Messungen - Übersicht -
Außer den in den Abschnitten 7.2 bis 7.4 bereits aufgeführten Basisgrößen (Di-cken, Flächenmassen, Auftragsmengen usw.) wurden an den Papieren bzw.
Strichen zahlreiche Messungen durchgeführt, die Tabelle 5 zusammenfasst.
Tabelle 5: Übersicht der durchgeführten Messungen
Bez. E-Module Dehnungen Porositäten Sonstiges Zugprüfung/ Striche, Labor wie oben wie oben wie oben
Gleichgewichts-feuchte Streichrohpapier wie oben wie oben wie oben -- Striche, modifiz. wie oben wie oben wie oben REM Im Folgenden werden die für die Modellrechnungen wichtigen Messdaten aus-zugsweise dargestellt.
9.1 Mes s ergebnis s e zu E -Modulen E-Module für
Striche bei Befeuchtung
Wie bereits für Rohpapiere bekannt (vgl. z.B. [22]), verringern sich die E-Module auch der Striche bei Befeuchtung meist sehr schnell. Für die Strichse-rien 4 und 5 wird das aus Abbildung 4 deutlich. Es ist aber auch zu sehen, dass die Striche je nach Rezeptur unterschiedliche Niveaus für den Trocken- bzw. Feuchtzustand haben, mithin durch ihre Rezepturen bezüglich der E-Module in gewissen Grenzen beeinflussbar sind. In der Abbildung sind schema-tisch die Verlaufskurven für die Serie 4 mit nur 1-fach-Strichen dargestellt.
Für das Dehnungsverhalten in der Druckmaschine ist auf jeden Fall ein mög-lichst geringer E-Modul nach Befeuchtung hilfreich.
Trotz des verringerten E-Moduls wirkt auch der Restanteil des feuchten Striches auf die Dehnung des Gesamtpapiers ein und muss im Dehnungsmodell be-rücksichtig werden.
Abbildung 4: Änderung der E-Module bei Befeuchtung für die 1-fach-Striche aus Serie 4.
E-Module für
Rohpapiere Für die in den kompletten Papieren enthaltenen Rohpapiere sind bezüglich der E-Module nur die für die kalandrierte Form wichtig. Typische Werte zeigt Tabel-le 6. Zusätzlich liegen Ergebnisse aus anderen Projekten vor (z.B. [22], [23]).
Tabelle 6: E-Module der kalandrierten Rohpapiere
Rohpapiere, E-Module kalandriert
Bezeichnung A100R A135R A170R B135R B170R
E-Modul (CD) 3280 3052 2771 2797 2524
E-Modul (MD) 5114 5151 4748 7020 5628
E-Module für die Striche der modi-fizierten Papiere
Die Bestimmung der E-Module der Striche zu den modifizierten Papieren erfolg-te aus den 2-Lagen-Proben. Die Messergebnisse zeigt Abbildung 5.
Abbildung 5: E-Module der Einzelstriche im Normklima (2%-Feuchte) und nach unterschiedlicher Befeuchtung. (V=Vorstrich, T=Topstrich)
E-Module für die zugehörigen Rohpapiere
Zur Einschätzung des Verhaltens der Papiere bei Befeuchtung wurden auch für die zugehörigen Rohpapiere die üblichen Messungen durchgeführt. Abbildung 6 zeigt den Abfall der E-Module für das ungestrichene Rohpapier in den
aus-E-Module bei Befeuchtung
gewählten Kalanderstufen (N und H) in CD. Der E-Modul fällt bei diesem spezi-ellen Papier nicht so schnell ab, wie bei anderen Papieren (hoher Anteil Naß-festmittel). Der erwartete Anstieg bei höherer Kalandrierung tritt für alle Feuch-te-Stufen ein. Für das Normklima wurde jeweils eine Gleichgewichtsfeuchte von 6% angenommen.
Die Einzelwerte der E-Module für die Striche und das Rohpapier gehen in die Modellrechnungen ein.
