Бумага живёт вместе с влажностью воздуха: в сыром помещении она набухает, в сухом ссыхается, а вес меняется вслед за водой в волокне. Для лаборатории целлюлозно-бумажного производства это значит, что абсолютно сухую массу и влажность бумаги можно узнать только высушиванием. Сушильный шкаф здесь — измерительный прибор: от точности его режима зависит, попадёт ли партия в норму по влажности или уйдёт в брак на бумаге.
Зачем сушат бумагу и картон
Влажность — один из нормируемых показателей бумаги и картона. От неё зависят прочность, поведение на печатной машине, склеивание гофрокартона и просто честный вес рулона, который продают по массе. Определяют влажность через высушивание: навеску взвешивают, сушат до постоянной массы, взвешивают сухой, и по разнице считают, сколько воды несло волокно. Рядом идёт определение абсолютно сухой массы для расчётов по составу и подготовка образцов к испытаниям, где перед замером прочности бумагу приводят к заданным условиям.
Отдельно стоит грамматура — масса квадратного метра. Её тоже считают на абсолютно сухую бумагу, потому что иначе показатель поплывёт вслед за влажностью воздуха в цехе: тот же лист в сырой день «потяжелеет», в сухой «похудеет», хотя волокна в нём столько же. Поэтому в лаборатории ЦБП сушильный шкаф работает в паре с точными весами практически каждую смену: без сухой массы нельзя корректно посчитать ни влажность, ни грамматуру, ни состав по компонентам. Это делает шкаф не вспомогательным прибором, а частью основного контроля качества, и требования к его точности и равномерности здесь такие же строгие, как к весам.
Есть и нюанс с толщиной материала. Тонкая писчая бумага и плотный многослойный картон ведут себя по-разному: картон дольше отдаёт воду из внутренних слоёв, и если снять его со шкафа по времени тонкой бумаги, внутри останется влага, а «постоянная масса» окажется ложной. Поэтому режим и время для картона всегда закладывают с запасом и проверяют повторным взвешиванием, а не переносят вслепую с тонких сортов.
При какой температуре сушить бумагу и картон на влажность?
Стандартный режим для определения влажности бумаги и картона — около 105 °C, до постоянной массы. При этой температуре из волокна уходит свободная и связанная вода, а сама целлюлоза не разрушается. Выше поднимать температуру не нужно и рискованно: сильный перегрев ведёт к термодеструкции волокна, бумага желтеет и теряет массу не за счёт воды, а за счёт распада, и влажность окажется завышенной. Для большинства видов бумаги и картона 105 °C — рабочая точка, но конкретный режим и время всегда сверяют с нормативом на нужный показатель, потому что для отдельных видов продукции условия могут отличаться. Важнее самой температуры полнота высушивания: образец держат до совпадения двух взвешиваний, а плотный картон сохнет дольше тонкой бумаги, поэтому время подбирают под материал.
Взвесьте образец
Отберите навеску по нормативу и взвесьте её сразу, пока влажность не изменилась от лежания на воздухе.
Разместите свободно
Не кладите листы плотной стопкой — между ними должен проходить воздух, иначе внутренние листы досыхают дольше.
Сушите при 105 °C
Держите до постоянной массы. Плотный картон требует больше времени, чем тонкая бумага.
Охладите в эксикаторе
Бумага мгновенно тянет влагу из воздуха, поэтому остужают в закрытой сухой среде.
Взвесьте и посчитайте
Разницу влажной и сухой массы отнесите к исходной. Взвешивайте быстро, без задержки на воздухе.
Бумага набирает влагу обратно за минуты
Целлюлоза очень гигроскопична, и высушенный образец начинает тянуть воду из воздуха сразу, как только его вынули из камеры. Если сухой лист полежит на открытом столе даже недолго, его вес заметно вырастет, и вы намеряете не сухую массу, а уже увлажнённую — влажность выйдет заниженной. Поэтому образец после шкафа охлаждают в эксикаторе с осушителем и взвешивают быстро, не давая ему надышаться влагой. По той же причине для испытаний на прочность бумагу не сушат «в ноль», а приводят к нормированным условиям влажности и температуры: свойства бумаги сильно зависят от того, сколько в ней воды, и мерить прочность у пересушенного или переувлажнённого образца бессмысленно.
