...

Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin Karim Tarek Mohi Hafez

by user

on
Category: Documents
1

views

Report

Comments

Transcript

Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin Karim Tarek Mohi Hafez
Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin
ominaisuuksiin
Karim Tarek Mohi Hafez
Opinnäytetyö
Kesäkuu 2011
Paperitekniikan koulutusohjelma
Paperitekniikan suuntautumisvaihtoehto
Tampereen ammattikorkeakoulu
2
TIIVISTELMÄ
Tampereen ammattikorkeakoulu
Paperitekniikan koulutusohjelma
Paperitekniikan suuntautumisvaihtoehto
HAFEZ, KARIM TAREK MOHI: Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin
ominaisuuksiin
Opinnäytetyö 41 s., liitteet 11 s.
Kesäkuu 2011
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin, kuinka paperin ominaisuudet muuttuvat lämpötilan ja
kosteuden sekä niiden muuttumisen vaikutuksesta. Työhön valittiin kolme paperilajia:
päällystetty mekaanisesta massasta valmistettu paperi (Medium Weight Coated, MWC),
päällystetty sellusta valmistettu paperi (Wood Free Coated, WFC) ja SC-paperi (Super
Calendered, SC). Näytekappaleet ilmastoitiin eri olosuhteissa Espec-merkkisessä olosuhdekaapissa. Näytteet altistettiin kolmelle erilaiselle ilmastolle, joista yhdessä tapahtuisi radikaali ilmastonmuutos. Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. Näytteistä mitattiin vetolujuus, murtositkeys, venymä, repäisylujuus, zsuuntainen lujuus, sileys ja jäykkyys.
Olosuhteiden tarkoituksena oli verrata miten radikaali ilmaston muutos, lämpötila ja
kosteus vaikuttavat paperin ominaisuuksiin, yhdessä sekä erikseen. Olosuhteet valittiin
myös realistisuuden mukaan, jotta tuloksia voitaisiin hyödyntää käytännössä.
Lämmin ja kostea ilma aiheutti merkittäviä muutoksia jokaiselle paperilajille ja lähestulkoon kaikissa mitatuissa suureissa. Pelkän lämpötilan vaikutus paperin ominaisuuksiin ei ollut merkittävä, mutta joissain tapauksissa suuntaa antava. Myöskään radikaalilla ilmaston muutoksella ei ollut merkittäviä vaikutuksia ominaisuuksiin verrattuna lämpimän ja kostean ilmaston muutoksiin.
Radikaali ilmastonmuutos heikensi suuntaa antavasti paperilajien poikkisuuntaista venymää sekä merkitsevästi MWC-paperin sileyttä verrattuna kosteuden ja lämpötilan
aiheuttamiin muutoksiin.
Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kylmästä varastosta tuotu paperi voidaan ajaa normaalisti jatkojalostusprosessin läpi, kunhan paperi on saanut ilmastoitua
vähintään kolme tuntia. Suhteellinen ilmankosteus on tärkein muuttuja, joka pitää tutkimuksen mukaan ottaa huomioon jatkojalostus prosessissa. Lämpötilan muutoksilla ei
ollut yleisesti merkittävää vaikutusta.
Avainsanat: kosteus, lämpötila, lujuusominaisuudet, olosuhdemuutos, ilmaston
3
ABSTRACT
Tampereen ammattikorkeakoulu
Tampere University of Applied Sciences
Degree Program in Paper Technology
Option of Paper Technology
HAFEZ, KARIM TAREK MOHI: The Impact of Humidity and Temperature on Important Paper Properties
Bachelor’s thesis 41 pages, appendixes 11 pages.
June 2011
The purpose of this thesis was to study how moisture, temperature and radical climate
changes affect the critical paper properties. Tests were conducted on three different
kinds of paper grades: Coated mechanical pulp paper (Middle Weight Coated, MWC),
coated wood free paper (Wood Free Coated, WFC) and super calendared paper (Super
Calendared, SC). Samples were conditioned to three different atmospheres in Espec
Temperature and Humidity Chamber. One of these atmospheres would consist of a radical climate change. Samples were tested after three and four hours of exposure. The
tested parameters were tensile strength, tear strength, elongation, fracture toughness,
stiffness, smoothness, and z-directional strength.
The purpose of the atmospheres was to compare how the radical climate change, temperature and humidity would affect the paper properties together and separately. Climate conditions were also selected according to realism, so that the results could be
used in practice.
Warm and humid climate resulted in significant properties changes for each paper
grades in almost all of the measured parameters. The mere effect of temperature on paper properties was not significant but in some cases it illustrated what would happen if
temperature would raise more. Likewise the radical climate change did not have a significant effect on the paper properties, when it was compare to the changes that humidity and temperature caused together.
The radical climate change weakened the cross dimensional elongation of paper grades
considerably and weakened the smoothness of the MWC-paper grade significantly,
when compared to the changes made by temperature and humidity.
Based on the result it can be seen that paper that is brought from the cold storage can be
run normally through the refining process, as long as the paper has been at least three
hours in the process climate. Relative humidity is the most important variable that needs
to be taken in consideration when planning the refining process. Temperature changes
had no significant overall effect on the paper properties.
Key words: Moisture, humidity, temperature, paper properties, climate change
4
SISÄLLYS
1 JOHDANTO .................................................................................................................. 5 2 TUTKITTAVAT PAPERILAJIT .................................................................................. 6 2.2 MWC ....................................................................................................................... 6 2.3 SC ............................................................................................................................ 6 2.4 WFC ........................................................................................................................ 7 3. PAPERIN OMINAISUUDET ...................................................................................... 9 3.1 Kuidun vaikutus paperin ominaisuuksiin ................................................................ 9 3.2 Neliömassa .............................................................................................................. 9 3.3 Kosteus .................................................................................................................. 11 3.4 Repäisylujuus ........................................................................................................ 16 3.5 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä ..................................................................... 17 4.6 Sileys ..................................................................................................................... 19 3.7 Z-Lujuus ................................................................................................................ 20 3.8 Kuituorientaatio .................................................................................................... 21 3.9 Jäykkyys ................................................................................................................ 22 4 MITTAUSTULOKSET JA NIIDEN KÄSITTELY .................................................... 24 4.1 Aika ja kosteustesti ............................................................................................... 24 5.2 Vetolujuus, murtosikeys ja venymä ...................................................................... 26 4.3 Repäisylujuus ........................................................................................................ 32 4.4 Jäykkyys ................................................................................................................ 34 4.5 Sileys ..................................................................................................................... 36 4.6 Z-suuntainen lujuus ............................................................................................... 38 5 PÄÄTELMÄT ............................................................................................................. 40 LÄHTEET ....................................................................................................................... 42 LIITE ............................................................................................................................... 43 5
1 JOHDANTO
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, kuinka lämpötila ja kosteusvaihtelu vaikuttavat paperin ominaisuuksiin. Työtä varten valittiin kolme olosuhdetta, jotka poikkesivat vakio-olosuhteista huomattavasti, mutta olivat kuitenkin realistisia. Yksi valituista
olosuhteista sisälsi radikaaliin lämpötilan muuttumisen: paperi pakastetaan aluksi, jonka
jälkeen paperi siirtyy trooppiseen ilmastoon. Koska paperin jatkojalostaminen ei yleisesti tapahdu pakkasen puolella, mittauksia ei suoritettu paperin ollessa kylmä.
Ensimmäinen mittaus suoritettiin pakastamalla paperia aluksi kaksi tuntia -20 °C:ssa
(ilman suhteellinen kosteus 40 %), jonka jälkeen ilmasto muuttui kahden minuutin sisällä 40‐asteiseksi (ilman suhteellinen kosteus 80 %). Toisena olosuhteena oli 40 °C:n (ilman suhteellinen kosteus 80 %) ilmasto, jonka avulla voidaan todeta pakkasesta siirtymisen vaikutukset. Tutkimuksessa verrataan ensimmäistä ja toista mittaus olosuhdetta
keskenään, jolloin huomataan pakastamisen vaikutus. Kolmanneksi olosuhteeksi valittiin 23 °C:n (ilman suhteellinen kosteus 80 %) lämpötila. Tutkimuksessa verrataan toista
ja kolmatta olosuhdetta keskenään, minkä avulla voidaan todeta lämmön vaikutus ominaisuuksiin. Vertaamalla kolmatta olosuhdetta vakio-olosuhteesta (23 °C ja ilman suhteellinen kosteus 50 %) saatuihin mittaustuloksiin voidaan huomata pelkän kosteuden
vaikutus ominaisuuksiin.
Opinnäytetyössä tutkittiin seuraavia papereita: UPM Finesse (WFC), UPM Star g
(MWC) ja MY GOLD gravure (SC).
Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. Näytteistä mitattiin
neliömassa, vetolujuus, murtositkeys, venymä, sileys, jäykkyys ja repäisylujuus. Useat
suureet mitattiin sekä kone- että poikkisuuntaan.
6
2 TUTKITTAVAT PAPERILAJIT
2.2 MWC
MWC eli Medium Weight Coated paperi on keskiraskaasti päällystettyä paperia, joka
sisältää pääosin mekaanista massaa. MWC on kaksoispäällystetty eli sillä on erittäin
homogeeninen ja tiivis pintarakenne, joka mahdollistaa erittäin vaativan 4väripainatuksen. Paperin neliömassa vaihtelee 70–130 g/m2 josta päällystettä on 12–24
g/m2 per puoli. Pääraaka-aineena käytetty mekaaninen massa kattaa 45–80 % osuuden
paperin kuiduista ja pitkäkuituinen havupuusellu kattaa 15–45 % osuuden. (VTT 2010;
Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66)
Kaksoispäällystetty paperi on myös huomattavasti vaaleampaa kuin SC-paperi ja sen
vaaleutta on helppo parantaa. Yleensä esipäällysteenä (sisempi kerros) käytetään kalsiumkarbonaattia, joka auttaa pintapäällystettä ankkuroitumaan paremmin ja lisää paperin vaaleutta. (Häggblom-Ahnger, Komulainen 2005, 66)
Suuri pigmenttimäärä ja kohonnut tiheys heikentävät paperin jäykkyyttä, mikä on erittäin kriittinen arkkipainatuksessa. Myös paperin lujuusominaisuuksilla ja venymällä on
tärkeä rooli, koska päällystyksessä paperi kostuu ja kuivuu useita kertoja.
