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Sw-BKP, Hw-BKP, PVA 섬유의 배합비에 따른 수초지의 물성과 파괴인성의 변화
Mechanical Property Variations of Handsheets by Mixing Ratios of Sw-BKP, Hw-BKP, and PVA Fibers 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.47 no.4, 2015년, pp.60 - 65  

윤상구 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과) ,  박종문 (충북대학교 농업생명환경대학 임산공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to improve the strength of paper, mixing ratio of Sw-BKP and Hw-BKP and PVA (polyvinyl alcohol) fibers dosage were investigated. When the Sw-BKP fraction was increased, strength properties were increased because of average fibers length increased. When PVA fraction increased, paper strength...

주제어

#PVA fibers   #physical strength   #fracture toughness   #pulp fibers  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 파괴인성의 중요성이 인식되어 국제적으로도 최근 들어 ISO 표준으로 제정되었다.1) 파괴역학 개념을 종이에 적용하여 종이의 파괴인성을 다양한 재료와 비교하였다.2)
  • 9) 물풀림성의 경우 5 cm × 5 cm의 샘플을 20℃의 물 300mL를 넣은 비커를 마그네틱 스터러로 600 rpm에서 교반하여 완전히 분해되는 시간을 측정하였다.
  • Hounsfield社의 tensile test equipment를 이용하여 인장강도와 신장률(TAPPI standard T494 om-13)을 측정하였으며, MIT folding endurance tester를 이용하여 내절도(TAPPI standard T414 om-12)를 측정하였다. Gurley densometer를 이용하여 투기도(TAPPI standard T460 om-11)를 측정하였다. 파괴인성(fracture toughness)은 DEN(double-edged noted)시료를 이용, J-integral을 이용한 측정방법을 사용하였다.
  • PVA 섬유를 전건섬유 대비 0.3-1.2% 첨가하여 수초지를 제작한 후, 2.2.2와 같이 물성을 측정하여 PVA 합성 섬유 첨가량에 따른 물성을 비교, 분석하였다.9) 물풀림성의 경우 5 cm × 5 cm의 샘플을 20℃의 물 300mL를 넣은 비커를 마그네틱 스터러로 600 rpm에서 교반하여 완전히 분해되는 시간을 측정하였다.
  • 따라서 기존 제품의 생산원가를 절감하고 특성을 향상시키기 위한 방안으로, 원료 펄프의 최적 고해조건, Sw-BKP, Hw-BKP, PVA섬유의 혼합비율을 달리했을 때 수초지의 강도적 특성, 투명성, 열접착성 등을 분석하였다.
  • 그러나 PVA는 섬유간 결합을 향상시키면서도 섬유들 사이에 존재하는 비결합부분(Segment)이 벌크를 향상시키고 물풀림성이 증가하는 장점이 있다. 따라서 본 실험에서는 물풀림성을 염두에 두고 PVA로 강도, 파괴인성, 벌크, 물풀림성 등을 분석하였다.
  • 수초지를 TAPPI standard T402 sp-08에 의거하여 조습처리 한 후, 강도적 특성을 측정하였다. Hounsfield社의 tensile test equipment를 이용하여 인장강도와 신장률(TAPPI standard T494 om-13)을 측정하였으며, MIT folding endurance tester를 이용하여 내절도(TAPPI standard T414 om-12)를 측정하였다.
  • 펄프를 배합비에 맞춰 혼합하여 해리한 후 Valley beater를 이용하여, 450 mL C.S.F.까지 1.5% 농도로 고해한 후, 원형 수초지기를 이용하여 Sw-BKP와 Hw-BKP 배합비를 변화시켜주면서 평량 60 g/m2의 수초지를 제작하였다.

대상 데이터

  • 국내 제지회사 현장에서 사용하고 있는 일림스크(Il-imsk) 침엽수 표백크라프트 펄프(Sw-BKP)와 Acacia 활엽수 표백 크라프트 펄프(Hw-BKP)를 사용하였고, 국내 K사로부터 분양받은 PVA 섬유(PVA vinylon, OGCorp.)를 사용하였다.

