<p>Sammanfattning</p><p>I en pappersrulle är de yttre lagren utsatta för dragspänning. Om det finns variationer i rullens diameter i form av valkar finns det risk för att papperet förlängs irreversibelt i dessa positioner och orsaka slappa stråk. Den deformation som uppstår vid långvarig belastning av papper kallas krypning.</p><p>Uppgiften i detta arbete var, att på lab., simulera valkar genom att utsätta pappersremsor för konstant dragspänning av olika storlekar. En av frågeställningarna var om egenskapsförändringar kan påvisas när papper utsätts för konstant inspänningskraft under en längre tid. De parametrar som undersökts var töjning, kryphastighet och relaxation, även mätningar på papperets mekaniska egenskaper dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet har utförts i detta arbete.</p><p>De papperskvalitéer som undersöktes var 71g/m2 MG-papper, 80g/m2 optisk liner och 135g/m2 liner. Inspänningskraften som papperet utsattes för motsvarade 10 %, 30 % och 50 % av dragstyrkan hos varje kvalité. Provremsor belastades under ett, fyra och sju dygn, för att sedan relaxeras.</p><p>Resultaten visar att dragstyrkan och dragstyvheten inte påverkas av att papperet varit utsatt för en inspänningskraft. Däremot blev brottöjningen mindre ju större den irreversibla förlängningen hos papperet var. Samtliga papperskvalitéer relaxerar tillbaka till ursprungslängd efter fyra dygn när belastningen var 10 %. Om belastningen däremot var 30 % och 50 % uppstod en irreversibel förlängning redan efter ett dygn. Vid belastning under sju dygn uppstod permanent förlängning hos samtliga kvalitéer och belastningar utom MG-papper 10 % som relaxerade till ursprungslängd. MG-papper är därmed den papperskvalité som står emot krypning bäst och är på så sätt minst känslig för valkar i pappersrullen.</p><p>En högre belastning ger en högre kryphastighet och större irreversibel förlängning. För att undvika uppkomsten av slappa stråk bör därför banspänningen som används vid upprullningen av papperet inte vara större än 10 % av dragstyrkan hos papperskvalitén.</p><p>Hur länge papperet är belastat påverkar också den slutliga irreversibla förlängningen. Det innebär att lagring ökar risken för att slappa stråk kommer att uppstå i efterbearbetningen.</p> / <p>Abstract</p><p>In a paper roll the outer layers are under tensile stress. If there are variations in the roll diameter there is a risk that the thicker parts of the roll will make the paper elongate more in these regions, because they will be under a higher tensile stress. This may cause baggy webs. The deformation that occurs during a long time under tensile stress is called creep.</p><p>Experiments have been performed with strips of paper that have been exposed to a constant load and constant climate (50 % RH, 23°C). The properties that have been examined are creep strain, creep rate and relaxation after creep. Studies of tensile strength, tensile stiffness and strain at break have also been made.</p><p>The paper qualities that have been examined were 71g/m2 MG-paper, 80g/m2 liner and 135g/m2 liner. The paper qualities in this study are exposed to loads that correspond to 10 %, 30 % and 50 % of their tensile strength. The paper strips were under load during 24h, four and seven days.</p><p>The results in these studies show that tensile strength and tensile stiffness remains the same after the paper has been exposed to a constant load. The strain at break, on the other hand, decreases with increasing irreversible elongation of the paper strips. All paper qualities recover to the initial length after four days under a load of 10 % of the tensile strength. If the load corresponds to 30 % or 50 % of the tensile strength a permanent elongation arose as early as after 24h. After seven days, only the MG-paper recovered to the initial length if the load corresponded to 10 % of the tensile strength. This means that MG-paper is more resistant to creep then the liner qualities. Consequently, MG-paper is the paper quality that is least sensitive to ridges.</p><p>A higher load gives a higher creep rate and larger irreversible elongation of the paper. To avoid baggy webs to arise, the load should not exceed 10 % of the paper’s tensile strength when winding the paper roll. The time under which the paper is under load also influence the final irreversible elongation. Therefore, to avoid baggy webs the paper roll shouldn’t be stored for too long.</p>

Sammanfattning I en pappersrulle är de yttre lagren utsatta för dragspänning. Om det finns variationer i rullens diameter i form av valkar finns det risk för att papperet förlängs irreversibelt i dessa positioner och orsaka slappa stråk. Den deformation som uppstår vid långvarig belastning av papper kallas krypning. Uppgiften i detta arbete var, att på lab., simulera valkar genom att utsätta pappersremsor för konstant dragspänning av olika storlekar. En av frågeställningarna var om egenskapsförändringar kan påvisas när papper utsätts för konstant inspänningskraft under en längre tid. De parametrar som undersökts var töjning, kryphastighet och relaxation, även mätningar på papperets mekaniska egenskaper dragstyrka, brottöjning och dragstyvhet har utförts i detta arbete. De papperskvalitéer som undersöktes var 71g/m2 MG-papper, 80g/m2 optisk liner och 135g/m2 liner. Inspänningskraften som papperet utsattes för motsvarade 10 %, 30 % och 50 % av dragstyrkan hos varje kvalité. Provremsor belastades under ett, fyra och sju dygn, för att sedan relaxeras. Resultaten visar att dragstyrkan och dragstyvheten inte påverkas av att papperet varit utsatt för en inspänningskraft. Däremot blev brottöjningen mindre ju större den irreversibla förlängningen hos papperet var. Samtliga papperskvalitéer relaxerar tillbaka till ursprungslängd efter fyra dygn när belastningen var 10 %. Om belastningen däremot var 30 % och 50 % uppstod en irreversibel förlängning redan efter ett dygn. Vid belastning under sju dygn uppstod permanent förlängning hos samtliga kvalitéer och belastningar utom MG-papper 10 % som relaxerade till ursprungslängd. MG-papper är