Massa- och pappersindustrin i Sverige stod för 51 % av den svenska industrisektorns totala energianvändning år 2015. Det gör det extra viktigt för svenska massa- och pappersbruk att dokumentera sin energianvändning med jämna mellanrum för att identifiera var och hur energin används, en så kallad energikartläggning. På så vis kan brister i systemet identifieras och eventuella åtgärder sedan tas fram. Denna studie utfördes på Katrinefors bruk som är placerat i Mariestad och är ett av tre mjukpappersbruk som koncernen Metsä Group har i Sverige. På Katrinefors bruk används både returfibrer och nya träfibrer för att producera mjukpapper i form av bland annat toalett- och hushållspapper. En energikartläggning av Katrinefors bruk utfördes där brukets totala energianvändning år 2015 identifierades genom att analysera Excel dokument som bruket använder för att dokumentera sin energianvändning. Vidare studerades värmeåtervinningen av den våta luften från en av pappersmaskinernas yankeekåpa för att ta reda på om ytterligare energi skulle kunna hämtas ur en av värmeväxlarna för användning i uppvärmningssystemet. Massbalanser över yankeekåpan ställdes upp för att identifiera massflödet av luft och luftens vatteninnehåll. Energi- och massbalanser tillsammans med temperaturmätningar användes för att identifiera energiinnehållet i luften vid olika steg i värmeåtervinningsprocessen. Beräkningar utfördes för hur mycket vatten som skulle krävas för att befukta luften till mättat tillstånd. Det antogs att om luften gjordes mättad på vatten skulle kondensationen öka i efterliggande värmeväxlare och på så vis skulle värmeöverföringen också öka. Energikartläggningen visade att pappersmaskinerna och avsvärtningsanläggningen var brukets stora energianvändare. Energikartläggningen visar också att förbättringar gällande energianvändningen på bruket utförts sedan 2010 med en stadigt minskande energianvändning per ton producerat papper per år. Resultaten från beräkningarna gällande värmeåtervinningen visar att energiinnehållet i luften skulle räcka för att täcka uppvärmningen av samtliga byggnader. Resultaten visar dock också att värmeväxlaren som studerades troligtvis inte är tillräckligt stor utan den skulle behöva kompletteras eller bytas mot en ny värmeväxlare. Åtgärderna framtagna i denna studie skulle fortfarande vara möjliga att implementera utan att komplettera eller byta ut den befintliga värmeväxlaren. Då krävs en fortsatt studie som undersöker värmebehovet byggnad för byggnad för att ta reda på om en del av den totala uppvärmningen skulle kunna täckas av de åtgärder som presenteras i denna studie. / The pulp and paper industry in Sweden accounted for 51% of the Swedish industrial sector's total energy consumption in 2015. This makes it particularly important for the Swedish pulp and paper industries to document their energy on a regular basis to identify where and how energy is used, a so-called energy audit. This allows for the weaknesses in the system to be identified and measures to fix them can then be developed. This study was performed on Katrinefors mill, which is located in Mariestad and is one of three tissue mill that the group Metsä Group has in Sweden. Katrinefors mill uses both recycled fiber and virgin wood fibers to produce tissue paper in the form of toilet paper and paper towels among others. An energy audit on Katrinefors mill was performed where the mill's total energy consumption in 2015 was identified by analyzing Excel documents used by the mill to document their energy usage. The heat recovery system for the wet air from one of the paper machines Yankee hoods was also studied to see if additional energy could be extracted from one of the heat exchangers for use in the heating system. The mass flow of air and water through the Yankee hood was calculated using mass balances. The energy content in the air at different positions in the heat recovery system was established using energy- and mass balance calculations together with dry- and wet bulb temperature measurements. Calculations were performed for the amount of water that would be required to humidify the air to a saturated state. It was assumed that if the air were to be saturated that the heat transfer in the heat exchanger would increase due to a higher rate of condensation. The energy audit showed that the paper machines and deinking plant was the mill's largest energy users. It also showed that the improvements made at the mill since 2010 have led to a steadily declining energy usage per ton of paper produced per year. The results of the calculations regarding the heat recovery shows that the energy content of the air would suffice to cover the heating of all buildings that otherwise would rely on steam. The results show, however, that the heat exchanger studied probably is not big enough and that it would need to be supplemented or replaced by a new heat exchanger. The actions developed in this study could still be possible to implement without supplementing or replacing the existing heat exchanger. This requires a further study investigating the heating requirements for the each building individually to see if a portion of the total heating could be covered by the measures presented in this study.

