Förändring av pappersegenskaper vid lagring under dragspänning

Transkript

1 Institutionen för kemi Avdelningen för kemiteknik Johan Larsson Annica Sonemalm Förändring av pappersegenskaper vid lagring under dragspänning Change in paper properties during storage under tensile stress Examensarbete i pappersteknik 20 poäng Datum/Termin: Vt-06 Handledare: Cecilia Land, KaU Lennart Stolpe, Billerud Gruvöns bruk Examinator: Luciano Beghello, KaU Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2 Sammanfattning I en pappersrulle är de yttre lagren utsatta för dragspänning. Om det finns variationer i rullens diameter i form av valkar finns det risk för att papperet förlängs irreversibelt i dessa positioner och orsaka slappa stråk. Den deformation som uppstår vid långvarig belastning av papper kallas krypning. Uppgiften i detta arbete var, att på lab., simulera valkar genom att utsätta pappersremsor för konstant dragspänning av olika storlekar. En av frågeställningarna var om egenskapsförändringar kan påvisas när papper utsätts för konstant inspänningskraft under en längre tid. De parametrar som undersökts var töjning, kryphastighet och relaxation, även mätningar på papperets mekaniska egenskaper dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet har utförts i detta arbete. De papperskvalitéer som undersöktes var 71g/m 2 MG-papper, 80g/m 2 optisk liner och 135g/m 2 liner. Inspänningskraften som papperet utsattes för motsvarade 10 %, 30 % och 50 % av dragstyrkan hos varje kvalité. Provremsor belastades under ett, fyra och sju dygn, för att sedan relaxeras. Resultaten visar att dragstyrkan och dragstyvheten inte påverkas av att papperet varit utsatt för en inspänningskraft. Däremot blev brottöjningen mindre ju större den irreversibla förlängningen hos papperet var. Samtliga papperskvalitéer relaxerar tillbaka till ursprungslängd efter fyra dygn när belastningen var 10 %. Om belastningen däremot var 30 % och 50 % uppstod en irreversibel förlängning redan efter ett dygn. Vid belastning under sju dygn uppstod permanent förlängning hos samtliga kvalitéer och belastningar utom MG-papper 10 % som relaxerade till ursprungslängd. MG-papper är därmed den papperskvalité som står emot krypning bäst och är på så sätt minst känslig för valkar i pappersrullen. En högre belastning ger en högre kryphastighet och större irreversibel förlängning. För att undvika uppkomsten av slappa stråk bör därför banspänningen som används vid upprullningen av papperet inte vara större än 10 % av dragstyrkan hos papperskvalitén. Hur länge papperet är belastat påverkar också den slutliga irreversibla förlängningen. Det innebär att lagring ökar risken för att slappa stråk kommer att uppstå i efterbearbetningen. ii

3 Abstract In a paper roll the outer layers are under tensile stress. If there are variations in the roll diameter there is a risk that the thicker parts of the roll will make the paper elongate more in these regions, because they will be under a higher tensile stress. This may cause baggy webs. The deformation that occurs during a long time under tensile stress is called creep. Experiments have been performed with strips of paper that have been exposed to a constant load and constant climate (50 % RH, 23 C). The properties that have been examined are creep strain, creep rate and relaxation after creep. Studies of tensile strength, tensile stiffness and strain at break have also been made. The paper qualities that have been examined were 71g/m 2 MG-paper, 80g/m 2 liner and 135g/m 2 liner. The paper qualities in this study are exposed to loads that correspond to 10 %, 30 % and 50 % of their tensile strength. The paper strips were under load during 24h, four and seven days. The results in these studies show that tensile strength and tensile stiffness remains the same after the paper has been exposed to a constant load. The strain at break, on the other hand, decreases with increasing irreversible elongation of the paper strips. All paper qualities recover to the initial length after four days under a load of 10 % of the tensile strength. If the load corresponds to 30 % or 50 % of the tensile strength a permanent elongation arose as early as after 24h. After seven days, only the MG-paper recovered to the initial length if the load corresponded to 10 % of the tensile strength. This means that MG-paper is more resistant to creep then the liner qualities. Consequently, MG-paper is the paper quality that is least sensitive to ridges. A higher load gives a higher creep rate and larger irreversible elongation of the paper. To avoid baggy webs to arise, the load should not exceed 10 % of the paper s tensile strength when winding the paper roll. The time under which the paper is under load also influence the final irreversible elongation. Therefore, to avoid baggy webs the paper roll shouldn t be stored for too long. iii

