Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технике изготовления бумажного полотна и может быть использовано на целлюлозно-бумажных предприятиях. Сущность способа заключается в том, что после отлива бумажного полотна и его прессования осуществляют электрическим полем поверхностную обработку полотна. При этом вектор напряженности электрического поля должен быть направлен перпендикулярно поверхности полотна в течение отрезка времени, определяемого из зависимости

где η - динамический коэффициент сдвиговой вязкости; K1 и K2- объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности; R - объемная доля молекул воды области, содержащей влагу; m - среднее число гидротации ионов гидроксония гидроксила; n - концентрация положительных или отрицательных ионов; εo - электрическая постоянная; E - напряженность электрического поля; a - эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75; εб - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги; εв - диэлектрическая проницаемость воды; S - площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги; r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония; r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2103434
Класс(ы) патента: D21H25/04
Номер заявки: 96109114/12
Дата подачи заявки: 30.04.1996
Дата публикации: 27.01.1998
Заявитель(и): Ковровский технологический институт
Автор(ы): Можегов Н.А.; Тетерин Е.П.
Патентообладатель(и): Ковровский технологический институт
Описание изобретения: Изобретение относится к технике изготовления бумажного полотна и может быть использовано на целлюлозно-бумажных предприятиях.
известен способ изготовления бумажного полотна однородной линейной плотности ленты путем измерения линейной плотности ленты, сравнивая ее с заданной и изменяя величины вытяжки ленты по результату сравнения (авт. св. 1097726, кл. D 01 H 5/38, 1984).
Данный способ является неэффективным в тех случаях, когда необходимо изготовить бумажное полотно с однородной плотностью в направлении, перпендикулярном скорости перемещения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, включающий отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку частицами раствора диаметром в 1,5-2,0 раза меньше толщины бумажного полотна (авт. св. 1675454, кл. D 21 H 19/00, 1991).
Недостатком данного способа является невозможность получения бумажного полотна с равномерной влажностью из-за сложности диагностирования влажности бумажного полотна по ширине.
Целью изобретения является получение бумажного полотна с равномерным распределением влажности по длине и ширине, в результате чего исключаются сдвиговые деформации полотна при его навивке в рулоны и улучшаются прочностные свойства бумаги.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления бумаги, включающем отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку, поверхностную обработку ведут электрическим полем, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности полотна, в течение отрезка времени, определяемого из зависимости:

где η - динамический коэффициент сдвиговой вязкости;
K1 и K2 - объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности;
R - объемная доля молекулы воды в объеме области, содержащей влагу;
m - среднее число гидротаций ионов;
n - концентрация положительных или отрицательных ионов;
εo - электрическая постоянная;
a - эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75;
εб - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
εв - диэлектрическая проницаемость воды;
S - площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги;
r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила.
Предложенный способ позволяет изготовить бумажное полотно с более равномерным распределением влажности по ширине и длине полотна, что подтверждается следующим.
Существование в бумажном полотне областей с различной величиной влажности соответствует наличию в нем областей с различной диэлектрической проницаемостью, величина которой зависит от концентрации воды в соответствующих участках бумажного полотна.
Изобретение поясняется чертежом.
Если между двумя металлическими пластинами 1 движется со скоростью V бумажное полотно 2 с непрерывным распределением влажности по ширине и длине, то области бумажного полотна с различной величиной влажности оказываются в электрическом поле, которое создается зарядами, подаваемыми на металлические пластины высоковольтным источником питания 3.
Так как бумажное полотно находится в электрическом поле, то на границе двух участков с диэлектрическими проницаемостями ε1 и ε2 возникает давление, действующее перпендикулярно направлению вектора напряженности электрического поля E из области с большей диэлектрической проницаемостью в область с меньшей диэлектрической проницаемостью по отношению к положительным зарядам.
Если ε1 > ε2, то величина указанного давления (силы, приходящейся на единицу площади поверхности границы раздела) будет определяться выражением (Томм И.Е. Основы теории электричества, М., Л.: Гостехиздат, 1949, с. 156-163)

где εo - электрическая постоянная;
E - напряженность электрического поля.
Так как в воде всегда имеют место реакции типа:
2H2O ⇄ H3O+ + OH-,
то на ион гидроксония H3O+ и ион гидроксила OH- в соответствующих областях будет действовать сила, определяемая из (I) следующим образом:

где S - площадь поверхности границы раздела.
Причем под действием этой силы ионы H3O+ и OH- будут перемещаться вместе со своими гидратными оболочками в двух взаимопротивоположных направлениях вектора E. Движение этих ионов образует токи с плотностью:

где g+ и g- - соответственно положительные и отрицательные заряды тока;
V+ и V- - соответственно скорости положительного и отрицательного ионов;
n+ и n- - соответственно концентрации положительных и отрицательных ионов.
Так как n+ = n- = n, а
то результирующая плотность тока будет:
j = j+ - j- = ng(V+ - V-), (5)
При этом в процессе движения на ионы H3O+ и OH- с их гидратными оболочками будет действовать еще и сила вязкого трения, которую в первом приближении примем равной стоксовской:
fст = 6πηrv, (6)
где η - коэффициент сдвиговой вязкости воды в порах бумаги,
r - радиус гидратной оболочки иона;
V - скорость движения гидратированного иона.
Из условия равенства сил (2) и (6) следует:

Подставив выражение для скорости из (7) в (5), получим

где r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила.
По определению

где dQ - заряд, пересекающий площадь S за время dt;
S - площадь поверхности, пересекаемая током (площадь границы областей с ε1 и ε2).
Из (8) и (9) следует:

Если левую и правую части уравнения (10) разделим на величину заряда иона g, то величина:

где dN - число ионов, пересекающих поверхность S за время dt.
Тогда:

Если левую и правую части уравнения (12) умножим на среднее число гидратации ионов (число молекул воды, образующих гидратную оболочку иона) m, то так как m = const

где d(mN)/dt - число молекул воды, переносимых из области с большей влажностью в область с меньшей влажностью за время dt.
Если K1 и K2 - объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности соответственно, то:

где t - время, в течение которого выравниваются концентрации 2-х соседних областей с разной влажностью;
R - объемная концентрация одной молекулы воды в объеме области с большей диэлектрической проницаемостью.
Из (13) и (14) следует:

Связь между диэлектрической проницаемостью и содержанием влаги в бумажном полотне описывается уравнением (Буров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества.- М.: Машиностроение, 1982, с. 22)
ε = exp[(1 - Ka)lnεб + Kalnεв], (16)
где ε - диэлектрическая проницаемость рассматриваемого участка бумажного полотна;
K - объемная доля воды;
a - эмпирический коэффициент, для бумаги 0,75;
εб - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
εв - диэлектрическая проницаемость воды.
Если в (15) подставить (16), получим:

При этом длина L пластин 1 выбирается такой, чтобы при скорости движения бумажного полотна V выполнялось условие:
L ≥ Vt, (18)
при котором обеспечивается выравнивание влажности по всему объему полотна, находящегося в электрическом поле в течение времени t.
Пример. Проводилась обработка бумажной ленты из газетного бумажного полотна длиной 2 м и шириной 0,4 м. Предварительно измерялась влажность ленты емкостным влагомером с точностью до ±0,1%. Получено изменение влажности в пределах до ±12%. Лента прогонялась со скоростью 0,001 м/с между двумя параллельными металлическими пластинами шириной 0,2 м и длиной 0,4 м. Одна металлическая пластина подсоединялась к положительной клемме высоковольтного источника постоянного напряжения, а одна -к отрицательной.
Время движения ленты между двумя пластинами со скоростью 0,001 м/с определялось из уравнения (17) и задавалась для данного конкретного случая равным 346 с.
После этого бумажное полотно снималось с барабанов и определялось емкостным влагомером изменение влажности полотна по ширине и длине, которое не превышало 2%, что в шесть раз меньше первоначального изменения влажности.
Формула изобретения: Способ изготовления бумаги, включающий отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку, отличающийся тем, что поверхностную обработку полотна ведут электрическим полем, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности полотна в течение отрезка времени, определяемого из зависимости

где η - динамический коэффициент сдвиговой вязкости;
К1 и К2 объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности;
R объемная доля молекул воды области, содержащей влагу;
m среднее число гидратации ионов;
n концентрация положительных или отрицательных ионов;
ε0 - электрическая постоянная;
Е напряженность электрического поля;
а эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75;
εб - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
εв - диэлектрическая проницаемость воды;
S площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги;
r+ радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- радиус гидратной оболочки иона гидроксила,
при этом протяженность поля вдоль направления движения полотна устанавливается из соотношения
L ≥ Vt,
где V скорость движения полотна.