Tissue-pappersmarknaden växer fort och är konkurrenskraftig, det finns i dagsläget intresse att producera ett papper med hög mjukhet till ett lägre pris. Vid tissue-papper produktionen står fibrerna för en stor andel av den totala kostnaden, därför finns det en efterfrågan att kunna minska materialkostnaderna. Barrveden ger främst styrka till tissue-pappret och lövveden bidrar med mjukhet till pappret. Tissue-papper tillverkas vid låga ytvikter, därför fokuserade studien på de mekaniska egenskaperna vid lägre ytvikter. Tidigare forskning har påvisat att mekaniska egenskaperna minskar kraftig vid lägre ytvikter [5]. Att jämföra löv-och barrvedsmassor för att erhålla information om fiberegenskaper och mekaniska egenskaper är därför intressant, speciellt vid lägre ytvikter. I denna studie har de mekaniska egenskaperna testats på ark som tillverkats i Innventias massaprovningslabb, för att se hur egenskaperna ändras med ändrad ytvikt och hur olika massatyper skiljer sig. Relationer mellan barr-och lövvedsmassorna kommer uppmärksammas och trender åskådliggöras. Studien delades upp i tre tester. Första testet var utvärdering av finmaterialretentionen med slutet bakvatten vid arkning, vilket utfördes för att veta när finmaterialhalten i bakvattnet nått jämvikt. Andra testet var utvärdering av massor och mekaniska egenskaper. Ark tillverkades av 3 barrvedsmassor och 3 lövvedsmassor med olika ursprung och fiberegenskaper. De mekaniska egenskaperna testades i dragprovare, Ball Burst Strength och fibrerna karaktäriserades i fibertester. Tester för att erhålla avvattningsegenskaper och fibersvällningsgrad utfördes även i massaprovningslabbet. Det tredje testet var utvärdering av björkmassa vid olika malningsnivåer. Testet utfördes på en björkmassa som malts vid 3 olika malningsnivåer (50, 100, 150 kWh/ton), för att undersöka malningens inverkan och om malningen kunde optimeras. Testerna på massorna var precis som i det andra testet. Finmaterialretentionen i första testet nådde en jämvikt vid ungefär 4 – 6 tillverkade ark och då visade de mekaniska egenskaperna stabila värden. Finmaterialuppbyggnaden fortsattes därför med 10 labark i resterande försök för att säkerställa att finmaterialjämvikt nås. De mekaniska egenskaperna i test 2 var högst för barrvedsarken och de relativa skillnaderna mellan olika råvaror var tydliga för barrvedsarken, även vid lägre ytvikter. Lövvedarkens relativa skillnader var svåra att tyda vid lägre ytvikter, över 30 g/m2 kunde skillnader ses. Lövvedarkens mekaniska egenskaper nådde ett maximum vid 30 g/m2 därefter nådde alla mekaniska egenskaper en platå, medan ingen platå kunde identifieras hos barrveden. Barrvedsarken når förmodligen ett maximum efter 60 g/m2. De massor som erhöll högst mekaniska egenskaper var de med långa och flexibla fibrer, medan de med korta och styva fibrer fick lägre mekaniska egenskaper. Ball Burst-styrkorna var generellt sett högre hos barrvedsarken, vilket berodde på barrvedens längre fibrer. De malda björkmassorna erhöll högre mekaniska egenskaper än både barr-och lövvedsarken, vilket berodde på den ökade bindningsgraden som uppstått. Malda massornas egenskaper ökade kraftigt vid den första malningsgraden (50 kWh/ton) för att sedan avta. Ju längre malningen fortgår desto sämre blir bulken och mjukheten hos pappret [1]. En högre malning än 100 kWh/ton ansågs därför onödig eftersom avvattningsegenskaperna försämrades och ingen markant skillnad i mekaniska egenskaper erhölls. Ett optimum för malningen verkade finnas mellan 0 – 100 kWh/ton. / The tissue paper market is growing fast and is very competitive. The interest right now is to produce a paper with high softness at a lower cost. During the