4 Förord Denna rapport är resultatet av examensarbetet Förändringar i pappersegenskaper vid lagring under dragspänning. Examensarbetet är ett samarbete mellan Billerud AB Gruvöns bruk och Karlstads Universitet och kan anses vara en liten del i ett större pågående projekt som behandlar slappa stråk i pappersbanor. Arbetet har utförts vid Karlstads Universitet under tiden Jan-juni 2006 Vi vill tacka våra handledare Lennart Stolpe, Billerud AB Gruvöns bruk och Cecilia Land, doktorand vid Karlstads Universitet för deras engagemang och vilja att dela med sig av sina stora kunskaper inom området. Tack också till Jonny Widstrand Billerud, Pia Eriksson KaU, för hjälp med div. samt Hans Lindquist, Saint-Gobin Isover AB, Billesholm för utlånandet av katetometern. iv

5 Innehållsförteckning 1 Inledning Teoretisk del Dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet Krypning Experimentell del Inledning Utförande Mätutrustning Resultat & Diskussion Töjning Relaxation Dragegenskaper Dragstyrka Brottöjning Dragstyvhet Slutsats Referenslista v

6 1 Inledning För att kunna hålla en hög och jämn kvalitet på sina produkter är det viktigt för alla papperstillverkare att kunna identifiera papperets eventuella defekter och deras orsaker, för att snabbt kunna vidta åtgärder för att eliminera dem. Några exempel på sådana defekter är veck, korrugeringar och valkar. En del av dessa defekter har sitt ursprung redan i tillverkningsprocessen och kan ha en mängd olika orsaker. T.ex. ojämnt flöde från inloppslådan, igensatta pressfiltar eller sugvalsar, skadade kalandervalsar m.m. Andra defekter uppkommer vid upprullning av det färdiga papperet om t.ex. pappersbanan är för hårt eller för löst spänd (Smith R.D. 1995). Papperet i rullen är utsatt för en högre dragspänning i de yttre lagren av rullen än längre in. Om det finns variationer i rullens diameter, t.ex. i form av valkar (figur 1), finns risk för att papperet förlängs irreversibelt i dessa positioner. Figur 1. Pappersrulle med valkar. (Smith R.D. 1995) Den deformation som uppstår vid långvarig belastning av papper, och många andra polymera material, kallas krypning. Krypning är definierat som en tidsberoende deformation under en konstant belastning (Coffin D.W. 2005). Detta kan ske när en valkig rulle lagras. Krypning i valkar kan då ge upphov till s.k. slappa stråk (figur 2) i pappersbanan, som i sin tur orsakar problem i efterföljande konvertering då det t.ex. bildas veck i banan när den går genom en tryckpress. 1

7 Figur 2. Slappa stråk i en pappersbana. (Smith R.D. 1995) Uppgiften i detta arbete var att undersöka vilka förändringar man kan påvisa hos papper som utsatts för konstant inspänningskraft under en längre tid. Genom att belasta provremsor av papperet med olika vikter simulerades olika dragspänningar som uppkommer i en valkig rulle. Mätningar utfördes för att bestämma hur mycket provremsan förlängdes, och om den vid avlastning relaxerar till ursprungslängden eller om det uppstått en permanent deformation. Egenskapsförändringar efter långvarig belastning vad gäller dragstyrka, dragstyvhet och brottöjning undersöktes också. Genom samband mellan inspänningskraft och relaxation i papperet gjordes försök att beräkna vilken deformation som kan bli följden av valkar på en pappersrulle och om dessa kunde ge upphov till slappa stråk i pappersbanan. De tre papperskvaliteterna som undersöktes var MG-papper och liner i två olika ytvikter. I rapporten visas och diskuteras resultaten för ovanstående mätningar i form av figurer och diagram. 2