2.3 SC
SC-paperi eli Super Calandered on päällystämätöntä ja superkalanteroitua puupitoista
aikakauslehtipaperia. Superkalanterointi tekee paperista tiiviimpää ja kiiltävämpää.
Verrattuna sanomalehtipapereihin SC-paperi on myös vaaleampaa, mikä johtuu hienojakoisemmasta massasta. SC-paperin yleinen neliömassa alue vaihtelee 40–80 g/m2.
Raaka-aineena käytetään yleensä mekaanisia massoja, jotka muodostavat 70–90 % paperin kuiduista. SC-papereissa käytetään myös paljon täyteaineita (20–30 %), joilla parannetaan painettavuusominaisuuksia. Sellun osuus kuiduista vaihtelee välillä 15–30
%, sellulla pyritään vain parantamaan paperin lujuusominaisuuksia. Koska sellu on kal-
7
lis raaka-aine, sen käyttöä pyritään minimoimaan. (Häggblom-Ahnger & Komulainen
2005, 63)
SC-paperi viimeistellään kalanteroimalla, kalanteroinnilla on merkittävä vaikutus SCpaperin ominaisuuksiin. Kalanteroinnilla saadaan paperille korkealaatuinen pinta, joka
mahdollistaa hyvälaatuisen painatuksen. SC-paperin ajettavuuden kannalta tärkeitä
ominaisuuksia ovat hyvärepäisy- ja vetolujuus, jotka mahdollistavat katkottoman ajon
painokoneella. Myös hyvällä sileydellä ja kokoonpuristuvuudella on suuri merkitys syväpainokoneilla. (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 63)
2.4 WFC
WFC on päällystettyä puuvapaata paperia (Wood Free Coated), joka päällystetään joko
suoraan paperikoneella tai erillisellä päällystyskoneella. WFC-paperi on tarkoitettu vaativiin painatuksiin. Paperin ominaisuudet vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan. Yleisesti paperi on joko kerran tai kaksi kertaa päällystetty ja päällystemäärä voi olla jopa
yli 40 g/m2. Laji voidaan myös kalanteroida ja näin parantaa pintaominaisuuksia lisää.
(VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66)
Paperi koostuu lähes kokonaan kemiallisesta massasta eli sellusta eikä se sisällä ligniiniä. Tämän vuoksi paperi ei kellastu UV-valossa. Massaseos sisältää tyypillisesti 30–70
% valkaistua havupuusellua ja 30–70 % valkaistua lehtipuusellua. Mekaanista massaa ei
joko käytetä ollenkaan tai sen osuus on kaikissa tapauksissa alle 10 %. Täyteaineina
käytetään yleisesti kaoliinia tai kalsiumkarbonaattia. Neliömassa vaihtelee 80–180
g/m2:ssa ja neliömassa riippuu suuresti käyttötarkoituksesta. Päällystetyn kopiopaperin
neliömassa on yleensä noin 100 g/m2. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen
2005, 66)
Puuvapaat paperit eivät saisi olla kovin hydrofiilisiä, eli ne eivät saisi vettyä helposti
joutuessaan kosketuksiin nesteen kanssa. Paperista tehdään hydrofobista lisäämällä hydrofobiliimaa massasulpun sekaan ennen paperin muodostusvaihetta. Käytettyjä liimoja
ovat AKD-liima (Alkyyli-Keteenidimeeri), ASA-liima (Alkenyl Succinic Anhydride) ja
8
hartsiliima, jota käytetään happamissa vesikierroissa. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger &
Komulainen 2005, 66)
9
3. PAPERIN OMINAISUUDET
Paperin ominaisuudet ovat riippuvaisia käytettyjen partikkelien ominaisuuksista ja lukuisista eri paperinvalmistusolosuhteista. Kuidut, hienoaineet ja täyteaineet ovat yleisimmät paperinvalmistuksen raaka-aineet. Kuidut ovat paperin pääraaka-aine ja tämän
takia myös tärkein osa paperin valmistusta. Myös kuitusidokset esittävät erittäin tärkeää
roolia, koska ilman sidoksia ei olisi kuituverkkoa. Täytyy kuitenkin muistaa, että yksittäisten kuitujen ominaisuudet eivät vastaa valmiin paperin kuidun ominaisuuksia.
3.1 Kuidun vaikutus paperin ominaisuuksiin
Raaka-aineena käytettyjen kuitujen ominaisuudet ovat tärkeitä, koska ne määräävät paperin formaation ja paperin ominaisuudet. Pääraaka-aineena yleisesti käytetään joko
sellua tai mekaanista massaa. Molemmilla raaka-aineilla on hyvin erilainen vaikutus
paperin ominaisuuksiin. Sellussa ei ole ligniiniä, joten kuidut pystyvät muodostamaan
enemmän sidoksia keskenään, ja näin yleisesti sellusta valmistettu paperi on kestävämpää. (Ek & Gellerstedt & Henriksson 2009, 15–39)
3.2 Neliömassa
Puhuttaessa paperin neliömassasta tarkoitetaan paperin massaa grammoina neliömetriä
kohti (g/m2). Neliömassaan sisältyy sekä paperin kuiva-aines että paperin sisältämä neste. Tästä voidaan nopeasti päätellä, että paperin kosteuden muuttuessa myös paperin
neliömassa tulee muuttumaan. Normaalisti paperin neliömassa vaihtelee 30–150
g/m2:ssa, neliömassa määräytyy yleisesti paperilajin mukaan. (VTT 2010; HäggblomAhnger & Komulainen 2005, 78)
Paperin kuivan neliömassan vaihtelu vaikuttaa lähestulkoon kaikkiin paperin ominaisuuksin ja näin se on yksi tärkeimmistä suureista, mitä paperista mitataan. Neliömassan
kasvaessa paperin lujuudet, tiiveys ja opasiteetti kasvavat, mutta samalla myös paperin
raaka-ainekustannukset nousevat.
10
Paperin neliömassa mitattiin leikkaamalla kymmenen näytekappaletta, joiden grammapaino mitattiin. Näistä laskettiin tulosten keskiarvo. Näytekappaleet leikattiin käyttämällä Lorentzen & Wettre:n valmistamaa pyöreän arkin leikkuria. Pyöreiden arkkien pintaala oli 100 cm2. Kuviossa 1 on esitetty leikkaukseen käytetty leikkuri ja kuviossa 2 on
esitetty grammapainon mittaamiseen käytetty vaaka.
KUVIO 1. Neliömassanäytteiden leikkuri
KUVIO 2. Neliömassamittauksissa käytetty vaaka
11
3.3 Kosteus
Paperi ja sen raaka-aineena olevat puukuidut ovat hydroskooppisia: ne pyrkivät kosteustasapainoon ympäröivän ilman kanssa. Ympäröivän ilman suhteellisen kosteuden muutokset vaikuttavat paperiin merkittävästi, ja siksi se olisi tärkeää ottaa huomioon suunniteltaessa tiloja, joissa paperia varastoidaan, käytetään raaka-aineena tuotannossa tai
muuten käsitellään. Kun paperin kuidut imevät itseensä vettä kosteasta ilmasta tai luovuttavat sitä kuivaan ilmaan, muutoksia tapahtuu, kunnes tasapainotila on saavutettu.
Tätä kutsutaan paperin tasapainokosteudeksi. Jos paperi tuodaan tilaan kylmemmistä
olosuhteista, se jäähdyttää ympärillään olevaa ilmaa ja siten nostaa sen suhteellista ilmankosteutta. Sen vuoksi se saattaa absorboida vettä myös ilmasta, joka on alun perin
ollut suhteelliselta kosteudeltaan alle tasapainokosteuden. (Kettle 2008, 266–294; VTT
2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 80)
Jos paperin lämpötila on alle kastepisteen, se aiheuttaa veden tiivistymistä paperin pintaan, mikä pahentaa merkittävästi paperin kostumista. Siksi olisi tärkeää säilyttää paperit paketeissaan, kunnes ne ovat lämmenneet vastaamaan vallitsevia olosuhteita. (Pope
& Tamara 1999, 289)
SUHTEELLINEN ILMANKOSTEUS
Suhteellisella ilmankosteudella tarkoitetaan tietynlämpöisessä ilmassa olevan
vesihöyryn määrän suhdetta siihen vesimäärään, joka siinä lämpötilassa on mahdollista
ilmaan höyrystää. Suhteellinen ilmankosteus ilmoitetaan prosenttilukuna. Suhteellinen
ilmankosteus voidaan laskea seuraavalla kaavalla (VTT 2010):
RH =
AH
× 100%
SH
(1)
jossa AH on senhetkinen absoluuttinen ilmankosteus ja SH on samassa lämpötilassa
vesihöyrystä kylläisen ilman kosteus.
12
Ilman lämpötilan kasvaessa kasvaa myös sen kyky varastoida höyryä. Kuviossa 3 on
esitetty suhteellisen ilmankosteuden riippuvuus lämpötilasta ja kosteuden höyrypaineesta.
KUVIO 3. Suhteellisen ilmankosteuden, lämpötilan ja kosteuden höyrynpaineen välinen
yhteys (Kettle 2008, 267)
ABSOLUUTTINEN KOSTEUS
Absoluuttisella ilmankosteudella tarkoitetaan sitä vesimäärää, joka ilmassa on höyrystyneenä. Absoluuttisen ilmankosteuden yksikkönä käytetään g/m3. Absoluuttinen ilmankosteus ei ole riippuvainen lämpötilasta. Kosteus voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
AH =
m
v
V
(2)
jossa mv on veden massa ja V on ilman tilavuus, johon vesi on höyrystetty.
