Процесс фракционирования представляет собой принудительное разделение волокнистого полуфабриката или буммассы на фракции различных классов длины волокна.
Этот процесс представляет собой некий дополнительный инструмент, необходимый для анализа свойств волокон и как метод, позволяющий моделировать определенные технологические операции. Известно также, что на результаты фракционирования могут влиять такие характеристики древесных волокон как, например, длина клеточной стенки, её ширина и толщина, а также на фракционный состав, а также грубость, извитость, как на фактор формы, поврежденность и на другие характеристики. Поэтому изучение фракционирования важно проводить совместно с оценкой структурно-морфологических характеристик волокон. Исследование фракционирования проведено в лабораторных условиях, где было применено использование образцов полуфабрикатов и бумажной массы, которые были отобраны из технологического потока КДМ, выпускающей флютинг. Процесс фракционирования проводился с помощью четырехступенчатого лабораторного классификатора, или фракционатора, волокна системы Bauer McNett.
Основной задачей работы было оценить распределение волокна в приведенных образцах между четырьмя фракциями, а также необходимо было получить данные о структурно-морфологических свойствах волокон отдельных фракций, используя анализатор Fiber Tester. Еще одной задачей являлась оценка основных физикомеханических показателей лабораторных образцов флютинга. Для того, чтобы получить воспроизводимые результаты процесс фракционирования производился не менее пяти раз.
Установлено было, что то, что касается сульфатной хвойной ЦВВ, то основная часть волокна оседает на сетках фракционатора № 16 и 30 (77,6%). Общий промой волокна (мельштоф) составляет порядка 6 %. Преимущественная часть волокон ПЦ поступает сквозь сетки фракционатора № 16, 30 и 50, а затем осаждается на самой мелкой сетке № 100 (73,7 %). Доля мельштофа при этом может доходить до 12 %.
Процесс фракционирования тем самым позволяет выделять различные массовые фракции, свойства которых определяют изменение полуфабрикатов при размоле и влияют преимущественно на показатели жесткости и прочности производимой продукции.
Для смеси полуфабрикатов, прошедших размол, характер распределения волокон по размерам отличается от исходных волокон. Так, например, установлено, что основной объем волокон бумажной массы остается при процессе фракционировании на сетках № 30 и 50. Этот показатель при этом не зависит от количества ступеней размола. Соотношение более крупных и более мелких волокон, а также количество мельштофа примерно равно. В целом же стоит обратить внимание, что с помощью лабораторного фракционатора можно получать образцы волокон, которые будут иметь существенные отличающиеся свойства. Так, например, из исходной сульфатной ЦВВ были выделены фракции волокон со средней длиной от 3,42 мм (сетка № 16) до 1,22 мм (сетка № 100). Можно при этом заметить ковариантное изменение средней ширины волокон и изменение их грубости, а также накопление числа дефектов при переходе от крупной фракции к самой мелкой. Подобное распределение основных структурно-морфологических характеристик установлено и для волокон ПЦ.
Вполне понятно, что более крупная фракция, которая остается на сетке № 16 в фракционаторе – это, прежде всего, волокна сульфатной ЦВВ, средняя длина которых и средняя ширина, а также фактор формы и другие показатели практически одинаковы со значениями для аналогичной фракции исходного полуфабриката. Свойства волокон при этом самой мелкой фракции с сетки № 100 ближе к соответствующим значениям ПЦ.
Так основанной объем композиции бумаги для гофрирования находится во фракциях, отбираемых с сеток № 30 и 50. Структурно-морфологические характеристики данных фракций занимают промежуточное положение между соответствующими фракциями отдельных полуфабрикатов.
Установлено также, что в случае добавки к бумажной массе бумаги для гофрирования уже 2% волокон мелкой фракции происходит рост всех физико-механических показателей. А в случае увеличения добавки до 4-6 % это положительно повлияет на прочность и на жесткость образцов флютинга. Максимальный эффект наблюдается при более высокой исходной ступени помола для ССТ (прирост 68 %), сопротивления продавливанию (20 %) и СМТ (12 %).
Использование фракционирования, таким образом, совместно с определением структурно-морфологических и физико-механических характеристик на образцах полуфабрикатов и бумажной массы для флютинга позволяет получать такие выводы.
При получении новых данные о физико-механических характеристиках различных фракций волокон полуфабрикатов и бумажной массы в сравнении с не фракционированными образцами было выявлено, что волокна фракций ЦВВ, которые имеют наибольшую долю, вполне уступают по своему уровню физико-механическим свойствам исходного полуфабриката, а волокна, у которых наиболее весомая фракция ПЦ, обладают более высокими значениями характеристик лабораторных образцов. Низкие значения качества волокон отдельных фракций бумажной массы, которые были подвергнуты размолу, по сравнению с композицией, могут быть вызваны из-за накопления самого мелкого волокна («мельштофа») и его последующим удалением при лабораторном фракционировании.
При добавлении в композицию размолотой массы бумаги для гофрирования 2-6 % мелкой фракции волокон позволяет повысить все физико-механические характеристики практически без влияния на прирост степени помола волокна. Данный эффект имеет тенденцию усиливаться при увеличении степени помола исходной массы, а также служит подтверждением возможного и необходимого возврата мелкого волокна в технологический поток предприятия в случае установки системы локальной очистки для избыточной оборотной воды.