production of tissue paper the fibers stands for a large portion of the total cost, therefore there is a demand to reduce the material costs. Softwood mainly provides with strength to the tissue paper whilst hardwood contributes with softness to the paper. Tissue paper is manufactured at a low grammage, therefore the study is focusing on the mechanical properties at lower grammages. Previous research has shown that the mechanical properties decrease rapidly at lower basis weight. To compare hardwood and softwood pulps to obtain information on the fiber properties and mechanical properties is therefore interesting, especially at lower basis weights. In this study the mechanical properties has been tested on sheets that was manufactured at Innventias pulp testing lab, to see how the properties change with modified basis weight and when pulp types differs. Relations between hardwood and softwood pulps were recognized and trends were illustrated. The study was divided into three tests. The first test was to evaluate the fines retention in a closed white water system with recirculation, whilst making sheets. The evaluation was performed in order to know when the fines reached equilibrium in the system. The second test was the evaluation of different pulps and mechanical properties. The sheets were made with 3 softwood pulps and 3 hardwood pulps, all the pulps had different origin and fiber properties. The mechanical properties were tested in a tensile tester, Ball Burst Strength and the fiber characterization was performed in a fibertester. There were also tests to obtain the dewatering and fiber swelling properties. The third test was the evaluation of birch pulp at different refining levels. The test was conducted on a birch pulp which had 3 different refining levels (50, 100, 150 kWh/ton), to investigate the effect of the refining and if the refining process could be optimized. The paper testing and characterization was exactly as the second test. The fines retention in the first test reached equilibrium at 4 – 6 sheets and the mechanical properties showed stable values after the equilibrium was reached. The fines retention process was therefore decided to be made with 10 laboratory sheets to ensure that the fines reached equilibrium. The mechanical properties in test 2 were highest for the softwood sheets and the relative changes between various pulps were clear, even at lower basis weight. The hardwoods relative changes were hard to decipher at lower basis weights, differences could be seen at grammages higher than 30 g/m2. The hardwood sheets mechanical properties reached a maximum at 30 g/m2, followed by a plateau, whilst no plateau was identified for the softwood sheets. The softwood sheets probably reach a maximum after 60 g/m2. The pulps that obtained highest mechanical properties were those with long and flexible fibers, whilst those with shorter and stiffer fibers had lower mechanical properties. Ball Burst Strength was generally higher for the softwood sheets, due to the long fibers that the softwood had. The refined birch pulps received higher mechanical properties than the unrefined hardwood and softwood pulps, due to the increased degree of bonding that has occurred in the sheets. The refined pulps properties increased vigorously at the first refining degree (50 kWh/ton) and then decreased. The longer the refining proceeds, the worse the paper bulk and softness become [2]. A higher refining than 100 kWh/ton was considered unnecessary as the dewatering properties became worse and no significant difference was received in mechanical properties. An optimum for the refining process seemed to be in the interval 0 – 100 kWh/ton.