8 2 Teoretisk del 2.1 Dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet Dragstyrkan är den kraft per breddmeter (kn/m) som krävs för att papperet ska brista. Om man dividerar dragstyrkan med papperets ytvikt får man istället dragindex som bättre motsvarar papperets användning i praktiken. Dragstyrkan hos ett papper är beroende av ett flertal olika faktorer så som fiberstyrka, fiberlängd, bindningsstyrkan mellan fibrerna och fiberorientering (Fellers C. och Norman B., 1996, s.294). Brottöjning definieras som töjningen (ε) som uppnåtts vid den maximala dragstyrkan då papperet gått av och uttrycks i procent av provremsans ursprungslängd. Denna egenskap är också beroende av olika faktorer varav den viktigaste är hur papperet torkats. Ett inspänt torkat papper kommer att ha en brottöjning på runt 1-5 % av ursprungslängden. Ett papper som torkats fritt kan komma upp i så höga brottöjningar som 20 % av ursprungslängden (Fellers C. och Norman B., 1996, s.294). E Figur 3. Kraft-töjningskurva för papper.( Fellers C. and Norman B., 1996) Kurvans initiala lutning (figur 3) definierar papperets dragstyvhet (E) och är ett mått på papperets töjningsmotstånd. Dragstyvheten dividerad med ytvikten ger dragstyvhetsindex som för papper brukar ligga inom storleksordningen 1-10 MNm/kg. Dragstyvheten är liksom brottöjningen beroende av hur torkningen av papperet skett. Ett papper som torkats inspänt uppvisar en högre dragstyvhet än ett papper som torkats fritt (Wahlström T., 2005). En ökad malgrad för massan ger också högre dragstyvhet (Fellers C. och Norman B., 1996, s.299). Ur en kraft-töjningskurva som visas i figur 3 kan dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet utläsas. Inom den linjära delen på kraft/töjningskurvan, befinner man sig i det elastiska området. Om papperet avlastas inom detta område kan papperet relaxera tillbaka till sin ursprungslängd. Om man däremot fortsätter in i den icke linjära delen av kurvan, det plastiska området, kommer papperet att permanent deformeras. Detta sker främst i de fibersegment som är bundna till varandra. Vid torkningen av papperet bildas det 3

9 mikrokompressioner i dessa segment (figur 4) som orsakar att papperet krymper (Wahlström T., 2005). När papperet sedan utsätts för en kraft är det dessa mikrokompressioner som sträcks ut och orsakar en irreversibel förlängning. Man kan säga att fiberbindningarna öppnas under töjning och att detta kan mätas med ljusmikroskop. Eftersom bindningsarean mellan fibrerna minskas så ökar papperets ljusspridningsförmåga. Det har visat sig att den ökade ljusspridningsförmågan är proportionell mot den irreversibla förlängningen hos papperet. (Fellers C. och Norman B., 1996, s.159). Den elastiska förlängningen sker hos de delar på fibern som inte är bundna och kan röra sig mera fritt. Figur 4. Mikrokompressioner i de bundna segmenten hos en fiber i ett fibernätverk. (Fellers C. and Norman B., 1996) 2.2 Krypning Papper tillhör gruppen av polymera material. Karaktäristiskt för dessa är att materialets reaktion vid mekaniska belastningar är tidsberoende. Redan vid mycket små deformationer uppvisar papper viskoelastiska effekter, det vill säga egenskaperna är beroende av hur snabbt deformationen utförts. (Fellers C. och Norman B., 1996 s.283) Det krävs t.ex. mer kraft för en viss töjning ju snabbare töjningshastigheten är vilket illustreras i figur 5. Spänning Töjning Figur 5. Spänning/töjningsdiagram för olika töjningshastigheter. (Fellers C. 2005) Om papperet istället utsätts för en konstant dragkraft kommer töjningen att öka med tiden. Detta fenomen kallas krypning och är en konsekvens av papperets viskoelastiska 4

10 egenskaper (Fellers C. 2005). Krypning uppstår också om papperet belastas med en konstant kompressionskraft. Ett exempel är när wellpapplådor staplas på varandra. Efter en tid kommer lådan längst ner att kollapsa även om belastningen är långt under dess kompressionsstyrka. Figur 6. Krypning i ett viskoelastiskt material.( Fellers C. 2005) Enligt figur 6 kan en krypkurva delas upp i tre delar. I den primära delen sker en omedelbar deformation som inte är tidsberoende. I den sekundära tidsberoende delen avtar töjningshastigheten och papperet kryper fram till den tertiära delen där töjningshastigheten ökar igen fram till brott. Genom att logaritmera tidsaxeln och utföra en linjarisering får man, genom linjens lutning, ett mått på kryphastigheten (Koning och Stern, 1977) De studier som tidigare har gjorts beträffande krypning i papper handlar främst om hur papper kryper i ett klimat med varierande temperatur och relativ fukthalt (RH). Man har kommit fram till att papper kryper snabbare i cykliskt klimat än i konstant, även om RH är 90 %. 5

