Search

The sorption of water into the paperboard exposes a container to reversible and irreversible deformations under relative humidity variations. In this study, an elasto-plastic material model is used to demonstrate how through-thickness dry solids content gradients can generate permanent in-plane strains in paperboard. The measurements presented in this paper indicate that in consecutive loading-unloading cycles, the yield stress either remains roughly constant or decreases, and an additional permanent set of strain is obtained even when the maximum tension of repetitions stays constant. Two modified approaches concerning elasto-plastic hardening behavior based on the measurements of this work and the observations of previous studies are introduced. The simulated results exhibit some shared features of the frequently observed shrinkage behavior of paperboard exposed to cyclic relative humidity changes. The results suggest that with the use of a suitable hardening approach, the plastic deformations arising from through-thickness dry solids content gradients may be considered as a time-independent component for simulations of phenomena such as moisture-accelerated creep and release of dried-in stresses. peerReviewed

The scope of the Progress in Paper Physics Seminar is to discuss the broad scope of physical properties of paper, paperboard and new cellulose containing materialas. The program contain presentations reporting on the latest experimental, theoretical and computational developments. The three invited plenary speakers aim at bringing industry and academia together for in-depth discussions on selected topics in paper physics the potential impact on industry. The selected 37 oral presentations and 12 poster presentations provide opportunity to improve scientific knowledge and explore the latest outcomes and trends in the field. nonPeerReviewed

This study focused on web forming at a 5–10% consistency range, termed Ultra High Consistency (UHC). The study continued work done by Gullichsen with his research groups (1981–2007) and combined it with the HC forming research done by Valmet (HC, 1999–2004). The hypothesis was that by utilizing a rotor to fluidize suspension and a wedge to eliminate the free jet and thus prevent reflocculation, web forming at UHC is feasible at commercial speeds. The research method was experimental. The bulk of the research was conducted at pilot scale. A new UHC headbox was designed and mounted on a pilot former. The key elements of the headbox are the rotor and the wedge. As fluidization forms the base for UHC forming, this was evaluated at the pilot former using image analysis. In addition, fluidization was studied using a laboratory-scale device. Besides basic paper analysis, X-ray microtomography and sheet splitting methods were utilized to analyze the sheet structure. The results show that forming is possible within the focus area, 5–10% consistency and machine speeds of 150–600 m/min, although the operation potential of the UHC former is even wider. The results demonstrate that the wedge is needed for successful UHC forming, but the rotor is not required, providing the flow rate is sufficiently high. This indicates that various forces induced by the flow itself can be adequate to fluidize suspension for forming. The critical Reynolds number of full fluidization was found to be 200–250. The Reynolds numbers were estimated utilizing the linear dependencies found between the apparent viscosity and consistency, using the maximum mean flow velocities inside the headbox, and neglecting the possible rotation of the rotor. The corresponding critical flow velocities at 10% consistency are 12 and 19 m/s for a eucalyptus and pine pulp. The velocities are on average 70 and 60% lower than those given in the literature (40–50 m/s). The results reveal that the fiber orientation of UHC sheets is planar, the floc size of the web increases with consistency, the internal bond increases linearly with the floc size, and the tensile strength appears to decrease with increasing floc size. In consequence, it is postulated that the increase in the out-of-plane strength at the expense of in-plane strength with the consistency increase results from a more flocculated structure. Tiivistelmä Tutkimus keskittyi rainanmuodostukseen 5–10 % sakeudessa. Sakeusalue nimitettiin ultra korkeaksi (lyhenne UHC). Tämä työ jatkoi Gullichsenin ja hänen tutkimusryhmiensä tutkimustyötä (1981–2007) ja samalla yhdisti sen Valmetin tekemään suursakeusrainaustutkimukseen (HC, 1994–2004). Työn hypoteesina oli, että käyttämällä roottoria massan fluidisoimiseen sekä ns. wedgeä eliminoimaan vapaa suihku ja estämään jälleenflokkaantuminen, rainanmuodostus UHC-sakeudessa on mahdollista kaupallisissa nopeuksissa. Tutkimusmetodi oli kokeellinen. Pääosa tutkimuksesta suoritettiin koekonemittakaavassa. Uusi UHC-perälaatikko suunniteltiin ja asennettiin koeformeille. Perälaatikon pääelementit ovat pyörivä roottori ja wedge. Koska fluidisointi muodostaa UHC-rainauksen perustan, fluidisointia evaluoitiin koekoneella käyttäen kuva-analyysiä sekä tutkittiin lisäksi käyttäen röntgenmikrotomografia ja arkin halkaisu -metodeja. Tulokset osoittavat, että rainaaminen on mahdollista määritellyllä fokusalueella, 5–10 %sakeudessa ja konenopeudella150–600 m/min, joskin UHC-formerin toimintapotentiaali on vieläkin laajempi. Tulokset osoittavat, että wedge tarvitaan onnistuneeseen UHC-muodostamiseen, mutta roottoria ei tarvita, mikäli virtausnopeus on riittävän suuri. Tämä tarkoittaa, että virtauksen aikaansaamat voimat voivat itsessään olla riittäviä massan fluidisoimiseksi rainaamista varten. Täyden fluidisaation kriittisen Reynoldsin luvun havaittiin olevan välillä 200–250. Reynoldsin luvut arvioitiin käyttäen löydettyjä viskositeetin ja sakeuden välisiä lineaarisia riippuvuuksia, päävirtauksen maksiminopeuksia perälaatikossa ja jättäen huomioon ottamatta mahdollinen roottorin pyöriminen. Reynoldsin lukuja vastaavat kriittiset virtausnopeudet 10 % sakeudessa ovat eukalyptus- ja mäntymassalla 12 ja 19 m/s. Nopeudet ovat keskimäärin 70 ja 60 % pienempiä kuin kirjallisuudessa annetut (40–50 m/s). Tulokset osoittavat, että UHC-arkeissa kuituorientaatio on tasomainen, rainan flokkikoko kasvaa sakeuden kasvaessa, palstautumislujuus kasvaa lineaarisesti flokkikoon kanssa ja vetolujuus näyttäisi laskevan flokkikoon kasvaessa. Näin ollen esitetään, että sakeuden kasvaessa tapahtuva palstautumislujuuden kasvu tasolujuuksien kustannuksella johtuu flokkaantuneemmasta rakenteesta.