Почему бумага коробится и волнится в сушильном шкафу?
Коробление — это неравномерная усадка. Бумага при сушке теряет воду и уменьшается в размерах, но делает это не одновременно по всему листу: края и участки с лучшим доступом воздуха сохнут быстрее середины, волокна там сжимаются раньше, и лист ведёт волной. Усиливают эффект плотная укладка стопкой, когда одни зоны обдуваются, а другие нет, и неравномерная камера, где часть листа горячее. Для определения влажности само по себе коробление на результат почти не влияет — важна масса, а не форма. Но если образец нужен ровным, например под последующие испытания, листы размещают свободно, чтобы они сохли равномерно, и следят за равномерностью температурного поля. Иногда образцы сушат между сетками или лёгким прижимом, чтобы удержать плоскость. Для рутинного измерения влажности с короблением обычно просто мирятся: взвесили сухую массу — и этого достаточно.
Нужен сушильный шкаф для лаборатории ЦБП?
Изготовим сушильный шкаф под определение влажности бумаги и картона: точный режим 105 °C, равномерная камера, рабочая вытяжка и паспорт. Скажите объём проб и виды продукции — подберём камеру и нагрев под ваш контроль качества.
Частые вопросы
Какая влажность считается нормальной для бумаги?
Нормируемая влажность зависит от вида бумаги или картона и задаётся нормативом на конкретную продукцию, единого числа для всей бумаги нет. У офисной бумаги, газетной, упаковочного картона свои допуски. Смысл нормирования в том, что от влажности зависят прочность, поведение на печати и склеивание гофры, а также честный вес рулона. Чтобы проверить, попадает ли партия в норму, влажность измеряют высушиванием: сушат навеску до постоянной массы и считают долю ушедшей воды. Поэтому вопрос «какая влажность нормальна» всегда решается по нормативу для вашего вида продукции, а задача шкафа — точно измерить фактическую влажность, чтобы сравнить её с этим допуском.
Почему при взвешивании сухой бумаги вес всё время растёт?
Потому что целлюлоза гигроскопична и высушенный образец мгновенно тянет влагу из воздуха. Как только лист вынули из камеры, он начинает набирать воду обратно, и на воздухе его вес ползёт вверх — вы взвешиваете уже не сухую массу, а частично увлажнённую. Из-за этого влажность получается заниженной, а результат нестабильным от взвешивания к взвешиванию. Лечится это охлаждением в эксикаторе с осушителем и быстрым взвешиванием сразу после него, без задержки на открытом столе. Именно гигроскопичность бумаги делает аккуратность на этапе взвешивания такой же важной, как точность самой сушки: недоглядели пару минут — и цифра поплыла.
Можно ли сушить бумагу до постоянной массы или достаточно по времени?
Точный результат даёт сушка до постоянной массы: образец сушат, взвешивают, досушивают и снова взвешивают, пока вес не перестанет меняться. Сушка по таймеру — только ориентир, и работает, если время выверено под конкретный вид и плотность материала. Тонкая бумага сохнет быстро, плотный картон дольше, поэтому единое время не подходит для всего. Для рутины лаборатории замеряют типовое время под свою продукцию, но контрольные и спорные пробы доводят до постоянной массы. Перебарщивать с сушкой тоже не стоит: как только влага ушла и вес стабилизировался, образец вынимают, потому что дальнейший перегрев ведёт к пожелтению и распаду волокна, а это искажает результат.
Портится ли бумага при сушке в шкафу?
На правильном режиме нет — при 105 °C до постоянной массы уходит вода, а волокно не разрушается. Портит бумагу перегрев: при слишком высокой температуре или передержке начинается термодеструкция, бумага желтеет, становится ломкой и теряет массу за счёт распада, что завышает влажность. Поэтому важно, чтобы шкаф точно держал уставку и не давал забросов вверх, а камера грела равномерно, иначе часть образца локально перегреется. Если задача не измерение влажности, а подготовка образцов к испытаниям, бумагу вообще не сушат «в ноль», а приводят к нормированным условиям влажности, потому что её свойства сильно зависят от содержания воды. То есть сам шкаф бумагу не портит, портит неверный режим.