Wilgotność Masy Papierniczej: Normy i Znaczenie w Produkcji
- Szczegóły
Utrzymanie odpowiedniego poziomu wilgotności w pomieszczeniach produkcyjnych jest kluczowe dla zapewnienia jakości procesów technologicznych, trwałości maszyn oraz komfortu i bezpieczeństwa pracowników. Dla branży poligraficznej i papierniczej istnieją szczegółowe wytyczne, których przestrzeganie jest niezbędne do utrzymania wysokiej jakości produkcji.
Normy i Zalecenia Dotyczące Wilgotności w Drukarniach
Zgodnie z ogólnymi zaleceniami dotyczącymi mikroklimatu w miejscach pracy, optymalna wilgotność względna powietrza powinna mieścić się w przedziale 40-60%. Taki poziom jest korzystny zarówno dla zdrowia i samopoczucia pracowników, jak i dla przebiegu wielu procesów produkcyjnych.
Polska Norma PN-78/B-03421 (choć jest to norma starsza) wskazywała na optymalną wilgotność w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi właśnie w zakresie 40-60%. Nowsze przepisy, w tym Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, nie narzucają jednego, uniwersalnego poziomu wilgotności dla wszystkich typów produkcji.
We współczesnych zakładach produkcyjnych, papier przeznaczony do arkuszowego druku offsetowego jest przygotowywany przy wilgotności względnej 50% ± 5% lub 40% ± 5% w przypadku druku offsetowego rolowego. W celu utrzymania optymalnych właściwości papieru, potrzebnych do jego dalszej obróbki, jest on owijany specjalnym materiałem, chroniącym przed zmianami warunków.
Procesy drukowania i wykończeniowe wymagają nieustannego monitorowania warunków klimatycznych. Podczas drukowania istnieje możliwość zajścia niepożądanych błędów drukarskich, takich jak dublowanie punktów, przesunięcia lub zmarszczenia. Prawdopodobieństwo tych błędów zwiększa się w przypadku ekstremalnych warunków pogodowych - gorącego lata lub mroźnej zimy.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Klimat Wnętrza a Wilgotność Powietrza
Klimat wnętrza to termin określający klimat w pomieszczeniach, całkowicie lub częściowo wykluczając ludzi i materiały od wpływu zewnętrznych warunków klimatycznych. Pod tym względem istnieje duża różnica między klimatyzowanymi i nieklimatyzowanymi pomieszczeniami. W przypadku pomieszczeń z pierwszej grupy, panują tam warunki klimatyczne kontrolowane przy pomocy systemów ogrzewania, nawilżaczy i osuszaczy.
Termin atmosfera otoczenia odnosi się do opisu warunków atmosferycznych w bezpośrednim sąsiedztwie obiektu, np. rolki papieru lub stosu arkuszy.
Temperatura powietrza jest miarą stanu termicznego powietrza, czyli technicznie rzecz biorąc stanu energii cząsteczki powietrza (głównie azotu i tlenu).
Powietrze zawsze zawiera określoną ilość wilgoci w postaci pary. Wilgotność powietrza może być podawana jako wilgotność bezwzględna lub jako wilgotność względna. Wilgotność bezwzględna powietrza to stosunek masy pary wodnej do objętości powietrza, czyli ilości wilgoci w gramach zawartych w metrze sześciennym powietrza. Gdy wilgotne powietrze schładza się do określonego punktu (temperatura punktu rosy), zawarta w nim wilgoć zaczyna się skraplać.
W danej temperaturze, powietrze może zawierać tylko określoną ilość wilgoci w postaci pary wodnej. Im wyższa temperatura, tym więcej wilgoci może wchłonąć powietrze. Jeśli wchłonięta zostanie maksymalna ilości wilgoci, jaką może zawierać powietrze w określonej temperaturze, wówczas powietrza nazywane jest nasyconym.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Wilgotność Papieru a Otoczenie
Materiały porowate, takie jak papier, zawierają wilgoć w postaci pary wodnej w większych porach oraz w postaci cieczy w drobnych kapilarach struktury papieru. Zawartość wilgoci wyrażona w procentach to procent masowy wody w papierze w stosunku do masy materiału.
Materiały porowate, takie jak papier, dążą do osiągnięcia stanu równowagi między własną wilgotnością, a wilgotnością otaczającego powietrza.
Oznacza to, że wilgotność powietrza oddzielającego pojedyncze arkusze papieru w stosie oraz wilgotność samego papieru będą w równowadze. Wilgotność względna w stanie równowagi odzwierciedla zatem zależność pomiędzy wilgotnością materiału, a wilgotnością otaczającego powietrza.