Paperin kosteudella tarkoitetaan paperin sisältämän nesteen prosentuaalista määrää
näytteen massasta. Paperin kosteus mitattiin kuviossa 4 esitetyllä laitteella.
13
KUVIO 4. Paperin kosteuden mittaamiseen käytetty laite
Paperin kosteus on myös historia-riippuvainen. Tällä tarkoitetaan paperin kosteuden
riippuvuutta aikaisemmasta paperin kosteudesta. Tapahtumaa kutsutaan hystereesiksi.
Hystereesissä paperin tasapainokosteus on eri, kun se tuodaan tiettyyn kosteuteen eri
olosuhteista. Kuviossa 5 on esitetty kosteus ero desorption ja adsorption välillä.
KUVIO 5. Adsorption ja desorption aiheuttama ero massan kosteudessa. (Kettle 2008,
268)
14
Ilman vesimolekyylit sitoutuvat herkimmin hemiselluloosan ja selluloosan hydroksyyliryhmiin vetysidosten avulla. Molekyylien tarttuessa puukuituihin puukuidut turpoavat.
Turpoamista tapahtuu huomattavasti enemmän poikkisuunnassa kuin pituussuunnassa.
Puukuitu saattaa paksuuntua jopa 15–20-kertaisesti niin paljon kuin pituussuunnassa.
Koska paperi on yksittäisten kuitujen muodostama verkko, on tällä mittamuutoksella
huomattavia vaikutuksia paperin ominaisuuksiin. Turpoaminen myös heikentää paperin
jäykkyyttä huomattavasti, mikä on tietyissä jatkojalostusprosesseissa erittäin tärkeä
ominaisuus.
Kosteuden tarttuessa hydroksyyliryhmiin vähentää kosteus myös kuitujen välisiä vetysidoksia, jotka pitävät paperin koossa, ja -heikentää van der Waals -voimia. Sidosten
vähentymisellä on suora vaikutus paperin lujuusominaisuuksien heikkenemiselle. Suhteellisen ilmankosteuden kasvaessa paperin repäisylujuus kasvaa ja sekä vetolujuus että
jäykkyys heikkenevät. Repäisylujuus ei kasva loputtomiin, vaan noin 90 % suhteellisessa kosteudessa paperin repäisylujuus alkaa huonontua nopeasti. Kuviossa 6 on esitetty
kuvaajalla ominaisuuksien suhteellinen muutos.
KUVIO 6. Kosteuden vaikutus paperin lujuusominaisuuksiin (VTT 2010)
Kosteuden poistuessa paperista kuitujen väliset sidokset palautuvat ja paperin ominaisuudet palautuvat lähestulkoon normaaliksi. On kuitenkin huomioitava, että tämä trendi
ei jatku loputtomiin, kuten John Bogaard ja Paul M. Whitmore todistivat tutkimukses-
15
saan. He totesivat paperin lujuusominaisuuksien heikkenevän, mitä useammin paperi
altistettiin kosteusmuutoksille. Tutkimuksen tulokset on esitetty kuviossa 7. (Bogaard &
Whitmore 2002, 11–15)
KUVIO 7. Paperin vetolujuuden heikkeneminen jatkuvan kosteusvaihtelun suhteen.
(Bogaard & Whitmore 2002, 13)
Ilman kosteuden muuttuessa paperin kosteus muuttuu jo ensimmäisten minuuttien aikana merkittävästi, mutta täydellisen kosteustasapainon saavuttamiseen menee huomattavasti enemmän aikaa. Kuviossa 8 on esitetty, kuinka sellukuitujen kosteus muuttuu ajan
suhteen, adsorptiossa ja desorptiossa.
KUVIO 8. Sellukuitujen kosteuden muuttuminen ajan suhteen. A: Näyte siirretään 35 %
kosteudesta 85 % kosteuteen. B: Näyte siirretään 85 % kosteudesta 35 % kosteuteen
(William 1995, 113)
16
Tässä työssä näytteiden ilmastointiin käytetty kaappi (Espec Corp. malli PL-4KPH) on
esitetty kuviossa 9.
KUVIO 9. Näytteiden ilmastointikaappi
3.4 Repäisylujuus
Repäisylujuudella tarkoitetaan tietyn mittaisen repeämän aikaansaamiseen tarvittavaa
työtä. (VTT 2010)
Repäisylujuutta käytetään yleisesti viansietokyvyn arvioimiseen. Paperirainassa olevat
epäpuhtaudet tai reunaviat aiheuttavat helposti poikkisuuntaisen repeämän, joten paperilla pitää olla riittävä kyky vastustaa repeämien syntymistä.
Repäisylujuuteen vaikuttaa kaksi eri komponenttia. Paperia revittäessä osa kuiduista
katkeaa ja osa säilyy ehjinä. Ehjänä säilyneiden kuitujen aiheuttama vastustus koostuu
kuitujen välisten sidosten murtamisesta ja kuitujen ulosvetämisestä johtuvasta kitkasta.
Molemmissa tapauksissa työhön vaikuttaa kuitujen pituus ja paksuus. Revittäessä kat-
17
kenneet kuidut ovat niin vahvasti sitoutuneet toisiinsa, että kuidut katkeavat helpommin
kuin tulevat vedetyiksi ulos. (VTT 2010)
Yleisin tapa mitata repäisylujuutta on repäistä paperi valmiiksi leikatusta alkurepeämästä. Tämä on yleisin tapa, koska se kuvastaa paremmin reunavian aiheuttamaa katkoa.
Koe suoritetaan yleisesti heilurimaisella koneella, jossa paperin toinen reuna on kiinni
koneen rungossa ja toinen osa on kiinni heilurissa. Mittauksissa käytettiin Lorentzen &
Wettre tearing tester (Lorentzen & Wettre, tyyppi: 979726) -laitetta. Käytetty laite on
esitetty kuviossa 10.
KUVIO 10. Repäisylujuuden mittaamiseen käytetty laite
3.5 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä
Vetolujuudella tarkoitetaan suurinta kuormitusta, minkä paperiliuska pystyy kestämään
ennen sen repeämistä, kun sitä vedetään pinnan suuntaisesti. Vetolujuudella on suuri
merkitys painopaperilla, jotta painatuksessa ei tapahtuisi katkoja. Vetolujuus on helppo
mitata ja ymmärtää, mutta sillä ei ole suoraa suurta merkitystä, koska paperi harvoin
katkeaa vetolujuuden heikkouden takia. Usein katkon aiheuttaa jokin reunavika tai muu
epäpuhtaus, joka on heikentänyt paperin lujuusominaisuuksia. Murtositkeys ja murtotyö
sopivat huomattavasti paremmin tällaisiin tilanteisiin. Murtovoimia mitattaessa paperi
liuskan keskelle tehdään alku viilto, jonka jälkeen paperia venytetään repeämiseen
18
saakka. Paperin repäisyyn tarvittava voima on huomattavasti pienempi kuin vetolujuutta
mitattaessa. (Alava & Niskanen 2008, 205) Tällaiset epäpuhtaudet ovat huomattavasti
yleisempiä mekaanisesta massasta valmistetuissa paperilajeissa kuin kemiallisesta massasta valmistetuissa lajeissa.
Vetolujuuteen vaikuttavat samat kaksi komponenttia kuin repäisylujuuteen.
Vetolujuuden, murtositkeyden ja repäisylujuuden suuruus vaihtelee kone- ja poikkisuunnassa. Tämä on suoraan verrannollinen paperin kuituorientaatioon. Koska yleisesti
kuituja on asettunut enemmän konesuuntaisesti kuin poikkisuuntaisesti, on konesuuntainen vetolujuus huomattavasti suurempi. Myös käytetyllä massalla ja valmistusprosessilla on suuri vaikutus, koska se määrää, miten paljon ja minkälaisia sidoksia kuidut
muodostavat toistensa ja täyteaineiden välillä. Mittauksiin käytetty Lorentzen & Wettre
tensile tester-laitteisto (Lorentzen & Wettre, tyyppi: 962489) on esitetty kuviossa 11.
KUVIO 11. Murtositkeyden, vetolujuuden ja venymän mittaamiseen käytetty laite
Suhteellisen kosteuden kasvaessa myös paperin vesipitoisuus kasvaa. Tällöin plastinen
eli palautumaton muodonmuutos tulee vallitsevaksi ja tämän johdosta vetolujuus alenee
ja venymä kasvaa. Tiettyyn pisteeseen asti murtotyö kasvaa, jonka jälkeen se alkaa heikentyä. Vastaava ilmiö tapahtuu myös lämpötilan vaikutuksesta, eli paperin kimmokerroin alenee lämpötilan kasvaessa. Lämpötilan aiheuttamat muutokset ovat kuitenkin
hyvin pieniä verrattuna kosteuden aiheuttamiin muutoksiin. (VTT 2010)
19
4.6 Sileys
Paperin sileydellä on suuri vaikutus syväpainatuksen laatuun. Syväpainatuksessa paperin ja painovärin välillä pitää olla hyvä kontakti, siksi sileys vaikuttaa suoraan painojäljen tasaisuuteen eli puuttuviin pisteisiin. (VTT 2010)
Päällystämättömän ja kalanteroimattoman paperin sileys määräytyy paperikoneella viiran, märkäpuristuksen ja formaation mukaan. Kalanteroimalla voidaan jopa kokonaan
poistaa aikaisemman prosessin aiheuttamia epätasaisuuksia, mutta on myös epätasaisuutta, johon kalanterointi ei auta. Päällystyksellä voidaan parantaa kalanteroinnin tulosta ja poistaa tiettyjä epätasaisuuksia.
