g/m2 liner i toppen efter en månad med plast i rullen
Figur 36 135 g/m2 liner i mitten efter en vecka med plast i rullen
Figur 37 135 g/m2 liner i mitten efter en månad med plast i rullen
Figur 38 135 g/m2 liner i botten efter en vecka med plast i rullen
Figur 39 135 g/m2 liner i botten efter en månad med plast i rullen
För 80 g/m2 och 135 g/m2 liner (Figur 28 till Figur 39) är det ungefär samma tendens som för 71 g/m2 MG att banspänningen sjunker i den position där plasten är placerad. Precis som för 71 g/m2 MG gör den större plastuppbyggnaden i botten troligtvis att pappret blir ändå
slappare där. Det som är lite anmärkningsvärt är att 135 g/m2 liner i stort sett blir lika slappt i botten (Figur 38) som 71 g/m2 MG (Figur 25), men att både 80 g/m2 och 135 g/m2 har
betydligt mindre bestående längdskillnad än vad MG pappret har i botten av rullen. Detta trots att 135 g/m2 har en mindre procentuell tjockleksuppbyggnad än MG pappret på grund av en större ursprunglig tjocklek (Tabell 3). Detta skulle kunna tyda på att MG pappret är mindre elastiskt än vad linern är och att linern i allmänhet återhämtar sig i maskinriktningen mer än vad MG pappret gör.
Tabell 3 Storlek på hur mycket plasten ökar diametern i botten på rullen om inte pappret skulle komprimeras i rullen och hur mycket detta skulle förlänga pappret plastiskt plus elastiskt.
Papperstyp Plastlängd [m]
Plastuppbyggnad [mm]
Teoretisk MD töjning [%]
71 g/m2 MG papper 200 6,62 3,9
80 g/m2 Bright liner 200 6,36 3,5
135 g/m2 liner 200 5,63 2,6
Densitet och kompression 71 g/m2 MG papper
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 40 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i toppen efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 41 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i toppen efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 42 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i mitten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 43 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i mitten efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 44 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i botten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 45 Densitetsprofil för 71 g/m2 MG papper i botten efter en månad med plast i rullen.
80 g/m2 Bright liner
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 46 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i toppen efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 47 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i toppen efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 48 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i mitten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 49 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i mitten efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 50 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i botten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 51 Densitetsprofil för 80 g/m2 liner i botten efter en månad med plast i rullen.
135 g/m2 liner
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 52 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i toppen efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 53 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i toppen efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 54 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i mitten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 55 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i mitten efter en månad med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 56 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i botten efter en vecka med plast i rullen.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Position i CD [mm]
Densitet [kg/m3]
Figur 57 Densitetsprofil för 135 g/m2 liner i botten efter en månad med plast i rullen.
Tabell 4 Densiteten för de olika kvalitéerna utifrån prover tagna ur respektive pappersmaskin Papperstyp Densitet
[kg/m3] 71 g/m2 MG papper 835 80 g/m2 Bright liner 820 135 g/m2 liner 830
Tabell 5 Sammanställning av medeldensiteten vid de olika provuttagen.
Papperstyp Densitet efter en vecka [kg/m3]
Densitet efter en månad [kg/m3]
71 g/m2 MG papper mitten 943,92 939,87
71 g/m2 MG papper botten 946,81 969,43
80 g/m2 liner mitten 886,55 900,13
80 g/m2 liner botten 893,86 912,44
135 g/m2 liner mitten 907,26 918,25
135 g/m2 liner botten 910,88 903,06