11 3 Experimentell del 3.1 Inledning I detta arbete undersöks hur tre olika papperskvalitéer, från Billerud Gruvöns bruk, påverkas av att utsättas för en konstant dragspänning under en längre tid. Man kan anta att miljön en bit in i pappersrullen ändras mycket litet, därför utfördes mätningarna i konstant klimat med temperaturen 23ºC och relativa fuktigheten (RH) 50 %. Alla pappersprover togs ut från en och samma pappersrulle för vardera kvalitén. De tre kvalitéer som undersöktes var 71g/m 2 MG-papper från PM 5, 80g/m 2 optisk liner från PM 4 och 135g/m 2 liner från PM 1. Belastningarna som de utsattes för motsvarade 10 %, 30 % och 50 % av dragstyrkan för respektive papperskvalité i MD (Machine Direction). 3.2 Utförande För att fastställa vilka tyngder som skulle användas för att belasta pappersremsorna genomfördes först tio stycken dragprov för varje papperskvalité. Medelvärdet av de tio mätningarna kunde sedan användas för att beräkna fram den vikt i kilogram som motsvarade en specifik procent av den totala dragstyrkan (se tabell 1). När tyngderna var fastställda gjordes en test av varje kvalité där de utsattes för de olika belastningarna under sju dygn. Från början så testades även en belastning av provremsorna som motsvarade 70 % av dragstyrkan. Men detta test visade att så stor belastning inte var möjlig på grund av att remsorna antingen gick av eller att klämmorna inte klarade att hålla en så stor last under en längre tid. Innan några töjningsmätningar kunde göras iordningställdes provremsor som var 500mm långa och 10mm breda. Alla remsor togs ut i MD från den mellersta tredjedelen av pappersbanans bredd då papperet antogs vara mest homogent i detta område. Med en 0.3mm stiftpenna ritades två tunna linjer 150 mm in från vardera änden av pappersremsan. Dessa streck är då 200mm ifrån varandra och är de linjer som töjningen mättes mellan. I båda ändar av remsan limmades ett kopparrör fast med vanligt papperslim. Röret hindrade remsan från att glida ur klämman (figur 7). Figur 7. Kopparrör som limmats fast i ena änden av en provremsa. 6

12 Klämmorna som användes (figur 8) hade en stor kontaktyta till pappersremsorna. Detta gjorde att det tryck som klämman utövade på remsan fördelades på en stor yta vilket minskade risken för att klämman skulle ha sönder papperet. Problemet med klämmorna var att remsorna lätt gled av den glatta kontaktytan på klämman. Detta löstes genom att klistra fast halktejp med sträv yta på klämman. Figur 8. Klämma som användes under försöken. Tyngderna som användes för att belasta pappersremsorna bestod av påsar och pet-flaskor fyllda med blästersand. Fördelen med blästersand är att den har hög densitet och är enkel att använda för att komma fram till den exakta vikten på påsarna. Vid uppvägning togs hänsyn till att den undre klämman och kopparröret i den nedersta änden av pappersremsan bidrar till den totala tyngden som belastar remsan. Dessa vägdes därför upp tillsammans med den blästersand som behövdes för att uppnå önskad vikt. När provremsor, klämmor och tyngder iordningställts kunde töjningsmätningarna genomföras. Under de första 45 minuterna av belastningstiden gjordes mätningar var femte minut, eftersom den största förlängningen av papperet sker direkt. Man befinner sig här i den primära delen av en krypkurva (figur 6). Därefter utfördes mätningarna med en timmes mellanrum under fem timmar, och sedan endast en gång per dygn, fram tills att provremsorna skulle avlastas. I varje omgång mättes 12 provremsor vilket var det maximala antalet som fick plats på ställningen (figur 9). De första omgångarna belastades i totalt sju dygn. De följande provomgångarna belastades i fyra, respektive ett dygn. Vid varje mättillfälle gjordes två mätningar direkt efter varandra och medelvärdet av dessa fick gälla som mätvärde för att minska risken för mätfel. 7