Yleisin tapa mitata paperin pinnan sileyttä on mitata, miten nopeasti tai paljon ilmaa
virtaa paperin ja sileäksi hiotun pinnan tai terän välistä. (VTT 2010) Mittauksiin käytetty laite (Messmer Büshner, malli 14590500) on esitetty kuviossa 12.
KUVIO 12. Sileyden mittaamiseen käytetty laite
20
3.7 Z-Lujuus
Z-lujuutta mitattaessa paperiin kohdistetaan vetokuormitus z-suuntaisesti eli kohtisuoraan pintaan nähden. Z-lujuudella on suuri merkitys tietyissä jatkojalostusmenetelmissä, joissa paperiin kohdistuu paljon paksuussuuntaista kuormitusta. Hyvänä esimerkkinä toimii offset-painatus, jossa painovärin tahmeus vetää paperia pintaa mukaansa. (VTT 2010)
Paperin sisäisillä sidoksilla on suurin merkitys z-lujuuteen. Monesti lujuuksia parannetaan joko jauhamalla tai käyttämällä erilaisia liimoja sekä pinnassa että massassa. Zlujuuteen vaikuttavat monet eri muuttujat. Muutamia niistä ovat puukuidun pituus ja
ominaisuudet, massan jauhatusaste, massan koostumus, hieno- ja täyteaineksen määrä,
kuituorientaatio, kuivatus, kalanterointi ja pintaliimaus.
Paperien z-lujuus mitattiin Lorentzen ja Wettren laitteistolla. Mittauksessa paperia vedettiin kohtisuorasti kaksipuoleisen teipin välityksellä, molemmilta puolilta. Laitteen
käyttämä yksikkö on kPa. Teippi saattaa vahvistaa neliömassaltaan alle 60 g/m2 olevia
näytteitä. Kuviossa 13 on esitetty yksittäisen mittauksen kulku ja kuviossa 14 on esitetty käytetty laitteisto (Lorentzen & Wettren, Tyyppi: 971925).
KUVIO 13. Mittaustapahtuman kulku Lorentzen & Wettren z-suuntaiseessa
lujuusmittarissa. ( Lorentzen & Wettre Oy. 2006)
21
KUVIO 14. Z-suuntaisen lujuuden mittaamiseen käytetty laite
3.8 Kuituorientaatio
Kuituorientaatiolla tarkoitetaan kuitujen suuntajakauman epäsymmetrisyyttä. Paperikoneella valmistetussa paperissa kuituja on asettunut enemmän konesuuntaisesti kuin
poikkisuuntaisesti.
Paperin kuituorientaatio ilmaisee, mikä määrä kuidunpituutta (kuituja) osoittaa kuhunkin suuntaan. Se on siten paperin rakenteen tilastollinen ominaisuus, jota kuvaa tilastollinen jakaumafunktio. Koska kuitujen keskimääräinen pituus on suurempi kuin paperin
paksuus, kuidut asettuvat melko tarkoin paperin tason suuntaisiksi. Siten kuituorientaatiota kuvaava tilastollinen jakaumafunktio (kuituorientaatiojakauma) ilmoittaa paperin
tasossa eri suuntiin osoittavien kuitujen suhteellisen osuuden. Paperin tyypillinen kuituorientaatiojakauma on muodoltaan ellipsin muotoinen. (VTT 2010)
Paperin kuituorientaatio vaikuttaa lähes kaikkiin paperin ominaisuuksiin, mutta erityisen paljon paperin lujuusominaisuuksiin. Lisäämällä suihkun ja viiran nopeuseroa voidaan kuituorientaation voimakkuutta eli paperin anisotropiaa kasvattaa. Tämä vaikuttaa
puolestaan konesuuntaisten lujuusominaisuuksien paranemiseen. Samalla poikittaiset
lujuusominaisuudet heikkenevät, samoin mittapysyvyys. Yleisesti paperilta vaaditaan
enemmän kestävyyttä vain joko poikki- tai konesuunnassa, mikä valitaan paperin käyt-
22
tötarkoituksen mukaan. Tämä mahdollistaa haluttujen funktionaalisten ominaisuuksien
saavuttamisen hallitsemalla paperin rakenteen anisotropiaa. (VTT 2010)
3.9 Jäykkyys
Paperin jäykkyydellä tarkoitetaan paperin kykyä vastustaa taivutusta. Jäykkyyteen vaikuttavat paperin paksuus ja paperin neliömassa, myös paperin kuituorientaatiolla ja sidoksilla on merkitystä. Yleisesti paperin jäykkyydellä on suuria eroja poikki- ja konesuunnassa. (Okomori, Toshiharu & Fumihiko 1999, 121–132)
Paperin jäykkyydellä on suuri merkitys tietyissä painatusprosesseissa. Arkkipainatuksessa kone saattaa mennä helposti tukkoon, jos paperin jäykkyys on liian pieni. Painetut
paperit joilla on alhainen jäykkyys, ovat hankalia lukea, koska sivut saattavat lerpattaa
ja tekevät lehdestä hankalasti luettavan. Tietyissä tapauksissa myös liiallinen jäykkyys
aiheuttaa käsittelyongelmia. Käsittelyongelmiin vaikuttavat myös arkkien koko, kuituorientaatio ja paperin käyryys. Päällystetyn paperin pintakerroksella on suurempi
merkitys kuin sisemmällä kerroksella, koska paperin pinta kokee huomattavasti enemmän rasitusta. (Niskanen 2008, 40–45 )
Paperin jäykkyys voidaan laskea seuraavalla yhtälöllä:
S =Q×
d 2w
12
(3)
missä S on taivutusjäykkyys, Q on ominaiskimmokerroin, d on paksuus ja w on neliömassa. (VTT 2010)
Jäykkyyden yhtälöstä huomaa, miten kosteuden aiheuttaman kimmokertoimen väheneminen alentaa jäykkyyttä. Vaikka paperin paksuuden ja neliömassan kasvu parantavat
jäykkyyttä, eivät ne pysty kumoamaan kimmokertoimen laskun aiheuttama muutosta.
Jäykkyydet mitattiin staattisella menetelmällä, jossa paperia taivutetaan kahdesta pisteestä ja mitataan taivuttamiseen käytetty voima. Suurimpana ongelmana paperin jäyk-
23
kyyden mittaamisessa on kevyiden papereiden huono mittaustarkkuus. Jäykkyysmittauksiin käytetty laite (Lorentzen & Wettner, tyyppi: 974995) on esitetty kuviossa 15.
KUVIO 15. Jäykkyyden mittaamiseen käytetty laite
24
4 MITTAUSTULOKSET JA NIIDEN KÄSITTELY
4.1 Aika ja kosteustesti
Opinnäytetyön alussa suoritettiin tutkimus, jossa määriteltiin, kuinka kauan paperi näytteitä pitää altistaa kosteuden ja lämmön vaikutuksille, ennen kuin muutosta ei enää tapahdu. Tutkimuksessa lämpötilaksi valittiin 35 °C ja ilman suhteelliseksi kosteudeksi
valittiin 75 %. Mittaukset suoritettiin 2–5 tunnin altistumisen jälkeen, tunnin välein.
Mittaussuureiksi valittiin. repäisylujuus, vetolujuus, murtositkeys ja venymä. Mittauksista saadut tulokset on esitetty kuvioissa 16 - 21.
Vetolujuus, KS 6,00
5,50
kN/m 5,00
4,50
WFC
4,00
MWC
SC
3,50
3,00
0 h
2 h
23°C 50 % 3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 16. Vetolujuuden muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa
Vetolujuus, PS 2,40
2,20
kN/m 2,00
1,80
WFC
1,60
MWC
1,40
SC
1,20
1,00
0 h
23°C 50 % 2 h
3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 17. Vetolujuuden muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa
25
Venymä, KS 2,00
1,90
1,80
mm 1,70
1,60
1,50
WFC
1,40
MWC
1,30
SC
1,20
1,10
1,00
0 h
2 h
23°C 50 % 3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 18. Venymän muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa
Venymä, PS 5,00
4,50
mm 4,00
3,50
WFC
MWC
3,00
SC
2,50
2,00
0 h
2 h
23°C 50 % 3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 19. Venymän muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa
Murtositkeys, KS 1,00
0,90
J/m 0,80
0,70
0,60
0,50
WFC
0,40
0,30
MWC
SC
0,20
0,10
0,00
0 h
23°C 50 % 2 h
3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 20. Murtositkeyden muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa
26
Murtositkeys, PS 1,20
1,00
J/m 0,80
WFC
0,60
MWC
0,40
SC
0,20
0,00
0 h
23°C 50 % 2 h
3 h
4 h
5 h
35°C 75 % KUVIO 21. Murtositkeyden muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa
Kuvioista 16–21 huomataan, miten kosteuden vaikutukset tasaantuvat 3–4 tunnin altistumisen jälkeen. Tämän tutkimuksen altistumisaikatulokset valittiin opinnäytetyön altistumisaika-arvoiksi. Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen.
5.2 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä
Tässä luvussa käydään läpi jokaisen näytteen vetolujuus, murtositkeys ja venymä mittauksista saadut tulokset. Aluksi käydään läpi vetolujuustulokset, jonka jälkeen siirrytään
murtositkeystuloksiin ja lopuksi venymätuloksiin. Jokaisessa kuviossa on sekä konesuuntainen (KS) että poikkisuuntaisten (PS) näytteiden tulokset. Mittaukset suoritettiin kolmen ja neljän tunnin altistumisen jälkeen. Vetolujuus mitattiin käyttämällä ISO
1924-3-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta.
Kuviosta 22 huomaa helposti, miten kosteus heikentää MWC-paperin vetolujuutta, mutta pakkasessa olleiden näytteiden tulokset eivät poikkea merkittävästi vertailu näytteistään. Myös lämpötilaerolla ei vaikuttanut olevan merkitystä heikkenemisen suuruuteen.