Idag ställs stora krav på företag att vara miljömedvetna och resurseffektiva i sin verksamhet. Vid mjukpapperstillverkning används stora energimängder och inom industrin har det under många år funnits en strävan att energieffektivisera processer och att tillvarata spillenergi, bland annat genom värmeåtervinning. Valmet Tissue Technology Center i Karlstad har idag en pilotmaskinen utan värmeåtervinningssystem. Den här undersökningen gjordes i syfte att ta reda på hur stor återvinningspotentialen är för värmeväxling i pilotmaskinens torkpartier, bestående av Yankeekåpan och TAD-cylindrarna. Tre maskinkoncept undersöktes: DCT®, NTT™ och TAD. Entalpi och effekt i utgående torkluft bestämdes utifrån dess massflöde, temperatur och fukthalt för respektive koncept och torkparti. För att beräkna återvinningspotential i luftflödena undersöktes effektbehov för avsättningsalternativ bestående av förvärmning av förbränningsluft och make-up air, uppvärmning av radiatorvatten samt ånggenerering med Waste Heat Steam Generator. Effekt- och energimässig återvinningspotential beräknades dels teoretiskt och dels reellt med simuleringsprogram för befintliga produkter. Ekonomisk besparing från minskad energianvändning samt investeringskostnad för respektive avsättningsalternativ och torkparti beräknades. Paybacktid användes som mått på ekonomisk lönsamhet. Utöver ovanstående undersöktes om det finns ett samband mellan aktivitet på pilotmaskinen och effekttopparna för fjärrvärmeanvändning i den aktuella byggnaden. Störst entalpi har utgående torkluftsflöden från Yankeekåpan vid DCT-körning följt av NTT-körning. Den största effektmässiga återvinningspotentialen för luftförvärmning finns i TAD-cylinder 1 men betydande tryckfall uppstår i värmeväxlaren på grund av stora luftflöden. Waste Heat Steam Generator kan inte användas ihop med pilotmaskinen på grund av för låg entalpi och effekt i utgående torkluft. Generellt är den reella återvinningspotentialen vid luftförvärmning mindre än den teoretiskt beräknade. Totalt innebär värmeväxling från Yankeekåpan den största årliga energibesparingen vid luftförvärmning. Reell energibesparing vid luftförvärmning i Yankeekåpan är 55 MWh per år vilket motsvarar 4 300 kg gasol. För uppvärmning av radiatorvatten finns den största effekt- och energimässiga återvinningspotentialen vid värmeväxling i Yankeekåpan under DCT-körning följt av NTT-körning. TAD-körning innebär en mindre återvinningspotential vid värmeväxling både i Yankeekåpan och TAD-cylindrarna. Totalt innebär värmeväxling från Yankeekåpan den största årliga energibesparingen vid uppvärmning av radiatorvatten. Reell energibesparing vid uppvärmning av radiatorvatten med torkluft från Yankeekåpan är 153 MWh fjärrvärme per år. Årlig kostnadsbesparing vid luftförvärmning är 43 000 SEK och vid uppvärmning av radiatorvatten 63 400 SEK. Paybacktid för investering i luftförvärmning är 2,6 år och för uppvärmning av radiatorvatten 4,4 år. Ett samband mellan att pilotmaskinen körs och hög fjärrvärmeförbrukning finns, dock är det rutinförändringar kring lokalventilering under körning som främst kan bidra till att sänka de högsta effekttopparna. / There are great demands on industrial companies today to be environmentally responsible and resource-efficient. Within the paper and tissue industry a lot of energy is being used in the processes and since many years there’s been a development towards a more efficient energy use, for example by recovery of waste heat. Valmet Tissue Technology Center in Karlstad, Sweden, has a pilot tissue machine without a waste heat recovery system. This thesis was carried out to investigate the waste heat recovery potential of the pilot machine’s drying sections, being the Yankee hood and TAD cylinders. Three different concepts of the machine were studied: DCT®, NTT™ and TAD. The enthalpy and heat flows of the exhaust air from the drying sections were calculated by the air’s mass flow, temperature and humidity. To calculate the heat recovery potential the heat demand for pre-heating combustion and make-up air, heating radiator water and generating steam by using a Waste Heat Steam Generator was investigated. The heat recovery potential was calculated theoretically but also simulated using programs for real heat exchangers. Economic savings from reduced energy use and investment costs was used to calculate the payback time for each investment alternative. As a separate task the maximum district heating loads in the facility of the pilot machine was cross checked with the pilot machine activity, to clarify any relationship between them. The largest enthalpy was found to be in the exhaust air from the Yankee hood when running the DCT concept followed by the NTT concept. However, the largest heat flow is in the exhaust air from the first TAD cylinder. The air from the first TAD cylinder meant the largest heat recovery potential but caused big pressure drops in the heat exchanger. The Waste Heat Steam Generator cannot be used together with the pilot machine due to too low enthalpy and heat flow in the exhaust air from the drying sections. In general the real heat recovery potential when pre-heating combustion and make-up air is smaller than the theoretical potential. In total, heat exchange using exhaust air from the Yankee hood means the largest energy saving when pre-heating air. The real energy saving when pre-heating air using outgoing air from the Yankee hood is 55 MWh per year, meaning 4 300 kg of propane. The largest potential for heating radiator water occurs when using exhaust air from the Yankee hood when running the DCT concept followed by the NTT concept. The TAD concept means smaller heat recovery potential regardless of air from the Yankee hood or TAD cylinders is being used. In total, heat exchange using outgoing air from the Yankee hood means the largest yearly energy saving when heating radiator water, the real energy saving in district heating being 153 MWh per year. The economic saving when pre-heating air is 43 000 SEK per year and when heating radiator water 63 400 SEK per year. The payback time when investing in pre-heating air is 2,6 years and when heating radiator water 4,4 years. A relationship between running the pilot machine and big loads of district heating use can be seen. However, changing the routines of ventilation in the machine hall during trial days would probably be the easiest way to reduce the maximum loads.