13 Figur 9. Bilden visar ställningen med upphängda provremsor. Den katetometer som användes för mätningarna kan ses i figur 10. En mer utförlig beskrivning av denna kan läsas under kapitel 3.3. För att få en uppskattning av den personliga mätvariansen som uppstår vid mätningar med katetometern, utfördes tio stycken mätningar på en provremsa som inte utsatts för belastning. Den varians som då erhölls uppskattades till att vara mätfelet, som blev 0.02mm. Relaxationsmätningar gjordes på provremsorna 1, 30 och 60 minuter efter att tyngden tagits bort. Endast det kopparrör på ca 20g satt kvar på provremsan vid dessa mätningar. Efter relaxationsmätningarna utfördes dragprov på remsorna där värden på dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet gavs. För att mäta töjningen användes en extensiometer som sattes fast på provremsan innan mätningen startade (figur 11). Detta för att dragprovarens inbyggda töjningsmätning inte fungerade. 8

14 3.3 Mätutrustning Vid töjnings- och relaxationsmätningarna användes en katetometer som ses i figur 10. Innan några mätningar gjordes förankrades katetometern på ett bord med en tving, så att den stod stadigt under mätningarna. Den rörliga delen på katetometern bestod av en kikare och en magnetremsa som registrerar förflyttning. På kikaren fanns ett vattenpass som användes för att justera kikaren horisontellt. I sidled justerades kikaren med en liten ratt. Det hårkors som sågs i kikaren centrerades på de streck som ritats dit med 200mm mellanrum. Avståndet mellan strecken kunde avläsas på en display. Apparaten har en mätnoggrannhet på 0.01 mm. Figur 10. Katetometer som används vid töjnings och relaxationsmätningar. Dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet mättes med dragprovare, Instron 4411, med tillhörande extensiometer (figur 11). Standardbredden för en provremsa är 15mm och längden 100mm enligt SCAN-P 67:93. Denna standard frångicks eftersom belastningen på remsorna vid experimentet då översteg den tyngd som klämmorna klarade att hålla. Provremsornas mått var istället 10mm breda och 205mm långa. Längden ökades på grund av att töjningen blir större och lättare att mäta ju längre remsa man mäter på. På så sätt minimeras även mätfelet. Förlängningshastigheten vid dragprovning sattes till 0.36 mm/s, som är standard för remsor med längden 180mm (SCAN-P 67:93). Resultaten av dragprovningar är beroende av den använda förlängningshastigheten och dragegenskaperna kan sägas minska 5-15% när förlängningshastigheten minskar från 1.7 mm/s vid 100mm inspänningslängd till 0.36 mm/s vid 180 mm (SCAN-P 67:93). Figur 11. Dragprov med extensiometer. 9

15 4. Resultat & Diskussion För att bestämma vilka tyngder som skulle belasta provremsorna genomfördes först tio dragprov för varje kvalité (tabell 1). Tabell 1. Medelvärdet av dragstyrkan från tio dragprov, samt den vikt som behövs för att belasta provremsan med aktuell procenthalt av dragstyrkan. Papperskvalité Medeldragstyrka 10 % belastning 30 % belastning 50 % belastning 71g/m 2 MG-papper N 0.60 kg 1.79 kg 2.98 kg 80g/m 2 Optisk liner N 0.70 kg 2.11 kg 3.52 kg 135g/m 2 Liner N 1.37 kg 4.12 kg 6.86 kg Tabell 2. Den banspänning, i newton per breddmeter vid upprullning, som motsvarar de olika procentuella belastningarna. Banspänning [N/m] 71g/m 2 MG-papper 80g/m 2 Optisk liner 135g/m 2 Liner 10% % % Som utgångspunkt kan sägas att man vid upprullning inte bör överskrida en banspänning på 10 N/m per gram ytvikt. Vid högre värden börjar papperet deformeras permanent (Enligt uppgift från J. Widstrand, Billerud AB Gruvöns bruk). Enligt tabell 2 skulle detta då betyda att belastningar på 30 % och 50 % av dragstyrkan ger permanent deformation. 4.1 Töjning % 1 Töjning (%) % 10% Tid (min) Figur 12. Töjning av 135g/m 2 liner, mätt under sju dygn. De streckade linjerna visar standardavvikelsen för mätningen. Varje prick motsvarar en provmätning. 10