9.2 Mes s ergebnis s e zu Feuchtdehnung und Dehnungs koeffizienten Feuchtdehnung
der Striche Abbildung 7 zeigt typische Ergebnisse der Dehnungsmessungen anhand der Ergebnisse des Kamera-Messplatzes für die 2-Lagen-Proben (Strich auf Folie) für die Versuchsserie 2, d.h. konventionelle Striche basierend auf Kaolin (Clay) bzw. gemahlenem Calciumkarbonat (GCC). Je nach Strich-Auftragsgewicht (Bereich 20 - 80 g/m²) wurden verschiedene Feuchtemengen aufgebracht, um den praktisch relevanten Bereich < 30% Feuchteauftrag bzgl. der Striche abzu-decken. Es zeigt sich tendenziell eine zunehmende Dehnung mit steigender Feuchtemenge. Für einige Proben treten auch negative Werte auf. Bei kleine-ren Feuchtemengen treten z.T. stärkere Messwertschwankungen auf (hervor-gehobener Bereich). Zur Bestimmung der Dehnungskoeffizienten wurde daher der Bereich höherer Feuchteaufträge ausgewertet (nächster Abschnitt).
Die Ergebnisse der Dehnungsmessungen mit den eingesetzten Methoden (IGT-Gerät, Kamera-Dehnmessplatz) können hier nur auszugsweise wiedergegeben werden. Beide Methoden führen zu vergleichbaren Ergebnissen, gestatten aber den Auftrag unterschiedlicher Feuchtemengen: breiter Bereich bis 30 g/m² Abbildung 6: Abfall der E-Module bei Befeuchtung für die ungestrichenen
Papiere V5, Roh N, Roh H in CD.
Abbildung 7: Längenänderung der 2-Lagen-Proben aus Serie 2 abhängig von der prozentualen Feuchtemenge bzgl. Strich (Kameramessplatz)
Dehnungs-koeffizienten Die Bestimmung der Dehnungskoeffizienten der Striche erfolgte auf indirektem Wege durch Modellrechnungen anhand der Messwerte für die 2-Lagen-Proben (Modelle s. Abschnitt 11.2). Abbildung 8 zeigt die auf diese Weise ermittelten Dehnungskoeffizienten für unterschiedliche Striche. Die Werte liegen im Be-reich 0,00005 bis 0,00035 und sind damit deutlich kleiner als die Werte für Rohpapiere in CD-Richtung bzw. in der Größenordnung der Rohpapiere in MD-Richtung. Für die Striche der Serie 2 (konventionelle Striche) ergeben sich grö-ßere Werte als für die Serie 3 (Variation Binderanteil). Die Striche der modifi-zierten Papiere weisen je nach Rezeptur unterschiedliche Werte auf. Die jewei-ligen Dehnungskoeffizienten wurden als Modellparameter verwendet (s. 11.2).
Abbildung 8: Dehnungskoeffizienten für unterschiedliche Strichrezepturen aus den Serien 2 und 3 sowie für Striche der modifizierten Papiere Feuchtdehnung
Roh- und Kom-plettpapiere
Die Feuchtdehnungsmessung wurde weiterhin auch für Roh- und Komplett-papiere eingesetzt. Abbildung 9 zeigt Resultate für die modifizierten Papiere und deren Rohpapiere. Für Rohpapiere können die Dehnungskoeffizienten un-mittelbar abgeleitet werden. Diese Werte liegen im Bereich der
Literaturanga--0,1
Feuchteänderung (bez. auf Strich), %
Längenänderung , %
Serie 2 Serie 3 mod. Papiere
ben (ca. 0,1 % Dehnung je % Feuchteänderung in CD-Richtung und deutlich geringere Werte in MD-Richtung). Eine stärkere Kalandrierung (Roh H gegen-über Roh N) führte tendenziell zu größeren Dehnungen, dies wurde auch durch weitere Messungen bestätigt. Erklärt werden kann dies dadurch, dass infolge der Kalandrierung eine Blattverdichtung auftritt, wodurch sich der Spielraum für eine Ausdehnung in Faserzwischenräumen verringert und Feuchteänderungen zu größeren Dehnungen führen. Die Labormethodik ist außerdem geeignet, die feuchtebedingte Dehnung von Komplettpapieren bei einem definierten Feuch-teauftrag zu bewerten. Dies liefert wichtige Vergleichswerte, da bei den Druck-versuchen die aufgetragene Feuchtemenge i.d.R. nicht genau bekannt ist. Es zeigen sich wiederum Unterschiede in CD- bzw. Richtung und für die MD-Richtung auch eine deutliche Differenzierung der Varianten.