Rexcell Tissue & Airlaid AB is a producer of paper products such as coloured tissue, where it is important to manufacture a product that does not release any colour during usage. To prevent colour bleeding, a fixative is added during the paper dyeing process. However, excessive fixative can cause issues to the papermaking process due to its charge. Currently, charge measurements on the water flow are used to detect fixative overdose, but a more precise method is desired. This study explores using FTIR spectroscopy and existing charge measurements (PCD and Z-potential) to analyse process water for different dye types (Red, Black, Green). The ATR-FTIR technique shows that fixative is detectable only at higher concentrations than present in the water. By reducing the process water to measurable fixative levels, concentration determination is possible using IR peaks associated with the amine bond. Comparing concentration values with charge values, a good agreement is observed for two dye types, but the green whitewater shows discrepancies. This could be due to the charged dye molecules influencing the fixative spectrum, affecting concentration determination. The study suggests using an ATR crystal allowing multiple reflections to enhance the fixative signal for accurate concentration measurement. Further investigation is needed to understand the impact of coloured molecules on fixative properties and the FTIR spectrum. In summary, it is feasible to determine fixative concentration in whitewater using FTIR-ATR, but refining the methodology is essential for reliable results

Tissue paper is a type of soft, absorbent, and lightweight paper with several applications for hygiene and kitchen use. Embossing is an operation during the converting stage of the tissue production process which creates relief designs on tissue. Other than producing designs for aesthetic purposes, embossing increases bulk which improves absorbency and softness but reduces mechanical strength and stiffness. A computational model using the finite element method is developed to simulate the embossing of tissue paper. A tool for fitting an appropriate material model for tissue to its experimental test data is implemented. The material model is subjected to a verification test and it works sufficiently well to model the in-plane elastic and plastic anisotropic behavior of tissue. Two validation tests are conducted to check the embossing model against experimental test data where it is observed that the model works well. Firstly, it provides an idea about the amount of pressure required to be applied during loading to reach a certain embossing level. Secondly, it predicts the tensile strength of embossed tissue sheets although it provides a slight underestimate. Potential reasons for the shortcomings in the tensile strength are suggested and recommendations for further improving the model are provided. Lastly, parametric studies are conducted to investigate the influence of embossing pattern geometry on the mechanical performance of embossed tissue.  After passing the verification and validation stages, the model is ready to serve as a convenient, less time-consuming, and cost-effective alternative to experimental testing to study the embossing process. It can also be used as a tool to examine the effect of one or more model parameters on embossing by simply changing them and studying the new results. / Mjukpapper är ett mjukt och absorberande papper med låg ytvikt för hygien- och köksändamål. Prägling är en operation under konverteringsstadiet av produktionsprocessen som skapar reliefmönster på mjukpapperet. Förutom att skapa mönster för estetiska ändamål, ökar präglingen bulken som förbättrar absorptionskapacitet och mjukhet men den minskar mekanisk styrka och styvhet.En beräkningsmodell med finita element-metoden utvecklas för att simulera prägling av mjukpapper och ett verktyg för att koppla en lämplig materialmodell för mjukpapper till dess experimentella testdata implementeras. Materialmodellen genomgår ett verifieringstest och det fungerar tillräckligt bra för att modellera det elastisk-plastiska anisotropiska beteendet hos mjukpapper i planet. Två valideringstester utförs för att kontrollera präglingsmodellen mot experimentella testdata där det observeras att modellen fungerar bra. För det första ger den en uppfattning om mängden tryck som behöver appliceras för att nå en viss präglingsnivå. För det andra förutspår den draghållfastheten hos präglade mjukpappersark även om det ger en liten underskattning. Potentiella orsaker för bristerna i draghållfasthet föreslås och rekommendationer för ytterligare förbättringar av modellen ges. Slutligen genomförs parametriska studier för att undersöka påverkan av präglingsmönstergeometri på den mekaniska prestandan hos präglat mjukpapper. Efter att ha klarat verifierings- och valideringsstegen är modellen redo att fungera som ett lätthanterligt, mindre tidskrävande och mer kostnadseffektivt alternativ till experimentell testning för att studera präglingsprocessen. Det kan också användas som ett verktyg för att undersöka effekten av en eller flera modellparametrar på prägling genom att helt enkelt ändra dem och studera de nya resultaten.

