Introduktion till pappersprocessen. Några definitioner. Några definitioner (forts.) Att göra papper och kartong. Ösjöfors handpappersbruk

Transkript

1 Ösjöfors handpappersbruk Introduktion till pappersprocessen Sveriges äldsta handpappersbruk Anlades 1777 av Lars Dristig som var trumslagare och bonde Daniel Söderberg STFI-Packforsk och KTH Mekanik / / 2 Några definitioner Från handarkforming till en högteknologisk tillverkningsprocess m - vikten av ett prov taget någonstans i processen m - vikten av samma prov efter torkning 0 Koncentrationen ges då av: C m = m m 0 100% vilket även kallas torrhalt och anges normalt i % / / 4 Några definitioner (forts.) Fukthalt (%) - förhållandet mellan vattnets vikt och provets totala vikt: m m m % = 1 100% = C m m m ( 1 ) 100% Att göra papper och kartong Fuktkvot - förhållandet mellan vattnets vikt och torrsubstansens vikt: m m0 m 1 = 1= 1 m m 0 0 C m / / 6 1

2 Framställning av massa Väldigt kortfattat Startpunkt för papperstillverkning Definition: Cellulosafibrerna i veden kan friläggas: Massa - en ren fibersuspension (dvs cellulosafibrer suspenderade i vatten) genom kokning i lämpligt vald kemisk miljö, sk kemisk massa. Direkt från massabruket (integrerat bruk) Köpt i balar och upplöst vatten Från returfiber, levererat i balar genom att mekaniskt mala veden (flis), sk mekanisk massa. En kombination av ovan! / / / / 10 Mäldberedning Mäldberedning Massauppslagning Malning Oavsett ursprung späds massan till ca 4% koncentration med överskottsvatten från papperstillverkningsprocessen Genom mekanisk bearbetning i en raffinör (kvarn) förändras fibrernas egenskaper och förmåga att skapa bindningar Mälden är sedan den utspädda massan (suspensionen med fibrer) med eller utan andra tillsatser avsedd för papperstillverkning / / 12 2

3 Malning är ett av huvudstegen vid mäldberedning Mäldberedning Malningens inverkan på egenskaperna Mälden blir mer svåravvattnad De mekaniska egenskaperna hos slutprodukten förändras Opaciteten minskar Formationen (arkets struktur) förändras Fibrer frilagda genom kokning Kemiskt framställd massa Samma fibrer efter malning / / 14 Mäldberedning Malning Genom mekanisk bearbetning i en raffinör (kvarn) förändras fibrernas egenskaper och förmåga att skapa bindningar Handarkformning En gammal konst Massasuspension / / 16 Pappersmaskinen / / 18 3

4 Formning Skapandet av arkets struktur Denna metod är lite för långsam! Massasuspension / / 20 Inloppslådan Det första steget i formningsprocessen Modern headbox / / 22 Planviran Den ursprungliga formningsenheten Principen för enkelsidig avvattning Avvattningselement Inloppslåda Fibermäld Begynnande ark n Q N Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 Bortfört vatten / / 24 4

5 Dubbelsidig avvattning i valsformer Principen för dubbelsidig avvattning Begynnande ark Fibermäld Begynnande ark / / 26 Roll-blade former Hybridmaskinen Förbättrad avvattning och mindre tvåsidighet Inloppslåda Q N Q 2 Q 1 Bortfört vatten / / 28 Pressning Mekanisk avvattning / / 30 5

6 Pressning Mekanisk avvattning / / 32 Torkning Termisk avvattning Papper vs. kartong Genom att sammanföra flera pappersbanor i vått tillstånd kan en kraftigare (styvare) produkt skapas. Detta kallas kartongtillverkning Design av produktens funktion - skikten kan ges olika egenskaper! / / 34 Kartongtillverkning Exempel med två skikt 3-skiktsformer Inloppslåda Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q N Inloppslåda Q N Q 4 Q 3 Q 2 Q / / 36 6