Abbildung 9: Ergebnisse der Dehnungsmessungen für Roh- (grau) und Komplett-papiere (blau) links in CD- und rechts in MD-Richtung (IGT-Gerät, Feuchteauftrag im Bereich 2,5 - 4 g/m²)
9.3 Mes s ergebnis s e zur Poros imetrie Typische
Porositätsdaten Die folgende Abbildung 10 zeigt die Porositätswerte der betrachteten Praxis-papiere (RohPraxis-papiere zu A100 bis B170) und einiger der untersuchten Laborstri-che. Der linke Teil betrifft die Praxisproben, der mittlere die Proben der Strichse-rien 2 und 3, der rechte Teil die Proben der SeStrichse-rien 4 und 5.
Zahlreiche Einzelheiten zu den Porositätsmessungen können hier leider nicht dargestellt werden.
RohH CDD1N CDD2N CDD3H CDD4N CDD4H CDD5N CD
Dehnung in % / % Feuchteänderung
CD-Richtung
Dehnung in % / % Feuchteänderung
MD-Richtung
Abbildung 10: Porositätswerte der Striche für Praxispapiere und Laborproben.
Porositäten für kalandrierte Basispapiere
Zur Abschätzung der Flüssigkeitsaufnahmemenge in den einzelnen Papier-schichten ist es wichtig, auch die Porositätswerte der Basispapiere zu kennen.
Da diese aber nur unkalandriert vorliegen, müssen die Porositäten der im End-zustand kalandrierten Papiere wieder berechnet werden. Das Vorgehen hierzu ist etwas komplizierter und nur in internen PTS-Unterlagen beschrieben.
Ergebnisse zu den Porositäten für kalandrierte Basispapiere
Einige Ergebnisse aus den erforderlichen Berechnungen zeigt Tabelle 7.
Tabelle 7: Porositätswerte für unkalandrierte und kalandrierte Basispapiere (Spalte 2=gemessene Werte, Spalte 4=berechnete Werte)
Porosität Umrechn. Porosität Probe in % Faktor berechnet in %
Für die auf der Vestra-Anlage hergestellten modifizierten Papiere mussten ebenfalls die für die Modellrechnungen wichtigen Porositäten ermittelt werden.
Für die Porositäten der Einzelstriche, ermittelt aus 2-Lagen-Proben, ergaben sich Messwerte gemäß Abbildung 11.
Der erwartete Anstieg der Porosität von D1N zu D3N wurde bestätigt.
0
Porositäten für Labor- und Praxisstriche
9.4 S ons tige Mes s ergebnis s e
Übersicht In Ergänzung zu den o. g. wesentlichen Messungen wurden folgende Analysen durchgeführt.
• REM-Messungen der Querschnitte der gestrichenen Papiere zur Ermittlung der realen Strichdicken und der Dicken der kalandrierten Basispapiere. Die Ergebnisse sind in die Berechnungen der E-Module und Dehnungskoeffi-zienten eingeflossen.
• Messungen der Gleichgewichtsfeuchten (GG-Feuchten) der Striche zur Feststellung der Strichfeuchten in den interessierenden Klimabereichen.
• Messungen zu Befeuchtungsmengen und der anschließenden Trocknungs-prozesse.
• Messungen zu Penetrationsvorgängen mittels Kamera.