Muut mekaaniset ominaisuudet kuvaavat muita paperin fyysisiä ominaisuuksia. Näihin kuuluvat muun muassa neliömassa, bulkki, formaatio ja huokoisuus. Nämä ominaisuudet antavat hyvän yleiskuvan paperista ja sen tasalaatuisuudesta.
4.2.1 Paksuus, tiheys ja bulkki
Yleisimpiä paperin ominaisuuksia kuvaavia suureita ovat neliömassa ja paksuus sekä nii-den avulla lasketut tiheys ja bulkki. Neliömassa tarkoittaa paperin massaa grammoina neliömetriä kohti. Paperin paksuus määritetään uloimpien pintojen välisenä etäisyytenä.
Paksuusmittaus voidaan suorittaa joko arkkipaksuutena yhdestä arkista, tai pinopaksuu-tena halutusta määrästä arkkeja. Pinopaksuus on yleensä pienempi, kuin arkkipaksuus, koska paperin pinnan epätasaisuudet asettuvat toistensa lomaan pinossa. [5] Paksuus mi-tattiin ISO 534 standardin mukaan.
Paperin tiheys lasketaan massana tilavuusyksikköä kohden. Se riippuu pääosin paperin raaka-ainetiheydestä ja paperin huokoisuudesta, eli ilmatilasta paperin kuitujen ja täyte-aineiden välillä. Yleisin käytetty yksikkö tiheydelle on kg/m3. Bulkilla tarkoitetaan tihey-den käänteisarvoa, joka on yleisimmin ilmoitettu muodossa cm3/g. Korkea bulkki usein implikoi hyvää repäisylujuutta, jäykkyyttä sekä suurta kokoonpuristuvuutta. Paperin bulkkiin vaikuttavat merkittävimmin rainan märkäpuristus ja kalanterointi. Usein korkea
bulkki on kuitenkin ristiriidassa muiden paperin tärkeiden ominaisuuksien, kuten vetolu-juuden kanssa [5].
4.2.2 Formaatio
ISO-standardin mukainen määritelmä formaatiolle on tapa, jolla kuidut ovat järjestäyty-neet, jakautuneet ja sekoittuneet muodostaakseen paperin. Määritelmä on varsin laaja, koska se sisältää neliömassan vaihtelun lisäksi orientaation sekä z- suuntaisen materiaa-lijakauman. Näissä mittauksissa käytettiin suppeampaa formaation määritelmää, johon kuului paperin tai kartongin pienimittaista neliömassahajontaa. Pienimittainen neliömas-sahajonta tarkoittaa hajontaa, jonka aallonpituus on 0-100 mm. Formaatio on papereille ja kartongeille erittäin tärkeää, sillä se määrittelee neliömassavaihtelulle alttiita ominai-suuksia, ja se vaikuttaa suuresti loppu- ja jalostuskohteiden käytettävyyteen. Tärkeimmät formaatiosta riippuvat suureet ovat vetolujuus, opasiteetti, huokoisuus, sileys ja öljyn ab-sorptio. Formaatio mitattiin standardin SCAN-P 92:09 mukaan.
Formaatioon voidaan vaikuttaa monilla fysikaalisilla ja kemiallisilla tekijöillä. Esimer-kiksi lisäämällä koivun osuutta hienopaperimassaan, paranee sen formaatio. Formaa-tiomittaukseen vaikuttaa myös mittauspinta-ala ja sen kasvattaminen. Suurempi mittaus-pinta-ala ”suodattaa” ohuiden ja paksujen alueiden eroja. Yleisin formaatiopotentiaaliin vaikuttava tekijä on kuitujen jauhatus. Jauhettaessa kuituja ne katkeilevat, mutta pituus-massa ei muutu. Pituuspituus-massaan voidaan vaikuttaa lähinnä raaka-ainevalinnoilla.