Faliste krawędzie mogą wystąpić, gdy wilgotność arkuszy papieru w stosie jest niższa niż wilgotność otaczającego powietrza. Innymi słowy, gdy zbyt suchy papier narażony jest na działanie wysokiej wilgotności powietrza. Jednak z drugiej strony, gdy stosy zbyt zimnego papieru, które zostały już rozpakowane umieszczone zostaną w ciepłym pomieszczeniu, wilgotność względna powietrza gwałtownie wzrośnie.
Zacieśnianie krawędzi występuje, gdy arkusze papieru o normalnej zawartości wilgoci są narażone na działanie suchego powietrza otoczenia. W tym przypadku, wilgoć jest pochłaniana z krawędzi arkusza, które w rezultacie kurczą się względem środka.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Zabezpieczanie papieru opakowaniem paroszczelnym zapewni skuteczna ochronę przed niekorzystnym wpływem wilgoci.
Odchylenia wilgotności względnej w stanie równowagi do 5% nie powinny przyczynić się do powstania falistych lub zacieśnionych krawędzi. Temperatura powietrza ma niewielki wpływ na wilgotność w stosie. Niemniej jednak należy stale ją monitorować i kontrolować, ponieważ jest jednym z elementów określających wilgotność względną powietrza.
Wpływ Wilgotności na Właściwości Papieru
Tendencja papieru do zwijania jest ściśle związania z wahaniami wilgotności. Włókna papieru rozszerzają się lub kurczą w kierunku poprzecznym. Gdy papier jest zwilżony z jednej strony, włókna rozszerzają się po tej stronie, powodując zwijanie się papieru w kierunku suchej strony.
Podwyższony poziom wilgotności względnej w stanie równowagi może prowadzić do znacznego wydłużenia czasu schnięcia atramentu/tuszu. Wydłużony czas schnięcia może być również spowodowany obniżoną temperaturą.
Włókna roślinne są podstawowym surowcem do produkcji papieru, ze względu na swoja strukturę są one jednak wrażliwe na wilgoć. Zdolność papieru do wymiany wilgoci zależy w dużej mierze od rodzaju surowców wykorzystywanych do jego produkcji oraz do sposobu ich przygotowania.
W zależności od rodzaju papieru, poziom wilgotności może znacząco wpływać na jego właściwości. W zależności od względnej wilgotności powietrza, włóka roślinne zawarte w papierze wchłaniają lub wydzielają wilgoć, powodując ich puchnięcie lub kurczenie się. Takie zmiany w kształcie występują znacznie silniej w średnicy włókna, rzadziej na ich długości.
W procesie produkcyjnym, włókna papieru orientują się głównie w kierunku przebiegu matrycy. W związku z tym różnice wymiarowe są znacznie większe w kierunku poprzecznym, niż w kierunku ruchu maszyny. Dla różnych typów papieru, zmiany wymiarów mogą sięgać zakresu 0.1 - 0.3% w kierunku ruchu maszyny oraz 0.3-0.7% w kierunku poprzecznym.
Zmiana wartości wilgotności o 10% może spowodować zmiany wymiarów nawet o 0.1 - 0.2% w kierunku poprzecznym, zatem dla arkusza o szerokości 100 cm, różnice wymiarów mogą wynosić od 1mm do 2 mm. Jest to wartość, która może znacząco wpłynąć na jakość wydruku.
Kolejnym problem, który może wystąpić w procesach produkcji lub obróbki papieru jest „sklejanie się” arkuszy papieru ze sobą. W większości przypadków spowodowane jest to naładowaniem statycznym, wytworzonym głównie przez tarcie - bezpośrednim kontakcie między materiałami.
Nawilżanie w Procesie Produkcji Papieru
W obecnych czasach, instalacje nawilżające są wykorzystywane praktycznie na każdym etapie przetwarzania papieru. Przeważnie są to systemy automatyczne lub półautomatyczne i wymagają niewielkiej konserwacji. Zwłaszcza zimą, gdy wilgotność względna powietrza spada do niskich poziomów, instalacje nawilżające pomagają stworzyć optymalne warunki dla procesów drukarskich oraz magazynowania papieru. Konstrukcja instalacji nawilżających opiera się na dyszach działających na sprężone powietrze, które rozpylają mgiełkę wody.
Suszenie Papieru i Wilgotność
Papier nie jest dobrym przewodnikiem ciepła. Atramenty heatsetowe osiadają, gdy wszystkie czynniki wiążące odparują. Aby tak się stało, zadrukowany arkusz papieru jest ogrzewany w wielosekcyjnym piecu suszarniczym, o różnych temperaturach suszenia dla każdej z sekcji. Zazwyczaj do suszenia atramentu używa się wysokich temperaturach, ponieważ sam proces odbywa się z dużą prędkością, a papier nie pozostaje w suszarce przez dług czas.
Kiedy atrament wysycha, co naturalne, wysycha również papier. Jeśli temperatura suszenia jest zbyt wysoka, może to prowadzić do powstawania pęcherzy na zadrukowanych obszarach. Nagły wzrost temperatury arkusza papieru powoduje intensywne wytworzenie pary wodnej w strukturach papieru.