27
MWC:n vetolujuus 5
Vakio‐olosuhteissa mitattu keskiarvo (KS) 4,5
kN/m 4
3,5
Vetolujuus KS 3h
3
Vetolujuus KS 4h
2,5
Vetolujuus PS 3h
2
Vetolujuus PS 4h
1,5
1
‐20°C 40%, 2h 40°C 80%, 3‐4 h 23°C 80%, 3‐4 h
40°C 80%, 3‐4 h
Vakio‐olosuhteissa mitattu keskiarvo (PS) KUVIO 22. MWC:n vetolujuustulokset
Kuviosta 23 voidaan todeta kosteudella olevan vaikutusta SC-paperin vetolujuuteen,
mutta lämpötilalla tai sen vaihtelulla ei näytä olevan vaikutusta heikentymisen suuruuteen. Myös poikkisuuntainen vetolujuuden heikentyminen on erittäin vähäistä. Tämä voi
johtua SC-paperin jo entuudestaan heikosta poikkisuuntaisesta vetolujuudesta.
KUVIO 23. SC:n vetolujuustulokset
28
WFC-paperilla myös kosteus heikentää selvästi vetolujuutta, mutta sekä radikaalilla
ilmaston muutoksella että lämpötilan muutoksella ei vaikuta olevan suurta merkitystä
verrattuna kosteuden muutoksiin. Tulokset on esitetty kuviossa 24.
KUVIO 24. WFC:n vetolujuustulokset
Murtositkeys mitattiin käyttämällä SCAN-P 77:95-standardia ja mittauksia suoritettiin
10 kappaletta.
Kuviosta 25 huomataan, miten kosteus parantaa MWC-paperin murtositkeyttä sekä kone- että poikkisuunnassa. Radikaalille ilmaston muutokselle altistetut näytteet olivat
heikompia kuin lämmölle ja kosteudelle altistetut näytteet.
29
KUVIO 25. MWC:n murtositkeystulokset
Kuviossa 26 on esitetty SC-paperin testauksista saadut tulokset. Kuviosta voidaan todeta, että kosteudella on myös murtositkeyttä parantava vaikutus. Pakkasen puolella sekä
kosteassa ja lämpimässä olleet näytteet eivät osoita merkittävää muutosta verrattuna
vakio-olosuhteissa tehtyihin mittauksiin, poikkisuuntaiset näytteet ovat palanneet vakioolosuhde mittausten tasolle. Lämpimässä ja kosteassa ilmastossa olleet konesuuntaiset
näytekappaleet ovat heikompia kuin viileämmässä olleet näytteet (23 °C, 80 %). SCpaperin murtositkeys on niin huono, että muutokset kosteuden vaikutuksesta ovat myös
vähäiset.
KUVIO 26. SC:n murtositkeystulokset
30
WFC-paperin murtositkeys paranee myös kosteuden kasvaessa, mutta tuloksista huomataan, miten eri olosuhdemuutoksilla ei ollut vaikutusta muutosten suuruuteen. Mittaustulokset on esitetty kuviossa 27.
KUVIO 27. WFC:n murtositkeystulokset
Kuviossa 28 on esitetty MWC-paperilajin mittauksista saadut tulokset. Kuviosta huomataan, miten paperin venymä kasvaa kosteuden kasvaessa, mutta pakkasessa olleiden
näytteiden venymän kasvu ei ole yhtä suurta kuin kosteassa ja lämpimässä olleiden
näytteiden kasvu. Tämä on huomattavassa paremmin poikkisuuntaisissa näytteissä kuin
konesuuntaisissa. Lämpötilalla ei ollut merkitsevää vaikutusta venymämittauksissa.
31
KUVIO 28. MWC:n venymän tulokset
Sama trendi jatkuu myös SC-paperin mittauksissa, mutta muutokset olosuhteiden välillä
eivät ole niin suuria tai niitä ei ole. Tulokset on esitetty kuviossa 29.
KUVIO 29. SC:n venymän tulokset
WFC-paperilajin mittauksien tuloksista huomataan sen noudattavan samaa trendiä kuin
muut paperilajit, mutta muutokset olosuhteiden välillä ovat käytännössä katsoen mitättömät. Tulokset on esitetty kuviossa 30.
32
KUVIO 30. WFC:n venymän tulokset
Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 1–9.
4.3 Repäisylujuus
Repäisylujuus mitattiin käyttämällä ISO 1974-standardia ja mittauksia suoritettiin 10
kappaletta. Repäisylujuus mitattiin vain konesuunnassa.
Kuviossa 31 on esitetty MWC-paperilajin mittauksista saadut tulokset. Kuviosta huomataan, miten kosteus kasvattaa paperin repäisylujuutta selvästi. Lämpötilan kasvaminen näyttää heikentävän hiukan paperin repäisylujuutta verrattuna pelkän kosteuden
vaikutukseen (23 °C, 80 %). Pakkasessa olleiden näytteiden repäisylujuus on samalla
tasolla kuin lämpimässä ja kosteassa olleiden näytteiden repäisylujuus.
KUVIO 31. MWC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset
33
Kuviossa 32 on esitetty SC-paperin mittauksista saadut tulokset. Kuviota tarkkailemalla
huomataan, miten tulokset noudattavat samaa trendiä kuin MWC-paperin mittauksista
saadut tulokset.
KUVIO 32. SC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset
WFC-paperin mittaustulokset noudattavat samaa trendiä kuin muutkin paperilajit, mutta
olosuhdekaapissa olleiden näytteiden erot ovat pienempiä. Tulokset on esitetty kuviossa
33.
KUVIO 33. WFC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset
Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 10–12.
34
4.4 Jäykkyys
Jäykkyys mitattiin käyttämällä ISO 5628-standardia ja mittauksia suoritettiin 5 kappaletta.
Kuviossa 34 on esitetty MWC-paperin jäykkyysmittauksista saadut tulokset. Tuloksista
huomataan, miten kosteus huonontaa paperin jäykkyyttä. Poikkisuuntaiset näytteet heikentyivät hiukan enemmän kuin konesuuntaiset näytteet. Pakkasessa olleiden näytteiden
tulokset vastasivat lämpimässä ja kosteassa olleiden näytteiden tuloksia, joten radikaalilla lämpötilamuutoksella ei ollut vaikutusta jäykkyyteen. Myöskään lämpimässä ja
kosteassa olleet näytteet eivät poikkea merkittävästi pelkässä korkeassa kosteudessa
olleista näytteistä (23 °C, 80 %).
KUVIO 34. MWC:n jäykkyyden tulokset
SC-paperista saadut jäykkyyden mittaustulokset noudattavat samaa trendiä kuin MWCpaperin mittauksista saadut tulokset. Huomattava on vain se, että jäykkyys ei huonone
yhtä paljon kuin MWC-paperissa. Tulokset on esitetty kuviossa 35.
35
KUVIO 35. SC:n jäykkyyden tulokset
Kuviossa 36 on esitetty WFC-paperin jäykkyyden mittaustulokset. Kuviosta huomataan,
miten kosteus heikentää WFC:n jäykkyyttä. Pakkasessa olleiden näytteiden jäykkyys ei
huonone merkittävästi verrattuna lämpimässä ja kosteassa olleisiin näytteisiin. Myöskään lämpötilan muutoksella ei ollut vaikutusta jäykkyyteen verrattuna pelkän kosteuden vaikutukseen (23 °C, 80 %).
KUVIO 36. WFC:n jäykkyyden tulokset
Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 13–15.
36
4.5 Sileys
Sileys mitattiin käyttämällä ISO 8791-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta.
Kuviossa 37 on esitetty MWC-paperin sileyden mittaustulokset. Tuloksista huomataan
selkeästi, miten kosteus huonontaa sileyttä eli karheus kasvaa. Lämpötilan kasvaessa
ilman kyky kantaa vettä kasvaa ja siksi ilmassa on enemmän kosteutta. Tämän huomaa
hyvin verrattaessa saatuja tuloksia. Pakkasessa olleiden näytteiden sileys on huonontunut selkeästi enemmän kuin vertailunäytteiden sileys.
KUVIO 37. MWC:n sileyden tulokset
Kalanteroidulla SC-paperilla sileyden huonontumista tapahtuu myös kosteuden ja lämpötilan vaikutuksesta, mutta pakkasella ei vaikuta olevan suurta merkitystä. Tulokset on
esitetty kuviossa 38.
37
KUVIO 38. SC:n sileyden tulokset
WFC-paperin sileys huononee odotetusti kosteuden vaikutuksesta, mutta lämmöllä ei
näytä olevan merkitystä sileyden huononemiselle. Myös pakkasessa olleiden näytteiden
sileys ei eroa merkittävästi lämpimässä ja kosteassa olleista näytteistä. Tulokset on esitetty kuviossa 39.
KUVIO 39. WFC:n sileyden tulokset
Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 16–18.
38
4.6 Z-suuntainen lujuus
Jäykkyys mitattiin käyttämällä ISO 15754-standardia ja mittauksia suoritettiin 5 kappaletta.
Kuviossa 40 on esitetty MWC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset. Kuviosta
nähdään selvästi, miten kosteus heikentää z-suuntaista lujuutta, mutta muilla muuttujilla
ei ole vaikutusta heikentymiseen.
KUVIO 40. MWC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset
SC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset noudattavat samaa trendiä MWCpaperin kanssa. Tulokset on esitetty kuviossa 41.
39
KUVIO 41. SC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset
Kuviossa 42 on esitetty WFC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset. Tuloksista
nähdään, miten paperin lujuus heikkenee kosteuden vaikutuksesta. Trendi heikentymisessä on sama kuin muillakin paperilajeilla, mutta heikentyminen ei ole yhtä suurta kuin
muilla paperilajeilla. Tämä voi johtua käytetystä päällystys- tai täyteaineista. Päällystetyssä sellupohjaisessa paperissa on yleisesti käytetty märkälujuutta lisääviä liimoja, jotka voivat olla syynä tähän.