Käytännössä kuitenkin jauhatuksen lisääminen ei aina paranna formaatiota, sillä jauha-tusasteen kasvaessa suotautumisvastus kasvaa, joka johtaa korkeampaan perälaatikkosa-keuteen ja heikompaan formaatioon. Mikäli formaatioon halutaan vaikuttaa jauhatuk-sella, tulee jauhatustavaksi valita mahdollisimman katkova tapa. Jauhatus kuitenkin vai-kuttaa formaation ohella optisiin ominaisuuksiin, joten optimijauhatus on kompromissi optisten ominaisuuksien ja formaation välillä. [5, 8]
4.2.3 Kuituorientaatio
Kuituorientaatio on tyypillisin paperin rakennepiirteistä paperikoneella. Kuidut eivät ole asettuneet tasaisesti paperin tasossa, vaan konesuuntaisia kuituja on enemmän kuin poik-kisuuntaisia. Epäsymmetrisyyttä kuitujen suuntajakaumassa kutsutaan kuituorientaa-tioksi. Viiraosalla orientoituminen alkaa, ja sen aiheuttaa suotautuvan sulpun ja muodos-tuneen kuitumaton välinen nopeusero. Voimakkuus riippuu nopeuserosta, sekä kuitujen vapaudesta kääntyä voimien vaikutuksesta. Kuitujen sitoutuminen flokkeihin eli kuitu-kimppuihin estää orientaatiovoimien vaikutusta. Kuituorientaatiota kuvataan tilastolli-sella jakaumafunktiolla, jota kutsutaan kuitorientaatiojakaumaksi. Tyypillinen kuitorien-taatiojakauman muoto on ellipsi. Kuituorientaation vinoudella tarkoitetaan lukumäärälli-sesti eniten kuituja osoittaa konesuunnasta poikkeavaan suuntaan, eli ellipsin pääakseli poikkea konesuunnasta (Kuva 5). Vinouden mittana on kuituorientaatiokulma, joka il-maisee vinouman suunnan etumerkillään, sekä suuruuden. Kuituorientaatio mitattiin TSO-mittauksella.
KUVA 5. Kuituorientaatiokulma
Kuituorientaatiota mitattaessa käytetään myös konesuunta-poikkisuunta -suhdetta, josta selviää kuitujen suhde eri suunnissa. Mitä suurempi KS/PS-suhde, sitä enemmän kuituja on konesuuntaan kuin poikkisuuntaan verrattuna. Mitä suurempi KS/PS-suhde on, sitä anisotrooppisempaa paperi on. Anisotropialla tarkoitetaan paperin ominaisuuksien tai ra-kenteen välisiä eroja kone- ja poikkisuunnassa. Kuituorientaatiossa anisotropia tarkoittaa
yleensä kuituorientaation suunnan voimakkuutta tai intensiteettiä. Elliptisessä tarkaste-lussa anisotropiatekijää kuvataan usein ellipsin akselisuhteella. Anisotropiaan vaikuttavat myös kuitujen eri pituudet, käyryys sekä kuitujen välisten sidosten riippuvuus paperin rasitetusta suunnasta. Konesuuntaan olevat kuidut ovat usein suorempia kuin poikkisuun-taan olevat kuidut. Tämä johtuu paperin venytyksistä sekä poikkisuuntaisten kuitujen ku-tistumasta. [5,8]
Tason suuntainen anisotropia vaikuttaa moniin fysikaalisiin ominaisuuksiin paperissa.
Erityisen tärkeä se on kuitenkin lujuusominaisuuksien kannalta. Kuitujen orientaation käyryyden takia vähemmän sidoksia rasittuu, kun paperia kuormitetaan poikkisuunnassa.
Paperin rakenne on joustavampaa poikki- kuin konesuunnassa. Orientaation avulla pa-rannettaessa yhden suunnan ominaisuuksia, heikentyvät sitä kohtisuorassa olevat ominai-suudet. Usein paperilta vaaditaan lujuusominaisuuksia vain kone- tai poikkisuunnassa.
Tämän vuoksi anisotropian hallinta on tärkeää oikeiden funktionaalisten ominaisuuksien saavuttamiseksi. [8]
Kuituorientaation suora mittaaminen on hankalaa, sillä se edellyttäisi värjättyjen kuitujen sekä kuva-analyysimenetelmän käyttöä. Käytännön sovellutuksissa kuituorientaatiota mitataan usein epäsuorasti optisilla, sähköisellä taikka mekaanisilla menetelmillä. Näiden menetelmien tarkoituksena on mitata ominaisuutta, jonka tiedetään korreloivan kui-tuorientaation kanssa. Mittauksista saadaan yleensä selville orientaatiokulma ja mahdol-lisesti muita paperin suuntariippuvuuteen kuuluvia tunnuslukuja. Tässä opinnäytetyössä näytteet mitattiin käyttämällä TSO-mittausta.