Tissue paper is a common type of paper material and is used in a variety of products. For tissue paper, several properties are of interest, such as absorbency, softness, bulk and mechanical properties. Embossing is an operation used to apply a pattern on tissue paper. It is used to improve several properties, but is known to reduce mechanical properties. Currently, no models can predict the loss of strength due to embossing. In this report base tissue paper is embossed with two different embossing patterns and tensile tests are conducted with and without edge notches. The edge notch length was varied between 0 mm to 12 mm. From the experiment, a modified Linear Elastic Fracture Mechanics model was applied on both base tissue paper and embossed tissue paper tensile test results. The experimental procedure is described. In total, four different paper qualities were tested. Two that are designed for toilet paper and two that are designed for kitchen paper. The tissue sheets were embossed using 3D-printed plates and conducted in a laboratory environment. Tensile tests with edge-notch specimens were performed. The notch lengths tested were between 0 mm and 12 mm long. It was investigated if any trends of the parameters in the model could be noticed due to embossing. The model worked well for all base tissue qualities. The embossing reduces the material's tensile strength compared to the base material. With increasing embossing load, longer notches are needed to drop the tensile strength of the specimen. Some general trends were noted. However, the impact of the embossing was different for different paper qualities and the embossing pattern used. The most significant difference between plates was noted in specimens with high embossing load. With increasing embossing load, the edge-notch must also be longer to reduce tensile strength. The model parameters changed more for machine direction (MD) specimens than crossmachine direction (CD) specimens. / Mjukpapper är en vanlig typ av paper som används bland annat till toalettpapper och hushållspapper. För mjukpapper finns det flera egenskaper som är viktiga för en bra produkt. Hur bra mjukpapperet kan absorbera vätska, hur mjuk det är för användaren samt mekaniska egenskaper så som drag styrka. Prägling är en operation som görs på mjukpapper för att förbättra egenskaper, till exempel mjukhet, men på bekostnad av mekaniska egenskaper. För tillfället finns det inga modeller som kan förutse förlusten i styrka på grund av präglingen. I den här rapporten beskrivs processen för att prägla mjukpapper med två olika präglings mönster i ett laboratorium klimat. Fyra olika mjukpappers kvalitéer präglades. Dragprov genomfördes på det präglade proverna med och utan kantspricka. Kantsprickans längd var som längst 12 mm. Från dragprovs resultaten tillämpades en modifierad linjärt elastisk brottmekanisk modell. Modellen fungerade bra för både icke präglat och präglat mjukpapper Parametrarna för modellen ändrades för präglade provbitar jämfört med icke präglade. Inverkan av prägling påverkades både av mjukpapperet sort och präglings mönstret som användes. Störst skillnad mellan präglingsmönster sågs vid hårt präglade provbitar. Präglade provbitar behövde längre kantsprickor för att förlora dragstyrka.