Najskuteczniejszą metodą zapobiegania powstawaniu pęcherzy jest wyraźne obniżenie temperatury gorącego powietrza.
Wilgotność papieru jest również bardzo ważnym czynnikiem. Uszkodzenia papieru na zgięciach to częsty problem w druku offsetowym, zwłaszcza w przypadku lekkich papierów. Uszkodzone lub poważnie osłabione zgięcia mogą powodować przestoje prasy i uniemożliwić dalszą pracę. Nawet przy tak zaawansowanych maszynach drukarskich, zjawisko marszczenia się papieru należy do typowych w druku offsetowym. Intensywność marszczenia można zredukować poprzez zmniejszenie napięcia sieci drukarskiej.
Pomiary wilgotności zadrukowanego papieru wskazują, że praktycznie cała wilgoć w wewnętrznej strukturze papieru jest wydobywana w piecu suszarniczym. Problem rozszerzania się lub rozrastania zadrukowanego papieru jest spowodowane intensywnym suszeniem. Ekstremalna utrata wilgoci prowadzi nieuchronnie do kurczenia się papieru. Kiedy papier przechodzi przez kolejne etapy obróbki, dostosowuje się do otaczającej wilgoci i pochłania wilgoć, co powoduje jego rozszerzenie.
Pomiary Wilgotności
Przydatność wartości przedstawionych na wykresie opisującym zależność miedzy temperaturą, a wilgotnością względna powietrza, zależy od dokładności wykonanych pomiarów. Chociaż dokładne pomiary temperatury są stosunkowo łatwe do przeprowadzenia, to w przypadku pomiaru względnej wilgotności powietrza, są to pomiary bardziej złożone. Pomiary zawartości wilgoci są bardzo rzadkie w branży poligraficznej i wykończeniowej.
Wartość ta określa stopień równowagi między wilgotnością względną papieru, a wilgotnością otaczającego powietrza. Aby określić wilgotność względną powietrza lub papieru należy zmierzyć zmianę wybranego parametru zależnego od wilgotności. Takimi parametrami, na które wpływ mają wahania wilgotności są np. zmiany długości włókien papieru, przewodnictwo elektrolitów, czy zmiany w rezystancji półprzewodników. W produkcji i obróbce papieru te metody są powszechnie stosowane w systemach pomiarowo-kontrolnych.
Elektroniczne wskaźniki z cyfrowymi wyświetlaczami są szeroko stosowanymi narzędziami do pomiaru wilgotności. Pomiar przewodnictwa wykorzystuje zmiany przewodnictwa elektrolitów higroskopijnych (np. chlorku litu) pod wpływem absorpcji pary wodnej. Użytkownik może również skorzystać z akcesoriów do kalibracji przyrządów pomiarowych. Sam proces kalibracji jest prosty, sonda jest szczelnie zamknięta w urządzeniu kalibracyjnym, a bezpośrednio pod czujnikiem pomiarowym umieszczany jest roztwór soli o znanej wartości %RH.
Poniższa tabela pokazuje czas w godzinach potrzebny na aklimatyzację papieru przed rozpakowaniem.
| Różnica Temperatur (°C) | Czas Aklimatyzacji (godziny) dla 1m³ |
|---|---|
| 5 | 12 |
| 10 | 24-48 |
Czujnik wilgotności, jak również grubości warstw powłok wodorozcieńczalnych na bazie wody używanych podczas procesu produkcji i przetwarzania papieru są stosowane już na etapie wlewana masy na sito maszyny papierniczej.
Innowacyjne Technologie w Monitoringu Wilgotności
Industrial Video Solutions Inc (IVS), amerykański specjalista w dziedzinie automatyzacji dla przemysłu papierniczego, wykorzystuje kamery termowizyjne FLIR do pozyskiwania cennych danych z maszyn papierniczych w ramach opatentowanego systemu, który zwiększa kontrolę i wydajność maszyn.
ThermoVision ułatwia wykrywanie i klasyfikację mokrych smug i plam w czasie rzeczywistym, a także wykrywanie w czasie rzeczywistym osadzonych materiałów obcych, takich jak metale w pulpie puchowej. Kluczową cechą systemu jest jego zdolność do zapewnienia widoczności w zaparowanych miejscach maszyny. Na przykład, użycie kamery FLIR IR do przechwytywania obrazu wiru rozwłókniacza pozwala użytkownikom widzieć przez parę i wizualizować wir z pełną szczegółowością, w tym położenie łańcucha i krawędzi wiru.
Możliwe jest nawet przesyłanie danych z kombinacji kamer IR i wizualnych do modułu sztucznej inteligencji (AI).
tags: #wilgotność #masy #papierniczej #normy