KUVIO 42. WFC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset
Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 19–21.
40
5 PÄÄTELMÄT
Teoriaosuudessa todettiin, miten kosteus joko selkeästi heikentää tai vahvistaa tiettyjä
paperin lujuusominaisuuksia. Saadut mittaustulokset toteavat täysin saman asian. Vakio-olosuhteissa olleet näytteet olivat lujuusominaisuuksiltaan vahvempia, lukuun ottamatta repäisylujuutta ja venymää. Repäisylujuus ja venymä kasvoivat suhteellisen ilmankosteuden kasvaessa.
Siirtymisellä kylmästä ilmastosta lämpimään ja kosteaan ilmastoon ei vaikuttanut olevan suurta merkitystä. Vain MWC-paperin sileysmittauksissa pakkasella oli merkitystä.
Tuolloin paperin sileys huononi merkittävästi verrattuna pelkästään kosteuden ja lämmönvaikutuksesta.
Lämpötilan aiheuttamat muutokset eivät olleet niin suuria, että niitä voisi sanoa merkitseviksi.
Seuraavissa taulukoissa 1–3 on esitetty, kuinka paperin ominaisuudet ovat muuttuneet
olosuhteiden välillä.
TAULUKKO 1. Kosteuden (23 °C, 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin.
+:Parantava vaikutus, (+): suuntaa antavasti parantunut, -: Heikentävä vaikutus, (-):
suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei vaikutusta
Murtositkeys
KS
PS
MWC +
+
SC +
(+)
WFC +
+
Venymä
KS
PS
+
+
+
+
X
+
Vetolujuus
KS
PS
‐
‐
‐
‐
‐
‐
Jäykkyys
KS
PS
‐
‐
(‐)
X
‐
‐
Sileys
Z‐suunt. Repäisy‐
Ylä
Ala lujuus lujuus
‐
‐
‐
+
‐
‐
‐
+
‐
‐
‐
+
41
TAULUKKO 2. Radikaalin ilmaston muutoksen (2 h -20 °C 40 %, 40 °C 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin verrattuna lämmön ja kosteuden vaikutukseen
(40 °C, 80 %). +:Parantava vaikutus, (+): suuntaa antavasti parantunut, -: Heikentävä
vaikutus, (-): suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei vaikutusta
Murtositkeys
KS
PS
MWC (‐)
(‐)
SC X
X
WFC X
X
Venymä
KS
PS
X
(‐)
X
X
X
X
Vetolujuus
KS
PS
X
X
X
X
X
X
Jäykkyys
KS
PS
X
X
X
X
X
X
Sileys
Z‐suunt. Repäisy‐
Ylä
Ala lujuus lujuus
(‐)
(‐)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TAULUKKO 3. Lämpötilan (40 °C 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin
verrattuna kosteuden (23 °C, 80 %) vaikutukseen. +:Parantava vaikutus, (+): suuntaa
antavasti parantunut, -: Heikentävä vaikutus, (-): suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei
vaikutusta
Murtositkeys
KS
PS
MWC X
X
SC X
X
WFC X
X
Venymä
KS
PS
X
X
X
X
X
X
Vetolujuus
KS
PS
X
X
X
X
X
X
Jäykkyys
KS
PS
X
X
X
X
X
X
Sileys
Z‐suunt. Repäisy‐
Ylä
Ala lujuus lujuus
(‐)
(‐)
X
(‐)
X
X
X
(‐)
X
X
X
(‐)
42
LÄHTEET
Häggblom-Ahnger, U. & Komulainen, P. 2005. Paperin ja kartongin valmistus. 1.-3.
Painos, Jyväskylä:opetushallitus
VTT / Proledge Oy 2009. KnowPap Version 12.0 (12/2010). [online] Tulostettu
4.4.2011
File://///book/knowpap/suomi/knowpap_system/user_interface/paper_grades/quality.ht
m
Ek, M. Gellerstedt, G. Henriksson, G. 2009. Pulp and paper chemistry and theology.
Berlin:Walter de Gruyter GmbH & CO.
Z-lujuus. [powerpoint-esitys] Lorentzen & Wettre Oy. 2006
William E, S. Abbot, J, Trosset, S. 1995.Properties of paper: An introduction. Second
edition. Atlanta: TAPPI PRESS.
Koji Okomori, Toshiharu Enomae and Fumihiko Onabe. 1999. Proceedings of Tappi
advanced coating fundamentals symposiu. Atlanta: TAPPI PRESS. 121–132.
Bogaard, J. & Whitmore, P. 2002. Exploration of the role of humidity fluctuations in the
deterioration of paper. Luettu 5.4.2011
http://www.cmu.edu/acrc/Publications/humidity%20fluct%20in%20paper.pdf
Kettle, J. 2008. Moisture and fluid transport. Teoksessa Niskanen, Kaarlo (toim.) Paper
Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 266–294
Alava, M. & Niskanen, K. 2008. In-plane tensile properties. Teoksessa Niskanen (toim.)
Paper Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 182–228
Niskanen, K. & Pakarinen, P. 2008. Paper structure. Teoksessa Niskanen (toim.) Paper
Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 12–58
Pope & Tamara, D. 1999. Printing Guide to Paper and Digital Printing. Charlottesville:
INTEQUEST.
43
LIITE 1:1 (11)
MITTAUSTULOKSET
TAULUKKO 1. Vetolujuuden mittaustulokset MWC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
4,69
4,23
4,31
1,58
1,59
1,64
2,57
3,71
4,808
11,34
3,6
6,45
4,87
4,47
4,62
1,85
1,68
1,80
4,51
3,99
4,00
1,31
1,50
1,48
40°C 80%
3h
4h
4,18
4,18
1,54
1,48
7,28
4,85
3,13
5,23
4,64
4,48
1,61
1,60
3,72
3,88
1,47
1,36
23°C 80%
3h
4h
3,96
4,15
1,4
1,46
3,54
4,71
3,15
3,62
4,17
4,44
1,47
1,54
3,75
3,86
1,33
1,38
TAULUKKO 2. Vetolujuuden mittaustulokset SC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
3,07
2,77
2,79
1,07
0,97
0,99
4,69
2,62
3,43
2,04
3,59
3,07
3,29
2,82
2,85
1,10
1,02
1,05
2,85
2,55
2,61
1,04
0,9
0,85
40°C 80%
3h
4h
2,76
2,78
0,92
0,96
4,69
3,33
3,28
3,44
2,9
2,85
0,99
1,03
2,65
2,51
0,83
0,86
23°C 40%
3h
4h
2,75
2,64
0,97
0,95
3,74
3,5
2,67
4,75
2,82
2,75
1,09
1,1
2,59
2,49
0,91
0,85
TAULUKKO 3. Vetolujuuden mittaustulokset WFC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
LIITE
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
5,80
4,85
4,99
2,28
2,04
2,06
3,90
8,08
4,16
3,89
6,45
3,14
6,14
5,44
5,30
2,41
2,24
2,16
5,46
4,26
4,68
2,15
1,84
1,96
40°C 80%
3h
4h
5,00
5,08
2,06
2,05
1,99
4,11
2,32
5,42
5,15
5,39
2,13
2,22
4,85
4,77
1,99
1,88
23°C 40%
3h
4h
5,11
5,40
1,87
1,88
3,44
3,42
5,27
4,20
5,37
5,68
2,02
2,00
4,85
5,12
1,72
1,76
44
LIITE 1:2 (11)
TAULUKKO 4. Murtositkeyden mittaustulokset MWC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
0,66
0,67
0,68
0,54
0,62
0,63
9,88
13,95
10,41
16,60
23,68
20,08
0,76
0,81
0,79
0,68
0,84
0,82
0,57
0,53
0,58
0,41
0,40
0,44
40°C 80%
3h
4h
0,77
0,75
0,69
0,68
15,90
12,54
23,17
19,49
0,95
0,89
0,93
0,87
0,58
0,61
0,45
0,48
23°C 40%
3h
4h
0,77
0,76
0,70
0,71
7,79
8,14
18,26
15,80
0,86
0,86
0,89
0,88
0,68
0,67
0,51
0,54
TAULUKKO 5. Murtositkeyden mittaustulokset SC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
0,33
0,36
0,36
0,25
0,25
0,24
11,74
9,45
14,37
14,64
14,68
19,43
0,39
0,41
0,44
0,30
0,30
0,31
0,27
0,31
0,28
0,19
0,19
0,17
40°C 80%
3h
4h
0,36
0,38
0,25
0,25
13,40
17,14
10,19
16,17
0,44
0,47
0,28
0,31
0,29
0,28
0,21
0,19
23°C 40%
3h
4h
0,40
0,40
0,28
0,28
14,19
7,45
8,59
19,68
0,48
0,45
0,31
0,36
0,31
0,36
0,24
0,20
TAULUKKO 6. Murtositkeyden mittaustulokset WFC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
0,84
1,00
0,98
0,73
0,94
0,93
8,41
8,57
10,41
15,79
22,65
20,08
0,95
1,13
1,14
0,90
1,26
1,21
0,74
0,87
0,83
0,55
0,62
0,65
40°C 80%
3h
4h
0,96
0,99
0,96
0,97
13,49
16,64
16,25
20,50
1,15
1,23
1,20
1,27
0,76
0,74
0,73
0,67
23°C 40%
3h
4h
0,96
0,95
0,98
0,98
15,38
11,45
18,58
15,80
1,19
1,11
1,25
1,21
0,74
0,79
0,71
0,75
45
LIITE 1:3 (11)
TAULUKKO 7. Venymän mittaustulokset MWC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
1,44
1,63
1,82
2,16
2,56
2,5
5,29
8,44
9,47
12,95
9,88
9,56
1,55
1,84
2,08
2,58
2,94
2,86
1,33
1,42
1,56
1,74
2,18
2,14
40°C 80%
3h
4h
1,67
1,78
2,89
2,74
9,6
7,34
9,48
12,26
1,91
1,98
3,30
3,24
1,43
1,58