이론/모형

  • 수초지를 TAPPI standard T402 sp-08에 의거하여 조습처리 한 후, 강도적 특성을 측정하였다. Hounsfield社의 tensile test equipment를 이용하여 인장강도와 신장률(TAPPI standard T494 om-13)을 측정하였으며, MIT folding endurance tester를 이용하여 내절도(TAPPI standard T414 om-12)를 측정하였다. Gurley densometer를 이용하여 투기도(TAPPI standard T460 om-11)를 측정하였다.
  • Gurley densometer를 이용하여 투기도(TAPPI standard T460 om-11)를 측정하였다. 파괴인성(fracture toughness)은 DEN(double-edged noted)시료를 이용, J-integral을 이용한 측정방법을 사용하였다.6-8) 시료의 fracture toughness는 다음 식을 이용하여 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파괴인성이 중요한 특성인 이유는? 파괴인성은 초지기 운전율 향상, 인쇄 공정 지절 감소 등을 위해 매우 중요한 특성이다. 파괴인성은 인위적인 결점을 시료에 만들어 잡아당길 때 견디는 정도를 나타내는 특성이다.
파괴인성이란? 파괴인성은 초지기 운전율 향상, 인쇄 공정 지절 감소 등을 위해 매우 중요한 특성이다. 파괴인성은 인위적인 결점을 시료에 만들어 잡아당길 때 견디는 정도를 나타내는 특성이다. 파괴인성의 중요성이 인식되어 국제적으로도 최근 들어 ISO 표준으로 제정되었다.
본 연구에서 인장강도와 TEA를 함께 고려하여 상관관계를 구하였지만 한계가 있었던 이유는? 파괴인성이 인장강도와 TEA(인장에너지 흡수도)와직선적인 비례관계에 있는지 분석하였으나, 인장강도와 TEA를 함께 고려하여 상관관계를 구하였지만 한계가 있었다. 이것은 파괴인성이 결점 선단에서 응력이 집중되고 지절이 진행하는 것이 동적(dynamic)인 특성 등 복잡한 현상이 포함되어 있기 때문이다.3)
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참고문헌 (9)

  1. ISO 17958, Paper and board - Determination of fracture toughness - constant rate of elongation method (1.7 mm/s) (2013). 

  2. Seth, R. S. and Page, D. H., Fracture resistance of paper, J. Materials Sci. 9:1745-1753 (1974). 

    상세보기 crossref

  3. Wanigaratne, D. M. S., Batchelor, W. J., and Parker, I. H, Comparison of fracture toughness of paper with tensile properties, Appita J. 55(5):369-385 (2002). 

    상세보기

  4. Lee, H. L., Lee, B. J., Shin, D. S., Lim, K. P., Seo, Y. B., Won, J. M., and Sohn, C. M., Paper Science, Gwangil munhwasa, pp. 406-407 (2000) (in Korean). 

  5. Sakurada, I., Polyvinyl Alcohol Fibers (Vol. 6), CRC Press, p. 15 (1985). 

  6. Youn, H. J. and Shin, D. S., Effect of beating and pressing on fracture toughness of paper, Journal of Korea TAPPI 32(4):1-9(2000). 

  7. Lee, J. H., Change of paper's physical and fracture mechanical properties depending on fibers properties, Master's Thesis, Chungbuk National University, Republic of Korea (2003). 

  8. Park, J. M., Study of Yield and Fracture of Paper, Ph. D. Thesis, State University of New York, USA (1993). 

  9. Shin, J. H., Sohn, C. M., and Ow, S. K., Effect of PVA fibers on paper properties (I): Relationship between water contents of wet web and fiber bonding, Journal of Korea TAPPI 27(4):7-15 (1995). 

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