16 1.5 50% 1 Töjning (%) % 10% Tid(min) Figur 13. Töjning av 80g/m 2 optisk liner, mätt under sju dygn. De streckade linjerna visar standardavvikelsen för mätningen. Varje prick motsvarar en provmätning % Töjning (%) % 10% Tid (min) Figur 14. Töjning av 71g/m 2 MG-papper, mätt under sju dygn. De streckade linjerna visar standardavvikelsen för mätningen. Varje prick motsvarar en provmätning. Figurerna visar att provremsorna med störst belastning töjs mer än de med lägre belastning. MG-papperet töjs mindre än de två linerkvalitéerna. I figurerna är spridningen på töjningen mellan olika remsor (provvariansen) under samma belastning och samma tidsperiod större än mätvariansen, vilket antyder att remsornas 11

17 töjningsegenskaper skiljer sig åt trots att de är tagna från samma del av pappersrullen. Mätvariansen syns i diagrammen som streckade linjer. Detta gör att fler faktorer än belastning och tid kommer in som variabel och gör resultaten mer osäkra eftersom de inte kan styras. Flest mätningar genomfördes i början av töjningsförloppet eftersom töjningshastigheten då är störst, för att sedan avta med tiden. Töjningen antogs följa en logaritmisk funktion. Mätvärden för töjning redovisas i bilaga 2. Om man enligt Koning och Stern (1977) logaritmerar tidsaxeln och utför en linjarisering av mätdatan så är lutningen på denna linje ett mått på kryphastigheten hos papperet. Resultatet av logaritmeringen av tidsaxeln redovisas i diagrammen Störst lutning erhölls när provremsorna utsattes för den högsta belastningen. De provremsor som belastades med 10 % av dragstyrkan har en mycket liten lutning på linjen vilket alltså antyder att krypningen under en sådan belastning är liten. Kryphastigheten för de olika papperskvaliteterna redovisas i tabell 3, där man ser att 80g/m 2 optisk liner har högst kryphastighet och MG-papperet lägst kryphastighet. Linerkvaliteterna är tillverkade på olika maskiner och torkade konventionellt, medan MG-papperet torkats på Yankeecylinder. Tabell 3. Lutningen på de linjer som har tagits fram med hjälp av linjarisering i diagrammen med logaritmerad tidsaxel. 10 % 30 % 50 % 135g/m 2 liner g/m 2 optisk liner g/m 2 MG-papper % 1 Töjning (%) % 10% Tid (min) Figur 15. Töjning av 135g/m 2 liner, mätt under sju dygn, avsatt mot den naturliga logaritmen av tiden. Varje prick motsvarar en provmätning 12

18 1.5 50% 1 Töjning (%) % 10% Tid(min) Figur 16. Töjning av 80g/m 2 optisk liner, mätt under sju dygn avsatt mot den naturliga logaritmen av tiden. Varje prick motsvarar en provmätning % Töjning (%) % 10% Tid (min) Figur 17. Töjning av 71g/m 2 MG-papper, mätt under sju dygn, avsatt mot den naturliga logaritmen av tiden. Varje prick motsvarar en provmätning 13

19 4.2 Relaxation Nedanstående diagram visar hur provremsorna relaxerar efter avlastning. Mätvärden för relaxation redovisas i bilaga 3-5. Töjning (%) % 100 Tid (min) 50% 30% Figur 18. Relaxation av 135g/m 2 liner efter belastning under ett dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). Töjning (%) % 100 Tid (min) 50% 30% Figur 19. Relaxation av 80g/m 2 optisk liner efter belastning under ett dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). 14

20 Töjning (%) % 100 Tid (min) 50% 30% Figur 20. Relaxation av 71g/m 2 MG-papper efter belastning under ett dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). Töjning (%) % 100 Tid (min) 50% 30% Figur 21. Relaxation av 135g/m 2 liner efter belastning under fyra dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). 15

21 Töjning (%) % 100 Tid (min) 50% 30% Figur 22. Relaxation av 80g/m 2 optisk liner efter belastning under fyra dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). Töjning (%) % 30% % 100 Tid (min) Figur 23. Relaxation av 71g/m 2 MG-papper efter belastning under fyra dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). I figurerna visas hur provremsorna relaxerar efter att ha varit belastade under ett och fyra dygn. Man ser att samtliga papperskvalitéer relaxerar tillbaka till sin ursprungslängd när de belastats med 10 % av sin dragstyrka. Detta kan tolkas som att risken för uppkomst av slappa stråk är liten. Om provremsorna däremot utsätts för en högre belastning (30 % och 50 %) kommer en irreversibel förlängning att uppstå hos papperet. Om man antar att papperet vid någon position har denna belastning, kommer papperet där att förlängas irreversibelt och ett slappt stråk skapas. 16