Tactile perception is considered an important contributor to the overall consumer experience of a product. However, what physical properties that create the specifics of tactile perception, are still not completely understood. This thesis has researched how many dimensions that are required to differentiate the surfaces perceptually, and then tried to explain these dimensions in terms of physical properties, by interconnecting human perception measurements with various physical measurements. The tactile perception was assessed by multidimensional scaling or magnitude estimation, in which methods human participants assign numbers to how similar pairs of surfaces are perceived or to the relative quantity of a specified perceptual attribute, such as softness, smoothness, coarseness and coolness. The role of friction and surface texture in tactile perception was investigated in particular detail, because typically tactile exploration involves moving (at least) one finger over a textured surface. A tactile approach for measuring friction was developed by means of moving a finger over the surfaces, mounted on a force sensor. The contribution of finger friction to tactile perception was investigated for surfaces of printing papers and tissue papers, as well as for model surfaces with controlled topography. The overarching research goal of this thesis was to study, systematically, the role of texture in tactile perception of surfaces. The model surfaces displayed a sinusoidal texture with a characteristic wavelength and amplitude, fabricated by surface wrinkling and replica molding techniques. A library of surfaces was manufactured, ranging in wavelengths from 270 nm up to 100 µm and in amplitudes from 7 nm up to 6 µm. These surfaces were rigid and cleanable and could therefore be reused among the participants. To my knowledge, this is the first time in a psychophysical experiment, that the surface texture has been controlled over several orders of magnitude in length scale, without simultaneously changing other material properties of the stimuli. The finger friction coefficient was found to decrease with increasing aspect ratio (amplitude/wavelength) of the model surfaces and also with increasing average surface roughness of the printing papers. Analytical modeling of the finger’s interaction with the model surfaces shows how the friction coefficient increases with the real contact area, and that the friction mechanism is the same on both the nanoscale and microscale. The same interaction mechanism also explains the friction characteristics of tissue paper. Furthermore, it was found that the perceptions of smoothness, coarseness, coolness and dryness are satisfactorily related to the real contact area at the finger-surface interface.  It is shown that it is possible to discern perceptually among both printing papers and tissue papers, and this differentiation is based on either two or three underlying dimensions. Rough/smooth and thin/thick were the two main dimensions of surface feel found for the printing papers, whereas friction and wavelength were strongly related to the perceptual cues employed in scaling the model surfaces. These experimental results support the duplex theory of texture perception, which holds that both a “spatial sense”; used to discriminate the roughest textures from the others, and a “vibration sense”; used to discriminate among the smoother textures, are involved. The perception of what is considered rough and smooth depends on the experimental stimulus context. It is concluded that friction is important for human differentiation of surface textures below about 10 µm in surface roughness, and for larger surface textures, friction is less important or can even be neglected. The finger friction experiments also allowed the following conclusions to be drawn: (i) The interindividual variation in friction coefficients is too large to allow direct comparison; however, the trends in relative friction coefficients for a group of participants are the same. (ii) Lipids are transferred to the test surface of study, and this lowers the friction. (iii) Many of the studies point to a characteristic frequency during sliding of about 30 Hz, which is both characteristic of the resonance frequency of skin and the expected frequency associated with the fingerprints. (iv) The applied load in surface interrogation is in fact regulated in response to the friction force. The limits in tactile perception were indirectly researched by similarity scaling experiments on the model surfaces. Wrinkle wavelengths of 760 nm and 870 nm could be discriminated from untextured reference surfaces, whereas 270 nm could not. The amplitude of the wrinkles so discriminated was approximately 