7 Materialegenskaper Papper och kartong Papper som material Slutprodukten av papperstillverkningsprocessen uppfyller den funktion som krävs med avseende på hur den skall användas Papperstillverkning Massatillverkning Råvara Produkt Kvalité/funktion - Hur produkten används Exempel på kvalité/funktion: Tidningspapper Kopieringspapper Vätskekartong / / 38 Materialegenskaper Papper och kartong Egenskaper hos arket Strukturen hos ett pappers- eller kartong-ark är utgångspunkten för slutproduktens förmåga att uppfylla dess funktionskrav Ytvikt, arkets vikt/ytenhet [g/m 2 ], w Ytviktens variation i arkets plan hos ytvikten kallas normalt arkets formation. Kraven på en kvalité/funktion är normalt kopplat till: Mekaniska egenskaper Ytans egenskaper Optiska egenskaper Bulk [m 3 /kg] är inversen av densiteten [kg/m 3 ] hos ett ark. Ett papper har ofta olika egenskaper i maskinriktningen M (eller MD från engelskans Machine Direction) och tvärsriktning T (eller CD- Cross Direction) / / 40 Exempel på formation Exempel på papper som material I konkurrens med andra material β-radiogram av två olika ark med tydligt olika formation (flockighet) / / 42 7

8 ... som förpackningsmaterial Böjstyvhetsindex Böjstyvhetsindex är ett mått på materialets styvhet relativt dess ytvikt Paper Grade Bending Stiffness Index (10 6 Nm 7 /kg 3) Böjstyvhetsindex = Böjstyvhet w 3 SC Paper LWC Base Paper LWC Paper Art Paper (98 g/m 2 ) Release Paper Fine Paper (surface sized) Newsprint Folding Boxboard Corrugated Board (C-flute) Steel Aluminium taken from Kajanto, "Structural Mechanics of Paper and Board", in "Paper Physics" ed. Niskanen, Tappi Press / / 44 Pappersproduktion i världen Papper och kartong i samhället Nordamerika 28% Oceanien Latinamerika 1% 1% Afrika 5% Asien 35% Europa 30% Total produktion 367 milj ton Källa: PPI / / 46 Produktion och export av papper 2005 Papperskonsumtion per capita Kina Storbritannien Japan Brasilien Rep. Korea Italien Frankrike Export Produktion Världsproduktion: 367 milj ton Världsexport: 110 milj ton kg/capita USA Tyskland Sverige Finland Kanada Milj ton Källa: PPI Nordamerika EU Övriga Europa Japan Kina Korea, Taiwan, Hong Kong, Singapore, Malaysia Resten av Asien Oceanien Latinamerika Afrika Genomsnitt 56,3 Källa: PPI / / 48 8

9 4,0 3,5 Efterfrågan på A4-papper i Västeuropa Million Tonnes Sheet papers packed at mills Market m.t. Tyskland Schweiz Återvinning av pappersprodukter i procent av konsumtionen 2005 % Världen 49 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 The first R Xerox Copier 1959 Competitors to R Xerox appear Introduction of PC's Laser Printers Av.growth 7 % p.a More laser printing than copying 0, Sources: Cepifine,import data, M-real Office Papers) Källa: M-real Offices business area, Cepifine Year Sverige Japan Finland Europa USA Italien uppgifterna avser 1999 Källa PPI, CEPI / / 50 Strukturen i pappersindustrin Pappersindustrin i Sverige ton < Sverige 2% 9% 11% 20% EU 28% 15% 16% >100 58% 14% 27% Antal bruk Kapacitet milj ton 46 12, ,2 Källa: CEPI, PPI / / 52 Export och import av några varugrupper 2005 Skogsindustriprodukter Vägfordon Elektrovaror, telekom Övr. verkstadsprodukter Energivaror Mineralvaror Läkemedel Övr. kemiska produkter Miljarder kr Export Import Total export 972 miljarder, import 831 miljarder kronor Källa: SCB / 53 9