2,48
2,24
23°C 40%
3h
4h
1,76
1,79
2,86
3,07
7,61
8,68
9,89
11,17
1,96
2,02
3,28
3,58
1,56
1,56
2,44
2,56
TAULUKKO 8. Venymän mittaustulokset SC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
1,13
1,30
1,30
2,26
2,58
2,70
9,26
4,77
4,98
6,54
12,32
9,31
1,29
1,39
1,40
2,48
3,06
3,08
0,97
1,21
1,20
2,04
2,10
2,32
40°C 80%
3h
4h
1,30
1,32
2,71
2,65
6,30
5,09
6,26
9,19
1,42
1,42
2,96
3,02
1,18
1,22
2,46
2,28
23°C 40%
3h
4h
1,23
1,25
2,75
2,79
6,10
8,70
7,31
10,97
1,34
1,41
3,05
3,25
1,12
1,09
2,45
2,33
TAULUKKO 9. Venymän mittaustulokset WFC-paperille
Keskiarvo, kN/m KS
PS
S, % KS
PS
Maksimi, kN/m KS
PS
Minimi, kN/m KS
PS
23°C 50% ‐20°C 40% & 40°C 80%
3h
4h
1,74
1,97
1,82
4,50
5,81
4,96
8,83
7,47
9,47
10,44
7,00
13,56
1,97
2,19
2,08
5,20
6,42
5,97
1,51
1,75
1,56
3,80
5,20
3,95
40°C 80%
3h
4h
2,08
2,06
5,75
5,16
4,40
8,12
6,54
9,30
2,22
2,31
6,31
5,88
1,94
1,81
5,19
4,44
23°C 40%
3h
4h
2,10
2,21
5,83
5,90
6,13
5,38
11,05
8,63
2,29
2,39
6,80
6,66
1,91
2,03
4,86
5,14
46
LIITE 1:4 (11)
TAULUKKO 10. Repäisylujuuden vakiokosteus mittaustulokset
MWC
386
9
396
373
Keskiarvo, mN
S, mN
Max, mN
Min, mN
SC
284
10
302
271
Finess
438
17
438
410
TAULUKKO 11. Rapäisylujuuden mittaustulokset, 3h
Keskiarvo, mN
S, mN
Max, mN
Min, mN
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
MWC
SC
WFC
456
310
502
9
7
14
469
316
517
441
303
488
MWC
449
12
471
431
40°C 80 %
SC
313
10
327
301
23°C 80 %
SC
WFC
319
511
23
14
342
535
301
493
WFC
503
21
511
486
MWC
472
25
538
453
WFC
497
15
520
470
23°C 80 %
MWC
SC
WFC
467
316
512
15
9
14
487
330
536
445
302
490
TAULUKKO 12. Repäisylujuuden mittaustulokset, 4h
Keskiarvo, mN
S, mN
Max, mN
Min, mN
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
MWC
SC
WFC
455
311
499
31
11
18
485
325
521
415
299
468
40°C 80 %
MWC
SC
449
310
10
14
463
333
435
292
TAULUKKO 13. Jäykkyyden vakiokosteus mittaustulokset
Keskiarvo, mNm
S, mNm
Variaatio, %
Max, mNm
Min, mNm
MWC
0,14
0,01
5,77
0,15
0,13
KS
SC
0,13
0,01
7,45
0,14
0,11
WFC
0,22
0,01
4,02
0,23
0,21
MWC
0,09
0,01
5,33
0,09
0,08
PS
SC
0,05
0,01
16,46
0,06
0,04
WFC
0,14
0,11
8,07
0,15
0,12
47
LIITE 1:5 (11)
TAULUKKO 14. Jäykkyyden mittaustulokset, 3h
Keskiarvo, mNm
S, mNm
Variaatio, %
Max, mNm
Min, mNm
MWC
0,13
0,01
8,20
0,14
0,12
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
KS
PS
SC WFC MWC SC
0,12 0,17 0,08 0,04
0,01 0,01 0,01 0,004
12,36 5,89 10,90 11,20
0,13 0,19 0,09 0,04
0,10 0,17 0,07 0,03
40°C 80 %
WFC
0,10
0,01
9,39
0,11
0,09
MWC
0,13
0,01
4,80
0,14
0,13
KS
SC
0,12
0,01
4,72
0,12
0,11
WFC
0,17
0,02
5,41
0,18
0,16
PS
MWC SC
0,08 0,04
0,01 0,12
11,06 27,83
0,08 0,06
0,07 0,03
23°C 80 %
WFC
0,12
0,01
5,24
0,13
0,11
MWC
0,13
0,01
8,59
0,14
0,11
KS
SC
0,11
0,01
9,63
0,12
0,10
WFC
0,17
0,01
7,59
0,19
0,16
PS
MWC SC
0,07 0,04
0,06 0,01
7,43 32,14
0,08 0,06
0,06 0,03
WFC
0,12
0,01
7,98
0,13
0,11
TAULUKKO 15. Jäykkyyden mittaustulokset, 4h
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
KS
PS
MWC SC WFC MWC SC WFC
Keskiarvo, mNm 0,13 0,12 0,16 0,08 0,04 0,10
S, mNm 0,01 0,01 0,01 0,01 0,004 0,01
Variaatio, % 10,10 17,14 4,95 12,74 9,17 8,33
Max, mNm 0,15 0,13 0,17 0,09 0,04 0,14
Min, mNm 0,11 0,09 0,15 0,06 0,04 0,09
40°C 80 %
KS
PS
KS
MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC
0,13 0,13 0,16 0,08 0,05 0,11 0,13 0,10
0,02 0,02 0,03 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02
13,71 15,57 14,80 15,08 16,05 11,90 11,57 14,80
0,16 0,15 0,18 0,09 0,05 0,13 0,14 0,13
0,11 0,10 0,13 0,06 0,03 0,10 0,10 0,09
23°C 80 %
WFC
0,17
0,01
3,74
0,18
0,17
PS
MWC SC
0,07 0,04
0,01 0,01
18,37 23,19
0,08 0,07
0,07 0,03
WFC
0,12
0,01
5,06
0,13
0,11
TAULUKKO 16. Sileyden vakiokosteus mittaustulokset
Yläpuoli
MWC SC WFC
Keskiarvo, µm 0,95 1,26 1,11
S, µm 0,04 0,02 0,07
Variaatio, % 4,23 1,59 6,31
Max, µm 1,00 1,29 1,20
Min, µm 0,86 1,23 1,01
Alapuoli
MWC SC WFC
0,62 1,17 0,96
0,02 0,03 0,04
3,22 2,56 4,15
0,65 1,21 1,01
0,58 1,12 0,90
TAULUKKO 17. Sileyden mittaustulokset, 3h
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
Keskiarvo, µm 1,17 1,67 1,58 0,71 1,58 1,53
S, µm 0,07 0,05 0,05 0,02 0,06 0,05
Variaatio, % 6,28 2,99 3,12 2,82 3,80 4,37
Max, µm 1,21 1,78 1,61 0,75 1,65 1,59
Min, µm 1,10 1,59 1,55 0,66 1,48 1,47
40°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
1,28 1,46 1,54 0,78 1,42 1,44
0,08 0,04 0,05 0,03 0,04 0,04
5,60 2,74 3,26 2,45 2,82 2,78
1,36 1,53 1,58 0,91 1,51 1,50
1,19 1,40 1,44 0,62 1,38 1,38
23°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
1,01 1,28 1,56 0,66 1,35 1,44
0,04 0,09 0,05 0,04 0,10 0,04
3,98 7,03 3,20 6,02 7,40 2,73
1,06 1,46 1,65 0,75 1,59 1,48
0,95 1,21 1,50 0,62 1,26 1,40
48
LIITE 1:6 (11)
TAULUKKO 18. Sileyden mittaustulokset, 4h
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
Keskiarvo, µm 1,10 1,63 1,49 0,73 1,54 1,35
S, µm 0,05 0,05 0,06 0,05 0,02 0,04
Variaatio, % 4,56 3,06 4,04 6,85 1,30 3,07
Max, µm 1,18 1,71 1,61 0,81 1,58 1,35
Min, µm 1,02 1,53 1,40 0,65 1,50 1,24
40°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
1,45 1,54 1,51 1,22 1,52 1,46
0,04 0,04 0,07 0,03 0,06 0,04
2,75 2,59 4,65 2,47 3,95 2,75
1,53 1,61 1,62 1,29 1,64 1,49
1,41 1,49 1,42 1,17 1,44 1,35
23°C 80 %
Yläpuoli
Alapuoli
MWC SC WFC MWC SC WFC
1,01 1,37 1,57 0,66 1,38 1,41
0,06 0,04 0,06 0,04 0,07 0,03
5,96 2,92 3,60 6,08 5,06 2,34
1,13 1,42 1,61 0,74 1,49 1,45
0,92 1,27 1,52 0,62 1,29 1,35
TAULUKKO 19. Z-suuntaisen lujuuden vakiokosteus mittaustulokset
Keskiarvo, kPa
S, kPa
Variaatio, %
Max, kPa
Min, kPa
MWC
956,9
25,8
2,7
976,3
940,5
SC
Finess
630,12 969,12
12,1
19,4
2,3
2,6
645,4 986,6
617,6 956,9
TAULUKKO 20. Z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset, 3h
Keskiarvo, kPa
S, kPa
Variaatio, %
Max, kPa
Min, kPa
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
MWC
SC
Finess
908,9 590,3
931,2
18,5
25,1
29,8
2,0
4,2
3,2
926,1 608,4
960,0
878,9 550,1
880,6
MWC
911,0
12,7
2,3
928,8
895,7
40°C 80 %
SC
598,1
12,1
2,6
613,9
586,3
Finess
947,7
15,2
2,4
971,4
933,9
MWC
911,7
6,4
1,3
917,0
900,9
23°C 80 %
SC
Finess
587,8 932,5
7,1
8,4
0,1
3,3
599,6 941,5
581,7 920,3
MWC
902,2
19,1
2,1
932,4
886,1
23°C 80 %
SC
Finess
592,8 936,9
7,5
32,0
1,3
3,6
603,6 952,5
583,5 923,3
TAULUKKO 21. Z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset, 4h
Keskiarvo, kPa
S, kPa
Variaatio, %
Max, kPa
Min, kPa
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
MWC
SC
Finess
911,0 596,1
932,3
11,2
10,9
41,8
2,1
1,8
4,5
925,2 608,3
984,6
894,8 583,8
867,6
MWC
909,4
12,7
1,5
915,6
898,6
40°C 80 %
SC
599,0
8,8
1,6
616,1
587,3
Finess
937,9
18,1
3,5
945,6
926,5
49
LIITE 1:7 (11)
TULOSTEN MERKITSEVYYDEN LASKEMISEEN KÄYTETYT ARVOT
Taulukoissa 22–30 on esitetty paperilajeittain mittaustulosten merkitsevyys. X 1 − X 2
on keskiarvojen erotus. Jos vähentämällä tai lisäämällä tp keskiarvojen erotuksesta, tulos
käy nollassa mittaustulos ei ole merkitsevä. Erojen merkitsevyyden laskemiseen käytetty kaava on seuraava:
Erot ovat merkitseviä 95% todennäköisyydellä.