därmed den papperskvalité som står emot krypning bäst och är på så sätt minst känslig för valkar i pappersrullen. En högre belastning ger en högre kryphastighet och större irreversibel förlängning. För att undvika uppkomsten av slappa stråk bör därför banspänningen som används vid upprullningen av papperet inte vara större än 10 % av dragstyrkan hos papperskvalitén. Hur länge papperet är belastat påverkar också den slutliga irreversibla förlängningen. Det innebär att lagring ökar risken för att slappa stråk kommer att uppstå i efterbearbetningen. / Abstract In a paper roll the outer layers are under tensile stress. If there are variations in the roll diameter there is a risk that the thicker parts of the roll will make the paper elongate more in these regions, because they will be under a higher tensile stress. This may cause baggy webs. The deformation that occurs during a long time under tensile stress is called creep. Experiments have been performed with strips of paper that have been exposed to a constant load and constant climate (50 % RH, 23°C). The properties that have been examined are creep strain, creep rate and relaxation after creep. Studies of tensile strength, tensile stiffness and strain at break have also been made. The paper qualities that have been examined were 71g/m2 MG-paper, 80g/m2 liner and 135g/m2 liner. The paper qualities in this study are exposed to loads that correspond to 10 %, 30 % and 50 % of their tensile strength. The paper strips were under load during 24h, four and seven days. The results in these studies show that tensile strength and tensile stiffness remains the same after the paper has been exposed to a constant load. The strain at break, on the other hand, decreases with increasing irreversible elongation of the paper strips. All paper qualities recover to the initial length after four days under a load of 10 % of the tensile strength. If the load corresponds to 30 % or 50 % of the tensile strength a permanent elongation arose as early as after 24h. After seven days, only the MG-paper recovered to the initial length if the load corresponded to 10 % of the tensile strength. This means that MG-paper is more resistant to creep then the liner qualities. Consequently, MG-paper is the paper quality that is least sensitive to ridges. A higher load gives a higher creep rate and larger irreversible elongation of the paper. To avoid baggy webs to arise, the load should not exceed 10 % of the paper’s tensile strength when winding the paper roll. The time under which the paper is under load also influence the final irreversible elongation. Therefore, to avoid baggy webs the paper roll shouldn’t be stored for too long.

A Thesis work has been performed along with BillerudKorsnäs AB, as a closing course of the Bachelor of science in Mechanical Engineering, Karlstad University. This report contains the process of a product development of an equipment for restrained drying of paper.Restrained drying means locking the fibers in the sheet and prevent shrinkage during drying (zero deformation), which causes internal tensions and with the restrained drying, the mechanical properties of the paper can be affected. BillerudKorsnäs is a company that manufacture packaging materials and packaging solutions based on forestry products. Within their development work, sheets of paper need to dry, where BillerudKorsnäs has previously used drying methods that do not fulfill their wishes. Therefore, a new drying equipment is desired to be able to dry sheets in a controlled way, with restrained drying. The aim of the work was to develop a new and better equipment for drying of paper, with associated drawings for future manufacturing. A concept has been developed using various product development methods along with frequent communication with BillerudKorsnäs. In the end of the thesis, a final equipment for restrained drying that handles sheets of sizes between A5-A4 (approximately 150x210mm - 210x300mm) has been produced. According to a theoretical basis, the equipment is shown to be better adapted to the application than previous drying methods used. The result meets BillerudKorsnäs goals and requirements. / Ett examensarbete har utförts tillsammans med BillerudKorsnäs AB, som en avslutande del av Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik, Karlstads Universitet. Denna rapport behandlar en produktutvecklingsprocess av en torkutrustning för inspänd torkning av pappersark.Inspänd torkning innebär att man låser arkets fibrer och förhindrar krympning under torkning (noll deformation), vilket leder till att interna spänningar byggs upp och med inspänd torkning kan man påverka ett pappers mekaniska egenskaper. BillerudKorsnäs är ett företag som levererar förpackningsmaterial och förpackningslösningar baserat på skogsråvara. Inom deras utvecklingsarbete behöver pappersark torkas, där företaget tidigare använt sig av torkmetoder som inte uppfyller deras önskemål. En ny torkutrustning med inspänd torkning önskas därför av BillerudKorsnäs, för att på ett kontrollerat och strukturerat tillvägagångssätt kunna torka ark. Målet med arbetet har varit att framställa en utrustning för denna torkprocess, i form av en 3D-modell med tillhörande ritningsunderlag. Om tid fanns skulle utrustningen också tillverkas och utvärderas, som en bonus. Vilket tyvärr inte verkställdes. Med hjälp av produktutvecklingsprocessen, experimentella analyser samt olika metoder av idégenereringar har ett koncept tagits fram som svarar på problemformuleringen. Detta koncept har sedan i hög grad utvecklats under frekvent kommunikation med BillerudKorsnäs. Avslutningsvis har en slutgiltig torkutrustning som erhåller möjlig inspänning och töjning av pappersark, med tillhörande ritningsunderlag framställts. Utrustningen är manuell och hanterar pappersark av storlek mellan A5-A4 (cirka 150x210mm - 210x300mm) och medför en kontrollerad torkning. Enligt en teoretisk grund påvisas denna vara bättre anpassad för användningsområdet än tidigare torkmetoder som använts. Resultatet uppfyller BillerudKorsnäs mål och krav.

