CN105868550A - 一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法 - Google Patents

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唐艳军
张馨琪
杨淑杰
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Abstract

本发明涉及一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法，属于制浆造纸技术领域。本发明基于经典page模型，以浆料的保水值WRV替代难以测试的纤维相对结合面积RBA，建立适于评价机械浆纤维特性与纸页抗张强度关系的数学模型。具体是以机械浆纤维为样本，将不同树种（杨木、枫木）的机械浆板进行疏解和PFI磨浆，设模型中含有纸页的抗张指数T、纤维重均长度lw、纤维卷曲指数、纤维间的剪切结合强度b、浆料的保水值WRV，则纸页抗张强度模型表达式为，其中a为常数。本发明完全从机械浆纤维的形态参数出发，通过测试纤维形态参数即可实现纸页抗张强度的高效预测。

Description

一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法
技术领域
本发明属于制浆造纸技术领域，涉及一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法。
背景技术
有效利用木材纤维原料，是我国制浆造纸工业发展的重要课题。在纸页的各种性能（光学性能、强度性能、热学性能等）中，强度性能决定了纸页应用的领域，是纸页其他性能的基石，只有纸页具有一定的强度，人们才能进一步优化纸页的其他性能，从而扩大纸页的应用范围。然而纸页的性能是由纤维特性（长度、粗度、细长比、纤维间的结合强度、纤维间的相对结合面积）决定的。
基于纸页强度的影响因素，不少国内外研究者建立了纸页强度的数学模型，根据模型建立的假设不同，纸页的抗张强度模型主要分三种：Page抗张模型、Cox模型、线性回归及神经网络模型。其中，应用最广泛的模型为1969年由Page提出，并以此命名的page模型，page认为纤维本身的强度和纤维间的结合强度是纸页抗张强度的两个主要来源，其简单形式是,其中T为纸页的裂断长、Z为纸页零距离裂断长、A为纤维的横截面面积、ρ为纤维的表观密度、g为重力加速度常数、p为纤维的横截面周长、L为纤维的长度、b为纤维间的剪切结合强度、RBA为纤维间的相对结合面积。
Page模型自建立以来，一直因其简洁直观而被广泛应用。Page模型中既考虑了纤维基本形态对纸页抗张强度的影响，也涉及到纸页零距离抗张强度对纸页抗张强度的影响，然而，不足的是模型中部分参数难以通过实验仪器直接获取，如纤维间的相对结合面积、纤维间的剪切结合强度。
发明内容
本发明以机械浆纤维为研究对象，着重分析了用浆料的保水值WRV来表征page模型中纤维间的相对结合面积RBA，并建立适合机械浆纤维的纸页抗张强度的数学模型，为以木浆纤维为原料的制浆造纸过程提供理论基础。
一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法，通过以下技术方案实现：
（1）以机械法制备的木浆纤维为模型样本，包括杨木、枫木。将不同树种的机械浆板用热疏解机进行热疏解，然后将疏解后的木浆进行PFI磨浆，再进行纤维形态分析；
（2）浆料的保水值（Water Retention Value，WRV）是表征纸浆纤维原料的润胀水化程度的指标，可以反映打浆过程中纤维润胀和细纤维化程度，保水值更能确切反映纤维间的结合强度，进而更能影响纸页的强度。Paavilainen, L等研究发现浆料的保水值（WRV）与纤维间相对结合面积具有很好的线性关系，相关系数R2可高达0.9887，这就意味着纸页抗张强度的一个重要的影响因素RBA可以与浆料的性能联系起来，因此以page模型为基础，将page式中非常难测试的纤维相对结合面积RBA用浆料保水值WRV表征，得到纸页的抗张强度模型为，其中Cw为纤维的卷曲指数，lw为纤维的重均长度，a为常数。
本发明具有有益效果：采用本发明中所述模型后，避免了纸页零距离抗张强度这一特性参数，完全从纤维的形态参数出发，达到了抄纸之前通过纤维形态参数对纸页抗张强度的预测的目的。
附图说明
图1为基于page模型中以浆料保水值WRV来表征纤维相对结合面积RBA得到纸页的抗张指数预测值与测试值（自然对数）的关系。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但应当指出，对本技术领域来说，在不脱离本发明原理的前提下，还能做出些改进和修饰，因此，本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表达的范围。
实施例：
称取75g机械浆板（绝干：80%），采用热疏解机进行热疏解，然后进行PFI磨浆，磨浆转速为1000R、1500R、3500R。测定浆料的保水值。切取宽度为15mm试样，恒温恒湿处理24h后，采用L&W抗张强度仪测试抗张强度，再利用公式计算纸页抗张指数T，采用TMI层间结合仪进行纸页层间结合强度的测试。采用纤维质量分析仪进行纤维形态测试，测得纤维的重均长度，以及基于重均纤维长度计算得到的纤维卷曲指数Cw。将纸页抗张指数、纤维间的剪切结合强度、浆料的保水值和纤维的重均长度、纤维的卷曲指数代入page的改进模，并将WRV0取值为零（WRV0也是一种保水值，是Page方程式的改进式中的一个参数，WRV0因浆料纤维的性质或者它的测试方法不同而不同）采用Minitab进行拟合，得到模型与真实数据的吻合度r2为92.5%，所得抗张强度模型的预测值与测试值的相关系数R2为0.92，模型的数学表达式为，参见附图。

Claims (1)

1.一种基于机械浆纤维特性预测纸页抗张强度的方法，其特征在于：以机械浆纤维为样本，将机械浆板进行疏解和PFI磨浆，再进行纤维形态分析，以page模型为基础，构建纸页抗张强度的数学模型，其中T为纸页的裂断长、Z为纸页零距离裂断长、A为纤维的横截面面积、ρ为纤维的表观密度、g为重力加速度常数、p为纤维的横截面周长、L为纤维的长度、b为纤维间的剪切结合强度、RBA为纤维间的相对结合面积；以浆料的保水值WRV表征page模型中纤维间的相对结合面积RBA，则纸页抗张强度模型为，其中lw纤维重均长度、Cw为纤维卷曲指数、WRV为浆料的保水值、a为常数，WRV0为保水值的一个参数。
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