4.2.4 Ilmanläpäisy ja huokoisuus
Paperin rakenteessa kuituverkoston väliin jäävän ilmatilan suhdetta kiintoaineeseen kut-sutaan huokoisuudeksi. Huokoisuudella on suuri merkitys muun muassa paperin ilman-läpäisevyydelle ja vesiabsorptiolle. Näihin vaikuttavat sekä paperin huokostilavuus että huokoskoon jakautuminen. Huokosjakaumaan ja huokostilavuuteen vaikuttavat samat te-kijät, kuin kuituverkoston muodostumiseen. Paperin tiivistyessä märkäpuristuksen, jau-hatuksen tai kalanteroinnin vaikutuksesta kuitujen välinen ilmatila vähenee. Paperin huo-koisuutta mitataan useimmiten ilmanläpäisyllä. [5]
Ilmanläpäisevyys on yleisesti käytetty läpäisevyyden mittari. Siihen vaikuttaa paperiin muodostunut kuituverkosto. Ilmanläpäisevyys kertoo paperin tiiveydestä ja sen huoko-sista. Huokosilla on suuri merkitys nesteiden ja kaasujen penetroitumisessa paperiin.
Usein ilman virtaus paperin lävitse riippuu suurista huokosista, mutta nesteiden liikkumi-nen arkissa riippuu lähellä pintaa olevista pienistä kapillaareista.
Paperin formaation ollessa huono myös huokoisuusvaihtelu arkin tasossa lisääntyy. Tämä johtuu tiiviiden ja suurten neliömassa-alueiden paksuimpien kohtien tiivistymisestä, jol-loin sen viereisestä alueesta tulee huokoinen. Huokosrakenteeseen voidaan vaikuttaa jau-hatuksella, märkäpuristuksella ja kalanteroinnilla. Niiden vaikutuksesta huokostilavuus pienenee ja kuitujen väliset ilmatilat tiivistyvät. Huokoset suuntautuvat samalla tavalla kuin kuidut. Tämä aiheuttaa erilaisen absorption kone- ja poikkisuunnassa. Nesteet vir-taavat nopeammin konesuuntaan kuin poikkisuntaan, ja virtaus paksuussuuntaan on ver-rattain hidasta. [5] Tässä opinnäytetyössä ilmanläpäisy mitattiin käyttäen ISO 8791-2 standardin mukaan.
4.2.5 Karheus
Karheus voidaan jakaa kolmeen eri ryhmään: makro-, mikro-, ja optiseen karheuteen.
Makrokarheuteen vaikuttavat eniten formaatio, mikrokarheuteen kuidut ja optiseen kar-heuteen pigmentit. Parhaiten paperin pinnan sileyteen vaikutetaan kalanteroinnilla ja päällystyksellä. Myös viiran pinnan tasaisuus, formaatio ja märkäpuristuksessa purista-van pinnan tasaisuus vaikuttavat karheuteen. [5]
Paperin epätasaisen pinnan kuvaamisen menetelmät antavat pinnasta vain luonnehtivan luvun. Se kuvaa rajallisesti pintakerroksen korkeussuhteita. Yleisin karheuden mittaus-tapa perustuu paperin ja sileäksi hiotun pinnan välisen raon ilman poistumisnopeuteen.
Tässä opinnäytetyössä käytetyssä Bendtsen – mittauksessa paperi painetaan paineella hiottua teräsrengasta vasten, ja paineistetun ilman nopeus mitataan. Yksikkönä mittauk-sessa käytetään ml/min. Ilmanläpäisevyysmittaus suoritettiin myös Bendtsen menetelmän avulla. Karheusmittaus suoritettiin ISO 8791-4 standardin mukaan ja ilmanläpäisevyys-mittaus ISO 8791-2 standardin mukaan.
5 EKSTRUUSIOLAMINAATIN POHJAPAPERIN VESIABSORPTIO
Ekstruusiolaminaatin vesiabsorption mittaaminen ja hallinta on tärkeää sen loppukäytön kannalta. PIR- ja PUR-levyjen pintaan tulevan laminaatin täytyy vastustaa veden imey-tymistä tarpeeksi hyvin, jotta se pitää muotonsa ja levy ei väänny muodottomaksi. Pieni-kin veden imeytyminen on merkittävää, sillä eristelevyn on tarkoitus olla käyttökohtees-saan jopa kymmeniä vuosia. Levyn vääntyessä levyjen väliset saumat aukeavat ja niiden eristysteho heikkenee huomattavasti. Laminaatissa suurin absorptiota aiheuttava tekijä on paperi. Alumiini- sekä polymeerikerrokset eivät absorboi vettä.