The rapid growth of plastic waste from food packaging around the world demands renewable substitutes, such as natural fibers and biocomposites. Wood fibers are natural fibers extracted from trees and are commonly used in packaging. In order for renewable alternatives to compete against plastics and other non-renewable materials, a better understanding of the mechanical properties of single fibers at the micro-scale are necessary. A great deal of previous research into the mechanical properties of single wood fibers has focused on their tensile behavior, however, little work has been published about their compressive behavior. It is difficult to measure the compressive strength of single fibers directly due to fiber buckling. The purpose of this study is to investigate how post-buckling of single wood pulp fibers affects the mechanical properties of fibers in tension. Two alternative hypotheses were tested through experiments in The Odqvist Laboratory for Experimental Mechanics at KTH. The major part of the thesis process has been invested in developing components called grippers, and testing methods for the Single Fiber Testing System, in order to be able to perform the experiments. The existing grippers were tested and alternative grippers were developed, as well as an alternative testing method without grippers, called the Paper frame method (PFM). PFM was used in the final experimental work to test the hypotheses. The main finding from this study is that there is not enough evidence to suggest that the tensile strength or tensile stiffness of single wood fibers are significantly reduced by post-buckling damage. This finding is mostly relevant in the research and development of fibrous material with larger distances between individual fibers, such as low-density fiber network materials. The main findings from the single fiber testing methods development were that the existing grippers cannot prevent fiber slippage. Furthermore, the alternative gripper 22A with its arc design generates higher grip force than previous grippers but lacks surface friction in the contact region in order to prevent fiber slippage. PFM has an experimental success rate of over 80 % for trained users and easy usage for the operator. The testing equipment Single Fiber Testing System displays several systematic errors occurring in the post-processing process of tests with cyclic loads. / Den snabba tillväxten av plastavfall från livsmedelsförpackningar runt om i världen kräver förnybara alternativ, såsom förpackningar gjorda av naturfibrer och biokompositer. Träfibrer är naturliga fibrer som utvinns från trä och används ofta i förpackningar. För att dessa förnybara alternativ ska kunna konkurrera mot plast och andra icke-förnybara material krävs en bättre förståelse av de mekaniska egenskaperna hos enskilda fibrer på mikronivå. Det finns en omfattande forskning om de mekaniska egenskaperna i drag hos enskilda träfibrer. Däremot existerar det lite publicerad forskning om träfibrers kompressionsegenskaper. Kompressionsegenskaperna är svåra att mäta direkt på grund av fiberknäckning. Syftet med denna studie är att undersöka hur skadan som uppstår efter knäckning av enskilda träfibrer påverkar de mekaniska egenskaperna hos fibrer i drag. Två alternativa hypoteser testades genom experiment i Odqvistlaboratoriet för experimentell mekanik vid KTH. Huvuddelen av examensarbetet har investerats i att utveckla grepparmar och testmetoder för testmaskinen Single Fiber Testing System, för att kunna utföra experiment. De befintliga grepparmarna testades och nya grepparmar utvecklades, och även en alternativ testmetod utan grepparmar som kallas Paper frame method (PFM) utvecklades. PFM användes i det sista experimentella arbetet för att pröva hypoteserna. Huvudslutsatsen från denna studie är att det inte finns tillräckligt med bevis för att stödja hypotesen att enskilda träfibrers draghållfasthet eller dragstyvhet reduceras av skada som uppstår efter knäckning. Detta resultat är mest relevant för forskning och utveckling av fibernätverks material med större avstånd mellan fibrerna, såsom fibermaterial med låg densitet. Huvudslutsatserna från utvecklingen av testmetoder var att de befintliga grepparmarna inte kunde förhindra fiberglidning. Den alternativa grepparmen 22A med sin bågkonstruktion genererade högre greppkraft än tidigare grepparmar men saknar rätt beläggning i kontaktområdet för att förhindra glidning av fiber. PFM har en hög test framgångsgrad med över 80 % för erfarna användare och den är enkel att arbeta med. Testmaskinen Single Fiber Testing System visar flera systematiska fel som blir märkbar under dataanalys av tester med cykliska belastningar.