TAULUKKO 22. MWC-paperin olosuhde muutoksen merkitsevyys verrattuna kosteaan
ja lämpimään olosuhteeseen
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
‐0,05±0,12 ‐0,13±0,32
PS
‐0,05±2,3
‐0,16±0,41
Murtositkeys, J/m KS 0,092±0,091 0,07±0,062
PS
0,076±0,12
0,05±0,21
Venymä, mm KS
0,04±0,18
‐0,04±0,24
PS
0,33±1,6
0,24±1,3
Jäykkyys, mNm KS 0,0008±0,044 ‐0,004±0,057
PS 0,002±0,033 0,001±0,04
Sileys, µm Ylä
0,11±0,21
0,35±0,31
Ala 0,065±0,15
0,49±0,29
‐7±53
‐5,5±120
Repäisylujuus, mN
‐1,62±47
Z‐suuntainen lujuus, kPa 2,02±78
50
LIITE 1:8 (11)
TAULUKKO 23. MWC-paperin lämpötilan merkitsevyys verrattuna kosteuteen
40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
‐0,22±0,57
‐0,03±0,16
PS
‐0,14±0,38
‐0,02±,023
Murtositkeys, J/m KS
0,008±0,025 0,009±0,059
PS
0,008±0,036
0,035±0,24
Venymä, mm KS
0,09±0,18
0,01±0,15
PS
‐0,03±0,27
0,33±0,98
Jäykkyys, mNm KS ‐0,0018±0,014
0±0,07
PS ‐0,0076±0,026 ‐0,0034±0,048
Sileys, µm Ylä
‐0,27±0,37
‐0,44±0,26
Ala
‐0,12±0,55
‐0,56±0,22
Repäisylujuus, mN
23±78
18±65
Z‐suuntainen lujuus, kPa
0,76±53
‐7,1±31
TAULUKKO 24. MWC-paperin kosteuden merkitsevyys verrattuna vakioolosuhteeseen
23°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
0,54±0,067 0,73±0,083
PS 0,12±0,0082 0,12±0,024
Murtositkeys, J/m KS
0,11±0,014 0,098±0,008
PS
0,18±0,031 0,17±0,031
Venymä, mm KS
0,32±0,023 0,35±0,027
PS
0,7±0,086
0,91±0,09
Jäykkyys, mNm KS 0,01±0,0029 0,01±0,0036
PS 0,016±0,0014 0,013±0,0016
Sileys, µm Ylä 0,06±0,019 0,03±0,023
Ala 0,04±0,014 0,04±0,014
87±8,1
82±5,1
Repäisylujuus, mN
45±3,5
55±5,2
Z‐suuntainen lujuus, kPa
51
LIITE 1:9 (11)
TAULUKKO 25. SC-paperin olosuhde muutoksen merkitsevyys verrattuna kosteaan ja
lämpimään olosuhteeseen
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
‐0,01±0,13 ‐0,01±0,023
PS ‐0,05±±0,24 ‐0,03±0,16
Murtositkeys, J/m KS
0±0,23
0,014±0,38
PS
‐0,002±0,1
0,012±0,5
Venymä, mm KS
0±0,58
0,02±0,46
PS
0,13±0,65
‐0,05±0,53
Jäykkyys, mNm KS
0,002±0,06
0,01±0,03
PS 0,006±0,018 0,003±0,009
Sileys, µm Ylä ‐0,21±0,34 ‐0,09±0,31
Ala
0,16±0,39
‐0,02±0,15
Repäisylujuus, mN
3±33
‐1±46
Z‐suuntainen lujuus, kPa 7,8±110
2,9±46
TAULUKKO 26. SC-paperin lämpötilan merkitsevyys verrattuna kosteuteen
40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
‐0,01±0,25
‐0,14±0,37
PS
0,05±0,21
‐0,01±0,25
Murtositkeys, J/m KS
0,033±0,29
0,028±0,29
PS
0,033±0,15
0,027±0,16
Venymä, mm KS
‐0,07±0,24
‐0,07±0,27
PS
0,04±0,35
0,04±0,35
Jäykkyys, mNm KS ‐0,009±0,025 ‐0,022±0,082
PS
‐0,005±0,05 ‐0,0012±0,03
Sileys, µm Ylä
‐0,18±0,27
‐0,17±0,28
Ala
‐0,07±0,25
‐0,14±0,38
Repäisylujuus, mN
6±61
5,6±68
Z‐suuntainen lujuus, kPa
‐10±51
‐6,2±64
52
LIITE 1:10 (11)
TAULUKKO 27. SC-paperin kosteuden merkitsevyys verrattuna vakio-olosuhteeseen
23°C 80 %
3 h
Vetolujuus, kN/m KS
0,32±0,028
PS
0,1±0,0078
Murtositkeys, J/m KS 0,064±0,011
PS 0,029±0,0047
Venymä, mm KS
0,1±0,005
PS
0,49±0,045
Jäykkyys, mNm KS 0,017±0,0033
PS 0,013±0,0032
Sileys, µm Ylä 0,02±0,029
Ala 0,18±0,032
35±5
Repäisylujuus, mN
42±2,7
Z‐suuntainen lujuus, kPa
4 h
0,43±0,032
0,12±0,0065
0,071±0,01
0,03±0,0026
0,12±0,007
0,53±0,039
0,021±0,0038
0,082±0,0034
0,46±0,024
0,21±0,023
32±4,2
37±2,8
TAULUKKO 28. WFC-paperin olosuhde muutoksen merkitsevyys verrattuna kosteaan
ja lämpimään olosuhteeseen
2 h ‐20°C 40 % & 40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
0,15±0,37
0,09±0,26
PS
0,02±0,38
‐0,01±0,19
Murtositkeys, J/m KS
‐0,05±0,15 0,004±0,056
PS
0,022±0,35 0,043±0,28
Venymä, mm KS
0,11±0,43
0,24±1,3
PS
‐0,06±0,28
0,2±1,3
Jäykkyys, mNm KS ‐0,036±0,044 0,002±0,03
PS
0,018±0,04 0,009±0,09
Sileys, µm Ylä ‐0,04±0,16
0,02±0,38
Ala ‐0,09±0,24
0,11±0,4
0,2±57
‐2±1100
Repäisylujuus, mN
5,6±180
Z‐suuntainen lujuus, kPa 16,5±130
53
LIITE 1:11 (11)
TAULUKKO 29. WFC-paperin lämpötilan merkitsevyys verrattuna kosteuteen
40°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
0,11±0,52
0,32±0,64
PS
‐0,19±0,5
‐0,17±0,68
Murtositkeys, J/m KS
0,007±0,12
‐0,038±0,18
PS
0,018±0,74
0,011±0,68
Venymä, mm KS
0,02±0,28
0,15±0,54
PS
0,08±0,24
0,74±1,5
Jäykkyys, mNm KS ‐0,0002±0,004
0,01±0,1
PS ‐0,0008±0,03 0,007±0,056
Sileys, µm Ylä
0,021±0,27
0,064±0,42
Ala ‐0,003±0,27
‐0,05±0,27
Repäisylujuus, mN
8,5±50
15±96
Z‐suuntainen lujuus, kPa
‐15±64
‐1±34
TAULUKKO 30. WFU-paperin kosteuden merkitsevyys verrattuna vakioolosuhteeseen
23°C 80 %
3 h
4 h
Vetolujuus, kN/m KS
0,69±0,034
0,4±0,017
PS
0,41±0,022
0,4±0,21
Murtositkeys, J/m KS
0,12±0,02
0,11±0,016
PS
0,26±0,053 0,26±0,048
Venymä, mm KS
0,36±0,029 0,47±0,029
PS
1,3±0,12
1,4±0,15
Jäykkyys, mNm KS 0,053±0,0033 0,053±0,0022
PS 0,019±0,0031 0,019±0,0029
Sileys, µm Ylä 0,45±0,026 0,46±0,024
Ala 0,48±0,014 0,45±0,015
73±6,7
74±6,8
Repäisylujuus, mN
37±3,6
32±3,8
Z‐suuntainen lujuus, kPa
Fly UP