Учёные Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) совместно с учёными Белорусского государственного технологического университета (БГТУ) разработали метод получения 3D-модели микроструктуры волокон для цифрового анализа свойств бумаги и картона.
Такая модель позволяет оценить более десяти параметров, которые влияют на качество целлюлозосодержащего материала. Это первый цифровой метод оценки качества бумаг и картонов, характеристики которых сейчас тестируются с помощью специального оборудования.
Однако традиционные методы проведения подобных исследований дорогостоящие, они доступны не каждому предприятию и не позволяют оперативно обрабатывать результаты.
Как утверждают разработчики, новый метод может быть использован на любом производстве и даст возможность одномоментно провести комплексную оценку качества бумаг и картонов.
«Совместно с Республикой Беларусь мы получили грант на разработку метода создания 3D-микроструктуры бумаги. В его основу легли наши исследования по получению 2D-микроструктуры волокна. Белорусские коллеги ранее успешно использовали растровые компьютерные программы для анализа микроструктуры на поверхности.
Их метод оказался быстрым, однако неточным. Мы же работали с векторными программами. Наш метод был точнее, но занимал много времени на обработку данных. Мы объединили усилия, чтобы получить сначала 2D-, а теперь и 3D-микроструктуру бумаги, которая предоставляет ещё больше данных о характеристиках и составе материала», — комментирует один из авторов разработки, заведующий кафедрой инженерной графики и автоматизированного проектирования СПбГУПТД Николай Мидуков.
Полученная коллективом ученых 3D-микроструктура целлюлозного материала предоставляет данные о таких важных показателях, как его пористость, шероховатость, объём волокон, равномерность распределения волокон и формования.
Например, от пористости зависит впитывающая способность, а равномерность формования влияет на однородность толщины материала. Обнаруженные дефекты в микроструктуре, позволят бумагоделательному предприятию внести изменения на конкретном этапе производства.
Кроме того, 3D-микроструктура помогает дифференцировать целлюлозосодержащий материал по элементному составу, который также сказывается на его характеристиках. Например, мел влияет на белизну и физико-механические свойства бумаги и картона: если его в составе композиции много, и он неравномерно распределён, то материал теряет прочность.
«Для получения 3D-микроструктуры материала сначала с помощью ионной резки создаём качественный поперечный срез, что позволяет изучать не только поверхность, но и микроструктуру поперечного среза бумаги или картона.
А чтобы в итоге получить волокно в объёме, мы делаем серию таких срезов с известным шагом. Далее с помощью программы для трёхмерного проектирования из фотографий поперечных срезов создаем 3D-модель микроструктуры волокна. Мы планируем построить такие 3D-модели для разных видов материала — от офисной бумаги до упаковочного картона», — о технологии рассказывает Николай Мидуков.
Утверждается, что данный цифровой метод оценки параметров бумаг и картонов смогут использовать предприятия ЦБП для быстрого и эффективного анализа свойств и состава выпускаемой ими продукции.