10 nm, suggesting that nanotechnology may well have a role to play in haptics and tactile perception. / Taktil perception bidrar starkt till den sammantagna upplevelsen av en produkt, men hur materials olika ytegenskaper påverkar och styr perceptionen är ännu inte helt klart. Den här avhandlingen undersöker hur många och vilka egenskaper som är viktiga när känslan mellan två ytor jämförs. Tillvägagångssättet är tvärvetenskapligt där fysikaliska mätningar kopplas ihop med perceptions mätningar där människor används som instrument. Två typer av perceptionsförsök har utförts, multidimensionell skalning där försökspersoner sätter siffror på hur lika två ytor känns, samt magnitud estimation där i stället intensiteten på specifika perceptuella storheter som t.ex. upplevt lenhet, upplevd mjukhet och upplevd strävhet bedömdes. Eftersom taktil perception innebär kontakt samt relativ rörelse mellan hud och ytor, har fokus i avhandlingen varit att undersöka hur friktion och ytans struktur (ytråhet) påverkar och bidrar till den taktila perceptionen. Förutom fysikaliska mätningar på friktion och ytstruktur har värmekonduktivitet, mjukhet samt olika standard mätningar inom pappersindustrin mätts. En metod för att mäta friktion mellan ett finger och olika ytor har utvecklats för att i möjligaste mån återspegla friktionskomponenten i upplevt taktil perception. Friktionskoefficienter beräknades och jämfördes mellan alla ytor. De stimuli som har studerats är tryckpapper och mjukpapper samt modellytor, gjorda för att systematiskt undersöka hur ytstruktur påverkar perceptionen. Tillverkningsmetoden för modellytorna valdes så att ytorna var tåliga och kunde tvättas och därmed återanvändas. Strukturen på ytorna bestod av ett vågformat mönster där våglängden varierade mellan 270 nm och 100 µm och amplituden mellan 7 nm och 6 µm. Enligt vår vetskap är det första gången som strukturer i de här skalorna har gjorts utan att samtidigt ändra andra material egenskaper. Friktionskoefficienten minskade med ökad kvot mellan amplituden och våglängden på modellytorna samt med ytråheten på tryckpappren. En analytisk modell tillämpades på kontakten mellan ett finger och ytorna som visade att friktionskoefficienten beror av den verkliga kontaktarean. För de mycket grövre mjukpappren uppmättes inga stora skillnader i friktion förmodligen för att kontakarean mellan de olika mjukpapprena var lika. Den faktiska kontakarean visade sig också vara viktig för perceptionen av lenhet, strävhet, torrhet och svalhet. Det visade sig vara en stor perceptuell skillnad mellan olika typer av tryckpapper och mjukpapper utifrån hur stimuli placerade sig på en taktil karta. För de tre materialen användes enbart två alternativt tre egenskaper hos materialet för att särskilja mellan alla olika par. För tryckpapper verkade en viktig dimension kunna beskrivas av alla de perceptuella och fysikaliska egenskaper som har med kontaktarean att göra, d.v.s. lenhet, svalhet, torrhet, ytråhet, värmekonduktivitet samt friktion. För att taktilt särskilja mellan olika ytor där bara strukturen är varierade, kunde friktion och våglängden relateras till spridningen i kartan. Båda studierna stödjer duplex theory of texture perception, där ett spatialt sinne används för att särskilja en av de grövre ytorna från en slät, och ett vibrationssinne för att särskilja mellan olika släta strukturer. Friktionen visade sig alltså vara en viktig fysikalisk egenskap för strukturer under åtminstone 10 µm i ytråhet. Från fingerfriktions mätningar kunde även följande slutsatser dras: (i) Stora skillnader i friktionskoefficient mellan olika personer uppmättes, men trenderna mellan olika individer var samma, vilket gör att relativa skillnader i friktion från en individ är representativa. (ii) Lipider (fingerfett) som överförs från fingret till ytan vid kontakt sänker friktionen. (iii) Frekvensinnehållet i friktionskraften varierar mellan olika ytor och den frekvenstopp som ses vid 30 Hz kan möjligtvis bero på fingrets struktur eller resonansfrekvensen på huden. (iv) Den pålagda kraften under en friktionsmätning visar sig omedvetet regleras av den friktionskraft som fingret möter under rörelse.  Hur små strukturer som kan diskrimineras har indirekt undersökts genom likhetsförsöket på modellytorna där försökspersoner skulle bedöma hur lika alla par av ytor kändes. Resultaten visade att ytorna med våglängder på 760 nm och 870 nm upplevdes olika jämfört med referens ytor utan något systematiskt mönster, medan ytan med 270 nm i våglängd inte kunde särskiljas. Amplituden på ytan som kunde diskrimineras var endast ca 10 nm, vilket indikerar att nanoteknologi mycket väl kan bidra inom haptiken och för att i framtiden kontrollera den taktila perceptionen. / <p>QC 20121026</p>