Työssä perehdyttiin aallotuskartonkia valmistavan Heinolan Flutingtehtaan saostumisongelmien syihin sekä menetelmiin saostumisen estämiseksi. Haihduttamolla saostumat tukkivat haihduttimien tuubilämmönvaihtimet ja rajoittavat haihduttamon toimintaa. Niukkaliukoisten, pääasiassa epäorgaanisten kalsiumsuolojen muodostamien saostumien pesun vuoksi haihduttamo joudutaan seisauttamaan usein, mikä rajoittaa koko tehtaan tuotantoa. Kartonkikoneen märkäpäässä saostumat ovat sen sijaan orgaanisia, pääasiassa puun pihkasta johtuvia, yhdisteitä. Kartonkikoneella saostumista seuraa likakatkoja ja hukkaaikaa. Kirjallisuuden ja aiempien tutkimusten perusteella haihduttamon saostumien syyksi selvisi puusta haihdutettavaan laihalipeään liukeneva suuri kalsiumin määrä sekä saostuman muodostumiselle jatkuvasti otolliset olosuhteet haihduttimissa. Koska kalsium on yhteinen tekijä kaikkien haihduttimien saostumissa, tehokkain keino saostumien syntymisen välttämiseksi olisi poistaa laihalipeästä kalsium ennen haihdutusta. Kalsiumkarbonaatin saostumista keittoliuoksesta laboratoriossa tutkimalla saatiin selville, että saostuminen voitaisiin estää madaltamalla keittoliuoksen pH:ta tai lämpötilaa. Lisäksi työssä selvitettiin monielektrodisesti hapetus-pelkistyspotentiaalia mittaavan anturin soveltuvuutta saostumien hallintaan. Signaalien vaihteluiden syy-seuraussuhteiden selvityksellä oli tarkoitus löytää vaihteluita ja saostumia aiheuttavat tekijät. Laihalipeälinjassa anturista ei kuitenkaan ollut merkittävää hyötyä, sillä saostuminen haihduttamolla on jatkuvaa, eikä aiheudu liuoksen kemiallisen tilan vaihteluista. Kartonkikoneen märkäpäässä sen sijaan saatiin selville joitakin mahdollisesti saostumia aiheuttavia mekanismeja. Deposit and scaling problems at Heinola Fluting Mill were examined. Reasons and prevention methods for deposit formation and scaling were evaluated in light of literature and previous studies. In the evaporator plant, scaling blocks the tube heat exchangers which restricts evaporation. Because of the washing of the sparingly-soluble inorganic calcium salt scaling, the evaporator plant needs to be stopped frequently, which restricts production of the whole mill. In the wet end of the board machine deposits are organic instead and originate mainly from wood extractives. Deposits in the wet end cause web breaks and down time. From literature and previous studies it was concluded that the evaporator scaling is largely caused by the large amount of calcium dissolving from wood to spent liquor, which is fed into the evaporator plant. Moreover, the conditions in the evaporator plant are favourable for scale formation. Since calcium is the common factor in the scale of every evaporator unit, the most efficient scale prevention method would be removal of calcium from spent liquor prior to evaporation. By studying calcium carbonate deposition from cooking liquor in laboratory, it was found out that deposition could be prevented by lowering the pH or temperature of the cooking liquor. In addition, a multi-electrode oxidation-reduction potential measuring probe was studied for the use of deposit control. Fluctuations in the two probes’ signals were studied in order to find the causes for deposit formation. In the case of spent liquor, however, the probe was found unnecessary, because scaling in the evaporation plant is continuous and not inflicted by fluctuations in the spent liquor chemistry. In the board machine wet end instead, some possible deposit formation mechanisms were found out using the probe.

C. J. Jansson ; (med en kort lefnadsteckning öfver C. J. Jansson [av] Ingwald Sourander)