22 Töjning (%) % 30% 10% Tid(min) Figur 24. Relaxation av 135g/m 2 liner efter belastning under sju dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen) % Töjning (%) % 10% Tid(min) Figur 25. Relaxation av 80g/m 2 optisk liner efter belastning under sju dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). 17

23 Töjning (%) % 30% Tid (min) 10% Figur 26. Relaxation av 71g/m 2 MG-papper efter belastning under sju dygn. Felstaplarna visar den totala standardavvikelsen (prov- och mätvariansen). Efter sju dygn, är det endast MG-papper som går tillbaka till ursprunglig längd vid en belastning på 10 %. Linerkvaliteterna däremot börjar uppvisa en irreversibel förlängning. Inverkan av tiden är dock mer påtaglig vid större belastningar där kryphastigheten är större. Risken för slappa stråk ökar därmed ju länge papperet ligger inspänt i pappersrullen. Skillnaden i dragspänning mellan valken och övriga pappersrullen är också av betydelse. Att MG-papperet uppför sig annorlunda jämfört med linerkvalitéerna beror troligen på att den torkats inspänt i både CD- och MD-riktning. Linerkvalitéerna har i viss mån torkats inspänt endast i MD-riktningen. 18

24 Med töjningsdata som tagits fram kan man beräkna hur stor höjden på en valk är under en specifik belastning på en pappersrulle med en diameter på till exempel en meter. Töjningsdata efter sju dygn för de tre kvalitéerna redovisas i tabell 4. Tabell 4. Töjning i procent av ursprungslängden efter sju dygn. Liner Optisk liner MG-papper 10% % % I tabell 5 redovisas hur stora valkarna ska vara för att motsvara de olika belastningarna efter sju dygn i en pappersrulle med en meter i diameter. Beräkningarna finns att läsa i bilaga 1. Tabell 5. Valkens höjd i millimeter som motsvarar den belastning som under sju dygn belastat papperet i en pappersrulle med diametern en meter. Liner Optisk liner MG-papper 10% % % Enligt relaxationsdiagrammen så är krypningen obefintlig eller mycket liten när provremsorna belastats med 10 % av dragstyrkan. Någonstans mellan 10 % och 30 % så börjar papperskvalitéerna att krypa. För att undvika att valken ger upphov till ett slappt stråk bör höjden på den samma inte överstiga 1 mm i en rulle med diametern 1 meter. Om rullens diameter fördubblas kommer höjden på valken också att fördubblas. Detta tyder på att det skulle vara lättare att se dessa inspända valkar i större pappersrullar än i små. En variabel är att papper till skillnad mot andra material, blir tjockare när det töjs (Öhrn O. E. 1965). Denna effekt ökar valkens tjocklek vilket gör att töjningen ökas och ger en ackumulerande effekt. Detta har inte tagits hänsyn till i detta arbete, vilket kan leda till att resultaten inte överensstämmer väl med verkligheten. 19

25 4.3 Dragegenskaper Dragegenskaper för varje kvalité mättes dels före dels efter att papperet varit belastat i olika tidsperioder Dragstyrka 120 Dragindex (knm/kg) Dragindex före belastn. 50% belastn. 30% belastn. 10% belastn. 0 1 dygn 4dygn 7 dygn Dygn Figur 27. Dragstyrkeindex för 135g/m 2 liner vid olika tidpunkter och belastningar 120 Dragindex (knm/kg) Dragindex före belastn. 50% belastn. 30% belastn. 10% belastn. 0 1 dygn 4 dygn 7 dygn Dygn Figur 28. Dragstyrkeindex för 80g/m 2 optisk liner vid olika tidpunkter och belastningar 20

26 Dragindex (knm/kg) Dragindex före belastn. 50% belastn. 30% belastn. 10% belastn. 0 1 dygn 4 dygn 7 dygn Dygn Figur 29. Dragstyrkeindex för 71g/m 2 MG-papper vid olika tidpunkter och belastningar. Ingen av papperskvalitéerna påvisar någon förändring av dragstyrkan efter att ha varit utsatta för belastning under en tidsperiod på upp till sju dygn (figur 27-29). Mätvärden för dragstyrka redovisas i bilaga